老空透水事故搶險救援方案與鉆孔救援探析

毛振西 毛小鷗

(1.山西省煤炭職工培訓(xùn)中心，山西省太原市，030012；2.山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局，山西省太原市，030012)

★ 煤礦安全 ★

老空透水事故搶險救援方案與鉆孔救援探析

毛振西1毛小鷗2

(1.山西省煤炭職工培訓(xùn)中心，山西省太原市，030012；2.山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局，山西省太原市，030012)

老空透水事故是近年來煤礦水害事故的主要類型，通過分析透水事故救援案例認(rèn)為，了解煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化是分析透水后井下態(tài)勢和制定搶險救援方案的基礎(chǔ)，明晰老空區(qū)積水水壓是制定井下排水和地面鉆孔救援方案實施步驟的關(guān)鍵，同時，在井下排水過程中配合使用壓風(fēng)系統(tǒng)送氣能夠擴(kuò)大受困人員生存空間，為救援贏得時間。

透水事故 監(jiān)控系統(tǒng) 積水水壓 井下排水 鉆孔救援 壓風(fēng)系統(tǒng)

煤礦發(fā)生透水事故后，搶救被困人員是事故搶險救援的第一要務(wù)，而這中間正確分析透水水源和通道，推演透水事故發(fā)生過程，透水后井下災(zāi)變影響范圍、生存人員可能的位置等現(xiàn)場情況是合理實施搶險救援應(yīng)該理性考慮的問題，尤其是目前情況下，鉆孔救援成為礦井水害事故發(fā)生后普遍采用的一種快速救援方式。但是如果不進(jìn)行井下條件的正確分析，不深入考慮鉆孔在鉆入井下空間后引起環(huán)境條件的變化，匆忙決策，有可能因不合理使用鉆孔導(dǎo)致救援失敗，甚至造成對受困人員的傷害。

1 水災(zāi)事故早期搶險救援

1.1 基礎(chǔ)分析

礦井水災(zāi)事故發(fā)生后，對于透水地點、透水水源的分析判斷是制定搶險救援方案最為重要的基礎(chǔ)工作。一般情況下透水地點的分析判斷大多是基于事發(fā)時調(diào)度電話記錄等資料，但是這些資料都是點狀和片面的信息，不能全面反映事發(fā)后井下總體態(tài)勢，為此，可以利用常常會忽略的一個非常重要的能夠反映透水過程的重要裝備——礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)傳感器早期數(shù)據(jù)異常出現(xiàn)的地點、數(shù)據(jù)異常變化過程、停止數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅鞯攸c和時間順序等現(xiàn)場資料綜合分析，可以在一定程度上分析推演事故發(fā)生過程、出水速度等災(zāi)變區(qū)狀況，對于制定人員救援方案非常有益；對于透水水源要結(jié)合透水地點、水質(zhì)快速分析、透水地點地質(zhì)及水文地質(zhì)條件等進(jìn)行綜合分析，通過分析結(jié)合現(xiàn)場情況迅速判定透水水源、透水事故后井下破壞程度、影響范圍等。

1.2 透水地點地質(zhì)條件與透水水壓分析

就目前煤礦透水事故類型來看，大多數(shù)造成人員傷害的水害事故都屬于老空區(qū)透水事故。老空水易造成井下傷害事故主要是因為礦井在實際工作中對老空區(qū)分布及積水情況等探查不清，或者是由于對其危害程度認(rèn)識不足、處理措施不到位等造成，而在透水事故的搶險救援中，應(yīng)該對老空區(qū)情況進(jìn)行基本的分析，尤其是針對老空區(qū)積水水壓更應(yīng)該做到清晰明白，這關(guān)系到透水后搶險救援方案的制定。

在老空區(qū)積水造成的透水事故中，老空區(qū)積水水量控制透水后淹沒區(qū)域的范圍，而積水高度或者說水壓才是造成透水事故以及事故傷害的最主要因素。在老空區(qū)積水水壓高的地區(qū)，透水事故發(fā)生時瞬間突水強(qiáng)度高、破壞力大、人員逃生時間短，事故點附近人員生存概率小，同時還會造成透水點附近巷道支護(hù)被沖毀、圍巖被嚴(yán)重破壞、大量沖出物堵塞巷道空間等現(xiàn)象。許多情況下，在搶險救援階段無法確定老空區(qū)積水水量，但是卻可以對老空區(qū)積水水壓(積水高度)進(jìn)行基本分析。老空區(qū)積水水壓與老空區(qū)范圍、老空區(qū)積水水量有關(guān)，但是影響老空區(qū)積水水壓的最大因素是老空區(qū)(或充水巷道)傾斜程度，或者說是區(qū)域內(nèi)的煤層傾角。在煤層傾角較大的區(qū)域，一旦有老空區(qū)存在，容易形成老空區(qū)積水向一個方向的聚集，從而形成水壓高的積水區(qū)域；在煤層傾角較小的區(qū)域，老空區(qū)積水更容易向不同方向呈分散狀態(tài)分布，伴隨煤層的起伏變化形成水壓不高的積水區(qū)域。而在水壓較小的透水事故中，人員生存概率大，可以采取井下排水和地面鉆孔救援同時進(jìn)行的救援方式，但是，在水壓較高的透水事故中，井下排水和地面鉆孔救援應(yīng)該采取分步實施的方式，也就是首先應(yīng)該通過井下排水降低淹沒區(qū)域水壓，之后才能考慮通過地面鉆孔鉆進(jìn)至人員受困區(qū)域?qū)嵤┿@孔救援。

1.3 水災(zāi)事故早期救援方案

煤礦發(fā)生透水事故后，啟動和新增排水設(shè)備加速排水、控制水勢是當(dāng)務(wù)之急，在排水的同時安排專人觀測記錄透水后水位上升速度、排水后水位上升或下降速度，也是作為后期搶險救援方案制定的重要依據(jù)。

由于透水事故后災(zāi)變區(qū)大多都處于停風(fēng)停電狀態(tài)，井下風(fēng)路被水阻斷或者是災(zāi)變區(qū)內(nèi)無法進(jìn)行正常送風(fēng)，這種情況下，災(zāi)變區(qū)唯一能運行或者是部分段落能夠運行的就是壓風(fēng)系統(tǒng)，且無論井下環(huán)境如何，如果有人員生存，一定會是在井下相對較高或局部相對周邊較高的位置，而壓風(fēng)系統(tǒng)帶去的氣體也正是災(zāi)變區(qū)內(nèi)受困人員所需要的，通過壓風(fēng)管路進(jìn)入到水淹區(qū)內(nèi)的氣體會在井下向高點方向運移，并沿運移路線在沿途局部巷道起伏地段的相對高點位置形成聚集，通過壓風(fēng)管路向災(zāi)變區(qū)送氣可以擠壓有儲氣條件的地段積水水位下降，增加可能有受困人員地段的生存空間和空氣量。

2 遇險人員生存條件判斷及水災(zāi)事故跟進(jìn)救援

透水事故發(fā)生后，搶險排水系統(tǒng)的建立和生存人員的救援是第一時間應(yīng)該進(jìn)行的工作，是事故救援工作的主要內(nèi)容。而搶險排水系統(tǒng)的建立又是生存人員救援的關(guān)鍵，但是由于井下條件的限制，井下?lián)岆U排水系統(tǒng)只能在有限的工作地點內(nèi)實施，為此，在搶險救援的后續(xù)跟進(jìn)救援過程中，還可以利用快速、定向鉆進(jìn)技術(shù)通過地面或井下施工大口徑鉆孔進(jìn)行鉆孔抽水、鉆孔泄水或井下放水；也可以向被淹的沒有受困人員的上山巷道聚氣區(qū)域打鉆，通過鉆孔釋放聚氣區(qū)域內(nèi)被壓縮的高壓氣體以降低井下水淹區(qū)水位，鉆孔排氣降水位示意圖如圖1所示。

圖1 鉆孔排氣降水位示意圖

從而增加其他區(qū)域內(nèi)的受困人員生存空間，實現(xiàn)盡快打通救援通道的目的。在受災(zāi)區(qū)域如果存在有大量被封堵氣體，通過鉆孔放氣可實現(xiàn)迅速降低災(zāi)變區(qū)域水位的作用，但需要注意的是采用鉆孔釋放氣體降低水位的方法應(yīng)提前制定措施防止鉆孔快速放氣，防止快速放氣泄壓后造成水體大幅度震蕩，從而使受困人員受到傷害。

2.1 人員生存條件判斷

在水災(zāi)搶險救援中，遇險人員的生存位置、生存條件的判斷是十分重要的。透水事故發(fā)生后，應(yīng)正確判斷遇險人員可能躲避的地點，科學(xué)分析是否具有人員生存的條件。當(dāng)受困地點位置比外部水位高時，受困人員具備生存的空間條件；當(dāng)受困地點比外部最高水位的標(biāo)高低時，如果被淹區(qū)域基本為平巷或下山巷道，被淹區(qū)域內(nèi)是不具備生存條件的；但是，當(dāng)被淹區(qū)域內(nèi)有上山獨頭巷道或平巷段內(nèi)有一定范圍的巷道向上凸起的地段，在這些地點很可能還是具備生存條件的，人員生存條件分析示意圖如2所示，但是這種情況下這些地段在救援早期應(yīng)禁止實施打鉆救援，防止受困點壓縮氣體通過鉆孔泄壓導(dǎo)致水位上升，淹沒受困人員生存空間，而最好的辦法是通過排水降低水淹區(qū)水位。

圖2 人員生存條件分析示意圖

2.2 鉆孔在水災(zāi)搶險跟進(jìn)救援中的合理使用

水災(zāi)事故的搶險救援中，鉆孔技術(shù)是目前經(jīng)常被采用的救援技術(shù)，但是，鉆孔在搶險救援早期更主要的目的應(yīng)該是降低水位，而不是承擔(dān)救援通道的作用，尤其在煤層傾角較大的情況下發(fā)生的礦井水災(zāi)事故，其中的受困人員生存空間內(nèi)被封堵的氣體由于周邊的水壓較高，必然會有更高的氣體壓力，這種情況下施工鉆孔更要謹(jǐn)慎，必須把握好鉆通受困區(qū)域的時間，防止因受困區(qū)域被封堵的高壓氣體快速泄壓以及泄壓后水位大幅度升高造成對受困人員的傷害。

3 結(jié)論

(1)由于透水事故發(fā)生后受從老空區(qū)內(nèi)潰出的水流和溢出的氣體的影響，必然會使事故點及周邊的氣體成分、濃度等環(huán)境因素發(fā)生變化，同時被各點的監(jiān)控系統(tǒng)傳感器采集，而隨著災(zāi)變區(qū)水淹范圍的擴(kuò)大，傳感器逐個被水淹沒而停止正常數(shù)據(jù)傳輸，這個過程對于客觀地推演分析井下災(zāi)變過程、分析人員生存狀況、制定總體救援方案具有很好的參考意義。

(2)地質(zhì)條件的分析是制定早期救援方案和跟進(jìn)救援方案的重要依據(jù)，在煤層傾角較小的情況下，如果具備在鉆孔鉆進(jìn)到受困人員地點不會引起水位劇烈抬升的條件，可以采用井下排水和地面鉆孔救援同時進(jìn)行的方式；而在煤層傾角較大的情形下，應(yīng)該是先行排水，只有在人員受困區(qū)域氣壓與外界水壓基本平衡時救援鉆孔才能鉆通受困位置。

(3)壓風(fēng)系統(tǒng)是災(zāi)變區(qū)唯一能夠運行的裝備，通過壓風(fēng)管路向災(zāi)變區(qū)壓風(fēng)可以產(chǎn)生氣壓擠壓水體的作用，增加高點位置和局部相對較高地段具備人員生存條件的生存空間和氧氣量，為人員救援贏得時間。

[1]卜昌森.煤礦水害探查、防治實用技術(shù)應(yīng)用與展望.中國煤炭，2014(7)

[2]孫繼平.煤礦安全監(jiān)控技術(shù)與系統(tǒng).煤炭科學(xué)技術(shù),2010(10)

[3]姜福興,王存文,楊淑華等.沖擊地壓及煤與瓦斯突出和透水的微震監(jiān)測技術(shù).煤炭科學(xué)技術(shù),2007(1)

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[6]王思鵬. 采場周圍水文地質(zhì)鉆孔高壓力大流量透水事故的封堵技術(shù)研究與實踐.中國煤炭，2004(1)

[7]劉國林,潘懋,尹尚先. 煤礦采空區(qū)水害特征及其防治技術(shù).中國煤炭，2009(1)

(責(zé)任編輯 張艷華)

Study on emergency rescue plan and borehole drilling rescuing for mine flooding accidents in mined areas

Mao Zhenxi1, Mao Xiaoou2

(1. Shanxi Coal Worker Training Center, Taiyuan, Shanxi 030012, China;2. Coal Resource Geology Bureau, Shanxi Coal Engineering Department, Taiyuan, Shanxi 030012, China)

Mine flooding accidents in mined areas were major kinds of water accidents of coal mines in last several years. Analysis confirmed that data changes in coal mine safety monitoring system was the basis of analyzing underground conditions after accidents and planning emergency rescue, and analyzing water pressure in mined areas was the key to formulate underground pumping and ground drilling rescue procedures. In addition, utilizing compressed-air system during underground drainage could expand the living room for trapped individuals, earning time for rescue.

flooding accident, monitoring system, water pressure, underground drainage, drilling rescue, compressed-air system

TD77

A

毛振西(1964-)，男，內(nèi)蒙古赤峰市，高級工程師，從事煤礦防治水、礦井水害事故調(diào)查等工作。