我国煤层底板突水问题的研究现状及展望

我国煤层底板突水问题的研究现状及展望
发表时间：2018-12-21T11:24:30.247Z 来源：《基层建设》2018年第32期作者：郑根源
[导读] 摘要：中华人民共和国成立以来，工业急需发展能源是制约工业发展的重要因素之一。

华兴能源有限责任公司唐家会煤矿安徽省淮南 232007
摘要：中华人民共和国成立以来，工业急需发展能源是制约工业发展的重要因素之一。

在这段时期，煤矿是最为主要的能源。

在华北地区，煤矿存储量最大，这里有全国50%的矿井存在，占中国总煤产量的60%左右，所以在煤矿能源上占据着重要角色。

然而由于该地区自身的地质情况，其煤底板保护层完整性比较差，煤底层下埋伏着奥陶纪灰岩含水层，该土层的水压及水量都很大，很不利于煤矿开采。

因此，在华北地区的煤矿开采区中，煤层底板突水问题是一个很值得注意的问题。

关键词：煤层底板；突水灾害；注浆堵水；疏导防治；
为了做好煤矿煤层底板含水层、赋水层突水防治工作，对辛置煤矿煤层底板含水层特征进行了分析，并针对煤层底板水害隐患，提出了“注浆堵水、疏水降压”综合防治措施，一方面减少了突水量，另一方面有利于加快突水的疏导。

一、煤层底板突水问题的研究现状
1.煤矿水文地质条件综合研究。

水文地质研究属于煤矿水害防治中的基础性工作，是在水文地质学的研究范围之内。

（1）在20世纪60年代到70年代的防治水工作中，通过经验进行水文地质分析；（2）20世纪80年代以后，国家政府对华北的水害问题灌注了大量心血，大力支持防治水害，所以在这一时期对煤矿水文地质条件的研究成指数形式增长，同时提高了水害问题的诊断质量。

在这一时期，大量仪器和测试方法被研究出来，如MTS -I型矿井突水前兆检测系统、BX-I型应力仪和DW -II型位移测量仪、SWX-1型钻孔水位遥测系统及井下电测探法。

在煤矿水文地质条件研究方法中，最为重要的一种便是采取同位素放射性元素查找地下水。

2.水压安全采煤技术研究。

在具有承压水压力的含水层上进行的采煤，其承压水平面标高高于开采煤层底板标高，该技术称为带压开采技术。

通过采用这一技术，主要鉴别了煤层底板的突水类型——通道型突水与渗透型突水。

每种突水类型对应着相应的勘探模式，如在焦作煤田的防治水实践中提出了垂向越导通道勘探模式；另外还提出了带压系数的概念。

该概念简单通俗地解释了煤层底板突水问题，当带压系数等于或大于突水系数时，突水便不会发生。

有两种方法测量带压系数，即采场实验和室内实验。

在带压开采技术中，要对煤层底板岩体的细化研究格外关注。

对煤层底板突水模型的理论基础贡献最大的莫过于煤层底板保护层概念的引入。

带压安全开采评价条件有3个，即：煤层底板保护厚度等值线图、煤层底板保护层破坏深度等值线图、煤层底板有效保护层厚度等值线图。

除此之外，突水系数法也取得相当大的进步。

3.突水机理研究。

突水机理实验的目的是研究在采动条件下，煤层底板发生突水情况时采取的方法。

突水机理的研究对象主要分为现场实验、室内模拟实验和理论研究三大部分，其中最主要的是室内模拟技术。

20世纪80年代中期，煤层底板突水机理室内模拟在中国开展，建立小青煤层和下架煤层的开挖实验，并同时观测顶板及底板的被破坏情况，初步得出了实验研究成果。

在模拟突水机理实验中，我们可大体解决室内模拟技术突水机理的可行性问题，也为制作具有实用性的模型提供了技术支持。

4.数据库及计算机成图技术。

煤矿在勘探、基建及开采中逐渐形成了大量水文地质资料，全面反映出井田单位内水文地质合成信息，这也是煤层底板突水问题研究的可靠依据。

与煤层底板突水问题相关的水文地质信息同时也很复杂，其中包括钻孔柱状信息、地下水文观测信息等问题，这些水文地质信息都迫切需要建立与之相应的煤矿水文地质处理系统，从而建立和煤层底板突水问题相关的平面图、曲线图、剖面图及等值线图。

研究的水文地质信息集成化处理系统便有效解决了上述问题，做到了数据都和数据库相互融合，互为一体，它的作用体现在数据库管理工作、统计计算、地质和绘图这4个基本功能，这也体现了对煤层底板突水问题的信息化研究。

二、防治煤层底板水害的措施
煤层底板已经可以看到断层、裂缝和破碎带等结构，这些发育地带厚度不均，且呈现出急剧变薄趋势，发生突水灾害的可能性大大增加。

为了确保煤层开采的安全，对煤层底板进行定期水文地质观测，按开采进度设计“注浆堵水，疏水降压”综合防治措施。

1.寒武系灰岩含水层内的水体是中大型突水意外发生的主要水源，为了降低该层水体对开采工作的影响，设计疏水降压措施。

先在煤层的水平位置进行－300～300 m范围内含水层位置和水储量检测，锁定主要水源；而后根据物探结果设计疏放孔的位置、位置间距、个数以及大小。

该矿井共施工10个放水孔，经过近一年的疏放，寒武系含水层水位下降40 m，为安全开采提供了保障。

2.煤层底板存在断层和裂缝等结构。

针对这些结构进行注浆加固。

浆液是由水泥浆、水玻璃和黏土水泥浆三种浆液混合制成。

第一注浆段采用单液浆和双叶浆，填充裂缝；第二注浆段采用单液浆，加大溶液水灰比例，增强水泥强度。

两个阶段需要先稀后浓，先单后双，最后用复合速凝剂，加快水泥的凝结。

3.根据巷道结构和矿井的实际情况，为突水事故做封堵方案设计。

首先，将含水层和通道进行封堵，最大程度地降低突水面范围，减缓渗透速度；然后，填充工作面的采空区，等水量稍小时，再封堵含水层，最后，封堵巷道和突水点。

此封堵方案并不能彻底阻挡突水，只可以规划突水路线，降低矿井的损坏程度。

此外，还应根据相关防治水规定，留设防水煤柱，确保工作面与断层截面保持足够距离。

三、煤层底板突水问题研究展望
1.以临突预报为中心的时间预报问题将会受到重视。

煤层底板突水的时、空预报是同一问题的两个方面。

目前仅限于空间预报（可预报至空间点），对时间预报研究不够。

这除了与问题自身的复杂性有关外，还存在研究思路上的问题。

同样，地震预报的复杂性并非与煤层底板突水预报有什么质的不同，但地震预报中敢于面对时域预报，滑坡研究也不例外。

因此，煤层底板突水的时间预测性问题不应成为这一领域科学研究工作的禁区。

2.非线性科学在煤层底板突水问题研究中有着广阔的应用前景。

非线性科学在近几十年中得到了飞速发展，由于具有面向复杂现象及揭示研究对象深刻本质的双重特点而占据了当今工程科学领域的一席之地。

国家自然科学基金资助项目/煤层底板突水的非线性动力学预测理论和预测模型研究的完成，标志着在煤层底板突水领域拉开了非线性研究的序幕。

3.开展煤层底板突水灾害分布及预测图的编制。

以煤田为制图单元，编制突水灾害分布预测图的工作仍是一个空白，目前，只有点、工作面的灾害分布而缺乏像中国煤田地质分布图那样区域性的突水灾害分布预测图，使防治水工作的决策长期陷于被动局面，从各个煤田所形成的资料来看，大多数矿区已具备编图条件，借助计算机成图技术尽快解决这一问题已是当务之急。

在条件暂不具备情况下，应着手编图原则的讨论并按编图要求积累相应的资料，争取在下世纪前10~15年基本完成各大水矿区的突水灾害分布预测图的编制工作。

4.新模型、新技术、新方法、新仪器的研究与应用仍然是煤层底板突水领域研究的重要方面。

矿井防治水工作是涉及面广、专业性强的系统工程，只有依靠科技进步，不断增加高新技术含量才能解决煤矿开采过程中不断出现的新问题。

总之，按照渗透转化机理，对突水量进行估算得知，寒武系灰岩虽距离比较远，但水体量大，给煤层开采带来的威胁是最大的，并在多次煤矿突水记录资料中得到验证。

为此，提出了“注浆堵水，疏水降压”综合防治措施，将寒武系含水层的影响降到最低程度，为安全开采提供了安全保障。

参考文献：
［1］周玉华．浅谈我国煤层底板突水问题的研究现状及展望.2017.［2］张伟清．基于煤矿水害防治的煤层底板突水机理研究.2017.。