[00874046]中等含水层下留设防塌煤柱安全开采关键技术研究与应用

所属科学技术领域：中等含水层下留设防塌煤柱安全开采关键技术研究与应用属矿业工程水害防治、采掘工程优化、安全工程综合交叉类 主要内容： 我国受松散含水层影响煤层开采量大面广，且发生多起水岩耦合压架突水致灾事故，不仅经济损失大，而且破坏了矿区水环境，同时造成严重的社会危害。项目研究的百善煤矿主采煤层上方直接覆盖有22.3～27.4 m的砂砾石中等含水层，严重威胁着近含水煤层安全开采，矿井设计时将含水层下30m的煤炭资源列为表外储量。为了安全高效回收煤炭资源，研究以留设防塌煤柱采动水岩耦合致灾为背景，以数值模拟、实验室测试和理论分析为手段，研究了中等含水层下留设防塌煤柱采动裂隙演化与突水溃砂突变致灾机理，提出了改革工作面空间尺度、开采程序等人为可控扰动工程控制突水溃砂的控水开采原理，并深入研究留设防塌煤柱开采的判别条件、阻隔水性能、闭合规律及对其实施控制的原理和方法，初步建立了中等含水层下采动过程裂隙动态演化的突水溃砂水岩耦合致灾的工程地质作用模型；制定了受水患威胁煤层留设防塌煤柱安全开采的调控调度新模式；揭示了采动裂隙岩体水岩耦合致灾与可控扰动工程之间的内在普适性规律，变被动防水为主动控水，为受水困煤层安全开采提供科学依据。研究得到了国家自然科学基金项目“薄基岩煤层水岩耦合致灾机理与控水开采基础研究”（编号51274007）和安徽省煤矿安全专项基金以及淮北矿业、皖北煤电科技创新基金的联合资助。特点：（1）变被动防水为主动控水：通过对开采程序、工作面与含水层之间空间尺度等人为可控工程的优化，采用采动裂隙疏放改变含水层性质，实现了含水层下留设防塌煤柱安全开采实践，解放了324余万吨受水困被列为表外储量的煤炭资源，确保了衰老矿井百善、朱仙庄的繁荣与稳定，具有重大的工程实践创新。（2）推广应用范围广：共有5个采区15个留设防塌煤柱工作面实现了安全开采；难度高：中等含水层下，背斜轴部，仅留设11.6～17.8的煤岩柱，综放开采也只留15.1m煤岩柱，查新资料表明为国内外最小；效益好：延长矿井服务年限5～10年；已采出防塌煤量共计324余万吨，创直接经济效益5.2亿元，使科研成果直接转化成生产力。（3）多学科深度交叉：采用采动裂隙疏放实现含水层改性；利用井下并行电法、彩色钻孔电视、冲洗液消耗等多手段对留设防塌煤柱开采覆岩破坏进行了动态观测；利用钻孔水位变异采用GIS信息拟合方法对实施留设防塌煤柱开采工作面，进行突水溃砂危险区预测，节省了大量的工程探测费用。“中等含水层下留设防塌煤柱安全开采关键技术”是一项具有完全独立自主知识产权的回收煤炭资源防治压架突水溃砂灾害技术，自2010年在百善煤矿6813工作面开展留设防塌煤柱防治突水溃砂灾害研究工作以来，已获得国家授权发明专利2项、实用新型专利1项，发表相关论文12余篇，培养硕士研究生16名，已在恒源煤电、百善煤矿、任楼煤矿、朱仙庄煤矿得到推广应用，取得了显著社会与经济效益，有力推动了我国水体下开采技术的进步。