一、礦井概況
山東省邱集(ji)煤(mei)礦(kuang)(kuang)有(you)限公司(si)位于(yu)德州市齊河縣(xian)馬集(ji)鎮境內，是(shi)黃河北煤(mei)田第一對試驗型(xing)礦(kuang)(kuang)井(jing)。2003年12月(yue)31日正式(shi)投產，核定生產能力達到75萬(wan)噸/年。礦(kuang)(kuang)井(jing)采用立井(jing)開拓，中央并列式(shi)通風，可采煤(mei)層為7、10、11、13煤(mei)層。經多年開采7煤(mei)臨近(jin)枯竭，開采下(xia)(xia)組(zu)煤(mei)成為礦(kuang)(kuang)井(jing)的(de)必由(you)之路(lu)。下(xia)(xia)組(zu)煤(mei)（11、13煤(mei)層）總儲量近(jin)2億t，占礦(kuang)(kuang)井(jing)資源量的(de)87%。下(xia)(xia)組(zu)煤(mei)深受頂底板灰(hui)巖水害(hai)的(de)威脅，水文地(di)質條件為復雜(za)型(xing)。
二、礦井(jing)水文地質條件
井田內的(de)(de)含水(shui)層自(zi)上(shang)而下主要(yao)是太原組(zu)一(yi)灰(hui)、二(er)煤灰(hui)、三灰(hui)、四五灰(hui)、徐(xu)灰(hui)和奧陶(tao)系灰(hui)巖。其中一(yi)灰(hui)、二(er)灰(hui)、三灰(hui)已基(ji)本(ben)疏干，四五灰(hui)為11煤直接(jie)充水(shui)含水(shui)層，平均厚(hou)度9.8m，單(dan)位(wei)涌(yong)水(shui)量(liang)0.19-1.38L/s·m，富水(shui)性中等(deng)-強(qiang)；徐(xu)灰(hui)含水(shui)層，單(dan)位(wei)涌(yong)水(shui)量(liang)0.11-1.21L/s·m，平均厚(hou)度10m，富水(shui)性中等(deng)-強(qiang)；奧灰(hui)區域厚(hou)度700m左右，單(dan)位(wei)涌(yong)水(shui)量(liang)0.02-4.04L/s·m，富水(shui)性弱至強(qiang)，是四五灰(hui)、徐(xu)灰(hui)的(de)(de)直接(jie)充水(shui)含水(shui)層。經多(duo)次(ci)放水(shui)試驗(yan)查(cha)明四五灰(hui)、徐(xu)灰(hui)與(yu)徐(xu)奧灰(hui)之間存在垂向水(shui)力聯系。
三、下組煤開采技術
1.地面區域治理技術
經過充分的(de)技術論證(zheng)和考察，2016年確定通過采用地面順層(ceng)水平定向鉆探+高壓(ya)注漿技術進(jin)行超前區域治理(li)。超前區域治理(li)將水害由被動防治向主動治理(li)進(jin)行了(le)轉變(bian)，其優勢主要(yao)表(biao)現在區域、手段(duan)、時效3個方面。
地面順層水(shui)(shui)平鉆孔結構由直井、造斜和水(shui)(shui)平段(duan)組成。鉆孔由一個主孔和若干分(fen)支孔組成，根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)確定不同的(de)(de)布置(zhi)方式，并根(gen)據(ju)注漿(jiang)擴散(san)距離確定合理(li)孔間(jian)距，治理(li)中實行逢漏、分(fen)段(duan)注漿(jiang)相結合，注漿(jiang)終壓(ya)為目的(de)(de)巖溶含(han)水(shui)(shui)層靜水(shui)(shui)壓(ya)力(li)的(de)(de)1.5-2.0倍。
在分析(xi)水文地(di)質(zhi)條件、總結前期的(de)(de)(de)治理(li)經驗的(de)(de)(de)基礎上，不斷優化(hua)(hua)方案(an)設(she)計，針對(dui)(dui)11煤頂(ding)板為四(si)五灰巖層(ceng)(ceng)，含水層(ceng)(ceng)難以疏干的(de)(de)(de)現狀(zhuang)，提出(chu)并實施(shi)了(le)“頂(ding)底板同注(zhu)”技(ji)(ji)術(shu)方案(an)（專利號201710170051.2）；同時不斷改(gai)進施(shi)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)，針對(dui)(dui)前期扇狀(zhuang)布(bu)置(zhi)水平鉆(zhan)孔(kong)，存在鉆(zhan)孔(kong)間距不均一(yi)（0-70米(mi)）、順層(ceng)(ceng)段(duan)短、漿液擴(kuo)散不均問題，聯合石油單位(wei)進行(xing)科技(ji)(ji)攻(gong)關，研發了(le)“在淺埋(mai)深條件下等距離分支鉆(zhan)孔(kong)”技(ji)(ji)術(shu)（專利號2018109792466）；結合完善的(de)(de)(de)水文動(dong)態監(jian)測系統(tong)，根據注(zhu)漿擴(kuo)散范圍、注(zhu)漿壓力(li)、水位(wei)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)，調整注(zhu)漿參數，進行(xing)了(le)黃河北煤田定向鉆(zhan)進精準注(zhu)漿水害(hai)治理(li)技(ji)(ji)術(shu)研究，形成了(le)一(yi)套具有(you)自主知(zhi)識產權的(de)(de)(de)水害(hai)治理(li)的(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)，實現了(le)我(wo)國頂(ding)底板雙重灰巖威脅(xie)煤層(ceng)(ceng)開采的(de)(de)(de)突破。
2.采區設計優化
一采區初步設計為走向開采方(fang)案(an)，結合肥(fei)城礦區經驗，根據(ju)礦井水(shui)(shui)害(hai)防治(zhi)要求，為保證可能出水(shui)(shui)后人員的(de)撤(che)離，優化為傾向開采方(fang)案(an)，其優點為：
（1）排水(shui)(shui)系統完善，預防水(shui)(shui)災(zai)的(de)能(neng)力強，安全性高(gao)。通過泄水(shui)(shui)巷，水(shui)(shui)直接進入水(shui)(shui)倉，防止(zhi)了(le)工作面(mian)積(ji)水(shui)(shui)。
（2）安(an)全出口多，有利于防災(zai)避(bi)災(zai)。采區(qu)上山與安(an)全通道貫通后，采區(qu)形成三個安(an)全出口，不僅避(bi)災(zai)路線短(duan)，而且人員(yuan)避(bi)災(zai)時還可以(yi)避(bi)免經過采區(qu)最低點。
（3）采區內的(de)掘(jue)進(jin)、回采均為(wei)仰采的(de)作業(ye)方式，可以減輕作業(ye)時突水對施工人(ren)員(yuan)的(de)威(wei)脅。后期回采時，還(huan)可以防止因巷道起伏造(zao)成積水影(ying)響巷道的(de)供風。
（4）通(tong)風(feng)(feng)(feng)方式：通(tong)過應用110工(gong)(gong)(gong)法，1101工(gong)(gong)(gong)作面(mian)實現了Y型通(tong)風(feng)(feng)(feng)。軌道順槽(cao)(cao)(cao)和膠(jiao)帶順槽(cao)(cao)(cao)兩(liang)巷進風(feng)(feng)(feng)，沿空(kong)留巷段(duan)回風(feng)(feng)(feng)，保證了工(gong)(gong)(gong)作面(mian)兩(liang)順槽(cao)(cao)(cao)均為新鮮(xian)風(feng)(feng)(feng)流，大(da)大(da)改(gai)善(shan)了工(gong)(gong)(gong)作面(mian)工(gong)(gong)(gong)作環境。
經多次對比、優(you)化(hua)，采(cai)(cai)用了傾(qing)向開采(cai)(cai)方案(an)，同時施(shi)工安(an)全通道，并設置專門的泄水巷。
采(cai)區設(she)計(ji)走向與傾向開采(cai)對比圖
3.井下探(tan)查(cha)補(bu)注技術
在區域(yu)治(zhi)理(li)過程中，采(cai)用了多技術手段(duan)對治(zhi)理(li)情況(kuang)進(jin)行(xing)的探(tan)測，并驗證治(zhi)理(li)效(xiao)果。多次(ci)在地面(mian)采(cai)用電法進(jin)行(xing)大區域(yu)探(tan)測。按(an)照《煤(mei)礦防治(zhi)水(shui)細則》要(yao)求，在井下采(cai)用物探(tan)、鉆探(tan)方(fang)法進(jin)行(xing)效(xiao)果驗證，堅持逢掘必(bi)探(tan)，對工作面(mian)采(cai)用2種(zhong)物探(tan)方(fang)法進(jin)行(xing)相(xiang)互驗證。
在井下多(duo)(duo)(duo)地點、多(duo)(duo)(duo)角度、多(duo)(duo)(duo)方向、分序(xu)次(ci)施工頂板(ban)四五灰(hui)、底板(ban)徐奧灰(hui)鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)，實現對區域內(nei)注漿效果的立體探查(cha)(cha)(cha)。鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)即為(wei)探查(cha)(cha)(cha)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)，也是補注孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)，實現一孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)多(duo)(duo)(duo)用。施工頂板(ban)四五灰(hui)切(qie)頂鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)1000多(duo)(duo)(duo)個，治理后頂板(ban)已(yi)經(jing)疏(shu)干；對于底板(ban)探查(cha)(cha)(cha)鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)單孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)涌(yong)水(shui)量(liang)小于3.0m/h，將作為(wei)水(shui)文觀測孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)；涌(yong)水(shui)量(liang)大于3.0m/h的鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)采(cai)用黃土水(shui)泥補注加固，然后根據第一序(xu)次(ci)鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)水(shui)量(liang)和注漿量(liang)施工第二序(xu)次(ci)鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)和檢查(cha)(cha)(cha)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)。
4.頂板預裂卸壓(ya)開采技術
針對11煤的(de)直接頂(ding)板(ban)為(wei)四五灰巖(yan)(yan)層，不易冒落的(de)特點，采(cai)(cai)用頂(ding)板(ban)預裂(lie)卸壓開采(cai)(cai)，全(quan)垮(kua)落式管理(li)頂(ding)板(ban)。地面(mian)注(zhu)漿改造后(hou)，頂(ding)板(ban)四五灰的(de)物理(li)和力(li)學性質發生了(le)改變，為(wei)控制頂(ding)板(ban)垮(kua)落，通過經驗(yan)借鑒、數值模(mo)擬等手段，提出并(bing)實踐“頂(ding)板(ban)灰巖(yan)(yan)全(quan)閉合預裂(lie)卸壓開采(cai)(cai)技術”。
該技術對(dui)復合堅硬頂(ding)板進行預裂切(qie)縫爆破，切(qie)斷了采空(kong)區(qu)(qu)與周邊巷(xiang)道區(qu)(qu)域頂(ding)板之間的(de)(de)直接(jie)聯系(xi)，采空(kong)區(qu)(qu)頂(ding)板全(quan)部垮落，將頂(ding)板壓(ya)力(li)傳遞到采空(kong)區(qu)(qu)底板，減少對(dui)煤層底板的(de)(de)破壞(huai)深度(du)。切(qie)頂(ding)卸壓(ya)是目的(de)(de)，留巷(xiang)作(zuo)為副產品（首(shou)采面兩巷(xiang)全(quan)留巷(xiang)），留設巷(xiang)道可為下一個工作(zuo)面服務，運用并改進了110工法。
5.智能化開采技術
利用工(gong)(gong)(gong)作面穩定性(xing)頂板(ban)條件(jian)，大力(li)實(shi)施以“提(ti)高裝備水平(ping)(ping)、優(you)(you)化(hua)生產系(xi)統(tong)(tong)、優(you)(you)化(hua)勞動(dong)(dong)組織”為主要內容(rong)的(de)(de)(de)“一(yi)(yi)提(ti)雙(shuang)優(you)(you)”工(gong)(gong)(gong)作實(shi)踐，著力(li)構(gou)建“工(gong)(gong)(gong)藝現代化(hua)、生產自動(dong)(dong)化(hua)、運(yun)行集(ji)控(kong)化(hua)、管理信(xin)息化(hua)、隊伍專業(ye)化(hua)”新型生產模式，開(kai)啟“智(zhi)能(neng)化(hua)開(kai)采(cai)”新時代。工(gong)(gong)(gong)作面集(ji)成了(le)液壓支架(jia)電控(kong)系(xi)統(tong)(tong)、采(cai)煤機(ji)自動(dong)(dong)化(hua)系(xi)統(tong)(tong)、語音通(tong)信(xin)系(xi)統(tong)(tong)、工(gong)(gong)(gong)作面視(shi)頻輔(fu)助(zhu)系(xi)統(tong)(tong)與(yu)(yu)順(shun)槽集(ji)控(kong)自動(dong)(dong)化(hua)系(xi)統(tong)(tong)，在地面與(yu)(yu)井下實(shi)現一(yi)(yi)鍵自動(dong)(dong)化(hua)順(shun)序啟停、液壓支架(jia)的(de)(de)(de)遠程(cheng)與(yu)(yu)自動(dong)(dong)化(hua)控(kong)制、采(cai)煤機(ji)的(de)(de)(de)遠程(cheng)與(yu)(yu)自動(dong)(dong)化(hua)控(kong)制、視(shi)頻輔(fu)助(zhu)干預(yu)與(yu)(yu)自動(dong)(dong)跟隨等核(he)心功能(neng)。工(gong)(gong)(gong)作面建立了(le)設備云平(ping)(ping)臺監(jian)控(kong)，利用礦井的(de)(de)(de)萬兆(zhao)網絡(luo)和自動(dong)(dong)化(hua)集(ji)控(kong)系(xi)統(tong)(tong)，將記(ji)憶割(ge)煤、人(ren)工(gong)(gong)(gong)輔(fu)助(zhu)、調度監(jian)控(kong)一(yi)(yi)體化(hua)，實(shi)現工(gong)(gong)(gong)作面的(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)化(hua)開(kai)采(cai)。
1101智能(neng)化工作(zuo)面(mian)“四新技術(shu)”的成功應用，將職(zhi)工從危險的工作(zuo)面(mian)解放(fang)到(dao)安全的順槽監(jian)控中(zhong)心，有效降低(di)了職(zhi)工的勞動(dong)強度，實現(xian)了“4D”歸零目標，提升(sheng)了礦井安全保障能(neng)力。
6.安全措施的保障
1）強排(pai)系統。針對(dui)開(kai)采下組煤，礦井在原有排(pai)水系統的基礎上，建立了強排(pai)系統；在泵(beng)房安設兩臺直排(pai)電泵(beng)，排(pai)水能力1000m/h。
2）疏水(shui)降(jiang)壓(ya)。在工作面(mian)開采中(zhong)，為(wei)減(jian)少開采對底(di)板破壞的深度(du)和強度(du)，采取了疏水(shui)降(jiang)壓(ya)的技(ji)術手段，以開采線為(wei)中(zhong)心，前、中(zhong)、后相結合，控(kong)制(zhi)放水(shui)的范圍(wei)，并建立了疏水(shui)降(jiang)壓(ya)臺賬(zhang)、繪(hui)制(zhi)工作面(mian)涌水(shui)量觀測(ce)圖表(biao)。
3）強化預警。不斷完善礦井(jing)水(shui)文動態監(jian)測預警系(xi)統(tong)和突水(shui)預警系(xi)統(tong)，對井(jing)田范圍內主要充水(shui)含水(shui)層(ceng)和工作面區域的(de)(de)水(shui)位、水(shui)溫、水(shui)壓等進行動態觀測，并建立礦井(jing)水(shui)質(zhi)數據庫。為礦井(jing)水(shui)害治理提供更有(you)效的(de)(de)監(jian)測、分析(xi)。
4）預裂爆破管理頂板
針對(dui)邱集(ji)煤(mei)礦11煤(mei)堅硬頂(ding)(ding)板(ban)(ban)(ban)難垮(kua)落(luo)或大面積垮(kua)落(luo)難控制(zhi)、應力傳(chuan)遞可(ke)能(neng)(neng)造成的底板(ban)(ban)(ban)破壞、突水等隱患問題，提出(chu)了(le)(le)超(chao)前(qian)深孔聚能(neng)(neng)預裂(lie)爆破技術，通(tong)過強制(zhi)放頂(ding)(ding)預切(qie)斷(duan)回(hui)采(cai)(cai)區(qu)域頂(ding)(ding)板(ban)(ban)(ban)與周圍(wei)頂(ding)(ding)板(ban)(ban)(ban)的直接聯系，使(shi)得工作面推(tui)過后(hou)采(cai)(cai)空區(qu)頂(ding)(ding)板(ban)(ban)(ban)沿切(qie)縫(feng)線垮(kua)落(luo)，減少了(le)(le)采(cai)(cai)空區(qu)懸頂(ding)(ding)面積，改(gai)(gai)變了(le)(le)巷道頂(ding)(ding)板(ban)(ban)(ban)受力情況(kuang)，實現(xian)了(le)(le)切(qie)頂(ding)(ding)留巷；頂(ding)(ding)板(ban)(ban)(ban)垮(kua)落(luo)后(hou)，采(cai)(cai)空區(qu)頂(ding)(ding)板(ban)(ban)(ban)上附礦壓(ya)通(tong)過冒落(luo)的頂(ding)(ding)板(ban)(ban)(ban)傳(chuan)遞到底板(ban)(ban)(ban)上，改(gai)(gai)變了(le)(le)采(cai)(cai)空區(qu)底板(ban)(ban)(ban)的應力環境，降低應力對(dui)底板(ban)(ban)(ban)破壞。
四、主要經驗
1.在進行(xing)黃河北煤(mei)田受(shou)頂(ding)底(di)板(ban)雙(shuang)重水(shui)害威脅煤(mei)層水(shui)害治理過程中，通過采(cai)用地面(mian)區域順層鉆(zhan)孔+高(gao)壓注漿技術(shu)進行(xing)水(shui)害超前治理，實現了(le)水(shui)害治理技術(shu)新突破。“頂(ding)底(di)板(ban)同注”技術(shu)，解決了(le)11煤(mei)受(shou)雙(shuang)重灰巖威脅的問題(ti)。
采(cai)(cai)用(yong)淺埋深(shen)地(di)面順層等(deng)距離分支鉆孔(kong)鉆探技(ji)術(shu)施工，在同(tong)條件同(tong)工程(cheng)量下，較鉆孔(kong)采(cai)(cai)用(yong)扇形布置(zhi)治理面積(ji)增(zeng)加15%；單孔(kong)可(ke)節省(sheng)治理費用(yong)100多萬元(yuan)；在后期(qi)施工中全(quan)部采(cai)(cai)用(yong)該項(xiang)技(ji)術(shu)，可(ke)節省(sheng)治理費用(yong)近2000萬元(yuan)。
采用黃河北(bei)煤田灰巖含(han)水(shui)層裂隙精(jing)準注漿(jiang)(jiang)技術，每平米(mi)可節約水(shui)泥用量約5%，可節省(sheng)治理(li)費用約4000萬元。自動化(hua)造漿(jiang)(jiang)控制(zhi)系統，解決了(le)漿(jiang)(jiang)液攪拌不均的問題(ti)，實現了(le)精(jing)確的控制(zhi)漿(jiang)(jiang)液的比重，降低了(le)揚塵概率，提(ti)高了(le)效(xiao)能。
2.立體化水害(hai)防(fang)控理念
經過對(dui)下組煤的(de)(de)治理(li)(li)(li)經驗的(de)(de)總(zong)結，形成了(le)立體(ti)式水害(hai)防(fang)控理(li)(li)(li)念(nian)(nian)，總(zong)結了(le)一套完整的(de)(de)治理(li)(li)(li)技術(shu)。立體(ti)式水害(hai)防(fang)治理(li)(li)(li)念(nian)(nian)，包括時域(yu)和空域(yu)兩個方面(mian)，時域(yu)包括：礦井建井階段查(cha)清井田(tian)(tian)的(de)(de)水文(wen)(wen)地(di)(di)質條(tiao)件勘(kan)查(cha)、礦井單(dan)獨水文(wen)(wen)地(di)(di)質單(dan)元(yuan)勘(kan)察、超前(qian)區域(yu)治理(li)(li)(li)的(de)(de)探(tan)查(cha)、井下的(de)(de)鉆(zhan)探(tan)探(tan)查(cha)、采掘(jue)工程的(de)(de)水文(wen)(wen)監測、水資源的(de)(de)利用規劃等。空域(yu)包括：大區域(yu)地(di)(di)面(mian)治理(li)(li)(li)與工作(zuo)面(mian)疏(shu)水降壓(ya)結合(he)，井田(tian)(tian)地(di)(di)層(ceng)(ceng)與治理(li)(li)(li)地(di)(di)層(ceng)(ceng)的(de)(de)結合(he)，原巖應力(li)(li)場、采動(dong)應力(li)(li)場、水力(li)(li)場的(de)(de)結合(he)；大構造、小斷層(ceng)(ceng)、裂隙展布的(de)(de)結合(he)。不斷推進單(dan)一水害(hai)治理(li)(li)(li)的(de)(de)轉(zhuan)變，對(dui)勘(kan)、探(tan)、治、評、防(fang)、監、控整體(ti)規劃，實現“防(fang)、治、控”一體(ti)化、立體(ti)化。
五、治理效果
邱(qiu)集礦(kuang)11煤(mei)(mei)頂(ding)、底板(ban)薄(bo)層灰巖含水(shui)層治理(li)工程(cheng)(cheng)開(kai)(kai)(kai)展3年來，效果(guo)顯著，主要(yao)表(biao)現：一是(shi)實(shi)現黃河北煤(mei)(mei)田(tian)11煤(mei)(mei)的首次揭露，實(shi)現了頂(ding)底板(ban)雙重威脅煤(mei)(mei)層開(kai)(kai)(kai)采(cai)(cai)的新(xin)突破(po)，初期(qi)解放11煤(mei)(mei)儲量約400萬(wan)噸。二(er)是(shi)11煤(mei)(mei)安全(quan)掘(jue)進(jin)巷道12000米(mi),形成了排(pai)水(shui)、通風、供電、運輸系統。三是(shi)總結出11煤(mei)(mei)沿(yan)頂(ding)板(ban)四(si)五灰掘(jue)進(jin)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)正常涌水(shui)量小于(yu)(yu)3m/h，底板(ban)徐灰檢查孔(kong)小于(yu)(yu)10m/h基(ji)本能夠保證安全(quan)開(kai)(kai)(kai)采(cai)(cai)。四(si)是(shi)試(shi)采(cai)(cai)面完成安全(quan)試(shi)采(cai)(cai)，首采(cai)(cai)工作面已推(tui)采(cai)(cai)160m。五是(shi)治理(li)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)形成了一套完整的適(shi)應邱(qiu)集煤(mei)(mei)礦(kuang)水(shui)文(wen)地(di)質條件的水(shui)平定向鉆孔(kong)頂(ding)底板(ban)同注(zhu)漿新(xin)技術、頂(ding)板(ban)全(quan)閉合預裂卸壓開(kai)(kai)(kai)采(cai)(cai)技術、記憶式智能化(hua)工作面建設。
在下組煤開(kai)采(cai)過程中，根據礦(kuang)井水(shui)文地質條(tiao)件(jian)，采(cai)用新治理技(ji)術，并不斷進行科技(ji)創新，形成了(le)以“立體化水(shui)害(hai)防治”、“預裂式卸壓開(kai)采(cai)”、“智能化開(kai)采(cai)”為核心的、具有自主產權的下組煤開(kai)采(cai)關鍵技(ji)術，為解放黃河北煤田區域內(nei)大量優質煤炭資源奠(dian)定了(le)堅實(shi)的基礎，積累了(le)較為豐富的防治水(shui)、開(kai)采(cai)技(ji)術和實(shi)踐經驗(yan)。
