根據(jù)水體下壓煤的處理原則,解決水體下壓煤?jiǎn)栴}的途徑主要有頂水開采、疏干或疏降開采、頂疏結(jié)合開采、處理補(bǔ)給水源后開采、遷移水體開采和留設(shè)煤柱不采等方面。
一、頂水開采
頂水開采系指在水體與煤層之間保留一定厚度(或垂高)的安全煤巖柱而對(duì)水體不作任何處理情況下的開采。這里的安全煤巖柱是指為了保證礦井安全生產(chǎn)、防止水或泥砂潰入井巷而在水體下保留不采的煤層和巖層區(qū)段(塊段)。安全煤巖柱有三種類型,即防水、防砂和防塌煤巖柱。頂水開采實(shí)際上包括完全頂水開采和部分頂水開采兩種情況。在水體與煤層之間留設(shè)防水煤巖柱情況下的采煤屬于完全頂水開采;在水體與煤層之間留設(shè)防砂或防塌煤巖柱情況下的采煤,對(duì)于遠(yuǎn)離煤層的上部水體可能是屬于頂水開采,而對(duì)于靠近煤層的下部水體,則為疏干開采。
由于許多巖層具有天然的隔水性能,所以,只要適當(dāng)?shù)乜刂撇蓜?dòng)影響,在多數(shù)情況下,頂水開采可以使水體下采煤達(dá)到既安全又合理的目的。
頂水開采的優(yōu)點(diǎn)是一般不增加礦井的額外涌水量,不增加排水設(shè)備;缺點(diǎn)是在某些情況下,煤炭資源損失率較大,而且在基巖含水層下采煤時(shí),還有可能惡化作業(yè)條件。
二、疏干或疏降水體開采
疏干或疏降開采系指在開采前或開采過程中疏干(補(bǔ)給水源有限時(shí))或疏降(補(bǔ)給水源無限時(shí))地下含水層水位情況下的開采。根據(jù)我國水體下壓煤開采經(jīng)驗(yàn),疏干或疏降水體開采可分為先疏后采和邊疏邊采兩種情況,先疏后采是指預(yù)先對(duì)含水層進(jìn)行疏干或疏降,然后再進(jìn)行開采的作法,它一般適用于煤層直接頂板為含水層或回采上限接近第四系強(qiáng)含水松散層等情況;邊疏邊采則是指采煤與疏干或疏降同時(shí)進(jìn)行的作法,它一般適用于砂巖或石灰?guī)r巖溶含水層為煤層老頂以及回采上限接近第四系弱含水松散層等情況。
根據(jù)我國水體下壓煤開采經(jīng)驗(yàn),疏干或疏降水體開采的具體方法主要有鉆孔疏干或疏降、巷道疏干或疏降、巷道與鉆孔聯(lián)合疏干或疏降、回采疏干或疏降以及多礦井分區(qū)排水聯(lián)合疏干或疏降等。
1.鉆孔疏干或疏降
鉆孔疏干或疏降就是在回采工作面的上、下順槽或地面直接向煤層頂?shù)装搴畬哟蜚@放水或抽排水,以疏干水體或降低含水層水位。這種方法一般適用于薄層石灰?guī)r含水層和厚層砂巖含水層,是應(yīng)用最為普遍的一種方法。
2.巷道疏干或疏降
巷道疏干或疏降就是把運(yùn)輸大巷和上、下山等主要巷道直接布置在需要疏干或疏降的含水層內(nèi),或者用石門穿過各含水層,以疏干或降低含水層水位。這種方法一般適用于基巖含水層。
3.巷道與鉆孔聯(lián)合疏干或疏降
巷道與鉆孔聯(lián)合疏干或疏降就是先掘進(jìn)疏水巷道或疏水石門,然后在巷道或石門內(nèi)打鉆孔穿透含水層放水。有時(shí)還直接在地面打直通式放水鉆孔,穿透含水層到放水石門,并在孔口安裝控制放水的閥門,進(jìn)行疏干或疏降。
4.回采疏干或疏降
回采疏干或疏降就是利用回采工作面的自然涌水,達(dá)到疏干或疏降水體的目的?;夭墒韪苫蚴杞颠m用于富水性弱和補(bǔ)給來源有限的含水層。當(dāng)開采上限接近第四系全砂含水松散層或松散層底部厚含水砂層時(shí),就可以采取回采疏干或疏降措施,如先采深部,后采淺部等。
5.多礦井分區(qū)排水聯(lián)合疏干或疏降
在石灰?guī)r巖溶發(fā)育的礦區(qū),有時(shí)單一礦井集中排水疏干或疏降比較困難,甚至不可能。如果采用多礦井分區(qū)排水聯(lián)合疏干或疏降的辦法,則可以共同分擔(dān)水量,有利于地下水位迅速下降,往往能夠達(dá)到預(yù)期的目的。
總之,疏干或疏降開采方法的應(yīng)用必須因地制宜,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是煤炭資源回收率高,生產(chǎn)安全性大;缺點(diǎn)是需要增加疏排水設(shè)備及必要的輔助工程,增加煤炭生產(chǎn)成本。由于疏干或疏降改變了水體的自然循環(huán),在有巖溶的礦區(qū)常常導(dǎo)致礦區(qū)地面嚴(yán)重塌陷,有時(shí)甚至影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活。
三、頂疏結(jié)合開采
頂疏結(jié)合開采指的是在受多種水體或多層含水體威脅的條件下進(jìn)行水體下采煤時(shí),對(duì)于遠(yuǎn)離煤層(指大于導(dǎo)水裂縫帶高度)的水體,可以實(shí)現(xiàn)頂水采煤,而對(duì)于煤層直接頂或離煤層距離較近(指位于冒落帶和導(dǎo)水裂縫帶范圍內(nèi))的水體,則實(shí)行疏干或疏降開采。采用頂疏結(jié)合開采取得成功的關(guān)鍵,首先在于實(shí)現(xiàn)頂水開采,其次是滿足回采工作面無淋水的要求。
四、處理補(bǔ)給水源或遷移水體后開采
處理補(bǔ)給水源或遷移水體后開采就是在回采以前先用水文地質(zhì)、工程地質(zhì)方法對(duì)水體的主要補(bǔ)給來源進(jìn)行處理,或者直接將水體遷移到礦區(qū)或采區(qū)影響范圍以外,然后再進(jìn)行開采。先處理水源后進(jìn)行開采的技術(shù)途徑可以達(dá)到邊采邊疏或先疏后采的目的和效果,先遷移水體后進(jìn)行開采的技術(shù)途徑則可以從根本上消除水體對(duì)開采的威脅。對(duì)于無限補(bǔ)給,特別是近源、無限補(bǔ)給的條件應(yīng)盡可能地在礦區(qū)或采區(qū)外圍堵截補(bǔ)給水源,一般有河流改道、人工填鋪河床、自然淤造河床、帷幕注漿堵水、布置疏水巷道截流和地面防滲、防漏等方法。對(duì)于遠(yuǎn)源、有限補(bǔ)給的水源,則根據(jù)水體賦存特征,可以不采取專門措施。遷移水體也只有在某些情況下才在技術(shù)上可行和經(jīng)濟(jì)上合理,例如河床下有隔水層,水庫可以廢棄等。
1.河流改道
通過改道方法把礦區(qū)或采區(qū)內(nèi)的河流引向礦區(qū)或采區(qū)影響范圍以外,這是改變煤巖柱水源補(bǔ)給條件、處理地表水水源的最有效方法。但是,河流改道牽涉面廣、投資大,應(yīng)結(jié)合礦區(qū)地形地貌及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)需要等各種因素綜合考慮。
2.帷幕注漿堵水
帷幕注漿堵水是利用鉆孔將粘土、水泥等材料注入含水層內(nèi),形成地下?lián)跛∧?,切斷地下水補(bǔ)給通道的一種方法。在含水層厚度較小、流量較大、水源補(bǔ)給通道集中、水文地質(zhì)條件清楚并具備可靠隔水邊界的條件下適于采用這種方法。尤其是對(duì)于薄石灰?guī)r巖溶水體,這一方法較易見效。
3.巷道截水
對(duì)于山地礦區(qū)或露天礦區(qū),在巖層內(nèi)部開鑿專門巷道截水,也是切斷水源補(bǔ)給的一種方法。例如,在山地礦區(qū),可以利用地勢(shì)高差大的特點(diǎn),開鑿專門疏水平峒,攔截上部水平的地下水。在露天礦區(qū),為了攔截松散層水流入露天坑內(nèi),可在松散層底部的基巖表面開鑿嵌入式截水巷道,排出地下水。
4.地面防水
地面防水是改變水源補(bǔ)給和改善煤巖柱水文地質(zhì)條件的一項(xiàng)重要措施。對(duì)于無粘土或僅有薄層粘土類地層覆蓋的山地礦區(qū)和開采深度較淺的平原礦區(qū),地面防水工作尤為重要。地面防水的具體措施,對(duì)于山區(qū)和近山礦區(qū),主要有建水庫、挖魚鱗坑、筑攔洪壩、修攔洪溝、填裂縫、鋪河床、設(shè)圍溝、架渡槽、修排水溝網(wǎng)等;對(duì)于平原礦區(qū),則主要有修河渠、筑圍堤、排內(nèi)澇等。
5.人工填鋪河床
人工填鋪河床,就是對(duì)于無粘土層覆蓋的河床填鋪人工防水層,以達(dá)到整治河道,加快泄水速度,減少河水滲漏,提高河床隔水能力的目的。防水層一般使用水泥、料石、碎石三合土或其它具有粘性、塑性的材料。這種方法適用于各種坡度的季節(jié)性河流。為了防止人工河槽底部產(chǎn)生潛流,應(yīng)在河流上游垂直河水流向的基巖中鑿一溝槽,并用填料填實(shí),以切斷地表水潛入槽底基巖含水層。
6.自然淤造河床
自然淤造河床,就是將粘土送入流經(jīng)采區(qū)的河流上游地段,利用流水將粘土帶到并淤積在采空區(qū)上方的河床地段,形成河床隔水層。也可以事先在計(jì)劃淤積的下游筑好攔水壩,利用洪水沖刷下來的泥土,自然淤積到一定厚度,以增加河床的隔水能力。這種方法適用于山區(qū)及季節(jié)性河流。
五、保留煤柱不采
一般在沒有隔水層,且水體又不可能疏干、疏降或不能遷移的條件下保留煤柱不采。
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