复杂地质条件下矿井安全高效开采地质保障技术

【摘 要】煤矿的地质构造条件一般都很复杂,而且经过长时间的大强度开采矿井的地质条件变得更加复杂.本文将主要介绍矿井安全高效开采的地质保障技术,并围绕地质保障技术分析影响矿井安全高效开采的地质因素以及所采取的应对措施.

【关 键 词】复杂地质条件；安全高效开采；地质保障技术

煤炭在我国现阶段使用的能源中占有很大的份额,由于煤矿长时间开采使得我国一些大型煤矿的浅部资源日益减少,这就需要增加对煤矿的开采深度,而煤矿深层的地质条件非常复杂,甚至无法建立巷道.在有些矿井所在的矿区地质条件很复杂,存在着发育较为强烈的地质灾害、复杂的地形地貌、岩性岩相变化大、水文地质条件不良以及人类工程活动强烈等复杂地质条件,这些复杂地质条件严重威胁了矿物开采过程中开采人员的安全,所以需要对矿井周围的地质条件予以勘察.而且随着机械开采程度的进一步普及,将使得巷道和开采区的建设变得更加困难,只有不断的完善地质保障技术才能在复杂地质条件下对矿井进行安全高效的开采.

1.研究地质保障技术对复杂地质条件下矿井安全高效开采的意义

煤炭作为我国的主体能源,对于我国的经济发展有着很大的影响作用,而浅层煤矿储量正在减少,若要继续开采将会面临许多复杂地质条件.据调查数据显示目前已有数百个矿井的开采深度超过了600米,如果按照这样的开采速度矿井开采深度将在20年内达到1500米,意味着要对矿井进行难度较大的深度开采.不过我国深层煤矿储量却非常丰富,但是没有进行系统性的勘察,而且深层开采没有很好的地质优势.据我国第三次全国煤炭储量统计,我国的大型的煤矿在地底2000米以上的达到五万多亿吨,已确定煤矿储量为一万多亿吨,预测煤矿储量达到四万多亿吨,不过这些煤矿都位于地底深层.我国的常规煤矿开采深度一般在600米以内,对于地底2000米的深部煤矿没有系统的勘探工作,甚至没有好的勘探思路,在开采技术上还不够成熟.另外科研人员也很少涉及地底深处的地质环境勘探,所以贸然对深处矿藏进行开采势必带来安全上的威胁.而随着我国浅层煤炭资源的告罄,开采深度将会越来越深,地质条件也变得更加复杂,只有进行大规模、全方位、系统性的地质勘测工作才能保障复杂地质条件下矿井安全高效开采.[2]

2.影响矿井高效开采的地质因素

能够危害矿井安全并且高效挖掘的地质因素有很多种,这些因素主要有矿井煤层的分布,矿区地质环境、高瓦斯地质区、地底温度和压力以及水文地质,在这些影响因素中对于不同的矿井都有着不同的比重,但是矿区地质构造环境对于任何矿井的安全高效开采都有很大程度的影响.

2.1地质构造

煤矿地质构造环境极其复杂,这些复杂的地质环境包括断层和陷落柱.断层对于矿井安全高效开采存在着极大的威胁,如果在煤矿开采过程中前方出现地质断层轻则造成上千万元的财产损失,严重时将危害开采人员的生命安全.断层的出现将使得开采工作停滞,并要寻找新的矿区进行开采,断层的落差对于开采的人员有着较大的危险性,如果不能及时撤离将会造成严重的煤矿安全事故.[3]

2.2陷落柱

陷落柱主要影响是破坏了可开采煤层的构造并使得煤炭的储量大量减少,对于矿井的正常开采工作有着较大的影响.陷落柱主要存在于石灰岩地层环境中,是由于地下水长期流动而造成岩石溶蚀,这样就形成了空洞的洞穴.在上层物体的重力作用下,溶洞坍塌,在溶洞上面的煤层也随之陷落,从而造成煤层被破坏.陷落柱可造成煤层被大规模破坏,被破坏的煤层的煤矿储量将急剧减少,严重时造成矿井提前报废的后果.在开采过程中一般不会为了避免陷落柱而转弯开辟巷道,而是坚持原施工方案,通过顶板的方式来直接穿过陷落柱.而在原方案的实施中,不仅要对顶板进行管理还要对巷道进行通风运输,这将极大地影响了矿井的开采效率.陷落柱还会阻碍机械化采矿,在陷落柱较多的矿区采煤机器和液压支架将无法使用,严重时会跌落到陷落柱内.[4]

2.3水文地质条件

水文地质主要指的是自然界中地下水的变化和运动现象,在矿区进行开采过程中,会出现含水层与煤层非常接近,有的含水层在煤层之上,中间仅隔着砂砾层.如果开采不慎则会造成砂砾层断裂并使得上层的含水层跌落,造成矿井出现大规模的水淹,对于这些积水要通过长时间的抽取才能重新进行开采.在以前煤矿开采技术落后的情况下,为了防止已开采煤层发生自燃现象可以采用向其灌浆的措施,即出现了大量人为的含水层,现阶段为了重新开采下层煤矿必须要对这些灌浆水排空消除水害危害.因此在矿井挖掘之前要对所开采区域进行全方位的水文地质勘探,避免在有大规模的含水层进行开采,这将在很大程度上影响了矿井的安全高效开采.

3.复杂地质条件下矿井安全高效开采的地质保障技术

通过前面对影响矿井安全高效开采的地质因素的分析,目前已进行了相关研究来降低这些因素的影响,下面将介绍复杂地质条件下矿井安全高效开采的地质保障技术.

3.1高分辨率三维地震勘探技术

高分辨率三维地震勘探技术是集多学科为一体的综合性应用技术,也是目前对煤炭的主要勘探技术.三维地震勘探技术能将矿区内的断层直接反应出来,完全可以避免较大落差的断层,通过对断层的控制将能很好的完成安全高效的煤矿开采工作.通过勘探可以判断此矿区是否适合机械化开采作业,这项技术以其优秀的性能被广泛的运用于国内煤矿的探测中.

3.2地质雷达探测技术

地质雷达探测技术主要是利用高频电磁波对所属矿井的地质予以探测,通过电磁波的反射信号可以全面的分析地层的特征信息,地质雷达对于断层极为敏感,利用地质雷达探测技术将能够极大的加快施工速度,地质雷达探测比高分辨率三维地震勘探技术所探测的断层信息更为准确.

3.3钻探超前探测技术

在煤矿开采过程中会对施工的巷道打孔以排放瓦斯,通过瓦斯的排放情况进行分析便能够预测前方巷道的构造.这样就可以在前方结构较小的情况下预先采取措施,避免在小构造的环境中出现瓦斯超限的事故.

3.4无线电波坑透技术

无线电坑透技术主要功能是查明前方巷道的地质构造情况,通常大功率的坑透仪能够对巷道前方的工作面进行探测,以便对前方可能出现的情况采取相应的措施,这将有效的防止矿井中的瓦斯事故.

3.5覆岩破坏探测技术

在煤矿的开采过程中往往会导致其上方的岩石遭到破坏,岩石结构遭到破坏极有可能会出现坍塌的情况,另外岩石坍塌还可能导致含水层破裂对矿井造成了水灾的威胁.网络并行电法CT探测将能够利用预埋电极对所在施工面进行探测,避免岩层及含水层断裂而威胁开采的安全高效性.

3.6远距离超前探放老空区水

在煤矿开采过程中会采用探放水工程来建立巷道,而探放水工程会对施工造成较大的影响,并可能会导致老空区的煤层自燃,这将严重危害巷道工作面的安全施工.所以在巷道建立的时候通常采用探放和挖掘同时进行的方式,并根据老空区水的实际存在情况采取相对应的高效快捷的排水方式,即可以利用老空区水下方的巷道来开凿合适的放水孔,远距离超前探放老空区水将能够有效的避免煤层自燃并最大限度的减少对巷道施工的影响.

在复杂地质条件下对矿井进行安全高效的开采需要很好的地质保障技术,随着未来矿井深度的不断增加,对于地质保障技术的要求将变得更高.

【参考文献】

[1]张世阔,曹思华.复杂地质条件下矿井安全高效开采地质保障技术[J].煤矿安全,2010-04-10.

[2]毕杰,张蕾.地质保障技术遏制煤矿事故的关键.煤矿安全高效开采的基础[J].中华合作时报,2011-10-18.

[3]吴萍萍.塔山特大型矿井安全高效开采模式[J].辽宁工程技术大学,2011-12-01.