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汾西矿区煤矿水害与防治01
山西焦煤汾西矿区煤矿水害类型分析与防治办法
山西汾西矿业集团公司地质测量处赵益晨
摘要按照汾西矿区各矿井普遍受老窑、小煤矿采空区积水、地表水、冲积层水、含水层水要挟的现状,通过最近几年来发生的典型水害案例论述了矿区各类水害发生的特点、对煤矿安全生产影响及危害程度,结合矿区防治水工作开展现状,总结分析了各类水害发生的原因和防治水工作中存在的主要问题,针对各类水害提出了具体的防治办法和对策,论述了只有针对不同的水害类型,采取防重于治,完善探查手腕,成立健全防治水机构和制度,增强技术管理和重视工程投入,才能避免重大水害事故的发生。
关键词水害分析;防治办法;汾西矿区
最近几年来,煤矿重特大水害事故、突水淹井事故多发,并有慢慢上升趋势,据不完全统计,在过去的20连年里,有250多个矿井被淹,死亡1700多人,专门是2010年发生的几起重大水害事故,在社会上影响极大,也普遍引发了各级管理部门对煤矿防治水工作的高度重视。
汾西矿区为山西省优质主焦煤生产基地,煤层埋藏较浅,开采历史悠长,历史上遗留了大量的老空区,尤其是上世纪九十年代以来,因大量小煤矿的不规范开采,致使汾孝矿区各井田千疮百孔,其大量小煤矿采空区可能存在的积水,组成了煤矿安全生产的重大隐患;最近几年来,随着开采水平的不断延伸,煤层底板承压水问题亦日趋显现,严峻影响着煤矿的安全生产。
只有分析水害发生的原因,采取踊跃应对办法,才能避免重大水害事故的发生,保证安全生产。
1常见水害种类
汾西矿区开采历史悠长,水文地质条件复杂程度不一,历史上也多次发生水害事故,损失庞大。
1.1地表水体和大气降水造成的水害
地表水水害是指地表水体通过含水层漏头、塌陷区、河床裂痕、古井或和大矿贯通的小煤矿井口溃入井下造成的水害事故。
专门是雨季,山洪暴发,洪水溃入井下造成淹没矿井及工业广场的灾害。
其特点:
水量大,来势凶,一旦溃入井下,将给矿井带来毁灭性灾害,危害极大。
汾孝矿区地形多为低山丘陵,沟谷纵横,主要含水层在较大沟谷中都有出露。
兑镇河、高阳河等横穿矿区,旱时无水或水量较小,但暴雨季节,水量极大。
2007年7月29日,新阳煤矿发生洪水灌井事故,大量洪水沿高阳河床塌陷坑进入井下,涌水量达1200m3/h以上,几乎造成淹井事故。
事故原因主要为小煤矿私采河床保安煤柱,造成洪水溃入而殃及大矿。
另外,由于河床等地表水体底部渗漏而增大矿井涌水量者更为常见。
冲积层水水害
汾西矿区地表多数基岩出露,第三、四系地层被沟古切割强烈,不含水或含水甚微,难以对井下造成要挟,但新阳煤矿九采区煤层埋藏较浅,倾角平缓,第三、四系覆盖层较厚,局部地段基岩厚度不足10m,煤层回采后冒裂带将与松散层沟通,极易发生此类水害事故。
常发生的原因:
在煤层开采进程中,防水煤(岩)柱难以留设,导水裂隙带直接进入松散强含水体或断层破碎带因支护不妥,冒落高度大而造成溃泥沙、溃水事故。
老窑和采空区积水造成的水害
古窑因开采历史久远,其开采情形、积水量、积水范围等难以掌握,突水时含有有害气体,而备受关注,常誉为“地下水库”。
采空区积水指矿井开采后的采空区或巷道积水,当下水平或下分层开采接近积水区又未认真探放水而造成透水事故。
一旦透水,常会造成人员伤亡、淹面、淹水平。
1982年10月15日贤者小煤矿掘透古空,淹没矿井,造成11人死亡;1983年11月30日偏城小煤矿和古窑贯通,淹没矿井,排水达半年之久;1984年8月和1985年7月又发生突水淹井,同时致使相邻偏店小煤矿淹没,停产半年之久,排水20万m3;1983年2月韩家滩小煤矿打透古空,造成淹井,排出水量15万m3,等等。
新阳煤矿连年来一直受古空积水的制约,随着西部、南部上组煤采区的接踵结束,目前上组煤已大体上摆脱了古空水的要挟,但下组煤南部采区和北部采区老窑水要挟仍然存在。
采空区积水各矿普遍存在,是目前井下探放水的主要对象之一,由此造成的淹巷、停产事故也时有发生,最近几年来,乡镇矿多次发生此类灾害,主如果滥采乱挖,且不执行探放水有关规定,从管理层到工人均缺乏大体的探放水知识所致。
含水层突水水害
因开采影响到煤层顶部或底板厚层含水层造成突水是常见的一种水害。
含水层的富水性不同,其危害程度也有不同。
新阳煤矿上组煤,其主要充水层为K8砂岩裂痕水,构造破碎带周围裂痕发育,常给生产带来影响;其底板突水主要为太原组石灰岩岩溶水,经导水断层形成底板出水。
开采下组煤的矿井太原组K2为直接顶充水含水层,富水性较强,易发生顶板突水。
矿区内新阳煤矿下组煤带压开采条件勘查程度低,加上断层、陷落柱特别发育,存在奥灰突水的危险性。
小煤窑造成的水害
上世纪九十年代,乡镇煤矿进展迅猛,非法开采、滥采乱挖、越层越界现象严峻,新阳、新峪、新柳井田和大矿贯通的小煤矿触目皆是,给煤矿生产带来专门大隐患。
新阳煤矿井田内共有50座小煤矿,新峪煤矿井田内共有54座小煤矿,新柳煤矿井田内共有262座小煤矿,目前虽全数关闭,但遗留采空区积水形成的隐患将长期存在。
资源整合矿井中,正安煤业井田面积13.42km2,废弃小煤矿井筒48个,正旺煤业井田面积5.2km2,废弃小煤矿井筒46个,正丰煤矿井田面积13.89km2,废弃小煤矿井筒164个,等等。
小煤矿开采形成的采空区积水是目前汾孝矿区各煤矿开采面临的最大充水水源,其主要特点是积水以静储量为主,但具有必然的静水压力,突发性强,来势猛,持续时刻短,有害气体含量高,对人和设备损伤较大。
新阳矿下组煤二采区首采工作面周边散布有泉子山煤矿和青阳岭、老窑沟等煤矿,泉子山煤矿越界开采、青阳岭、老窑沟煤矿越层开采均和2101工作面贯通,排放积水约14万m3(图1)。
多数小煤矿开采后没有将积水排出井外,而是汇入其采空区,对大矿采掘生产组成庞大要挟,2010年10月23日在960大巷开拓期间揭露王才堡小煤矿采空区,发生透水事故,排水5万m3,几乎造成人员伤亡。
图1新阳矿二采区201工作面小窑破坏情形示用意
2造成井下水害的原因
地面防治水办法落实不到位
该区煤层埋藏较浅,开采后地表塌陷、裂痕较多,日常充填治理不及时,雨季洪水通过这些人为通道溃入矿坑,增大矿坑涌水量,乃至造成庞大灾害。
对井田内地表塌陷区、地表沟谷中水源、小煤矿井口防洪办法没有全面详细的调查资料,未采取有效治理办法,尤其是废弃的小煤矿,井口标高低于本地从来最高洪水位,地面轻忽防洪设施,井下越界开采彼此贯通,一矿进水多矿受害。
地面防洪办法不妥或办法执行不认真,洪水冲垮工程或通过地表塌陷、裂痕涌入矿井造成水患。
水文地质条件不清
各矿井以往地质勘探工作,主要偏重于资源勘探,对水文地质条件只是附带性地、粗略地进行了勘查,对太灰、奥灰等主要含水层的富水性散布及发育规律、峰峰组含水层水位等尚未查清,尤其是开采下组煤的矿井,水文地质勘探程度不足,对带压开采条件缺乏熟悉与评价。
1996年11月26日,新峪煤矿6402工作面顶板K2灰岩突水,最大出水量184.8m3/h,全数设备被淹,停产17d;等等。
巷道过度靠近强含水体又没有采取有效防治办法,一旦特殊情形,就会酿成水患,2009年4月新阳矿下组煤北采区胶带巷揭露本溪组薄层灰岩,下距峰峰组富含水层约14m,发生奥灰突水事故,最大涌水量460m3/h,稳固水量320m3/h,治水达半年之久(图2)。
图2新阳矿北胶带巷突水水文地质剖面图
对构造等勘探和分析不够,致使水情水害预报不及时或不准确,如:
河东煤矿崔家沟井东二采区1257工作面切眼,1980年4月10日揭露断层,最大水量68m3/h,那时淹没工作面,累计排水49445m3。
小煤矿采空区积水情形不明
新柳、新峪、新阳煤矿井田内及周边小煤矿星罗棋布,对小煤矿在开采期间缺乏有效监管,越层越界,滥采乱挖严峻,没有真实的采掘图纸;小煤矿关闭后不提交关井资料,缺乏实测图纸。
老窑、小煤矿采空积水范围难以肯定,且很多已关闭的小煤矿开掘层位难以考证,乃至存在大量不明位置的私开小煤矿,对井下探放水工作带来专门大困难。
探放水办法落实不到位
对采空区积水及关闭废弃的小煤窑积水特征及其潜在的透水危险性熟悉不足,未制定或落实严格的探放水管理制度,管理层思想麻痹,现场工人冒险蛮干。
2001年6月6日孝义市柱濮镇子善村小煤矿发生透水,死亡6人,其原因是小煤矿滥采乱挖,破坏防水煤(岩)柱,在有明显透水征兆的情形下,仍不进行探放水而发生事故。
井巷在接近老空积水区,导水断层、强含水体等时未认真执行探放水制度,探放水设计不合理,对积水巷道和上部采空区积水范围控制不准或遗漏,新掘巷道与之贯通而发生突水。
如:
河东矿崔家沟井北一采区1115回风巷,1987年11月3日打透古空,淹没1211工作面和12115回风巷,死亡1人。
3水害防治对策
坚持“安全第一,预防为主”的方针
提高广大职工特别是各级领导干部对防治水害的熟悉,克服侥幸心理和麻痹思想;坚持“查明条件,查治结合,预防为主,疏堵截排,综合治理”的防治水原则,依托科技进步,增强技术管理,加大工程投入。
应针对不同的水害种类,制定和采取不同的办法,确保矿井安全生产。
地表水害的防治
地表水害来势凶猛,无法抗拒,对此类水害的防治应做到防重于治。
其大体对策和方式是:
⑴购买“三防”物资,包括防洪草袋、铁锹、铁镐、抬筐、雨衣、雨鞋、手电筒、水泵、排水胶管、电缆线、开关等。
以上物资由专人负责,不得随意挪作他用。
⑵雨季来临之前,对矿区内地面河床及排水通道,进行逐段检查,发觉阻塞及时疏通完善。
专门是兑镇河有太原组灰岩出露,应对出露段进行注浆封堵,避免地表水灌入矿坑。
⑶对地表滑坡地段进行保护、清理、修筑,完善护坡、护墙。
⑷按期组织有关人员进行地表裂痕调查,尤其在每一年雨季来临前和大雨后,对矿区周围地面裂痕和老空塌陷情形进行发觉,对矿井安全可能造成影响的裂痕及时充填、夯实。
⑸继续修筑和完善地表沟渠及堤坝。
⑹增强雨季对地表水体与井泉水位、水量的动态观测,并进行记录,分析与矿井充水的关系。
⑺按期对矿区小煤窑进行实地调查,查明矿井涌水及开采情形,避免越界开采及煤柱受到破坏,避免发生透水事故。
最近几年来,在实际中采取截断补给水源,疏堵漏水河段,铺砌和改造河流,填排塌陷区积水等办法超级有效。
冲积层水害的防治
针对受冲积层水要挟区域,以查明冲积层的沉积特征、含水层厚度、散布范围、富水性等为前提,开展水文地质条件补勘工作,主要工作内容包括:
冲积层富水性及其散布规律、煤层顶板岩性组合及其岩石力学性质、煤层开采水害防治可行性研究、防水煤岩柱留设安全性论证和煤层开采对水源地的影响评价等。
防水煤(岩)柱的留设必需按照冲积层的富水性和分层结构,专门是其底部良好隔水层的散布特点,和地层倾角、采高和煤层顶板岩组的力学特征等按规程留设。
采用能够有效控制采高、避免抽冒的采煤方式,开采时严格按开采设计控制采高和上风道的标高,做到上、下煤层的间歇开采。
若冲积层含水性较强,地下水动、静储量有限,可采用疏干开采;冲积层含水性中等,地下水动、静储量不大,估计开采中、后期可能疏干的地域,前期仍必需按规程留设保护煤柱,后期再按照水位降深实际情形另行对待。
老窑和采空区积水的水害防治
此类水害防治要从管理和技术两方面入手。
增强物探探测是超级必要的手腕,物探先行,钻探验证是行之有效的防治线路。
新柳煤矿在241101工作面掘进期间,虽按规定要求布设了探放水钻孔,但因对小煤矿开采层位判断失误及钻孔的局限性,仍与不明空巷打通,突水约10000m3,造成淹巷事故,并淹没综掘机。
若是采用物探进行超前探测,就会避免此类事故发生。
主要技术对策:
⑴第一在地面进行瞬变电磁物探,主要探查小煤矿积水区域及边界。
按照物探功效将异样区域标注于采掘图上,并画出积水线、探水线和警戒线,为井下采掘和重点探放提供依据。
⑵在巷道掘进进程中,至少提前200m对前方巷道每隔60-80m进行井下直流电法超前探测,按照探查结果对异样区依据采空区探查要求进行钻探探查。
⑶工作面形成后,对工作面进行音频电透视,探查工作面上部采空区积水,按照探查结果对异样区域进行探放水。
⑷条件复杂时,探放水结束后还需进行电透,探查采空区积水疏放效果和是不是还存在积水,如仍有积水还需要进行探放。
老空水作为矿井主要水害隐患,对其进行探放是矿井日常水文地质工作的重要内容,利用井下直流电法超前探,操作简单,且避免了钻探方式以点带面的短处,提高了生产效率。
对小煤矿应设立专门的管理制度,专人负责,对已探出的采空区积水,应总结分析其积水条件,研究其散布规律,有重点地进行探放。
避免老空区透水,不单纯是技术问题,管理也占专门大比重。
含水层突水水害的防治
煤系地层薄层灰岩水对矿井要挟不大,大体的防治方式以疏排为主。
常常利用双巷交替施工的方式,以加速涌水的自然衰减,一条巷道超前施工,一方面起指导地层作用,另一方面可提前疏放水。
当碰着大的涌水即停止施工,让水量自然衰减,双巷在同一层位近距离施工,水位疏降快,涌水衰减十分迅速,能达到争取施工时刻的目的。
奥灰水对下组煤要挟较大,必需认真开展水文地质工作,查明水文地质条件,查明构造的导水性,进行开采水文地质条件评价论证,制定探治结合等综合防治水办法。
完善防治水制度、机构,增强专业培训
权威的防治水机构和过硬的防治水队伍是有效防治水的大体保证。
设立防治水机构,成立防治水领导组,由矿主要领导直接掌管,成立责任制,实施责任到人,保证防治水工作管理到位,办法到位,设备材料到位,制度落实到位,在发生事故时抢险救灾工作能够迅速有效,将灾害控制在最小程度。
现阶段各矿井专业水文地质人员缺乏,专业队伍建设第一要有一批具有必然理论知识与实践经验的技术领导,按期邀请防治水领域的专家对主管领导、技术人员和职工进行防治水方面的专业培训,在直接引进地质、水文地质专业毕业生困难的条件下,应加大内部挖潜,选派责任心和学习能力较强的高中毕业生进入高校进行定向培训等。
4结语
汾西矿区各矿井水文地质条件相对复杂,主如果老窑和小煤矿采空区积水隐患比较突出。
经连年的实践,各类水害的防治大体上已有了成熟的方式,只要增强管理,就可以取得明显的效果;有的水害发生机理和防治方式还需要进一步分析和讨论。
因此,对防治水害工作要从思想上重视,增强技术管理,加大工程投入,以确保煤矿的安全生产。
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