煤矿溃水溃沙预防对策及治理方法获奖科研报告

煤矿溃水溃沙预防对策及治理方法获奖科研报告【摘要】近些年日常生产生活中煤矿需求量的增加，使得我国煤矿开采量进一步加大。尽管煤矿开采的技术水平逐年提升、设备类型更新换代速度不断加快，但在煤矿开采的过程中，也经常会出现一些问题，对煤矿开采的安全性和效率带来直接影响。溃水溃沙作为较为常见的煤矿开采事故，它的出现会对煤矿开采工作的进行带来极大的负面影响。对此，本文以煤矿开采中溃水溃沙问题作为研究对象，以某煤矿工程为例，在分析该工程施工期间造成溃水溃沙问题的原因后，提出了相应的预防策略和治理方法，以期可以为我国其他煤矿工作预防和治理溃水溃沙问题提供意见参考。

【关键词】煤矿;溃水溃沙;预防治理

引言：

煤矿开采在我国现在和未来的能源开发中都占据着非常重要的地位。煤矿开采的过程中，可能会因为顶板岩层破坏出现裂缝通道，造成溃水溃沙事故的出现，从而对煤矿开发施工工作的正常进行带来一定的不利影响，所以，做好煤矿溃水溃沙事故的预防和治理非常必要。由于煤矿出现溃水溃沙情况的机理和条件较为复杂，同煤矿上方含水层的性质、规模;煤矿成开采的方式、煤矿层岩石覆盖厚度、强度、结构特征等因素有关。加之煤矿开掘工程本身具有明显的隐蔽性特征，所以，仅通过现场观测测量是很难完全分析出溃水溃沙发生机理和影响因素的，做好进一步研究非常必要。因此，从煤矿开采工程的实际情况出发，分析溃水溃沙事故产生的原因，并提出多元化的预防和治理措施势在必行。

1.煤矿工程溃水溃沙问题发生原因

本次选取的工程案例工作面宽度在305米，总推进长度为4850米，整体开采采用垮落法，开采高度为4.2米。以开切眼为圆心，760米的敷设范围内，对应的地标三元沟有2条支沟存在，沟内没有明显的水体流动现象，薄基岩区域位于两个支沟沟谷出，厚度在12.8m～25m之间，平均厚度约20m。煤矿层以上的松散层属于第四纪风积扇和冲积扇产生的砂层。之后砂层厚度为11.5m～36.1m。砂层厚度为1.02～14.84m，平均厚度约9m。由于基岩壁顶部的波动水平有很大的抵消，低洼地区的基岩事后相对性较小，含水层厚度很大，底部有风化基岩和岩层、松散的岩石层、粘土风化层，产生更常见的“薄基岩厚松散含水层”区域。

在对煤矿工程现场实际施工情况进行调查研究，选择适合的参数进行计算之后发现，关键层被破坏后会陷入到塌陷区，关键层处于下位。因此，采煤层开挖后，空区关键层碎块的旋转空间相对较小，关键层破碎后进入下方塌陷区，关键层破碎块无法产生充填墙梁结构，造成采煤区滑移。当临界层破裂失去可靠性时，临界层上方的软岩层会因临界层的断块而滑落。整体裂缝会向下移动，使裂缝不断扩大和发展，并立即延伸到地面，造成积水。裂缝区使含水层和工作面被弄清，含水层中的水沿着裂缝流入工作面。附着在含水层顶部的小卵石会被添加到流水中产生细砂，并沿着裂缝进入工作面，造成水、砂塌陷安全事故。另外，由于砾石的附着力差，在厚厚的风积砂层下进行大规模开采时，砂层本身不能产生稳定的结构，导致关键层滑落失稳程度进一步增加，煤矿溃水溃沙程度也随之加剧。

2.溃水溃沙问题预防治理方法

2.1开采前的预防治理方法

要想从根源上降低溃水溃沙事故发生概率，煤矿工程在开采之前需要做好以下几项工作：一是发挥好疏放和施工时间水文观测孔的作用。大部分煤矿工程工作面开采挖掘的接替情况都较为紧张，使得疏放水的工作时间比较短，很少会细致的探查疏放水的效果，或者在工程施工期依靠水文观测孔来确认含水层水位的转变，导致工作人员无法准确掌握含水层的厚度和水流量的转变。为了有效地处理这个问题，勘察人员必须在开采前做好排水工作。当排水良好时，立即依靠水文观测孔观察含水层的水位。二是早灌浆。对于工作面薄砂岩松散层，必须提前进行注浆，确保松散砂层能够牢固地结合并转化为具有一定承载力的岩层，防止出现原位板切断的情况。此外，针对开采初期岩层稠度较弱，岩层有裂缝或砂岩凹痕，可按矿内注浆的方法对砂岩层进行加固，防止发生水、砂塌陷事故，并提高工作面排水管的工作能力，保证相关系统能够始终保持正常运行状态。

2.2开采施工过程中的预防治理方法

在做好开采前溃水溃沙事故预防工作后，还应关注开采过程中溃水溃沙的预防治理工作。首先，可以通过填充采空区域和降低才高的方式，有效避免开采过程中关键层滑落、稳定性缺失造成的溃水溃沙事故。这种方式可以减少关键层破断的块体回转空间角度，通过注浆充填关键层破断的块体下方悬挂露出的空间，同时酌情降低工作面采高，已达到提升关键层破断块体结构稳定性、滑落失稳事故发生概率的目的。其次，保证开采工作面支护施工质量。在对煤矿工作面进行回采时，必须严格把控工作面支护施工质量，确保来压期间的初撑力、跟机、护帮板、拉架到位，支架能够主动完成顶板支撑工作，以达到降低顶板回转的下沉量、避免出现漏顶事故的目的。

2.3事故的应急抢救方法

当煤矿开采的过程中产生了溃水溃沙事故时，为了保证开采进度不受影响，可以根据当时的开采进度酌情加快工作面的推进速度，尽量让溃水溃沙的地点发生在采空区内部，方便保证铲运机和支撑架能正常向前更换。同时，在采煤全过程中，立即观察道路塌陷坑、裂缝，并用细铁丝将钢丝网连接到发生水沙塌陷事故的地面，将装满沙子的沙袋放在金属丝网上。最后使用沙土填实、封堵溃水溃沙点，避免由更多的水和沙土进入到工作面中。此外，还可以将回采工作面上的不良钻孔封堵上，通过一次性将大尺寸石块投入到地表上的方式，确保不良钻孔内的裂隙通道被有效封堵，同时在裂变空隙中投入一些小的石块或者是碎石，以保证封堵严密，使溃水溃沙事故得到有效控制和处理。

结论：

总而言之，在煤矿开采事业迅猛发展的今天，为有效解决溃水溃沙事故对煤矿开采带来的负面影响，本文在介绍了煤矿层工作面的开采初期关键层结构，煤矿开采期间出现溃水溃沙事故基本机理之后，根据本次研究选择的煤矿工程案例，分析了出现溃水溃沙事故的因素。并以此为基础，从开采之前和开采施工过程中，就煤矿溃水溃沙事故的预防和治理方法提出了自己的见解，通过保障开采前疏放水的效果、发挥施工水文观测孔的作用、做好薄基岩层注浆加固工作、对采空区进行充填、酌情降低开采高度、保障工作面的知乎质量等方式，做好开采