水体下煤矿安全采煤技术的发展

水体下煤矿安全采煤技术的发展

1水体下采煤技术成果在实际开采中，水体下采矿所占的比例非常重要，不同程度上不同。水体下采煤的主要目的是防止溃水、溃泥、溃砂或超限涌水,实现对井巷的有效保护,避免其受到破坏,保证采煤工作的安全进行。随着水体下采煤技术理论研究的深入和实际工作经验的总结,不同的理论成果被研究出来,并相继运用到采煤实践中,它们在水体下采煤实际工作中发挥着重要的作用。文章拟对这些问题进行探讨分析,并对水体下煤矿安全采煤技术做出展望,希望能够引起人们对这些问题的进一步关注,能够为水体下采煤实际工作提供借鉴和参考。2理论与方法的更新2.1防水安全支柱锁的维护方法形成垮落带、导水裂缝带、保护带理论,并提出露头煤柱留设方法,目前在探索综采和综放条件下防水安全煤柱的合理留设方法。2.2覆岩破坏的动物模拟该方法适用于研究地质、采矿条件变化时覆岩破坏高度的变化趋势,能够模拟覆岩破坏的发展过程和形态、应力场和位移场变化,常用软件有FLA3D、ADINA、ANSYS等等。2.3工作面涌水量预测模型适用于地质、水文、采矿条件变化时采场涌水量的变化趋势,能够模拟采动影响下地下水均衡场的变化,预测矿井、工作面的涌水量,常用软件包括FEEFLOW、MODFLOW等。2.4在水体安全性评价中的应用对于工作面涌水量预计、含水层富水性评价、水体下采煤安全性评价等,涉及到多学科知识和不确定性参量,运用人工智能理论对水体下采煤进行分析、评价和论证,有利于提高分析决策的科学性,提高结果的精确度。3固检测和试验技术的改进3.1覆岩岩性结构场探测手段水体下安全采煤的关键是掌握覆岩破坏高度,而最为有效的方法是实际探测覆岩破坏高度,随着科技的进步和经验的总结,探测手段取得了显著进步,由单一的钻孔冲洗液漏矢量观测法发展为结合钻孔电视、钻孔声速、数字测井等综合判断法。物探法包括瞬变电磁法、地质雷达法、地震探测等方法。3.2巷道底部砂层水疏放主要针对顶板含水层探测,包括探放基岩含水层,探测松散地层底部粘土层厚度,松散地层砂土流动性等,井下仰上孔可作为水文观测孔,观测水位动态,利用井下仰上孔疏放松散地层底部砂层水,实现留设防砂煤柱开采。3.3改性砂岩的表征试验研究岩石和土层的工程性质,作为水体下安全采煤的依据。方法包括:干燥饱和吸水率和崩解试验,评价岩石的隔水性;砂土渗透性试验,评价砂土层的富水性;塑性指数和液性指数,评价粘土的隔水性和流动性。4安全采煤技术对水体下采煤的影响随着理论研究的深入和实际工作经验的总结,一些新的安全采煤技术不断被运用到水体下采煤实践中,它们给水体下采煤带来新的变化,具体表现在以下几个方面。4.1水体下安全综采试验研究早在上个世纪六十年代,我国就开始在理论上研究水体下采煤技术,并在实践中开始运用,其主要的开采方式是炮采和普通机械化开采。到了八十年代,为了满足开采的需要,提高开采效益,进行了大量的水体下安全综采研究和试验。综采的采高一般为三至六米,比炮采和普采的采高要明显高,这样会导致覆岩破坏高度明显增大。对于综采工作面来说,其机电设备比较多,因而抗水患能力比较差,所以,对水体下采煤的安全性要求更高,防水安全煤柱尺寸也更大。4.2工作面涌水量大时,适时放煤方案自上个世纪九十年代以来,对水体下综放开采的研究越来越多,其适用范围主要包括厚煤层和特厚煤层,工作面的采高在五米至十五米之间,采高可以做出适当的调整。综放工作面面积较大,上面的机电设备较多,如果工作面涌水量较大的话,会严重影响矿井的安全生产。所以,在水体下采煤中,综放工作面覆岩破坏高度大,变化幅度大,防水安全煤柱尺寸大。为了减少煤炭损失,提高煤矿开采效益,一般采用台阶式限厚放煤的方法,以降低采高,减小防水安全煤柱厚度。例如,某煤矿综采工作面在四十至五十米煤柱段八米煤层进行全厚放顶煤;在四十三至五十米煤柱段进行隔二架放四架限厚放顶煤开采;在三十米至三十五米煤柱段进行隔二架放二架限厚放顶煤开采;在二十八米至三十米煤柱段进行采高三米只采不放,限厚开采。通过这种方式,该工作面采出原压滞煤量22.3万吨,取得经济效益2000多万元。4.3保水采煤的基本概念就我国水资源的分布特点来看,主要表现为地域分布不平衡,人均水资源占有量较少,山西、内蒙、新疆、宁夏等地的煤炭资源丰富,但水资源却十分匮乏,并且生态环境比较脆弱。在煤矿开采过程中,地下水渗漏,水位大幅下降,影响当地的生态环境,因此,在煤矿开采过程中,需要采取适当的措施保护当地生态环境。保水采煤要求导水裂缝带不波及地表及浅部含水层,防止水体向矿井渗漏。目前在采煤中较为常用的方法包括条带法、房柱法、充填法,其原理是,通过保留部分煤柱或充填采空区,降低导水裂缝带高度,以达到保护上面含水层的目的。此外,还可以采用其它方法实现上述目的,例如,采取临时疏降转移开采区域的水体,等地层移动变形稳定、采动裂缝闭合后,再允许水体流回,采用这些方法既能够达到有效采煤的目的,还能够实现对环境的保护,具有良好的效果。4.4海下采煤的意义海下具有丰富的煤炭资源,在满足人类能源需求,缓解能源紧张等方面发挥着重要的作用。初步估算海下煤矿地质储量约为一亿吨,并且主要分布在东北地区,而该地区正是我国的缺煤地区。因此,运用海下采煤技术,积极开采海下煤矿对满足当地人们需求具有重要的现实意义。同时,海下采煤还具有其它采煤方式不可比拟的优势,例如,对周围环境影响小,不会破坏建筑物等等,具有一定的发展空间。相信随着研究的深入和经验的总结,海下采煤会取得进一步发展,其运用范围也会更为广泛,目前,龙口矿区北皂矿已经开采海域下的煤矿。5需进一步研究的问题当前,水体下煤矿安全采煤技术取得了较快的发展,在采煤实际工作中发挥着重要的作用,有利于水体下煤矿开采的安全,提高水体下煤矿开采效益。今后在实际工作中,仍然需要对相关问题做深入的研究,例如,采场突水、溃砂致灾条件与