元寶灣煤礦防治水技術研究

安 帥，段曉平，葉海生

(1.中煤集團山西華昱能源有限公司，山西山陰 036900;2.華北科技學院，北京東燕郊 101601)

元寶灣煤礦防治水技術研究

安 帥1，段曉平2，葉海生2

(1.中煤集團山西華昱能源有限公司，山西山陰 036900;2.華北科技學院，北京東燕郊 101601)

通過對元寶灣煤礦老空水透水事故的研究分析，全面認識水害的類型，探討事故發(fā)生的起因及老空水的防治措施。根據(jù)該礦的生產資料及日常管理辦法，提出元寶灣煤礦在工程實際中的切實有效的水害防治方法，包括有:元寶灣礦制定的防治水基本方案、地面防排水措施、井下防治水措施等，對指導礦井安全生產具有重要意義。

元寶灣煤礦;水災;安全;技術

0 引言

隨著煤炭開采量的加大，煤炭資源開始向地表更深處延伸，同時為了減少資源浪費，對由于歷史原因造成的小煤窯私挖濫采情況，各大礦業(yè)公司也進行資源整合，形成了整合礦井，多種災害便不可避免地威脅著煤礦的安全生產。其中，水害在整合礦井中對煤礦的威脅尤為突出。基于礦井水害的普遍性與威脅性，必須全面的認識水害的類型與發(fā)生原因，從而為礦井水治理提供可靠的依據(jù)。針對不同的水害類型，應用對應的防治水措施方能達到治標治本，消除隱患的目的。

1 礦井防治水技術

礦井防治水的目的就是防止礦井水害事故發(fā)生，減少礦井正常涌水，降低煤炭生產成本，在保證礦井建設和生產的安全前提下使煤炭資源得到充分合理的回收。為達到上述目的，根據(jù)產生礦井水害的原因，采取不同的對策措施。為了防止治水工程零打碎敲，取不到良好效果，應在查明礦區(qū)和礦井水文地質條件的基礎上，按照當前與長遠、局部與整體、地面防治與井下防治、防治與利用相結合的原則，根據(jù)不同的水文地質條件，分別采取防、疏、堵、截的方法予以防治。根據(jù)安全評價理論，安全技術措施分為六個等級(如表1)，對于礦井水害的防治應該盡量從本質安全型措施入手，從源頭上消除隱患，也可以不同等級的技術措施聯(lián)合使用，深入保證安全生產。

表1 安全技術措施分類表

煤礦開采中遇到的水害問題因嚴重程度不同、治理難度不同，往往就需要進行不同等級防治措施。最安全的措施是消除隱患，在發(fā)現(xiàn)災害源頭時，應該通過疏排水等方法將災害消除。在水害未探明或者已發(fā)現(xiàn)的情況下，災害對開采產生的影響不大，可以通過預防的方法解決的，可以降低成本達到安全目標;通常情況下，開采遇到一些地下大型水源或者奧灰水等，徹底消除隱患不現(xiàn)實時，可以采取抽排放水的方法降低水害強度，使之減弱到礦井自排能力之下的，可以采取減弱的方法進行處理;防患井下水害的基本方法就是通過設置完善的防排水系統(tǒng)，適當?shù)拿褐粼O，提高員工安全意識，從基本礦井建設方面降低水害發(fā)生的可能性以及礦井自身的水害抵抗性能。

井下水害來勢兇猛，俗有“水老虎”之稱。在采掘過程中有可能掘透壓力大又和固定水脈相溝通的含水層和水體，形成突然大量涌水。因此，通過以下幾個方面的措施，以防止突水災害的發(fā)生:

(1)做好礦井水文觀測與水文地質工作

(2)井下探放水

(3)注漿堵水

(4)防水煤(巖)柱留設

其中本文主要是以老空水為例進行研究。老空水水害產生的主要原因是煤礦開采過程中，巷道或者工作面與積水區(qū)貫通，導致老空水進入工作面或者巷道，產生威脅。存在老空水的地區(qū)主要是廢棄的巷道，由于地下水的補充形成的具有一定規(guī)模的水量，如果工作面在老空水積水附近推進時，會承受其很大的水壓力，即使沒有直接貫通，也會由于壓力的作用而產生水害。老空水災害特點主要包括三個方面:

(1)水體的范圍、幾何形狀不規(guī)則，難判斷;

(2)水體集中而壓力大，難以預防;

(3)存在范圍廣，無論水源豐富與否都時有發(fā)生。

2 元寶灣煤礦案例分析

2.1 元寶灣煤礦水害原因分析

元寶灣煤業(yè)有限公司位于朔州市山陰縣西北部馬營鄉(xiāng)，面積5.1591 km2，批準開采3號～11號煤層，開采深度由山1700 m至1340 m標高，生產規(guī)模90.00萬t/a，屬整合礦井。由于先前小煤窯的私挖濫采及整合后對技術資料的缺乏，導致水害成為該礦較大的災害之一，而水害中又以老空積水為主。本論文以元寶灣為例，對礦井水害進行分析。

元寶灣礦2011年9月16日發(fā)生老空積水透水事故，11人遇難，直接損失960萬元，究其原因有:

(1)在未詳細查明井田老空區(qū)的情況下，沒有針對9#煤層的探放水措施，6103回風順槽掘進致9#煤層時老空高壓水突破順槽與鉆場交匯處底板，沖淹巷道，造成人員傷亡;

(2)對整合礦井復雜的水文地質條件調查不全面、不深入，水害防范意識淡薄，在水文地質條件不清的情況下盲目施工建設，作業(yè)區(qū)域出現(xiàn)頂板淋水加大等異常現(xiàn)象后，未及時采取有效措施;

(3)《煤礦防治水規(guī)定》落實不到位，未嚴格執(zhí)行《煤礦防治水規(guī)定》，短探鉆孔少，布置不合理，對礦區(qū)范圍過去小煤窯越層越界開采形成的9#煤層采空區(qū)積水情況調查不深入，在已編制的地質報告中作出“下部的9#、11#煤完整、未開采”的結論，對礦井建設防治水工作產生誤導;

(4)勘探數(shù)據(jù)存在誤差，地質報告顯示:9#煤層上距6#煤層6.35～12.63 m，但事發(fā)后，根據(jù)透水點附近鉆孔資料，6#與9#煤層間距5.3 m，比地質報告最小間距6.35 m少了1.05 m;未設計鉆探6#煤底板的方案，鉆探鉆孔少，布置不合理，未對6#煤底板進行鉆探。

2.2 元寶灣礦事故經驗教訓

經過9.16透水事故使元寶灣深刻認識到礦井水害防治的重要性，根據(jù)水文地質條件的調查分析可知元寶灣礦積水區(qū)分布特別多，而且多為老空積水，成片分布，互不聯(lián)通，水文地質情況極為復雜，而地質資料不健全，已有資料及后續(xù)調查資料可信度差，加大該礦探放水力度以及細化防范措施是元寶灣礦以后生產中對水害防治的重要工作之一，要切實做好礦井防治水工作，必須針對性地采取方案。

2.2.1 元寶灣礦制定的防治水基本方案

(1)增加地質及防治水專業(yè)技術人員，及時補充防治水專業(yè)技術力量，能夠使水文地質基礎資料的收集、整理、分析系統(tǒng)化，采用科技手段查明井下積水情況及采空區(qū)范圍。

(2)建立制度、加強水文地質預測預報和職工防治水培訓工作，井下職工均要熟悉透水前的各種預兆，發(fā)現(xiàn)透水危害及時匯報并采取應急處理措施。

(3)堅持“預測預報，有疑必探，先探后掘，先治后采”“物探先行、鉆探跟進、長短探結合”的探放水原則。利用物探、長探、短探綜合方法積極探查采掘區(qū)域內的構造及水患威脅。

(4)采用監(jiān)測監(jiān)控技術。在各煤層相鄰積水區(qū)域中有代表性的根據(jù)煤層底板等高線找出最低點，在對應層煤的開拓巷道中施工鉆孔并做觀測站，適時監(jiān)測水量、水壓以及水質等因素變化情況，通過監(jiān)測各參數(shù)變化值，能夠更精確地確定積水量、積水區(qū)域的水量與降雨量的關系，同時，通過水質、水壓值確定充水通道、充水水源等。通過抽水試驗分析積水區(qū)、含水層之間的水力聯(lián)系。判斷受水害威脅區(qū)域水文地質動態(tài)變化情況。

(5)工作面在掘進過程中，施工隊組需做到:

1)如果在施工過程中出現(xiàn)的頂板淋水影響正常生產時，必須停止掘進，待其自然卸壓，確保安全后方可向前掘進。

2)如果在施工過程中發(fā)現(xiàn)巷道周圍出現(xiàn)變潮甚至出現(xiàn)滲水現(xiàn)象時，施工隊組必須立即向礦調度匯報，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，有必要時必須撤出受水害威脅區(qū)域的所有人員，待其查明原因后方可向前掘進。

3)在掘進過程中施工隊組必須保證排水系統(tǒng)的安裝緊跟工作面，并保證設備完好。

4)在掘進過程中一旦意外揭露小型構造及陷落柱，必須停止掘進，匯報礦調度室，查明區(qū)內的水文地質情況后方可繼續(xù)掘進。

5)所有工作人員必須學會避災自救方法，熟悉避災路線，每年進行不少于一次的應急演練。

2.2.2 元寶灣礦防治水措施

(1)地面防排水措施

1)主斜井井口修筑泄洪渠，并一直通往現(xiàn)煤場泄洪涵洞，一般情況下能夠抵御水流沖刷。工業(yè)廣場南部直通北部馬營河在雨季前修筑好一條橫貫工業(yè)廣場的涵洞，能保證工業(yè)廣場洪水及時排放。在暴雨時在各井口備有一定數(shù)量的編織擋水袋。

2)上漫溝風井口已經沿場地周邊修筑泄洪渠，能夠滿足洪水及時排放。但在遇暴雨時必須采取措施防止沖壞主扇房、值班室和風井口的通風設施。

3)報廢井口和鉆孔及時填埋、封孔，防止向井下泄水。

4)生活及工業(yè)廢水排放到遠處的洪溝內，避免再滲入井下。

5)辦公區(qū)和住宅區(qū)均在工業(yè)廣場地勢較高地點，每年春季必須對排水溝進行清理維護。

6)嚴禁將矸石、巖石和垃圾堆放到洪水可能沖刷到的地點。

7)作好天氣預報的收看收聽工作，降大雨和暴雨前能夠提前預防。

8)雨季前保證“雨季三防”庫房內準備足夠的編制袋、鐵鍬、水泥等材料，便于防洪。并保證鏟車和運輸設備的完好，發(fā)水時能夠及時出動。

9)雨季來臨前要及時清理地面防洪溝渠，做好地面塌陷坑、裂隙等填埋工作，并用粘土夯實高出地表，防止洪水危害礦井。

10)每年3月份對地表裂縫重新進行調查，并組織人力、物力進行全面系統(tǒng)充填，確保雨季時礦井不受洪水威脅。

(2)井下水防治措施

地下水源是看不見的，由于元寶灣屬于整合礦井，整合前的小煤礦私挖濫采造成的老空區(qū)是防治水的技術難題。只有通過勘測，掌握老窯及采空區(qū)的積水以及主要含水層、充水斷層和裂隙的分布，從而劃定出礦井的積水線、探水線與警戒線。在以后生產中還必須對井田內以及周邊煤礦各煤層的采掘現(xiàn)狀通過地質調查以及三維物探等方法，在井下采用瞬變電磁法勘測巷道前方以及周圍是否有積水區(qū)及水量情況。查明周邊礦井采空區(qū)積水情況，通過掌握勘探資料、人為調查資料以及三維地震勘探資料進行積水三區(qū)的劃分。廣泛收集資料并進行地質及水文地質勘查，掌握準確的第一手資料進行綜合分析，有針對性地進行探放。

1)上漫溝9號煤層采空區(qū)，將影響到9煤輔運大巷的安全貫通，西北部的積水在歷年技改中相繼進行了抽排，但局部低凹處和后來形成的少量積水，在9煤輔運開拓前必須重新實地勘測，并進行抽排，確保安全。

2)6106及6107工作面南部在4煤406盤區(qū)，在巷道開拓到上覆4煤區(qū)域時，密切注意觀察火區(qū)、積水情況，加強物探、鉆探密度，進行有效治理。

3)6104工作面在回采前必須打開4煤南翼密閉對404盤區(qū)采空區(qū)進行實地勘測，發(fā)現(xiàn)水患及時探放。工作面南部上覆有406火區(qū)，在以前的滅火工程中灌入大量滅火材料，使低凹處積水受擠壓流到最低處，回采時必須加強觀察，采取相應安全措施。

4)6105工作面在回采工作面南部時，由于在406火區(qū)下方，必須隨時觀察，并配備良好的排水系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)問題及時采取相應的安全技術措施。

5)參考三維地震成果，在所有斷層區(qū)域必須提前探測，確定斷層的導水性及斷層面的涌水情況，并制定專項措施進行探放。

6)隨時監(jiān)測井下水文地質變化，對井下揭露斷層要認真觀測其含水性和導水性，堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則。

7)井下采掘至井田邊界時，應預留設足夠的井田保安煤柱，隨時了解井田鄰礦的開采情況，避免鄰礦采空時井田有影響。

8)采用瞬變電磁探測法對掘進工作面每掘進60米進行一次三維探測，確定積水異常區(qū)域的空間位置。并綜合調查、地質勘探等資料，有針對性地進行探放。

9)對各掘進工作面每60米施工一個鉆場，必要時在工作面迎頭施工鉆探。根據(jù)地質情況及物探成果進行專項探放水設計，由專業(yè)探放水隊伍按設計要求施鉆探放。

10)結合元寶灣的實際情況，實行“長探長掘配合短探短掘”，消除長探盲區(qū)，更加有效合理地排除水患。

11)井下巷道沿煤層布置，受煤層起伏影響較大，巷道中可能發(fā)生積水現(xiàn)象，在礦井生產期間應根據(jù)實際情況，在巷道適當位置設置水倉，由小水泵將積水排出，確保各采掘工作面排水系統(tǒng)暢通。

12)定期清理井下各水倉、水溝的淤泥積物，定時不定時地檢修排水系統(tǒng)，確保排水能力。

13)隨時踏勘地表是否有新的裂縫存在，并及時給予填堵。

14)積極開展防治水隱患日排查、周分析、旬評價、月總結、季通報、年考核的基本工作。

2.2.3 元寶灣煤礦防治水措施特點

元寶灣礦制定的相關探放水制度及防范措施的細化，保證了各掘進巷道的安全施工，有效的預防了掘進過程中遇到不明老巷、導水裂隙等各類地質構造，防止了突水事故的發(fā)生;探測及探放了各回采工作面上浮煤層老空積水，防止了頂水開采;提出水害防治的六個等級，包括消除、預防、減弱、隔離、連鎖和警告，針對不同的水害級別采用不同的防治措施，既可以節(jié)約成本，又能達到對癥下藥，消除隱患的目的。全礦定期不定期地開展安全教育，經過各種防范措施的實際應用，元寶灣礦的水災防治能力得到大幅提高。

3 結論

1)元寶灣礦地面防排水措施著重考慮降雨、洪水等氣候原因對地面積水的影響，針對性的建造、疏通泄洪溝渠，填埋地面塌陷坑、裂隙，從根源上杜絕地表水下滲危害。

2)井下防治水工作在通過物探、鉆探、資料分析等方法準確探明水源位置的前提下，針對性探放，完善井下排水系統(tǒng)，提高探測頻率，時時掌握最新情況，做到礦井探水不留死角、不留盲區(qū)。

3)元寶灣礦堅持“物探先行，鉆探跟進，長短探結合”的原則，安全準確定位礦井井田范圍內的砂巖含水層水、構造裂隙水、承壓水及采空區(qū)積水情況;堅持“有掘必探、先探后掘”原則，不斷完善鉆探方案，編制確實可行的水害防治措施，為礦井安全生產提供保障。

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Study on Water Prevention and Control Technology of Yuanbaowan Coal Mine AN Shuai1，DUAN Xiao－ping2，YE Hai－sheng2

(1.China Coal Group Shanxi Hua yu Energy CO.LTD.，036900;2.North China Institute of Science and Technology，Yanjiao，101601，China)

With the analysis of the flooding accidents caused by goaf water in Yuanbaowan coal mine，the types of water disaster are presented comprehensively，the cause of accidents，the prevention and control measures of goaf water are discussed.According to the mine production data and daily management practices，the flood prevention and control measures of Yuanbaowan coal mine in practical engineering are proposed，which are the basic scheme of water prevention and control，the prevention and drainage measures of ground water，the prevention and control measures of mine water.It is of great significance to guide the safety production of coal mine.

Yuanbaowan Coal Mine;Flood Disaster;Safety;Technology

TD74

A

1672－7169(2016)06－0008－04

2016－10－03

中央高?；究蒲袠I(yè)務費資助項目(3142015114，3142015132)

安帥(1972－)，男，山西朔州人，大學畢業(yè)，高工，中煤集團山西華昱能源有限公司礦總工程師。E－mail:jhyybwaa @126.com