近日，筆者從國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司紅柳煤礦了解到，由中國煤炭科工集團(tuán)西安研究院有限公司承擔(dān)、紅柳煤礦協(xié)作研發(fā)的西部礦區(qū)煤層采動頂板涌水動力學(xué)機(jī)制及水害防控關(guān)鍵技術(shù)取得新突破，為煤礦水害防治技術(shù)提供了新方法，并在寧夏、陜西等地多個礦區(qū)進(jìn)行有效推廣應(yīng)用，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。該技術(shù)獲得2020年度中國煤炭工業(yè)協(xié)會科學(xué)技術(shù)獎一等獎。

據(jù)了解，全國可采侏羅系煤炭資源占煤炭總儲量的67%以上，主要分布在山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、寧夏6個地區(qū)。侏羅系延安組上組煤開采過程中，普遍面臨頂板水害威脅。其中，頂板水害威脅相對嚴(yán)重的典型區(qū)域包括寧夏鴛鴦湖和馬家灘、陜西榆神府和黃隴彬長、內(nèi)蒙古上海廟東部等礦區(qū)。這些礦區(qū)頂板水害威脅嚴(yán)重，致使部分礦井未能達(dá)產(chǎn)甚至被迫停產(chǎn)。

目前，煤礦采煤工作面在采動過程中出現(xiàn)頂板集中涌水時(shí)，主要采用常規(guī)防治水方法，即“采前頂板水鉆孔預(yù)疏放+采動過程工作面涌水強(qiáng)排”。這種防治水方法雖然保障了采煤工作面的安全回采，但是延長了礦井無效生產(chǎn)時(shí)間，增加了經(jīng)濟(jì)成本，而且生產(chǎn)效率較低。為此，上述礦區(qū)急需科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)高效的頂板水害防治技術(shù)體系。

中國煤炭科工集團(tuán)西安研究院有限公司技術(shù)研究人員與紅柳煤礦技術(shù)人員組成項(xiàng)目組，于2017年1月至2019年12月，先后研究了區(qū)域頂板含水層擾動卸壓涌水動力學(xué)機(jī)制，提出了集含水層富水性分區(qū)、涌水量精準(zhǔn)動態(tài)預(yù)測、頂板水控制疏放為一體的水害防治關(guān)鍵技術(shù)體系;從基礎(chǔ)理論上彌補(bǔ)了長期以來礦區(qū)對頂板含水層涌水機(jī)理認(rèn)識的不足，形成了頂板巨厚含水層水害防治關(guān)鍵技術(shù)體系，為我國西部礦區(qū)水害防治提供了依據(jù)。

為解決煤礦涌水量預(yù)測精度低、動態(tài)性不強(qiáng)的問題，該項(xiàng)目組創(chuàng)建了煤層頂板含水層涌水多階動力系統(tǒng)預(yù)測理論，創(chuàng)新研發(fā)了采煤工作面涌水量多階動力學(xué)動態(tài)預(yù)測技術(shù)，開發(fā)了采前快速預(yù)測、采動過程逐段校正的采煤工作面涌水量動態(tài)預(yù)測軟件，將采煤工作面涌水量預(yù)測誤差縮小至10%以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了采煤工作面采動過程涌水量的精準(zhǔn)動態(tài)預(yù)測;提出了基于沉積和構(gòu)造耦合的含水層富水性評價(jià)方法，研發(fā)了以采煤工作面排水能力為約束條件，以疏放水工程量最少、時(shí)間最短為目標(biāo)的頂板水控制疏放優(yōu)化技術(shù)，減少了鉆探工程量和疏放水總量，縮短了疏放水時(shí)間，解決了頂板含水層過度疏放、疏放水周期長、疏放水工程投入大等問題。

據(jù)介紹，該項(xiàng)目組成功揭示了頂板鉆孔疏放水過程中的一階動力學(xué)機(jī)制、采煤工作面開采過程中頂板涌水的二階動力學(xué)機(jī)制，提出了基于沉積和構(gòu)造耦合的含水層富水性分區(qū)方法，發(fā)明了采煤工作面回采過程中涌水量多階動力學(xué)動態(tài)預(yù)測技術(shù)，形成了基于多目標(biāo)非線性模型的頂板水控制疏放技術(shù)。

這些技術(shù)應(yīng)用后，紅柳煤礦的4個采煤工作面涌水量預(yù)測的準(zhǔn)確率均達(dá)到88%以上，節(jié)約排水設(shè)備成本160萬元、排水費(fèi)用210萬元。同時(shí)，寧夏煤業(yè)公司所屬的錦界煤礦進(jìn)一步優(yōu)化了3個采煤工作面的防治水工程，減少探放水鉆孔約800個，節(jié)約探放水鉆孔及排水費(fèi)用6414萬元;哈拉溝煤礦在2個采煤工作面實(shí)施了頂板含水層富水性分區(qū)，既保證了安全回采，又多回收了50萬噸煤炭資源。