探防治综合系统治理煤矿水患

　　煤矿水害是影响煤矿安全生产的五大灾害之一，是仅次于瓦斯的煤矿第二大灾害。在2015年国家科技进步奖中，由中煤科工集团西安研究院有限公司（下称“西安研究院”）牵头完成的“煤矿重大水患探测与快速抢险关键技术及装备”项目荣获二等奖，该项目是一套什么样的创新体系？在煤矿水害“探、防、治”方面有哪些新的突破？本报记者就此采访了西安研究院董事长、总经理董书宁。

　　探防技术全面升级

　　董书宁所学专业是水文地质，长期致力于煤矿水害防治基础研究、技术装备开发和工程实践。“项目成果是西安研究院多年来针对煤矿水害‘探、防、治’工作的全面总结，也是由研究院多学科人才组成的创新团队的智慧结晶。”董书宁表示。

　　董书宁告诉记者，“探、防、治”相结合的煤矿水害防治技术体系，核心内容包括煤矿重大水害隐患精细探测技术、煤层底板灰岩含水层高效超前区域治理技术及地面快速抢险封堵过水通道技术。

　　根据《煤矿安全规程》及《煤矿防治水规定》提出的要求，煤矿水患探测应施行“物探先行、钻探验证”原则。西安研究院在丰富探测手段，提高探测精度方面取得了多项成果。

　　“首创了煤矿采区三维地震资料的地质动态解释技术，提出了TEM法大定源回线与中心回线统一论公式，发明了煤矿井下掘进工作面前方水害隐患直流电法超前探测方法，提出了低频交流电场探测顶底板富水区的方法。”董书宁说。

　　精准探测是为了更有效地防范。董书宁举例说，对于老空水，主要是利用探放水钻孔在采煤前将老空水体提前疏放，其前提还是要“探”得准；至于疏放水，有比较成熟的技术，尤其是煤矿井下定向钻进技术的应用，疏放水距离和范围逐渐加大。

　　“以往对于底板岩溶水害隐患，最普遍的手段是采用注浆改造的方法进行预治理，常规注浆改造工程有效孔段短、工程量大、效率低。”“定向钻进技术应用后，利用顺层定向长钻孔实现注浆改造成为可能，但存在着注浆改造层位选择缺乏依据、硬岩层中顶水钻进成孔困难等诸多问题。”对水害预防手段，董书宁进行了分析对比。

　　为此，西安研究院针对顺层定向钻孔注浆改造技术思路中存在的装备、工艺难题展开了专项攻关，提出了关键层水压计算的理论公式和注浆改造层位选择准则，研发了定向钻进与回转钻进相结合的复合钻进工艺，研发出中心通缆式液流单向逆止装置，开发出外缘孔约束注浆、中间孔分序跳孔注浆、相邻孔错位注浆、单孔分段递进式注浆工艺。

　　堵水成功率100%

　　煤矿发生突水灾害后，在未彻底查明突水点位置前，为减少损失，一般先对突水点邻近巷道进行封堵，待查清突水点位置后，再对突水点进行彻底封堵。因此，煤矿抢险堵水可分为过水巷道封堵和突水点封堵两大类，常规的堵水方法是打钻-投放骨料-注浆。

　　“巷道封堵存在的问题，一是注入的骨料和浆液易被水冲走，注浆范围不可控；二是巷道底部常滞留淤积物，封堵体与巷道固结不牢靠。”董书宁分析称。

　　“针对注浆不可控问题，我们发明了具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具，研制了内藏于组合式钻具中的高强度保浆袋，开发了柔性保浆袋控制性注浆工艺；针对巷道底部滞留淤积物问题，我们发明了‘一步法’置换技术，采用一次成孔孔底止浆工艺，使浆柱压力直接作用于淤积层，通过浆液对淤积层劈裂、分割、置换、固结的共同作用，达到快速处理淤积层的目的。”董书宁说。

　　突水水源封堵最难的是岩溶陷落柱封堵，前提条件是探明陷落柱大小和形态。然而，即使找到了陷落柱，要成功封堵也非易事。由于是承压水，浆液质量太轻，大部分浆液刚注入就会被水流冲走，无法和骨料混合、凝固，封堵效率低。

　　“在神华骆驼山抢险时，我们首创了水泥-骨料‘反过滤’注浆技术，利用奥灰突水后陷落柱处于降落漏斗中心的特定水动力条件，对揭露陷落柱钻孔和突水水源钻孔，同时分别灌注骨料和水泥浆液，骨料在重力作用下沿陷落柱通道下行，水泥浆液在水压差作用下沿陷落柱通道上行，两者在陷落柱通道内充分混合、有效凝固，达到快速封堵突水通道的目的。”董书宁回忆道。

　　截至目前，西安研究院水害防治技术及装备先后在全国20多个大水矿区和煤炭基地得到推广应用，探明180个隐伏导水通道；发现105条积水老窑巷道，预疏放老空水1500万立方米以上；在14个矿区完成了超前区域注浆改造，解放了煤炭资源4000多万吨；在骆驼山、榆卜界等10对被水淹没矿井成功实施堵水工程，堵水成功率100%。

　　“今后还将开展顶板离层水害的诱发机理及防治对策研究，针对老空水和底板岩溶水，‘探、防、治’技术体系仍有较大的升级空间。”董书宁展望说。