[00118997]基岩矿坑高角度离散裂隙突水治理关键技术及工程应用

基岩裂隙水运移机理是国际上学术界所面临的一个挑战，高角度离散裂隙突水治理却是工程界的一项世界性难题。谢桥煤矿是淮南矿业集团隶属的特大型煤矿，矿井设计年产能力400万吨，1983年兴建，1997年建成投产。矿井建设期间，位于岩溶陷落柱影响带内的东风井-440m马头门附近井筒先后于1989年6和9月发生突水淹井事故，特别是1993年10月3日，-440m回风道发生大面积突水，最大突水量达684m3/h，稳定水量420m3/h。淮南矿业集团于1993年10月至1995年9月实施了地面注浆堵水工程。工程结束后回风道涌水量仍保持在344.5m3/h，并一直排水，年排水电费近500万元。本项目开展是为了解决淮南矿业集团谢桥煤矿东风井长期突水排水难题，同时为条件类似的矿区、特别是我国华北型煤田的防治水工程提供理论指导和技术参数。　　项目的主要技术内容和创新点：　　（1）岩溶裂隙水分布、运移与模拟技术：阐明了中国北方型高角度离散裂隙水形成背景和分布特征、优势流现象，揭示了裂隙水Non-Darcy流和Non-Fickian运移机理，建立了不同尺度岩溶裂隙水非线性运移模型，解决了岩溶裂隙水量评价难题；　　（2）突水水源快速判别技术及信息系统开发：将自然界水循环与水化学成分特征进行综合对比，揭示不同含水层特征离子，并集成GIS平台技术，首次建立突水水源判别组合模型及信息系统，解决岩溶裂隙突水水源复杂且难判别问题；　　（3）高角度离散岩溶裂隙水注浆模拟与封堵技术：创新地建立了岩溶裂隙水中注浆浆液运移的Wilson and Miller’s模型，为注浆设计提供技术支持；首次提出单孔大段高多层段复式注浆工艺，研发出高角度离散裂隙分布区水平帷幕截流、垂向封堵导水通道的立体注浆技术；突破传统陷落柱突水治理技术思路，研发了煤矿环境保护新技术。　　总体研究成果：成果获得发明专利5项、申请发明专利3项，实用新型专利1项，软件著作权1项，著作5部，论文60篇，其中SCI收录21篇；EI收录39篇，硕士学位论文13篇等。成果通过以南京大学薛禹群院士为主任、原煤炭部高俊起教授级高工为副主任的专家组鉴定，认为：“总体成果达到国内领先水平，其中单孔大段高多层段复式注浆工艺，水平帷幕截流、垂向封堵导水通道的立体注浆技术达到国际领先水平”。　　查新结果表明：国内外尚未有与此项目创新点相同文献的研究报道。　　应用及效益情况：成果于2005～2007年在淮南矿业集团谢桥煤矿东风井突水治理工程中得到成功应用：治理前，灰岩涌水量保持在280.78m3/h，治理后水量减少到74.2m3/h，较注浆前减少了206.58m3/h，若考虑突水前原有水量80m3/h，则突水点堵水率达100﹪；此外，相关的成果在淮南矿业集团新庄孜煤矿、潘二煤矿以及郑煤集团白坪煤业有限公司得到应用，经济效益和社会效益显著。2007～2011年累计新增利润18648.30万元，新增税收3819.53万元，总节省开支22467.83万元；长期经济社会效益尤为可观：仅谢桥矿，东风井使用按保守的20年计，直接经济效益约9152.80万元，其社会效益显著：不仅提供了突水治理技术，保护了煤矿安全，而且保护了水资源：每年减少地下水资源排放1809641m3，20年可保护水资源总量36192816m3。　　综上所述，该项成果具有科学意义、工程应用价值和广阔的推广应用前景。