礦井重大水害預(yù)警與救援探討

鞏文斌（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司，河北`邯鄲`056500）

礦井重大水害預(yù)警與救援探討

鞏文斌
（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司，河北`邯鄲`056500）

分析我國煤礦重大水災(zāi)的預(yù)測預(yù)警現(xiàn)狀，提出了解決方案。

重大水災(zāi)；預(yù)測預(yù)警；動(dòng)態(tài)檢測；快速恢復(fù)

一、我國礦井水害現(xiàn)狀

我國煤礦的水文地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，采掘活動(dòng)受到各種水害威脅，水災(zāi)事故頻繁發(fā)生。水災(zāi)是我國煤礦的第二大殺手，水災(zāi)所造成的經(jīng)濟(jì)損失高于煤礦其他自然災(zāi)害。

由于礦井突水事故頻繁，淹井事故嚴(yán)重，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，我國的科學(xué)工作者開展了廣泛的科學(xué)研究和現(xiàn)場測試工作，對(duì)煤礦底板突水有了較深入的認(rèn)識(shí)，取得了大量研究成果，為礦井安全生產(chǎn)作出了巨大貢獻(xiàn)。

20世紀(jì)80年代后，由煤炭科學(xué)研究總院西安分院、重慶分院、唐山分院、北京開采所、山東礦業(yè)學(xué)院等單位先后進(jìn)行了“華北型煤田奧灰?guī)r溶水綜合防治工業(yè)性試驗(yàn)”國家大型工業(yè)性試驗(yàn)項(xiàng)目。在開灤、邯鄲、焦作、渭北等地廣泛開展了奧灰水文地質(zhì)條件調(diào)查、水文地質(zhì)試驗(yàn)、采礦對(duì)底板破壞的現(xiàn)場觀測等工作。在理論研究的同時(shí)，我國也重視水害防治的探測技術(shù)研究。“七五”期間，煤科總院、西安分院、重慶分院、唐山分院、中國礦業(yè)大學(xué)、山東科技大學(xué)等單位先后引進(jìn)、研制出多種物探儀器，如EM－1型磁偶源頻測儀、DYSD－1型槽波數(shù)字地震儀、礦井地質(zhì)雷達(dá)、水位遙測儀、聲波測深儀、瞬變電磁探測儀、EH4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀等。近年來，我國在礦井物探儀器試驗(yàn)研制和數(shù)據(jù)處理智能軟件開發(fā)等方面取得了重大進(jìn)展。

二、解決方案

首先，進(jìn)行井下工作面圍巖含水探測和監(jiān)測。其次，當(dāng)發(fā)生水災(zāi)時(shí)，對(duì)突水的水量水位、流速水質(zhì)、夾雜物和分布的適時(shí)檢測監(jiān)控；進(jìn)行出水量動(dòng)態(tài)檢測和預(yù)警。第三，早期注漿加固、陷落柱等通道，巷道封堵、地區(qū)隔離應(yīng)對(duì)措施。第四，搶險(xiǎn)排水追水快速恢復(fù)。

1.系統(tǒng)構(gòu)架

系統(tǒng)構(gòu)架：井下探水動(dòng)態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)；巷道突水水力檢測和視頻監(jiān)視系統(tǒng)；動(dòng)力配電防水耐壓系統(tǒng)；井下設(shè)備和人員無限定位及調(diào)度系統(tǒng)；排水設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)；搶險(xiǎn)排水追水快速恢復(fù)系統(tǒng)。

2.水災(zāi)探測、預(yù)警

（1）井下水災(zāi)探測、預(yù)警及即時(shí)判斷

煤礦突水的影響因素主要有4個(gè)：含水層巖溶發(fā)育程度（KT）、水壓（WP）、隔水層厚度（T）和斷裂構(gòu)造的復(fù)雜程度（DF）。煤礦突水水量Q=f（KT，WP，T，DF）。應(yīng)用于在煤礦底板突水等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測中，通過遙感、瞬變電磁儀等技術(shù)，在井下巷道內(nèi)建立采掘面周圍巖層，瞬變電磁場呈全空間分布。瞬變電磁儀發(fā)射機(jī)通過加大發(fā)射功率增強(qiáng)二次場，從而增加勘探深度，接收系統(tǒng)通過多次脈沖激發(fā)，重復(fù)測量疊加和空間域多次覆蓋技術(shù)提高信噪比，從而應(yīng)用于井下頂、底板和超前探測，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下頂、底板和超前探測，構(gòu)造含水采空區(qū)及廢棄的充水小煤窯突水水源勘查，煤層底板巖溶含水層、巖溶陷落柱及巖溶塌落洞勘查；掘進(jìn)過程中隱伏導(dǎo)水構(gòu)造勘查；回采過程中遇到工作面內(nèi)部隱伏的點(diǎn)狀導(dǎo)水構(gòu)造（陷落柱、封閉不良鉆孔等）勘查；頂?shù)装宀傻V擾動(dòng)誘發(fā)的導(dǎo)水破裂帶導(dǎo)通勘查。

（2）突水水流檢測和視頻監(jiān)視

常用的坑道突水的工程防治措施，基本上分為地面和地下兩類針對(duì)性設(shè)施和手段，包括排水疏干、工程與水源之間保留防水礦柱、修建水閘墻、門、灌注水泥漿、堵塞可能的滲透途徑和通道等。目的是盡可能地保持固有地質(zhì)體及其水文地質(zhì)的平衡狀態(tài)，強(qiáng)化抗突能力，削弱突水條件。同時(shí)在主要巷道和水艙布置探測水流參數(shù)的儀器和傳感器等，采取應(yīng)急預(yù)防措施，一旦發(fā)生突水時(shí)，對(duì)水流深度、水壓、流量、流速、溫度、水質(zhì)、夾雜物等參數(shù)進(jìn)行探測，以及視頻信號(hào)遠(yuǎn)程顯示，為地面控制和指揮中心提供在線監(jiān)測井下各工作面、各水平、主要巷道的水情變化，為指揮準(zhǔn)確判斷出水位置和決策提供技術(shù)支持。

（3）井下設(shè)備和人員無線定位功能以及通信調(diào)度

在搶險(xiǎn)時(shí)，井下設(shè)備和入井人員無線定位，調(diào)度通信系統(tǒng)也是重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)具有人員監(jiān)測、管理功能。建立與地面現(xiàn)代公眾無線通信技術(shù)平臺(tái)并網(wǎng)，提高井下無線通信裝備的技術(shù)水平，使井下無線通信裝備能同步于地面現(xiàn)代無線通信技術(shù)。以上井下硬件和通信網(wǎng)絡(luò)需要適用于井下突水時(shí)工作環(huán)境狀況，并能在浸水和巷道排水退水后迅速恢復(fù)通信功能。

（4）電力配電防水耐水壓

現(xiàn)代化的礦井生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)均離不開機(jī)電設(shè)備，井下的主要?jiǎng)恿σ揽康孛嫣峁┑膭?dòng)力配電，因此，提高井下抗水災(zāi)能力，有賴于對(duì)井下排水的動(dòng)力電纜和電控系統(tǒng)進(jìn)行防水處理和實(shí)現(xiàn)潛水、耐水壓供電。該項(xiàng)技術(shù)措施的建立和完善，對(duì)受水患威脅的大水礦井尤其重要。

（5）主排水設(shè)備狀態(tài)信息監(jiān)控功能和故障診斷功能，遠(yuǎn)程控制運(yùn)行

對(duì)排水設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。排水設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)磨損、振動(dòng)、噪聲、溫升、潤滑介質(zhì)失效損失，電機(jī)的電流、電壓、溫度、絕緣等參數(shù)變化情況，以及管路的水流壓力、流量，水質(zhì)和攜帶雜質(zhì)等參數(shù)的監(jiān)測，各運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過各型傳感器采集后，通過GPRS無線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，實(shí)現(xiàn)在線的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。

對(duì)電器、機(jī)械部分故障特性進(jìn)行詳細(xì)的分類匯總，故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對(duì)各項(xiàng)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)工況進(jìn)行分析、處理，以便更為全面的掌握設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，向運(yùn)維人員提出故障情況及處理決策意見，并通過顯示器顯示出來，相關(guān)數(shù)據(jù)也可同時(shí)通過環(huán)網(wǎng)或是無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至相關(guān)人員處，以方便運(yùn)維人員及時(shí)掌握故障數(shù)據(jù)和處理策略。

（6）主排水設(shè)備快速搶險(xiǎn)排水復(fù)產(chǎn)

礦用離心水泵兩棲運(yùn)行，便于大水礦井形成連續(xù)排水能力，一旦發(fā)生透水，在泵房進(jìn)水或被淹的情況下，避免主排水系統(tǒng)崩潰，喪失排水能力，延緩或避免淹井事故。通過對(duì)礦井主排水系統(tǒng)潛水技術(shù)改造，可有效避免水患帶來的嚴(yán)重安全隱患和損失，減少因出水造成的停產(chǎn)甚至淹面或淹井，為穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)做好堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

TD76

B

1671-0711（2015）09-0059-02

（2015-05-21）