淺析井下大水礦山應(yīng)急水倉(cāng)建設(shè)

石桂安

摘要：近些年來，在很多礦山都頻繁出現(xiàn)了井下突水災(zāi)害事故，給井下工作人員的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全帶來了極大威脅，在這種大背景下，應(yīng)急水倉(cāng)的概念被提出，目前已經(jīng)具備多種形成方案。通過水倉(cāng)的建立，一旦突水事故發(fā)生時(shí)，就能獲得更多的時(shí)間進(jìn)行事故應(yīng)急處理，能夠很大程度上降低作業(yè)人員被淹被埋的幾率，為礦山提供安全性保障。

關(guān)鍵詞：井下突水;應(yīng)急水倉(cāng)建設(shè)

一、應(yīng)急水倉(cāng)基本原理以及實(shí)施的主要方案

（一）應(yīng)急水倉(cāng)基本原理

應(yīng)急水倉(cāng)的基本原理，就是在正式進(jìn)行礦井作業(yè)之前，在作業(yè)水平的下部位置，將礦體開采后留下的空區(qū)或者是組合空區(qū)群，并對(duì)該空區(qū)采取相應(yīng)的措施，擴(kuò)大容積，進(jìn)行穩(wěn)定性加固，一旦礦井內(nèi)發(fā)生突水或者透水事故，就可以作為臨時(shí)涌水存放地，從而避免出現(xiàn)積水淹井事故，達(dá)到避災(zāi)的效果。

（二）應(yīng)急水倉(cāng)實(shí)施方案

1.建設(shè)應(yīng)急水倉(cāng)應(yīng)考慮的前提條件

進(jìn)行應(yīng)急水倉(cāng)建設(shè)前，必須要考慮應(yīng)急水倉(cāng)地段的設(shè)置和穩(wěn)定性因素。就應(yīng)急水倉(cāng)地段設(shè)置而言，盡可能地將應(yīng)急水倉(cāng)設(shè)置在井田邊界靠近風(fēng)井部位，這樣設(shè)置不僅可以減小上部礦體開采受到的影響，而且還能夠方便水流匯集時(shí)排氣，同時(shí)還能為水倉(cāng)內(nèi)的水進(jìn)行外排處理提供方便。就穩(wěn)定性而言，首先就要確保水倉(cāng)體積足夠大，至少在服務(wù)期間內(nèi)應(yīng)保持穩(wěn)定，通常應(yīng)根據(jù)礦井具體狀況選擇合適的方法，并在開采前做好設(shè)計(jì)論證工作。一般其開采的礦柱參數(shù)要比正常留設(shè)的更加保守、盡量降低采高，這樣就能使空區(qū)保持穩(wěn)定，同時(shí)還應(yīng)該采用切頂、錨索，噴漿等方法對(duì)局部不穩(wěn)定地段進(jìn)行加固支護(hù)。

2.應(yīng)急水倉(cāng)形成方案

目前應(yīng)急水倉(cāng)主要存在3種形成方案：第一種就是多中段開采。當(dāng)?shù)V山擁有超過2個(gè)開拓中段，并且開采順序是自上而下時(shí)，可以先對(duì)最下部的中段局部進(jìn)行開采作業(yè)，確保形成的采空區(qū)足夠大，也可做應(yīng)急水倉(cāng)使用。第二種就是上向充填開采，這種開采方法多用于大水礦山開采。當(dāng)采用由下而上的順序進(jìn)行上向分層開采時(shí)，可以在主體礦的最下部中段預(yù)留適當(dāng)高度不進(jìn)行開采作業(yè)，同時(shí)利用空?qǐng)龇ㄔ诰植窟M(jìn)行開采，所留下的空區(qū)即可做應(yīng)急水倉(cāng)使用。第三種就是零星（邊角）礦體開采。這種方案主要適用于有零星或邊角礦體的礦床，并利用盲斜井在最低開拓水平之下開拓一套小生產(chǎn)系統(tǒng)，一旦零星和邊角礦體被采空后，所形成的空區(qū)同樣能夠作為應(yīng)急水倉(cāng)使用。

（三）應(yīng)急過程

1.事故后的再排水

一旦突水事故發(fā)生，如果突出的水量足夠大，應(yīng)急水倉(cāng)是完全有可能被注滿。這個(gè)過程能夠很多延緩井下水位的上升，為井下作業(yè)人員贏得了寶貴的安全撤離時(shí)間，當(dāng)突出事故停止后，要根據(jù)礦井實(shí)際情況對(duì)應(yīng)急水倉(cāng)中的水進(jìn)行外排處理，這樣下次出現(xiàn)突水事故仍可以繼續(xù)作為應(yīng)急水倉(cāng)使用。

2.設(shè)置位置要求

通常在考慮應(yīng)急水倉(cāng)位置設(shè)置時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)方面：首先必須確保應(yīng)急水倉(cāng)位于主要作業(yè)水平面以下，這樣突水出現(xiàn)時(shí)，突出的水就能向水倉(cāng)匯集，同時(shí)，還應(yīng)考慮礦體分布結(jié)構(gòu)，采用何種開采順序。除此之外，礦床開拓以及中段布置，還有礦巖石穩(wěn)定性這些都會(huì)對(duì)應(yīng)急水倉(cāng)位置設(shè)置造成影響。對(duì)應(yīng)急水倉(cāng)而言，必要的兩個(gè)條件就是容積大，穩(wěn)定性強(qiáng)。所以說，一般來講，都會(huì)利用礦體開采后的穩(wěn)定遺留區(qū)域作為應(yīng)急水倉(cāng)的主體，并將位置設(shè)置于礦體邊界部位，同時(shí)還要保證該處巖體具有較好的地質(zhì)條件，盡量能夠接近風(fēng)井，這樣能夠更順利的將應(yīng)急水倉(cāng)中的積水排出去。

（四）容量及緩解時(shí)間設(shè)置

據(jù)國(guó)外有關(guān)資料顯示，礦井一旦發(fā)生突水事故，總突水量一般在幾千到幾十萬立方米不等，透水速速度也比較快，通常在800到1 500 ，因此，如果要使避災(zāi)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8h以上，那么至少應(yīng)保證應(yīng)急水倉(cāng)容量在1.2萬 左右。結(jié)合對(duì)以往事故的分析以及礦山的實(shí)際突水量分析，我們了解到，如果應(yīng)急水倉(cāng)容積超過了2萬 ，應(yīng)急避災(zāi)時(shí)間至少10h以上，這樣就贏得了寶貴的救援時(shí)間，不至于造成重大人員傷亡。實(shí)際上，很多礦山為了盡快形成初期效益，往往會(huì)保持較高的開采率，所形成的空區(qū)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2萬 ，甚至超過3萬 ，這樣能夠爭(zhēng)取充足的避災(zāi)時(shí)間。對(duì)于應(yīng)急水倉(cāng)的容積，可以采取以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，Q表示水倉(cāng)容積大小，V表示透水速度快慢，通常V取值大致介于800到2 000 之間，T表示的是應(yīng)急救援保障時(shí)間，一般考慮的是8到12h，具體時(shí)長(zhǎng)應(yīng)視具體情況而定，情況復(fù)雜時(shí)可取最大值;最后K指的是安全系數(shù)，多取1.3到1.5，具體取值也應(yīng)視實(shí)際情況加以調(diào)整。

二、相關(guān)配套措施

（一）巷道坡度

對(duì)于應(yīng)急水倉(cāng)而言，應(yīng)盡量保證上部入口水平，同時(shí)還要對(duì)巷道長(zhǎng)度與坡度的關(guān)系加以適當(dāng)考慮，如有必要，可以將向主井下坡的坡度設(shè)置在3‰到5‰之間。有時(shí)候，應(yīng)急水倉(cāng)與主井之間的距離較遠(yuǎn)，這時(shí)候設(shè)計(jì)坡度就要比正常巷道坡度低，基本維持在1‰到2‰之間，這樣一旦發(fā)生突水事故，水能夠更加順利的進(jìn)入應(yīng)急水倉(cāng)。同時(shí)對(duì)于其余運(yùn)輸巷道坡度來說，只需按正常設(shè)計(jì)即可。

（二）穩(wěn)定性保障

通常，在進(jìn)行應(yīng)急水倉(cāng)建設(shè)時(shí)，就要求體積要足夠大，但是體積大有一個(gè)弊病，就是很難保障有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。因此，在應(yīng)急水倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)，就要將其設(shè)計(jì)成空區(qū)組合型，并保證空區(qū)具有較好的貫通性，同時(shí)還應(yīng)結(jié)合巖體工程地質(zhì)條件進(jìn)行采高設(shè)計(jì)論證，并且在采礦后空區(qū)內(nèi)設(shè)置礦柱或人工礦柱，以保證應(yīng)急水倉(cāng)穩(wěn)定，同時(shí)還應(yīng)采取支護(hù)措施對(duì)不穩(wěn)定部位進(jìn)行加固。

（三）積水外排

當(dāng)應(yīng)急水倉(cāng)被水注滿后，就要及時(shí)進(jìn)行積水外排，可以通過大功率潛水泵及時(shí)降低井筒水位，一直低到底部中段運(yùn)輸巷，在應(yīng)急水倉(cāng)的吸水井的作用下，就可以實(shí)現(xiàn)將積水排至地表的目的。

（四）積泥處理

通常情況下，水倉(cāng)只是用來應(yīng)急的，平時(shí)并不存在積泥，也就沒有必要設(shè)計(jì)排泥系統(tǒng)了。但是當(dāng)突水事故發(fā)生后，等到水倉(cāng)中的積水被排干，就要?jiǎng)佑脵C(jī)械或者人工挖掘的方式將水倉(cāng)中的泥沙和碎石清理處理。

（五）透氣排壓與容量的全部利用

當(dāng)突出的水匯集至水倉(cāng)后，水倉(cāng)水位就會(huì)與主、副井內(nèi)的水位保持一致，同時(shí)水倉(cāng)標(biāo)高最大值與底部中段運(yùn)輸巷道持平，這樣的好處就是能讓水倉(cāng)容量得到充分利用。此外，還有大量天井布置在應(yīng)急水倉(cāng)的運(yùn)輸巷道中，并與風(fēng)井形成連通，因此，當(dāng)突出的水流入水倉(cāng)時(shí)，就能達(dá)到透氣排壓的效果。

（六）設(shè)置安全閘門

一旦礦井出現(xiàn)突水或透水事故時(shí)，在水倉(cāng)水平位置，往往需要安排少量的運(yùn)輸或者信號(hào)人員進(jìn)行作業(yè)，為了對(duì)其人身安全起到安全防護(hù)的作用，就需要設(shè)置安全閘門。

（七）水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通過在應(yīng)急水倉(cāng)設(shè)置水位檢測(cè)系統(tǒng)，就可以對(duì)水位變化情況加以了解，同時(shí)掌握水倉(cāng)內(nèi)可利用容量大小。

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