神木市瓷窑塔煤矿4-2煤采空区系统性安全治理技术与实践

一、引言：煤矿采空区治理的时代紧迫性

随着我国煤炭资源开采强度的不断加大，采空区安全问题日益凸显。神木市瓷窑塔煤矿4-2煤采空区治理项目，代表了当前煤矿灾害防治领域的前沿探索。这一项目不仅关系到矿井的安全生产，更对整个陕北地区类似地质条件下采空区治理具有重要的示范意义。

中国矿业大学与中矿天智信息科技（徐州）有限公司组成的专家团队，针对该矿4-2煤采空区面临的技术难题，开展了系统性研究工作。项目总经费为大型煤矿灾害治理项目的典型投入规模，涵盖了从安全论证到工程设计、从数值模拟到现场探测的全方位技术服务，体现了“理论指导实践、技术保障安全”的现代矿山治理理念。

二、地质与水文条件：复杂环境下的技术挑战

瓷窑塔煤矿4-2煤层地质条件复杂，采空区分布范围广，存在多处异常区域。经过详细勘察，我们发现该区域具有几个显著特征：煤层顶底板岩性组合特殊，裂隙发育程度不均；水文地质条件复杂，存在多个含水层；采空区形态不规则，局部区域存在应力集中现象。

关键技术难题主要体现在三个方面：一是采空区积水情况的精确探查与评估；二是防隔水煤岩柱的合理留设与稳定性保障；三是在大面积采空区条件下保安煤柱的科学设计。这些问题相互关联，构成了一个复杂的技术系统，需要采用多手段联合、多学科交叉的研究方法。

特别值得关注的是，该项目实施正值榆林市政府强化煤矿安全生产监管的关键时期。2024年6月18日全市煤矿和危化品安全生产工作推进会议后，市政府督查办加大了对煤矿安全项目的督办力度，这对我们的技术方案提出了更高要求，也体现了政府部门对煤矿安全工作的高度重视。

三、综合探测技术：透明矿山的科学基础

精确探测是采空区治理的前提。我们采用了多方法联合探测的技术路线，综合运用瞬变电磁法、微动探测等先进物探手段，对采空区进行了全方位“体检”。

瞬变电磁对低电阻率体反应灵敏，能够有效识别采空区积水情况。通过多条测线与多方向数据采集，构建三维电阻率模型，准确圈定积水异常区空间分布。

微动探测通过地层剪切波速度结构反演，判别围岩完整性，与瞬变电磁形成互补，共同揭示围岩稳定状态。

结果显示，4-2煤采空区存在3处明显积水异常区，总面积达数万平方米；且发现2处顶板破碎区，需重点关注。这些数据为后续治理设计提供了科学依据。

四、疏放水系统设计：水害防治的关键环节

基于探测结果，提出“井上下联合疏放”的治理思路：井下优选钻孔布置参数，采用多级泵站接力设计，满足峰值涌水工况；地面钻孔作为补充，降低井下作业风险，并实现地面—井下协同。

建立过程监测的动态调整机制，根据实时监测数据闭环迭代疏放参数，实现“监测-反馈-调整”的精细化控制。

五、防隔水煤岩柱设计：数值模拟与稳定性保障

采用理论分析、数值模拟与工程经验相结合的方法，构建精细化地质力学模型，模拟不同水压与开采情景下的应力-应变状态，验证设计尺寸下的稳定性与隔水效果。

基于多方案对比进行参数优化，考虑长期强度折减与健康监测配置；针对薄弱区段实施注浆加固，提高整体稳定性。

六、保安煤柱设计：矿压控制的核心技术

遵循《煤矿安全规程》《煤矿顶板管理规定》，结合埋深、岩性、采空区尺度等因素开展荷载分析；通过数值模拟评估不同时期应力与变形，重点关注长期强度衰减；完善应力、变形、微震多手段监测预警体系，实现连续监控与主动防护。

七、技术创新与实施效果

• 技术体系创新：形成“探测-评估-设计-监测”一体化治理体系，实现全过程闭环管理。
• 多技术融合：瞬变电磁与微动探测互补，联合数值模拟与监测预警，提升精度与可靠性。
• 实施效果显著：积水有效控制，水害威胁显著降低；防隔水煤岩柱与保安煤柱工作状态良好，保障生产安全。
• 经济效益可观：避免事故损失、提升资源回收率与矿井寿命，综合效益显著。

八、经验总结与推广价值

多手段联合探测、数值模拟支撑优化、全过程质量管理与高效协同机制，是本项目成功的关键。形成的技术体系与管理模式对陕北同类地质条件煤矿具有直接的参考价值。

项目实施期间，榆林市政府加强监管并督办（杨成信（2024）76号），监管与技术创新相结合为煤矿安全提供了有力保障。

九、结论与展望

本项目以系统性技术工作，成功解决复杂地质条件下采空区安全问题。坚持系统思维与多学科协同，综合运用物探、数值模拟与监测技术，产学研深度合作实现技术创新。

面向未来，建议持续推进智能化治理：构建基于大数据与AI的灾害预警系统，研发新型治理材料与工艺，打造全生命周期安全管理平台，进一步提升本质安全水平。