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我国煤矿水害防治技术新进展及其方法

赵梦青
  
安家(建筑与工程)
2022年10期
中煤科工集团西安研究院有限公司 陕西 西安 710077 陕西省煤矿水害防治重点实验室 陕西 西安 710077

摘要:为了能够有效预防重大水灾事故,本文结合近些年来我国煤矿水灾害事故的基本特点以及导致水害事故的原因,并探究煤矿水害事故探查技术以及水害防治技术的新进展,为煤炭工业的持续发展贡献全新的参考依据。

关键词:煤矿水害;防治技术;新进展;方法

煤矿突发水灾害是煤矿工业中几种不同类型的灾害之一,灾害的引发会给国家财产和人民群众的生命安全造成严重损失。根据实际调查发现,近些年来频频发生瓦斯爆炸事故、水灾害事故,种种情况表明,煤矿水害的防治工作依然需要持续推进。本文针对煤矿水害的几种探查技术和防治技术进行阐述与分析,为促进技术转型和进步提供参考,优化水灾害防治工作,在根本上减少水灾害事故的发生。

一、我国煤矿水灾害的类型概述

结合我国不同聚煤区的地质条件、水文地质特征、矿井水灾害危险系数等要素,可以将我国煤矿区分为六个不同的水灾害影响区,分别为:华北石炭二叠系煤田岩溶一裂隙水灾害区域;华南晚二叠系煤田岩溶水灾害区域;东北侏罗系煤田裂隙水灾害区域;西北侏罗系煤田裂隙水灾害区域;西藏一滇西中生界煤田裂隙水灾害区域;台湾第三系煤田裂隙孔隙水灾害区域[1]。一直以来,这些区域都曾经发生过大大小小的水灾害。结合1995年~2005年我国煤矿引发的水害事故进行研究,我国煤矿高发的水害事故有地表水害、第四系松散层孔隙水害、基岩裂隙水害、岩溶溶隙水害以及老空水害等等。

二、我国煤矿水害的基本特点以及导致水害事故的根本原因

结合1995~2005年区间内我国引发的煤矿水害事故的基本情况进行综合分析,由此得出我国煤矿水害事故具有以下几种特点:第一,煤矿水害事故频繁发生,且事故类型具有多样性,但是根据地区和水害类型的不同,水害事故的发生频率和危害程度也存在着较大的差异性。一般来说,北方地区容易引发的水害事故大多是以底板奥灰岩溶水、老空水透水为主,南方地区容易引发的水害事故大多以顶板岩溶水和底板岩溶水以及老空透水为主,地表水体溃入矿井事故在南北方地区都比较容易引发,陷落柱、断层和岩溶塌洞这些天然通道都是煤矿水害事故引发的主要透水通道。近些年来,大大小小的矿井关闭数量持续增多,老空水透水事故也随之增多,灾害现象越来越严重,因此老空水透水事故是当前我国煤矿最容易引发的水灾害类型[2]。随着煤矿水害引发频率的升高,事故的发生次数以及造成的伤亡人数明显增多,雨季逐渐成为最容易引发透水事故的主要原因之一。根据实际调查发现,大部分水害事故都发生在掘进工作面上,基于煤矿所有制的发展形势分析,煤矿水害事故大多发生在乡镇煤矿或改之矿井。水害事故一旦发生,会给乡镇煤矿造成非常严重的消极影响,不仅容易导致煤矿工人的伤亡,还会给我国国有煤矿事业造成巨大的经济损失。煤矿水害事故发生后需要立即采取措施进行抢险救灾,但是由于煤矿工作环境和工作条件的限制,抢险救灾具有较大的困难性,且需要耗费大量的时间和经费,引发极为恶劣的社会影响。一般情况下,抢险救灾都需要半年以上的时间,部分煤矿还会因为水害事故彻底报废。

通过分析煤矿水害事故的种种现象能够分析出引发水害事故的原因:我国煤矿地质条件以及水文地质条件较为复杂多变,且矿井水文地质的基础较为薄弱,现阶段有效的水害防治技术尚未得到全面地推广和普及,国家对于防治水害技术的升级以及相关基础工作的投入不足,缺少矿井防治水害技术人才,煤炭资源的过度开发。

三、我国煤矿水害勘察技术和防治技术的应用

煤矿水害与其形成的条件具有直接的对应关系。矿井充水条件中包含着充水水源、涌水通道以及充水强度等等,这三项条件在特殊情况下由于组合形式的不同,水害类型以及危险系数也会不同。简而言之,不同的充水条件直接决定着水害类型,不同的涌水通道和充水强度直接决定着水害特征。因此,我国煤矿水文地质勘测工作人员进行持续不断地深入研究,将防治水害工作的重点集中在矿井冲水的三个条件之上。我国现阶段应用最为广泛的煤矿水害防治技术目前已经经历了数十年的研究和升级,并取得了良好的应用效果。

首先是煤矿水害的勘察工作:应用矿井水文地质探查技术,矿井水文地质勘探工作的主要任务是结合我国当前煤矿水害事故的高发类型以及事故特点进行探查和分析,探查区域有井田、采煤区域以及煤矿工作面[3]。探查工作程序秉持着由面到点、由大到小、先区域后井田、先采煤区后工作面的原则。传统应用技术在矿井水文地质探查工作中发挥着非常显著的作用,近些年来,科学技术水平持续进步,带动了电子技术和计算机技术的发展,这两项技术的应用,使水文地质探查技术得到了转型和升级。当前,水文地质探查技术越来越丰富多样,在煤矿水害防治工作中逐渐实现了广泛的应用,并且改善了大部分的水害问题,取得了良好的应用效果。其次,水文地质试验技术。水文地质试验技术的应用以水文地质理论作为基础,大多是以开展地质钻探试验、抽水试验、底板岩石力学试验为主要方式,探查煤矿区域的含水层和富水性、含水层水文地质条件以及各个含水层之间的水力联系等等,通过探查获得构建水文地质模型的数据信息。特别是应用钻探技术,能够精准地测试出承压水原始导生的高度,利用岩心预测岩石的物理性质和力学性质等等。抽水试验是地质试验工作中应用最主要的方法之一,它能够给水文地质探查工作提供较为精确全面的地质情况资料,反映出含水层的水文地质特征。但是这种方法较为传统,且在应用过程中需要耗费大量的费用,因此近些年来逐渐研发出脉冲干扰试验法,能够很大程度上改善传统抽水技术的不足,且费用成本较低。

其次是水害防治技术的应用。矿井开发的阶段不同,主要开展的工作任务也会不同,需要应用的防治水害技术也存在着较大的差异,通常情况下煤矿工作开始之前需要做好如下准备:在建造矿井之前需要提前进行水文地质勘探工作,了解矿井周围的地质条件,预测矿井的涌水量,综合几项基本信息制定全面的防治水害计划,并明确各个阶段适合应用防治水项目。在开采煤矿的过程中需要提前建立完善的水害安全防护体系,其中包含着各式各样的安全防护工具以及人员逃生路线等等。在开展水害防治工作时,工作人员需要注意工作区域的不同,应用的水害防治技术也会不同,例如底板水害的防治,主要包含几方面的内容:水源和通道的探查,使用瞬变电磁法和高密度电阻率的方法针对底板潜在的突水通道进行探查;带压开采分区,针对底板下伏高承压含水层的煤层,在应用水害防治技术时首先需要判断隔水层的厚度,通常应用的方法为带压开采方法。应用升级后的突水系数理论,确定适合的临界突水系数,将带压开发的区域进行合理划分。煤层带压开采分区工作主要分为以下几项操作:第一,堵水复矿,指的是断层或陷落柱的治理;第二,将地板进行改造处理,指的是改造含水层或导水裂隙;第三,帷幕截流,指的是沿着集中补给边界,利用注浆的方式打造人工阻水墙,将地下水流截断,在根本上降低水害的发生率。顶板水害的防治工作是煤矿水害事故防治中的重点。一般情况下,顶板涌水量的大小能够随着工作面的推进呈现出周期性的运动规律,这样的规律和顶板判断失衡的规律具有良好对应性,同时也和顶板富水性的强弱变化具有直接关系[4]。我国相关方面的专家针对煤矿顶板活动对于涌水的影响进行深入研究,将静态涌水量、动态涌水量和残余涌水量作为参考,综合考量多个工作面互相之间的干扰性,从而获取现场的应用效果,进而对传统防治方法的改进提供依据。

结束语:

总而言之,煤矿水害防治技术需要继续进行深入地研究,提高技术水平,促进我国煤矿开采事业的持续发展。

参考文献

[1]王木胜. 探析煤矿水文地质特征与矿井水害防治技术[J]. 内蒙古煤炭经济, 2021(12):2-2

[2]杜旭东. 浅谈煤矿井下水害防治技术与应用[J]. 西部探矿工程, 2021, 33(12):3-3

[3]李文忠, 刘福锁, 杨挺,等. 矿井水害多维防治技术[J]. 内蒙古煤炭经济, 2021(4):2-2

[4]王志亮. 矿井开采后水文地质特征及水害防治技术研究[J]. 矿业装备, 2021(1):2-2

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