[保水采煤技术在神东矿区的应用前景分析]神东煤炭集团领导班子
【摘要】基于关键层理论与采空区上覆岩层移动规律，以煤田地质勘探资料为基础，分析了神东矿区与保水采煤相关的地质因素，在此基础上分析了保水采煤技术在神东矿区的应用前景。 【关键词】关键层理论；保水采煤；充填开采
神东矿区可采煤层储量大、煤质优良、构造简单、开采技术条件优越，将成为我国西部优质动力煤供应基地和能源重化工基地。然而, 神东矿区干旱少雨，生态环境极其脆弱，在自然状态下环境质量已呈下降趋势，为了开发煤炭资源与保护生态环境并举，神东矿区必须实行保水开采。
保水开采是在详细研究了矿区与保水采煤有关的地质因素的基础上,基于关键层理论的采空区隔水层移动规律，采取适宜的采矿方法和工程技术手段而实现的一种绿色开采技术。
1.关键层理论
由于成岩时间及矿物成分不同，煤系地层形成了厚度不等、强度不同的多层岩层。实践表明其中一层至数层坚硬岩层在岩层移动中其主要的控制作用，这类岩层被称为关键层，其中对采场直至地表的全部上覆岩体起控制作用的岩层称为主关键层，即是说主关键层对地表移动过程起控制作用，主关键层的破断将导致地表快速下沉。
2.与保水采煤相关的地质因素
2.1矿区地形
神东矿区地表呈西北高、东南低的特点， 海拔1 200～1 300 m , 地势总体平坦，矿区地貌可分为两大类型, 即西部为风积沙地貌,东部及北部为黄土丘陵地貌。
2.2矿区地层
神东矿区由地表到煤层底板包括以下地层:
第四系：风积沙、萨拉乌苏组、离石组、三门组。
新近系：上新统三趾马组。
白垩系：洛河组。
侏罗系：安定组、直罗组、延安组和富县组。
2.3矿区水文地质特点
2.3.1风积沙和萨拉乌苏组分布广泛,构成统一含水层, 是矿区主要含水层, 具供水意义, 并对矿区生态环境起控制作用, 是保水采煤的保护层。
2.3.2矿区内离石黄土和三趾马红土构成的黏土层在天然条件下是良好隔水层, 煤层开采后, 其渗透性也没有明显增加, 仍然起隔水层作用。
2.3.3煤层上覆岩层以层状结构、块状结构为主,；覆岩直接顶-老顶力学组合类型大都为坚硬-坚硬型, 少数为半坚硬- 坚硬型。
3.神东矿区保水采煤技术选择
神东矿区为基岩比较薄、松散载荷层厚度比较大、老顶为单一关键层结构的浅埋煤层,其顶板一般呈现整体切落的破断形式,容易出现顶板台阶下沉。因此，能否保护水体决定于导水裂隙带是否波及含水层,矿区保水开采过程中应坚持尽量保持采空区覆岩关键层不断裂,根据这一原则讨论保水采煤技术在矿区的应用前景。
3.1条带开采
将煤层分为若干条带,各条带相间开采,由保留煤层条带支撑覆岩重量，条带采煤法能够有效地降低覆岩移动,但是采出率低,资源浪费严重，巷道掘进多,工作面效率低，不适合综合机械化采煤。
3.2膏体充填技术
膏体充填是在煤层采出后顶板冒落前，将煤矸石、粉煤灰、劣质土等固体废物制作成无临界流速、不需脱水的膏状浆体，通过泵压或重力作用，经过管道输送到回采工作面，对采空区的一部分空间进行充填，构筑相间的充填条带，靠充填条带支撑覆岩。膏体充填技术具有采出率高、环保、安全性好、管道运输、材料选择广泛等优点。
3.4似膏体充填技术
煤矿似膏体充填技术是选用工业废渣，如沸腾炉渣、钢渣、高炉水淬矿渣等，再加入适量天然矿物及化学激发剂，经磨细、均化等工艺，制成的一种粉状胶结剂，以工业垃圾或砂等作骨料，胶结剂和骨料配制成外观近似膏体一样的浆体进行充填，此种充填开采方法即为“似膏体充填”。似膏体充填料浆既具有水力充填料浆良好的流动性，又具有膏体充填强度高、井下不脱水的优点，是现代煤矿采空区充填的理想方法之一。
3.5超高水材料充填技术
超高水材料充填技术是中国矿业大学研制的ZKD型高水速凝充填材料，该材料由A、B料和A―A、B―B添加剂构成。超高水材料充填掺水量较高，可达95％以上，大大减少了固体粉料用量，成为理想的充填材料。
3.6砂置换开采技术
将沙漠中的沙通过重力作用或机械作用运送至采空区，形成以沙漠中的砂来置换煤的采煤技术，砂置换开采技术目前尚缺乏研究与工业试验，也是矿区保水采煤的一种备选方法。
由上可以看出，充填开采是神东矿区保水采煤的理想方法，但煤矿大规模地应用充填开采之前尚需解决一些问题：比如，怎样较大程度地降低充填材料的单位成本，怎样实现采空区充填和综合机械化采煤协同进行。
4.结束语
神东矿区我国规划的能源重化工基地，但是水资源缺乏,生态环境极其脆弱。矿区内可供水的风积沙、萨拉乌苏组和烧变岩含水层在主采煤层附近,如不采取保水采煤措施,开采后会引起地下水水位迅速下降, 生态环境进一步恶化, 荒漠化面积扩展, 矿区经济建设的可持续发展要求必须实行采取保水采煤，充填开采是保水采煤的理想途径。■
【参考文献】
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