浅析特厚坚硬岩层组下的保水采煤技术

徐宏芳

（山西高平科兴平泉煤业有限公司，山西 高平 048400）

在1990年后，我国保水采煤的思想才基本形成，起步相对来说比较晚，这几年，随着绿色开采观念的深入，进行保水采煤的呼声越来越高，这无论在技术还是水平上都给相关人员带来了很大的挑战。本文对特厚坚硬岩层组下的特殊地质环境条件、保水采煤技术、特厚坚硬岩层组下的保水采煤现状及问题进行研究。

一、特厚坚硬岩层组下的特殊地质环境条件

特厚坚硬岩层组特点是水文条件相对复杂，极其容易导致突发性水害事故以及水资源流失事故的发生，现在许多的矿区不具有稳定的粘土隔水层，并且拥有极厚的坚硬顶板，位于井田内的各系也有可能存在着一定的冲积层，其组成主要是砾石和砾砂。

虽然，一般的冲积层相对较薄，地表水系发育情况也较为优良，获得地表水供给的能力也比较强，但在其东西部也常会有火烧以及老窑积水区。这就给保水采煤工作带来了极大的阻力，如何更好地应用保水采煤技术已经成为了现今采煤行业发展进程中一个极为重要的问题了。

二、特厚坚硬岩层组下的保水采煤技术的应用

根据特厚坚硬岩层的特殊地质条件，在对保水采煤技术进行选择的过程仍然是比较讲究的。

第一，特厚坚硬岩层组下的隔水关键层技术。由于各岩层分层特性以及位置差异，它们有不同的隔水的性能，而所谓隔水关键层，就是要最终穿透的关键层，也是最终要为人阻隔的岩层。主要运用采用贯通裂隙或者构造天然通道的方式形成，主要原理可以用以下的流程图说明。

图一 隔水关键层技术流程图

主要步骤分为四个步骤，首先是判别隔水关键层的位置，接着是判别、控制其结构以及渗流是否稳定，最后是控制渗流突变通道。

第二，特厚坚硬岩层组下的充填膏体技术。这种技术主要优点是高采出率、安全、环保、广泛选择材料，在采出煤层之后冒落顶板之前，要进行充填膏体。主要是在重力或者泵压的作用下，让膏状浆体经管道，然后送至回采工作面，充填采窄区的部分空间，构建充填条带来顶住覆岩，其中值得一提的是膏状浆体要包括粉煤灰、劣质土以及煤矸石等材料。

第三，特厚坚硬岩层组下的砂置换开采技术。在机械或者重力的作用之下，把沙运到采空区，应用砂置换煤的保水采煤技术，但是这种技术仍然还主要处在研究阶段，仍需要深入进行研究。

第四，特厚坚硬岩层组下的条带开采技术。这种技术能够防止覆岩过分移动，但是存在着资源浪费中、低产出率等问题，在进行综合机械化的过程中，应用受到了局限。这种技术的应用原理主要是相间开各个煤层，分成一些条带，至于覆岩的支撑要专门保留煤层条带。

第五，特厚坚硬岩层组下的超高水材料充填技术。主要采用ZKD型高水速凝充填材料，这种材料的渗水程度高达百分之九十五以上，是一种很完美的充填水材料，其作用在于能够极大的降低使用固体粉料的量。

第六，特厚坚硬岩层组下的类似膏体物的充填技术。这种技术拥有流动相高、填充度好以及不脱水等优点，是比较理想的填充技术和方法，其中类似膏体物是一种粉状胶结剂，主要材料采用的是钢炉渣、高炉水淬渣工业废渣，在其中还要添加适当的细磨过的矿物和化学催化剂。

第七，特厚坚硬岩层组下的刀柱式充填技术。这种技术主要适用于防止地表层深陷和保护含水层。首先要遵循刀柱式技术来对煤房资源回采，接着用管路来充填煤房采空处直到煤房填满，然后主要选用后退式技术来回采以及填充煤柱，越早进行越好，最后一次长壁来进行回采。

三、保水开采技术研究现状

主要包括了保水开采地质基础、实验模拟研究、采煤方案研究和施工。首先是保水开采地质基础的研究，范立民在2004年提出的保水的两个主要指标，第一个是避免大幅度减流以及泉水干涸，第二个是不对植被的生长造成大影响，这个影响包括当前消极和积极的。在实验模拟研究方面，侯忠利等学者运用ALGOR有限元程序，确定陕北榆树湾矿要采用上分层五米进行上下分层的方案不能保水，张少春等学者提出了间歇式保水采煤的相关方法，建议进行窄条带保水开采技术。在采煤方案研究和施工方面，范立民指出了进行分区分类不同方法来采煤的方案，提高了回采率以及减少了相关损害。

四、实现特厚坚硬岩层组下保水开采技术要点

首先是注意实现保水开采途径。主要是开采区域合理选择以及留设防水煤柱。在开采区域合理选择要注意对于不存在含水及煤层的，可以直接保水开采，有含水及隔水层但是隔水层的厚度有限的，应该采取有效的保水开采措施后才可以进行开采，对于含水及煤层比较丰富的，不能进行保水开采，如果已经开采的要立刻组织防止破坏地下水结构。在留设防水煤柱方面，要以钻孔冲洗液法为主体，然后开展保水GIS研究。其次是水开采方法。主要包括将导水裂隙带高度减小以及底板加固技术方法。其中将导水裂隙带高度减小要注意应用"三下"技术，使得导水裂隙带的影响不要到达水体，从而达到减小导水裂隙带高度的目的。在底板加固技术方面要注意，这样的加固对象主要是底板的隔水层相对薄弱的地方，包括空洞以及松散的地方，运用这种底板加固的方法，在降低渗透性的同时使得地层抗压性极大的增强，极大的突出了加固以及封堵的作用。

结语

在进行特厚坚硬岩层组下煤炭开采过程中，一旦地质条件分析不到位、实验模拟研究、采煤方案研究和施工方案和施工出现分析偏差，没有及时纠正的话，就极其容易导致一系列水土破坏、资源浪费和流失、生态失衡等问题，这将会严重地影响以及制约矿区以及矿区周围生态环境的发展，妨碍水源的保持以及采集煤炭的正常进行和经济的发展。而在特厚坚硬岩层组下研究并且灵活使用保水采煤技术包括隔水关键层技术、充填膏体技术、砂置换开采技术、条带开采技术、超高水材料充填技术、类似膏体物的充填技术、刀柱式充填技术，将为解决保水采煤问题提供一个很好的思路，它更是一种根本方法，这种根本方法能够极好地解决煤炭生产中水资源破坏问题，在社会绿色开采体系中占据不可替代的位置，是关键的一点。只有加强对特厚坚硬岩层组下的保水采煤技术的研究，才能为构建社会主义和谐社会，进行科学、系统、健康、可持续的发展，全面建设小康社会更好的服务。

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