1探测和试验技术新进展
1.1覆岩破坏高度探测
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。
1.2仰上孔水文探测
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。
1.3试验研究
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。
2水体下煤矿安全采煤实践新进展
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。
2.1机械化顶水采煤技术
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。
2.2机械化放顶煤顶水采煤技术
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。
2.3保水采煤技术
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。
2.4海下采煤技术
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。
3发展及展望
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、溃砂致灾条件与机理,引入和开发新的探测手段和探测设备,根据水体下采煤的实际情况,探索有效的防治水技术措施等等,这些都是将来需要进一步研究的内容。将来也只有加强这方面的研究,才能不断提升水体下安全采煤理论水平和实践水平,更好的为水体下采煤工作服务,提高水体下采煤的综合效益。
作者：赵苑凯 单位：山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局地测队
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