[科普中國(guó)]-保水開(kāi)采

保水開(kāi)采（保水采煤）的目標(biāo)是在防治采場(chǎng)突水的同時(shí)，對(duì)水資源進(jìn)行有意識(shí)的保護(hù)，使煤炭開(kāi)采對(duì)礦區(qū)水文環(huán)境的擾動(dòng)量小于區(qū)域水文環(huán)境容量。 研究在開(kāi)采后上覆巖層的破斷規(guī)律和地下水漏斗的形成機(jī)理，從采礦方法、地面注漿等方面采取措施，實(shí)現(xiàn)礦井水資源的保護(hù)和綜合利用。

保水開(kāi)采的主要影響因素1．地質(zhì)構(gòu)造特征

地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水、地面水起著重要的控制與導(dǎo)水作用，局部也起著阻溢作用。地質(zhì)構(gòu)造越復(fù)雜，斷裂越多，開(kāi)采煤層離斷層越近，補(bǔ)給來(lái)源豐富，則排水量就越大。反之構(gòu)造簡(jiǎn)單，開(kāi)采煤層離斷層越遠(yuǎn)，補(bǔ)給來(lái)源少，則排水量越小。

2．水文地質(zhì)條件

(1)含水層厚度大，裂隙巖溶發(fā)育，含水性強(qiáng)，補(bǔ)給來(lái)源豐富，則保水開(kāi)采難度就大，反之則小。

(2)煤礦離井、泉、河水近，且水力關(guān)系密切，側(cè)向補(bǔ)給來(lái)源大，則保水開(kāi)采難度大，反之則小。

(3)與當(dāng)?shù)亟邓?、人滲系數(shù)、煤層深淺有直接關(guān)系，一般是開(kāi)采煤層埋深淺，降水量大，人滲系數(shù)大，降水可直接轉(zhuǎn)化為礦坑水，煤層開(kāi)采后導(dǎo)水裂隙帶影響到地面，則保水開(kāi)采的難度較大，且季節(jié)性變化明顯，即每年7、8、9月降水量大，保水開(kāi)采的難度也增加，反之則小。

3．煤礦開(kāi)采階段

(1)煤礦開(kāi)采初期，揭露的含水層相對(duì)多，各含水層處于自然飽和狀態(tài)，含水性強(qiáng)，隨著開(kāi)采面積的增大，就會(huì)逐步發(fā)生頂板垮落，溝通導(dǎo)水?dāng)嗔褞?，煤系頂部含水層中地下水就?huì)直接滲入礦坑，造成保水開(kāi)采難度的上升。

(2)煤礦開(kāi)采中期，由于一般不會(huì)大面積揭露新的含水層，隨著開(kāi)采時(shí)間的增長(zhǎng)，含水層水位不斷降低，以礦井為中心的降落漏斗趨于穩(wěn)定，部分含水層由承壓轉(zhuǎn)為無(wú)壓，礦井排水量靠人滲量補(bǔ)給，處于補(bǔ)、徑、排平衡狀態(tài)。

(3)煤礦開(kāi)采后期，由于含水層部分被疏干，導(dǎo)水裂隙帶和節(jié)理裂隙逐步被充填，地表滲入補(bǔ)給量逐步減少，則礦井滲水量逐步衰減。

(4)煤礦開(kāi)采木期(停產(chǎn))，在其影響范圍內(nèi)礦坑滲水變小或不排水，但由于煤系底部有隔水層存在，采空區(qū)逐步秘水成為“地下水庫(kù)”，在這種情況下實(shí)施保水開(kāi)采是必要的。

影響保水開(kāi)采的因素還包括采煤方法、工作面尺寸、覆巖結(jié)構(gòu)、塑性巖沉積位置、塑性巖厚度(脆性巖厚度)、覆巖厚度及其力學(xué)性質(zhì)和上覆充水含水層富水性等。1

保水開(kāi)采途徑保水開(kāi)采的目的是在防治采煤工作面突水的同時(shí)對(duì)水資源進(jìn)行有意識(shí)的保護(hù)，使煤炭開(kāi)采對(duì)礦區(qū)水文環(huán)境的擾動(dòng)量小于區(qū)域水文環(huán)境容量。研究開(kāi)采后上覆巖層的破斷規(guī)律和地下水漏斗的形成機(jī)理，從采礦方法、地面注漿等方面采取措施，實(shí)現(xiàn)礦井水資源的保護(hù)和綜合利用。

實(shí)現(xiàn)保水開(kāi)采的途徑有合理選擇開(kāi)采區(qū)域、適當(dāng)留設(shè)防水煤柱和應(yīng)用合理的開(kāi)采方法。

1．合理選擇開(kāi)采區(qū)域

(1)對(duì)于不存在含水層或煤層埋藏適中、有含水層、同時(shí)其底部有厚度較大的隔水層的地區(qū)，該區(qū)域煤層開(kāi)采的垮落帶和導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育不到含水層底部，不至于破壞含水層結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)保水開(kāi)采。

(2)有含水層、隔水層分布，但隔水層的厚度有限，煤層開(kāi)采后需要采取一定的措施才可以保護(hù)地下水不受到破壞的地區(qū)。需要研究煤層采動(dòng)覆巖破壞規(guī)律和地下水位下降與沙漠地區(qū)植被生存條件的關(guān)系等，采取有效保水開(kāi)采措施后方可進(jìn)行開(kāi)采。

(3)對(duì)于煤層埋藏深、富含水、煤層開(kāi)采會(huì)造成地下水全部滲透的地區(qū)，一旦開(kāi)采，礦井突水可以通過(guò)提前疏降水工程保證，但不能保證地下水含水結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境的破壞，在沒(méi)有徹底解決地下水滲漏問(wèn)題之前暫緩開(kāi)發(fā)，已經(jīng)開(kāi)采的礦井應(yīng)該采取切實(shí)的措施，保護(hù)地下水資源的含水結(jié)構(gòu)不受破壞。

2．留設(shè)防水(砂)煤(巖)柱

目前在松散含水層等水體下采煤時(shí)，一般是根據(jù)開(kāi)采區(qū)域巖層、煤層及水文地質(zhì)條件、巖柱兩側(cè)的開(kāi)采狀況及采礦技術(shù)條件等因素，采取留設(shè)防水(砂)煤(巖)柱的方法進(jìn)行開(kāi)采。首先以鉆孔沖洗液為主，結(jié)合其他方法研究確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?。通常在工作面上方地表沿煤層走向和傾向布置觀(guān)測(cè)線(xiàn)，施工數(shù)個(gè)水文鉆孑L和巖移觀(guān)測(cè)孔，根據(jù)鉆孔中水位變化、沖洗液消耗量及巖芯破碎程度等確定深埋近露頭煤層開(kāi)采后導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度和分布形態(tài)。其次，厚松散層下近風(fēng)化帶保水開(kāi)采的GIS研究可用于保水條件下的安全煤柱留設(shè)設(shè)計(jì)。該研究建立了GIS數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形庫(kù)，通過(guò)GIS多因素?cái)M合建立了近風(fēng)化帶覆巖采動(dòng)破壞兩帶高度的預(yù)計(jì)模型，提出了開(kāi)采上限的GIS決策模式。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟(jì)大學(xué)