我国煤矿水害防治技术(3)

2019-02-20 23:06

加强,同时定向钻进技术随着钻孔测斜技术的提高也逐步走向成熟。现在不管是地面用钻机还是井下坑道钻机均可实现“随钻测斜、自动纠偏”,可以说现有钻探技术已能很好地满足水文地质探查中对钻探手段的技术要求

2.1.5监测测试技术

a.基本水文地质监测:主要仪器设备包括水位水压遥测系统、水 位水压自记仪和水量监测仪(电磁流量仪)。主要监测内容有:

(a)矿井各含水层和积水区水位水压变化情况;

(b)矿井所在地区降水量、矿井不同区域涌水量及其变化情况;(c)矿井受水害威胁区水文地质动态变化情况; (d)矿井防排水设施运行状况; (e)地面钻孔水位、水温监测等。

b.煤层底板或防水煤(岩)柱突水监测:主要设备为底板突水监测仪。监测方法为:通过埋设在钻孔中的应力、应变、水压、水温传感器监测工作面回采过程中应力、 应变、水压、水温的变化情况,数据传送到地面中心站后,利用专门的数据处理软件判断能否发生突水。主要应用于具有底板突水危险的工作面回采过程中的突水监测。

c.原位地应力测试:主要设备是原位应力测试仪,是一种以套筒致裂原理为基础的原位地应力测试仪器。通过监测工作面回采前、回采过程中的地应力变化,应用专门数据处理软件判断是否发生突水。该技术主要用于底板突水监测。

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d.岩体渗透性测试:主要设备是多功能三轴渗透仪。通过调节岩体的三向应力状态,测试不同应力状态下的水压、水量变化,以反映岩体渗透性随应力的变化规律。

2.2矿井水害评价理论及技术 2.2.1矿井充水类型评价

矿井充水类型按充水水源类型可分为岩溶充水型、裂隙充水型、孔隙充水型、老空充水型。按水文地质条件复杂程度可分为简单、中等、复杂、极复杂四种类型。

2.2.2突水机理及预测预报技术 a.突水预测理论

(a)经验理论,即突水系数理论、“下三带”理论、递进导升理论。 (b) 以力学模型为基础的突水机理与预测理论:“薄板结构理论”、“关键层理论”、“强渗通道”说;“岩水应力关系”说等。

b.突水预测预报方法

有“五图——双系数”法;“三图——双预测”法;模糊综合评判法;人工神经网络方法等。

2.2.3涌水量计算与评价

矿井涌水量预测方法可分为以下三种:建立在地下水渗流理论基 础之上的解析法和数值法;建立在回归分析等数理统计理论之上的经验公式法、比拟法、Q-S曲线外推法;建立在质量守恒定律基础上的

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水均衡法。解析法和数值法一般应用在严格按稳定流非稳定流标准观测的抽(放)水试验后预测涌水量。经验公式法、比拟法、Q-S曲线外推法应用在有大量统计资料的矿区。水均衡理论应用在输入输出水量容易观测计算的矿区。由于各种方法对资料和相关条件的要求不尽相同,可选择适合本矿实际的计算方法。综合比较,数值法建立在严格的数据观测基础上,充分地考虑了含水层的非均质性、各向异性和水文地质系统的边界条件等,计算结果比较准确,已得到广范应用。

2.3煤矿水害防治技术: 2.3.1综合防治技术:

煤矿水害防治工作要以“预防为主,防治结合”为基本方针。以“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”为基本原则,并根据矿井水害实际情况制定相应的“防、堵、疏、排、截”综合防治措施。

“预测预报”就是要在查清矿井水文地质条件的基础上,对矿井的水文地质类型、水害隐患、严重程度进行分析研究,并通过相应的水文地质工作对矿井水文地质条件进行分采区、分工作面评价圈定安全区、临界危险区和危险区,并标注于相关图纸上,以排除开采活动的盲目性。“有疑必探”是指在预测预报工作的基础上,对没有把握的区域或块段采用物探、化探、钻探等方法和手段进行综合探查,以探明水害疑点或可疑作业区域。“先探后掘”是指在综合探查的基础上,在确保巷道掘进或(和)工作面回采没有水患威胁时,可实施掘进及回采作业。“先治后采”是指在综合探查的基础上对于有水害隐

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患的区域,必须采取有针对性的措施,直到完全消除水害威胁后才能组织正常作业。

“防、堵、疏、排、截”五字综合治理措施,简单地讲,“防”就是对于矿井边界、导水断层、高压强含水层、导水陷落柱等一定要采取留设防水煤(岩)柱或通过改变采煤方法来预防,并对其它可能诱发矿井水害的水源、通道实施加固、隔离、阻断等措施;“堵”即针对有安全隐患的矿井充水水源、涌水通道,必须超前进行注浆封堵,或对强含水层、隔水层进行注浆封闭或加固处理;“疏”主要指能疏干的充水源要坚决疏干,不能疏干的如华北型奥陶系灰岩水要结合安全带压开采上限要求,采用疏水降压等措施实现安全作业;“排”既指排水供水相结合,使矿区水资源得到综合利用,又指建立安全可靠的矿井排水系统;“截”即通过开挖沟渠,修筑堤坝、防水帷幕等截流措施,拦截地表河流、水库等地表水及松散层孔隙水。

值得一提的是,煤矿水害防治技术中的疏水降(水)压和注浆封堵技术(这是最常用的两种手段),经过多年的探索已取得长足发展,疏水降压技术可以根据不同的水害类型和疏降目的采取有针对性的方式和类型;注浆封堵技术不但在工艺上有大的改进如“立体注浆”技术、“导流”、“引流”注浆技术等。同时,一些封堵效果好、成本低廉的注浆新材料也相继推出,如水泥—粘土浆、粉煤灰浆等。在“动水”条件下的注浆封堵也有许多新办法,而且效果都不错。

2.3.2水害防治基本技术路线

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在矿井开发的不同阶段,由于任务不同,相应的防治水要求也不一样,一般的水害防治技术路线为:

a.矿建中或建井前,应进行矿井水文地质综合勘探,查清矿井的水文地质条件;预测评价矿井涌水量,进行矿井防排水系统的设计。在此基础上根据矿井的未来(如5年)采掘计划制定矿井的总体防治水规划,确定不同阶段防治水项目;

b.开采过程中,应建立水害安全保障体系,包括物探探测仪器、钻探、注浆设备、排水设施、水闸门、水闸墙、防治水组织结构、安全避灾路线等,以及巷道掘进前方超前探测、采区采面精细探查,以查清掘进头、采区及工作面的水文地质条件,并对有突水危险的工作面进行突水监测,根据监测结果及时调整优化防治水方案,编写救灾预案;

c.闭井前或采矿完成后,要对矿井闭井安全条件进行评价,制定矿井关闭过程安全措施,监测拟关闭废井与邻近矿井水情水况,制定废弃矿井水防范措施。并将废弃矿井采空区准确地标绘在地质图、采掘工程平面图等图纸上,同时将相关资料报送上级管理部门进行备案。

2.3.3水害防治技术应用 a.综合水文地质条件探查

山东临沂黄河北煤田邱集煤矿10、11煤层受到四〃五灰及徐灰、奥灰承压水严重威胁,受水威胁的煤炭资源所占比重达87%,通过

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