冀中能源峰峰集团辛安矿总工程师王建民谈治水害
超前防探，摸清奥灰水的“脾气”
河北邯（郸）邢（台）矿区为典型的华北石炭二叠系岩溶类煤田，水害类型齐全，水文地质条件复杂，是全国著名的大水矿区。位于该区域西南丘陵地带的冀中能源峰峰集团辛安矿最大埋深超过900米，历史上曾4次淹井，饱受水患困扰。
辛安矿西邻太行山脉，井田内分布有12个含水层。其中，奥陶系灰岩地表裸露，长期受大气降水补给，时常通过导水断层、陷落柱和构造裂隙等突入井巷。
2022年2月，王建民担任辛安矿总工程师。2年间，他针对奥灰水治理难题，组织施工4个地面区域治理工程，累积完成钻孔27个、进尺超过1.9万米，疏放老空水32.54万立方米，治理注浆近3.5万吨。
治水计划远先于采掘计划
“防治水是辛安矿筑牢安全生产的关键，超前预防和治理则是防治水的前提。”记者见到王建民时，他正在主持召开防治水周例会，挂在会议室墙上的“预防为主、探治结合、分区治理、先治后采”16字方针便是该矿破解水害的“密码”。
“在谋划下一阶段生产地区、制定采掘计划前，必须超前分析水害风险，出台相应的防治水计划。”王建民说。
2022年9月辛安矿突水复产后，他们将防治水工作计划时间前置于矿井采掘计划1年至2年，甚至2年至3年。
如何摸清奥灰水的“脾气”？王建民带领施工团队下了大量功夫。
他们利用生产区域外围已有巷道和施工地面钻探工程，结合地面区域治理，勘查采区水文地质条件，力求掌握每个区域宏观水文地质条件，杜绝近距离探放高承压水。他们以此为蓝本，用以指导每个采区、工作面防治水设计和措施制定。
同时，他们对2011年突水复采区实施注5孔北翼地面区域治理补充勘探工程，完成进尺3132.43米，注浆超过1.6万吨。注6孔保水区域治理工程共施工2个主孔、19个分支孔，完成钻探工程量近1.18万米，注浆近1.5万吨。该工程涉及的11298工作面经超前探查、区域治理及陷落柱探查，投产后产煤平稳、作业安全。
“他还组队详查井田内重点泄洪沟，主动充填地表扒缝、塌陷洼地，修复已填小煤窑井筒开裂下沉等，杜绝了积水向井下渗流。”辛安矿副总工程师李莹说。
物探先行，发现异常钻探验证
谈及探放水，王建民有道不尽的体会。物探与钻探相结合，是他的解题思路。
“这是未进行区域治理的方位。”摊开辛安矿采掘规划图，王建民指着图纸对记者说，“我们采用瞬变电磁物探加钻探进行超前探测，并对物探异常区进行钻探验证。”
“治理过的区域，只用井下物探超前对比验证即可。回采前，采用2种以上物探方法探测水害，发现异常立刻钻探验证。”王建民表示。
这样的探查，还被王建民细分为井上、井下两部分。在井上，他主导施工构造补勘孔，控制区内断层位置、产状、延展长度，以及其他隐伏地质构造等地质特征及发育规律，钻孔查明区域治理范围构造地质、水文地质条件。井下探查孔则主要围绕野青、山伏青含水层展开，结合地面钻孔进一步查明工作面水文地质条件。施工检查孔则对地面注浆加固效果进行检验和补充。
“这是注7孔保水区域治理工程，共完成进尺4326米、注浆3864.92吨，11216-4煤柱工作面做到了超前探查及区域治理。”李莹手指向图纸，做出补充。
数不清的井下探查、无数次的方案论证，王建民彻底查明了矿井宏观区域及回采工作面野青、山伏青含水层的水文特征，为无水害开采提供了科学依据。
区域治理与局域治理相结合
11298工作面是辛安矿目前主要采煤工作面之一，可采储量33万吨，煤种为稀缺主焦煤。
“几年前，这个工作面因极其复杂的水文地质条件，成为开采禁区。”王建民说，“初期投入大量人力物力，却没有收到预期注浆效果，工作面底板长期被水浸泡竟然成为软岩，踩上去像沙滩一样软。”
对此，王建民决定尝试区域治理与局域治理相结合的治理措施。通过地面区域治理，他们全方位探查工作面及周边60米范围，利用高压注浆改造大青灰岩含水层，封堵和加固导水通道。对于局域富水异常区，他们采用水平交叉、立体高低交错的加密布孔方式实施注浆治理，消除水患。
2023年5月5日，11298工作面完成地面区域与局域治理工程，5月29日顺利通过采前评价，实现无水害开采。
如今，11298工作面已被打造成集实时监控、精准定位、智慧监测于一体的智能化工作面，实现全方位监测预警，并通过河北省智能化建设示范矿井验收。
在系统分析历次淹井事故原因后，王建民最终得出矿井浅部、深部地区水害的不同结论，总结出一整套相应的水害治理方案。
“推动水害治理迈向更高水平，辛安矿发挥了应用场景丰富的教学作用。”下一步，王建民准备放大优势，结合实际打造一支防治水铁军。（本报记者 王海 通讯员 张航）
淮河能源控股集团煤业公司张集矿
总工程师、副矿长高波谈治瓦斯
以孔代巷，实现瓦斯预抽消突
随着煤炭开采由浅部走向深部，煤矿井下瓦斯、顶板、水害、火灾、热害等级不断加大，灾害叠加，治理难度陡增。淮河能源控股集团煤业公司张集矿将煤矿深部开采作为一项重要课题，充分分析研究瓦斯等灾害治理，通过科技创新推进生产方式转变。
张集矿为煤与瓦斯突出矿井，经过20余年高强度开采，浅部煤炭资源逐渐枯竭，正在向深部开采迈进。与浅部煤层相比，深部煤层瓦斯压力大、含量高等问题突出，加之深部开采受地压、地温影响，抽采钻孔施工难度增大，钻孔有效抽采时间减少。
张集矿领导班子统筹研究，将瓦斯治理作为灾害治理重点，由该矿总工程师、副矿长高波牵头，健全完善重大灾害治理体系，抓灾害治理源头。
对此，高波积极与科研单位共同研究，在该矿1223（3）工作面创新使用梳状孔治理瓦斯。
“我们利用顺层定向长钻孔进行瓦斯预抽消突，钻孔在煤巷顶（底）板岩层中开孔，进入煤层后沿着煤层施工顺层钻孔。当施工遇阻后，通过在岩层中开分支，再次进入煤层施工，实现煤孔接力掩护，形成梳状孔。”高波介绍说，“这项技术与传统技术相比，节省钻孔量75%，钻孔维护成本降低95%，钻孔利用率提高40%至70%，瓦斯抽采率明显提高。”
与此同时，张集矿不断探索应用大直径以孔代巷、软煤定向长钻孔等瓦斯治理新技术。
“传统的瓦斯治理模式，需要综掘施工一条高抽巷，或施工普通顶板钻孔，不仅耗时长、用工量大，而且瓦斯抽采效率低。”高波说，“从经济、人力、工期和瓦斯治理效果4个方面对比，以孔代巷用工最少、抽采效率最佳，是最优的瓦斯治理方案。”
高波介绍，由于该技术采用的是定向长钻孔施工，遇破碎带易垮落，下套管遇阻力大，特别是垮孔地段遇到的岩性都是泥质胶结泥岩或砂质泥岩，一遇水就非常容易垮塌，且有膨胀属性，极易造成堵孔、卡钻。
2020年，高波与相关单位专业技术人员在1133（1）工作面轨顺经过2个多月紧张施工，不断试验、取样，通过一系列数据和理论分析，总结出适用淮南矿区以孔代巷的方法，破解了钻孔遇破碎带易垮落、下套管阻力大等难题，完成5个以孔代巷定向长钻孔施工，孔深达600米，下套管600米，孔径和钻孔轨迹均符合设计要求，一举突破600米大关，并向700米钻进目标迈进。这也标志着淮南矿区以孔代巷定向长钻孔治理瓦斯技术取得新突破。
“经过大量实践证明，顶板高位大直径定向钻孔以孔代巷技术具有瓦斯抽采量大、有效抽采时间长、抽采效率高等优点，对缓解矿井工作面接续紧张、实现降本增效起到积极推动作用。”高波告诉笔者。
此外，高波还鼓励职能科室专业技术人员多到创新院开展技术研究，丰富解决难题的思路。在高波的带领下，张集矿灾害治理从井下区域治理向地面区域治理转变，走出一条具有淮南特色的瓦斯治理之路。
“下一步，我们将结合矿井实际情况，继续加大瓦斯治理力度，坚持地面和井下相结合的煤与瓦斯共采模式，重点针对不同地质条件下深部煤矿瓦斯抽采关键技术及装备，建立开采与瓦斯抽采示范工程，提高深部煤层煤与瓦斯共采技术水平。”高波说。（吴运生）
中天合创煤炭分公司门克庆矿矿长贾剑谈冲击地压治理
调布局重监测，以新技术卸压解危
近年来，西部地区煤矿陆续进入深部开采，冲击地压灾害成为影响该地区煤矿深部开采的主要灾害之一。其中，以内蒙古鄂尔多斯和陕西彬长矿区为代表的西部非充分采动矿井，具有高强度开采、厚硬岩层、超长推进度等显著特点。
中天合创煤炭分公司门克庆矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市呼吉尔特矿区中部，平均采深约700米。受煤层开采深度及上覆厚层坚硬岩层影响，矿井冲击地压灾害较为突出。如何解决冲击地压问题是该矿实现安全高质量发展的关键。
2018年，门克庆矿在冲击地压灾害出现初期，时任生产副矿长的贾剑立即着手推进防冲措施落实。2023年，贾剑担任该矿矿长，进一步加大了冲击地压灾害治理力度。
“我们大范围调整盘区布局，规划保护层开采，累计掘进开拓巷道3万多米，形成分层分区的生产布局。同时，矿井取消了35米煤柱留设，采用6米小煤柱护巷模式，并将开采顺序由单向顺序接续调整为盘区内左右交替开采，从源头上防范冲击地压发生。”贾剑说。
矿井防冲监测系统作为冲击地压风险预判的“眼睛”，发挥着重要的预警作用。“为加强防冲监测预警系统建设，我们邀请科研院校尖端人才，融合地面ARP+井下微震、煤体应力、地音、震动波探测、电磁辐射等技术手段，构建了‘点—线—面—体’四级全覆盖立体监测预警体系。”贾剑说。
与此同时，门克庆矿搭建了多参量综合预警智能平台。该平台融合各项监测数据，形成大数据条件下“智能预警为主、人工预警校核”的同维度多参量综合智能预警，提高了防冲预警的准确性及智能化程度。
据了解，门克庆矿在开采过程中遇到上覆厚层坚硬顶板破断易诱发大能量矿震事件，甚至会引发冲击地压事故。
门克庆矿开采初期主要采用预裂爆破对顶板进行处理，从最开始使用的产气剂到常规乳化炸药，再到目前推广应用的水胶被筒炸药。该矿火工品线密度从2千克/米逐步提高至3.3千克/米，爆破能量从102焦提升至104焦，爆破效果明显增强。
2023年下半年，贾剑组织技术人员大力推进冲击地压科研项目攻关，首次引进井下厚硬顶板超长孔水力压裂技术，应用于回采工作面顶板压裂，致使工作面顶板产生大量裂隙，打破了区域顶板连续性，达到弱化上覆顶板岩层强度的目的。
“随着该项技术大面积推广应用，矿井煤层上方100米范围内存在的厚层坚硬关键层顶板均实施了水力压裂技术，工作面在回采过程中区域围岩微震释放总能量降幅达60%，大能量矿震事件明显减少，收到良好的防治效果。”贾剑说。
此后，门克庆矿井下一个小煤柱临空工作面在通过上方采空区边界煤柱应力集中区时，贾剑提前组织防冲技术人员开展风险研判，明确要求降低生产强度，以保障安全为前提，在卸压解危措施未落实之前坚决不允许生产。
为了保障该工作面安全，门克庆矿采取单班生产模式，其余时间全部用于实施卸压工程等措施，最终，安全通过应力集中区。
此外，贾剑通过现场调研发现，井下回采工作面超前支护还在使用单体支护，防冲抗震能力存在薄弱环节，立即着手推进使用单元架替换单体支柱来提高工作面超前支护强度。经过3个月，他们将井下2个回采工作面4条回采巷道使用的超前单体支护全部更换为超前单元支架，进一步提高了现场安全防护强度。
“目前，我矿冲击地压防治虽然取得了一定成绩，但是冲击地压风险依然存在，而且矿震问题还没有得到根本解决，新技术的应用还需要进一步分析总结。”贾剑说，“下一步，我们将加大冲击地压等灾害防治力度，一方面依靠科学技术攻关，另一方面大力推进智能化矿井建设，应用智能化开采，真正实现减人提效促安全的目的，把人从危险区解放出来。”（石宝川 马平）
淮北矿业集团朱仙庄矿总工程师王举文谈治水
帷幕截流，钻孔疏放“五含”水
安徽淮北矿业集团朱仙庄矿为煤与瓦斯突出矿井，地质条件和水文地质类型均属极复杂型。目前，矿井正在实施深部开采。随着开采深度不断延伸，矿井各类灾害不断增大，治理难度也随之不断增加，尤其是“五含”水直接威胁着矿井安全生产。
“所谓‘五含’，是朱仙庄矿独有的侏罗系含水层，由灰岩砾石和角砾岩钙质胶结而成，平均厚度约60米，总面积约9平方公里，井田范围内有2.8平方公里。”朱仙庄矿总工程师王举文说，“五含”富水性强，岩溶极为发育，导水性好，与上覆“四含”及下覆煤系地层太灰、奥灰呈角度不整合接触，采掘过程中受采掘扰动影响。“五含”水及参与补给的太灰水、奥灰水可通过各类导水通道进入矿井，造成突水事故。
据了解，朱仙庄矿“五含”下直接压覆煤炭资源超过1000万吨。“五含”水害若不根治，矿井北翼将面临采掘接续断线、无煤可采的困境。针对煤层顶板强富水含水层，传统的以防为主留设防水煤柱措施已无法保证安全开采，致使矿井产量和效益大幅度下降。
为治理水害，解放煤炭资源，2015年，淮北矿业集团邀请中国煤炭科工集团西安研究院，共同攻关“五含”水治理项目。
“我们组织开展了朱仙庄矿‘五含’地质及水文地质补勘。在查明地质条件基础上，最终确定建设一堵长距离、大埋深、高承压、混合介质、地下隐蔽、落底式帷幕截流墙。”王举文说，此墙长3.2千米，平均高70米、宽40米，如同井下的“三峡大坝”，直接阻隔来自墙外侧的“五含”水，间接阻隔太灰水、奥灰水向墙内“五含”水补给，同时利用地面、井下疏放钻孔，疏放墙内“五含”水，达到“帷幕截流、疏干开采”的目的。
与此同时，朱仙庄矿通过施工高密度三维地震勘探、区域地质及水文地质补充勘探工程，精准查明治理区内8煤层、“五含”赋存情况、构造及边界特征和“五含”压覆区太灰、奥灰顶界面深度及构造发育情况。
“通过地面群孔抽水试验，我们获取了‘四含’‘五含’水文地质参数，查明‘四含’‘五含’、太灰、奥灰等含水层之间的水力联系、补给方向以及径流途径。通过分段注浆试验，查明预设帷幕截流墙附近‘四含’‘五含’的可注性，为帷幕截流工程的实施提供了可靠的技术支撑。”王举文说。
帷幕截流墙建成后，朱仙庄矿大规模疏放墙内“五含”水，促使“五含”中心水位由-72米降至-390米；墙外“五含”水位由-21米降至-42米，截流率达95%，彻底根治了北翼“五含”水害问题。
“‘帷幕截流、疏干开采’工程的应用，解放了‘五含’压覆煤炭资源1000万吨以上，确保矿井北翼采掘接续，经济效益和社会效益十分显著。”王举文说。
为了保证“五含”下煤炭资源开采安全，他们进一步分析研究，充分认识“五含”的差异性、不均一性。在开采前，他们要求全面探查监控，坚决做到不疏干不掘采、疏干效果验证不达标不掘采。
“同时，我们积极与科研院所合作，重点开展‘五含’工程地质研究、‘五含’下开采煤层覆岩地质分类与安全煤岩柱留设研究、‘五含’采动覆岩岩移与地表沉陷变形规律研究、‘五含’下开采采动应力场对帷幕墙的影响等16项科研项目，确定了88采区‘五含’下分区开采方案，坚持“一面一研究、一面一验证、一面一评价”的原则，确保安全开采。”王举文说。
此外，朱仙庄矿采用“地面+井下”“顺层定向孔+常规孔”方式对疏降区进行探查验证，为工作面开采设计打下安全基础。今年，该矿第6个“五含”下采煤工作面正在安全回采。（张万学）
