巴拉素煤礦立井井筒超期凍結(jié)問(wèn)題分析

趙俊峰

(陜西延長(zhǎng)石油巴拉素煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

巴拉素煤礦項(xiàng)目，2013年5月相繼完成“四通一平”等配套設(shè)施施工。2014年4月，主立井、副立井、回風(fēng)立井3條井筒凍結(jié)造孔開(kāi)鉆、凍結(jié)站和輔助設(shè)備開(kāi)始安裝，10月完成凍結(jié)站安裝工程。開(kāi)機(jī)送冷50天后，井筒凍結(jié)圈形成，具備初步開(kāi)挖條件。由于項(xiàng)目未經(jīng)核準(zhǔn)，按照國(guó)家能源局《關(guān)于調(diào)控煤炭總量?jī)?yōu)化產(chǎn)業(yè)布局的指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)能煤炭〔2014〕454號(hào))和發(fā)改委等三部委《關(guān)于全面清查和堅(jiān)決制止煤礦違法違規(guī)建設(shè)生產(chǎn)的緊急通知》(發(fā)改運(yùn)行〔2014〕2546號(hào))文件要求，項(xiàng)目停工，凍結(jié)站仍處于工作狀態(tài)，文章分析了立井井筒超期凍結(jié)存在的問(wèn)題。

1 礦井概況

巴拉素井田位于陜西省榆林市以西約40 km，地處榆橫礦區(qū)(北區(qū))的中西部，行政區(qū)劃隸屬陜西省榆林市榆陽(yáng)區(qū)巴拉素鎮(zhèn)、補(bǔ)浪河鄉(xiāng)、紅石橋鄉(xiāng)等管轄。井田南北長(zhǎng)約22.5 km，東西寬約13.4 km，總面積300.40 km2。井田內(nèi)7層可采煤層共獲得資源量4 971.46 Mt，其中探明的資源量(331)618.28 Mt，控制的資源量(332)1 047.01 Mt，推斷的資源量(333)3 306.17 Mt。

井田地處毛烏素沙漠東南緣，地表絕大部分被第四系松散沉積物所覆蓋，基巖僅在東南部和中部零星出露。區(qū)內(nèi)地形以沙漠灘地為主，北東-南西向排列的新月形沙丘和鏈狀沙丘遍布，其間分布有較多的灘地。地形總體起伏不大，相對(duì)高差一般5～20 m，總體北部較高，向南地勢(shì)逐漸降低。海拔標(biāo)高一般在+1 085～+1 261 m之間。

根據(jù)井田地質(zhì)資源及外部開(kāi)采條件，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 000萬(wàn)t/a，采用立井開(kāi)拓方式，設(shè)主立井、副立井、中央回風(fēng)立井及二號(hào)回風(fēng)立井。全井田劃分為3個(gè)水平，分別布置在2#煤、3#煤和8#煤層中。工業(yè)場(chǎng)地布置在井田中部，分為行政福利區(qū)、主副井生產(chǎn)區(qū)和風(fēng)井場(chǎng)地。結(jié)合礦井水文地質(zhì)情況，確定礦井立井筒施工采用全深凍結(jié)法施工方法。

2 水文地質(zhì)

巴拉素井田地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，井田內(nèi)各段承壓水主要通過(guò)區(qū)域上基巖風(fēng)化裂縫帶潛水的下滲補(bǔ)給，基巖裸露地段地表水的滲入補(bǔ)給。井田內(nèi)主要含水層為白堊系洛河砂巖孔隙裂隙潛水，富水性中等至強(qiáng)。洛河砂巖孔隙裂隙潛水，主要靠上覆松散層潛水的下滲補(bǔ)給。該潛水與松散層潛水間局部地段存在黃土(古土壤層)隔水夾層略顯承壓水特性外，大部分地區(qū)則為具有密切水力聯(lián)系的統(tǒng)一含水體。該組巖性單一，為紫紅色、磚紅色塊狀中～細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖。礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，被泥、鈣質(zhì)弱膠結(jié)。巖石結(jié)構(gòu)較疏松，表層風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎，整體質(zhì)量較差。白堊系洛河組砂巖飽和抗壓強(qiáng)度很低，含水層孔隙裂隙較發(fā)育，含水率較高，地下水賦存條件較好，連通性及徑流條件較好，部分巖石出現(xiàn)遇水崩解現(xiàn)象。與第四系松散層孔隙含水層無(wú)穩(wěn)定隔水層，易于接受其下滲補(bǔ)給，富水性較好，巖石厚度60.19～259.38 m，平均194.85 m。井田北部厚度大，南部厚度小，變化規(guī)律明顯。

井田勘探資料顯示，井田水文地質(zhì)勘探類型為二類二型，預(yù)計(jì)正常涌水量1 500 m3/h，最大涌水量為1 800 m3/h，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜型。

3 超期凍結(jié)存在的問(wèn)題

井筒采用凍結(jié)法施工，由于項(xiàng)目建設(shè)手續(xù)不全，被責(zé)令停止建設(shè)。項(xiàng)目停工，而凍結(jié)站不能停止運(yùn)行，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工安全等方面出現(xiàn)了一系列問(wèn)題。

3.1 凍結(jié)系統(tǒng)方面

由于巴拉素煤礦井筒采用全深凍結(jié)，凍結(jié)鉆孔穿過(guò)的安定組、直羅組、延安組含水層硫酸根離子濃度分別為1 888.64 mg/L、3 636.57 mg/L、3 816.90 mg/L，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性均為“中等腐蝕”。凍結(jié)工程始于2014年4月15日，2014年6月25日造孔完畢，截止井筒正式開(kāi)挖前，凍結(jié)管已形成34個(gè)多月，經(jīng)檢查各井筒凍結(jié)管不同程度產(chǎn)生漏氣泄壓現(xiàn)象，凍結(jié)溝槽出現(xiàn)底板不均勻沉降，溝槽底部、墻體產(chǎn)生嚴(yán)重開(kāi)裂變形現(xiàn)象。存在凍結(jié)管失效、凍結(jié)工程報(bào)廢、井筒報(bào)廢、設(shè)計(jì)井筒位置不得不重新調(diào)整，井筒重新選址將嚴(yán)重影響礦井安全建設(shè)及首采區(qū)位置的合理選擇。

3.2 井筒防治水治理方面

為處理3條井筒凍結(jié)溝槽底板沉降、溝槽底部、墻體開(kāi)裂變形等安全隱患，各井筒被迫進(jìn)行了試開(kāi)挖，對(duì)溝槽底部進(jìn)行混凝土護(hù)壁處理，而未按照設(shè)計(jì)進(jìn)行增強(qiáng)、防滲永久支護(hù)，使得該區(qū)段沉積層涌水全部進(jìn)入井筒內(nèi)，造成井筒涌水量增加。如若長(zhǎng)期停掘，凍結(jié)管長(zhǎng)期受鹽水腐蝕會(huì)強(qiáng)度變低，造成斷裂，凍結(jié)前功盡棄，已成型井壁持續(xù)受凍脹壓力，易造成開(kāi)裂，喪失使用功能并存在墜落風(fēng)險(xiǎn)、報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)。如果凍結(jié)站停止運(yùn)轉(zhuǎn)，凍結(jié)管內(nèi)的鹽水將會(huì)結(jié)晶，使凍結(jié)管報(bào)廢，凍結(jié)壁化凍后，初步估算井筒涌水量可能達(dá)到529.79 m3/h，將會(huì)出現(xiàn)淹井危險(xiǎn)的重大涌水事故。

3.3 井筒施工方面

鑒于煤礦立井筒凍結(jié)施工的特殊性，井筒凍結(jié)工程與掘砌工程無(wú)論在時(shí)間還是空間上，都有一個(gè)科學(xué)合理的最佳結(jié)合點(diǎn)。凍結(jié)站一旦開(kāi)機(jī)送冷，就無(wú)法中斷設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，特別是完成凍結(jié)任務(wù)，進(jìn)入維持凍結(jié)以后，若井筒掘砌工程長(zhǎng)期停工，凍結(jié)壁持續(xù)向井筒內(nèi)推進(jìn)，井筒內(nèi)溫度持續(xù)降低，最終導(dǎo)致井筒內(nèi)巖體與凍結(jié)圈渾為一體，成為堅(jiān)硬無(wú)比的“冰體巖石”，不僅增加了施工難度，更重要的是無(wú)論采用挖掘機(jī)破碎錘施工，還是采用較為傳統(tǒng)的炮掘施工，都將不同程度地出現(xiàn)預(yù)想不到的瞎炮、聚爆和機(jī)械故障，進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械、放炮和人員傷亡及凍傷等事故。

3.4 環(huán)境保護(hù)方面

根據(jù)井田勘探報(bào)告，井筒涌水量較大，各含水層均為“中等腐蝕”，若凍結(jié)管超期服務(wù)，將會(huì)出現(xiàn)大面積腐蝕，產(chǎn)生泄露鹽水現(xiàn)象，給施工人員生活帶來(lái)安全隱患，在礦井水處理站和生活污水處理站尚未建設(shè)情況下，極易造成環(huán)境污染。

3.5 安全管理方面

凍結(jié)工程屬特殊鑿井技術(shù)，制冷設(shè)備均為壓力容器等特種設(shè)備，超期運(yùn)行各保險(xiǎn)閥、壓力表等壓力容器附屬構(gòu)件將不斷出現(xiàn)各類問(wèn)題，日常檢修維護(hù)量較大，任何一個(gè)環(huán)節(jié)疏漏，都極易造成安全事故，給安全質(zhì)量管理帶來(lái)極大壓力。

3.6 建井主要生產(chǎn)系統(tǒng)方面

礦井3條井筒掘砌施工所需的建井井架、絞車、穩(wěn)車、天輪、鋼繩等設(shè)備已經(jīng)全部安裝到位3年有余，這些設(shè)備長(zhǎng)期停止使用，且處在低溫潮濕環(huán)境之中，其強(qiáng)度逐漸降低，安全系數(shù)將無(wú)法保證安全使用。特別是設(shè)備基礎(chǔ)的地腳螺栓、各井架、梁的連接螺栓因超期服務(wù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)吹日曬，銹蝕嚴(yán)重。持續(xù)凍結(jié)會(huì)使井架基礎(chǔ)產(chǎn)生凍脹抬升、位移和井架傾斜現(xiàn)象，這也是安全隱患。

3.7 防洪排澇方面

項(xiàng)目“四通一平”工程基本投入使用，各級(jí)管理人員在此生活工作，工業(yè)場(chǎng)地和選煤廠場(chǎng)地匯水面積較大，區(qū)域季節(jié)性氣候變幻無(wú)常，使得項(xiàng)目抗御暴雨等天然災(zāi)害和環(huán)保工作壓力不斷攀升。特別是在2015年至2016年7～9月份，巴拉素鎮(zhèn)區(qū)域遭遇50年不遇的暴雨洪水襲擊，現(xiàn)有防洪排澇系統(tǒng)無(wú)法滿足需要，存在重大安全隱患。

3.8 項(xiàng)目停建期間投資費(fèi)用方面

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初步估算，停工期間110 kV變電站帶電空載運(yùn)行電費(fèi)約達(dá)200萬(wàn)元/月，凍結(jié)及礦建施工設(shè)備維護(hù)費(fèi)用約180萬(wàn)元/月，凍結(jié)站設(shè)備繼續(xù)維持凍結(jié)電費(fèi)消耗約268萬(wàn)元/月，維護(hù)人員工資約為290.6萬(wàn)元/月，項(xiàng)目財(cái)務(wù)費(fèi)用約1 705.6萬(wàn)元/月；若凍結(jié)孔報(bào)廢，重新補(bǔ)打直接經(jīng)濟(jì)損失約11 281.16萬(wàn)元；若因凍結(jié)管報(bào)廢造成礦井原設(shè)計(jì)井筒位置發(fā)生被動(dòng)調(diào)整，工業(yè)場(chǎng)地重新選址，經(jīng)濟(jì)損失約36 262.67萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)存在的問(wèn)題，如何科學(xué)地加以解決，仍需相關(guān)部門認(rèn)真思考。為全面貫徹落實(shí)“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針，落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任，有效遏制重、特大安全生產(chǎn)事故發(fā)生，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全隱患排查治理力度，確保停產(chǎn)停建期間煤礦安全。巴拉素煤礦必須嚴(yán)格遵守“限定范圍、限定工期”的原則，開(kāi)展隱患治理工程施工，減少凍結(jié)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，消除凍結(jié)系統(tǒng)、井筒掘砌及主要建井生產(chǎn)系統(tǒng)安全隱患，完成井筒涌水治理系統(tǒng)(礦井水處理站和生活污水處理站)工程，保證礦井水及污水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，杜絕發(fā)生環(huán)境污染事故及因排水引發(fā)當(dāng)?shù)卮迕袢后w事件，完成工業(yè)場(chǎng)地防洪排澇工程，提高項(xiàng)目抗災(zāi)能力。