煤矿防治水关键技术研究与应用

一、技术背景

我国一次性能源的国情是“缺油、少气、相对富煤”。然而我国煤矿水文地质条件复杂，水害问题已经成为制约矿井安全、经济、有效开采的主要因素，因此，在煤炭资源约占全国80%的华北、西北和东北开展煤矿防治水关键技术研究，对改善煤矿的生产环境、实现绿色安全开采，保障我国能源安全具有重要意义。

二、技术内容

1.总体思路

根据我国水害的区域分布及水害类型，选取了鹤岗矿区、大同煤田、东胜煤田，以及邯邢、淮南矿区等主要产煤区域进行水害防治关键技术研究，对其地质构造、水文地质特征进行探查分析，研究其防治的关键技术，为矿井的安全绿色开采提供有力的依据和保障。

2.形成四大煤矿防治水关键技术体系

东北白垩系裂隙水害区：以鹤岗矿区为代表的顶板水害及老窑水害综合勘查与防治技术体系。

西北侏罗系裂隙水害区：以东胜煤田为代表的“保水采煤”综合勘查与防治技术体系。

华北石炭二叠系岩溶-裂隙水害区（水文地质条件不清）：以大同双纪煤田为代表的底板水害综合勘查技术体系。

华北石炭二叠系岩溶-裂隙水害区（水文地质条件清楚）：以峰峰、邢台、淮南为代表的区域治理防治水技术体系。

用于施工的ZJ50钻机

三、技术创新点

1.不断创新勘查理论和技术方法，建立了以精细探查、定量评价为目标的煤矿水文地质勘查技术体系。创新了基于地下水赋存理论的矿井涌（突）水危险性和矿井涌水量定量评价预测。

2.建立了以地面物探、井下物探、跨孔物探、三维激光扫描、遥感、钻孔验证为核心的联合精细探测技术体系，攻克了老窑采空区、多层含水层、小构造精细探测技术瓶颈；采用高精度三维地震、瞬变电磁三维成像及三维激光扫描耦合技术，攻克了多层采空区、多层含水层精细探测的技术难关；将三维可视化解释技术贯穿整个资料处理解释过程，提升了物探解释水平，大大提高了资料解释的准确率，打造了“水文物探”特色品牌。

3.能够准确探测高角度厚煤层多层开采的导水裂缝带高度和巨厚层南岭砾岩含水层的空间分布，与三图双预测法顶板突水危险性评价技术相结合，形成了复杂构造高角度多水平开采顶板水害综合勘查评价技术。

4.采用羽状多分支水平定向钻探技术进行煤层底板加固和水害防治，实现煤矿防治水“五大理念转变”，为保水采煤提供了新途径和新技术，形成了以薄层灰岩定向跟踪技术、暗构造精细探查技术、水平钻探减摩阻技术、智能注浆改造技术、安全性评价技术为核心的底板水防治体系。

5.对采空区范围及积水情况开展了地面物探、井下物探、跨孔物探、三维激光扫描、遥感等不同组合的综合勘探，结合地下水系统赋存规律分析以及钻探验证为核心的联合精细探测，攻克了制约老窑采空区探测技术应用的关键技术瓶颈，有效预防老窑透水事故的发生。

四、社会经济效益及推广应用

该项目的实施，总结了华北石炭二叠系岩溶-裂隙水害区、东北白垩系裂隙水害区和西北侏罗系裂隙水害区的勘查和防治技术，为查清水害、消除水害隐患提供了技术支撑和实例依据，保障了煤炭安全绿色开采，从而保障了能源安全。该项目的实施，不仅解放了受奥灰水威胁的煤炭资源，而且保护了水资源，能够延长东部老矿井的寿命，增加职工收入，保障社会就业，同时可改善西部新矿井施工环境，实现绿色高效安全开采。

1.综合勘查和超前区域探查治理

依托先进的综合勘查技术，在黑龙江鹤岗矿区、山西大同矿区、内蒙古东胜煤田开展了一批大规模综合勘查项目，奠定了水文地质局核心产业地位。

此项目的超前区域探查治理的实施对于邯邢、淮南、河南、山西等地区构造复杂区域内的综合探查治理工作是一个重要突破，形成了多参数综合薄层灰岩层位跟踪判定技术方法，以及在构造复杂地区进行区域治理的关键技术，能够为其他类似工程提供可靠的技术支持。在邯邢、淮南、山西、河南、内蒙古等区域形成产值近7亿元的项目市场。

2.取热不取水中深层地热开发技术

依托地下水系统理论和定向钻探技术，中深层地热利用技术达到行业先进水平；在河北工程大学实施的国内第一对大口径、长水平距离换热的U型闭式对接井，孔深2500米，水平段长度684米。

3.关闭矿井水污染治理

基于地下水系统勘查理论应用于鱼洞河流域环境综合治理工程（中央环保重点督察项目），提出了“源头控制+末端处理”总体治理思路（“鱼洞河”模式），在龙洞泉取得良好效果。

五、知识产权及荣誉

制订和参与制订国家及行业标准10多项：《煤田水文地质勘查规范》、《煤矿专门水文地质勘查规范》（国标）、《煤矿床水文地质勘查工程质量标准》、《煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准》、《煤矿防治水规定》及释义、《煤田水文地质工程地质勘查规范》、《煤层底板面上探查治理工程施工规范》、《煤层底板面上探查治理工程质量验收规范》等。

出版专著2部：《煤矿岩溶水精细探测、防治技术理论与实践》《基于单位面积静涌水量双因子的煤层顶板突水危险性评价与应用》。

获得水文地质类专利70余项：一种井下施工渗水层导出装置、一种煤矿工作面防治水导入装置、一种水利施工孔内喷浆装置、一种岩芯钻探用钻杆防跑偏装置、一种矿井安全防堵排水结构、一种用于钻探现场管理的设备安装平台、一种煤矿井下的湿喷降尘装置等。

发表论文40多篇，其中核心期刊论文10余篇。

“煤矿老窑采空区范围及积水情况精细探查关键技术实现新突破”获评中国地质学会2020年度“十大地质科技进展”。多项成果报告获中国煤炭工业协会优质地质报告特等奖、一等奖、二等奖，河北省煤炭学会科技奖一等奖。