礦井重大安全風(fēng)險辯識評估及應(yīng)用

郭 斌，郭 可

（陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000）

1 煤礦基本概況

1.1 煤層概況

杭來灣井田四周井田屬于陜西榆神礦區(qū)一期規(guī)劃區(qū)，井田呈北東－南西向（48°～318°）展布。系一套河湖交替相含煤沉積，根據(jù)巖石組合、含煤特征、旋回結(jié)構(gòu)等，進(jìn)一步劃分為四個段。其中第三段含3號、4-1號、4-2號煤層，第二段含5號、6號、7號煤層，第一段含8號、9號煤層。據(jù)鉆孔統(tǒng)計，單孔含煤層8～16層，可采煤層累加厚度7.28～14.16 m，平均10.64 m；據(jù)區(qū)內(nèi)所有穿透整個延安組的鉆孔統(tǒng)計，單孔可采煤含煤率3.66%～4.10%，平均3.94%。平面上，煤層累加厚度、單孔可采煤含煤率等，礦區(qū)東北部明顯大于南西部；這與3號主煤層厚度變化規(guī)律基本一致，說明區(qū)內(nèi)延安組煤層累加厚度、單孔可采煤含煤率等的變化，3號煤層起決定作用。延安組9層具對比意義的煤層中，含可采煤層6層，全區(qū)可采，是區(qū)內(nèi)主采煤層；3－1號、8號煤層厚度雖不大，但穩(wěn)定性好，屬次要可采煤層；4－1號、5號、7號煤層局部可采，其它煤層僅個別點(diǎn)可采[1]。

由杭來灣煤礦3號煤層為穩(wěn)定煤層，3-1和8號煤層為較穩(wěn)定煤層，4-1、5、7號煤層均屬于不穩(wěn)定煤層劃分，煤層穩(wěn)定程度類型屬于簡單[2]。

1.2 采煤方法簡介

3號煤301盤區(qū)采用傾斜分層大采高復(fù)合假頂綜合機(jī)械化采煤法開采；工作面裝備175臺JOY-RS198型液壓支架，在膠運(yùn)順槽超強(qiáng)壓力段裝備單排單體支柱，回風(fēng)順槽裝備兩臺ZT5000/26/40型超前支架。工作面配備一臺LWS775型采煤機(jī)，一套AFC3×1000型刮板輸送機(jī)等設(shè)備。

2 礦井主要災(zāi)害辨識

2.1 水災(zāi)災(zāi)害

水文地質(zhì)類型為復(fù)雜型，礦井最大涌水量大約為1 060 m3/h。根據(jù)礦井水文地質(zhì)報告，對礦井充水水源辨識如下：

1）直接充水水源。杭來灣煤礦目前開采的3號煤層，其煤層頂板直羅組底部“七里鎮(zhèn)砂巖”及延安組第四段底部“真武洞砂巖”，是礦井充水的主要來源。鉆孔揭露“七里鎮(zhèn)砂巖”段時，最大值可達(dá)1 m3/h，含水層裂隙發(fā)育程度較高。根據(jù)回風(fēng)斜井掘進(jìn)資料，揭露砂巖層時掘進(jìn)面潮濕，具有明顯的含水特性[3]。

2）間接充水水源。研究區(qū)內(nèi)第四系松散層穩(wěn)定水位深度為2.90～18.35m，穩(wěn)定水位標(biāo)高介于1231.72～1 263.37 m，屬潛水類型，補(bǔ)給主要為大氣降水、區(qū)域性側(cè)向補(bǔ)給及沙漠凝結(jié)水補(bǔ)給，受降雨影響，區(qū)域內(nèi)地下水位年變幅為1.0~3.0 m。

3）其他充水水源。礦井周邊生產(chǎn)礦井榆樹灣煤礦、薛廟灘煤礦采空區(qū)及積水位置、范圍、積水量清楚；其余大梁灣煤礦、沙炭灣煤礦、十八墩煤礦采空區(qū)面積及積水情況不詳，但其距煤礦近5年開采區(qū)域均較遠(yuǎn)，其積水不威脅礦井安全。礦井西北角分布一廢棄小煤礦－南洼煤礦，該礦原采礦許可證范圍分別屬于金雞灘井田（原證北部）和杭來灣井田（原證南部），在煤礦剛建成進(jìn)行試采時，恰遇煤礦整頓，于2000年后被關(guān)閉。根據(jù)調(diào)查資料顯示，該煤礦雖建設(shè)至豎井見煤（3號主煤層），但由于煤礦開采時間短，形成的采空區(qū)極其有限，再加之關(guān)閉時間較久遠(yuǎn)，以前無井下測量資料，目前無法進(jìn)行井下測量。因此，該廢棄老窯采空區(qū)范圍、位置、積水情況等無法準(zhǔn)確確定。但其據(jù)煤礦近5年開采區(qū)較遠(yuǎn)，對煤礦開采影響不大。

2.2 火災(zāi)災(zāi)害

3號煤層屬I類容易自燃煤層。根據(jù)西安科技大學(xué)2018年5月出具的《杭來灣煤礦3號煤層自然發(fā)火規(guī)律及預(yù)測預(yù)報技術(shù)研究驗收報告》，現(xiàn)采3號煤層，實(shí)際最短自然發(fā)火期52 d[4]。

自建礦以來沒有出現(xiàn)瓦斯突出、噴出等現(xiàn)象。井下瓦斯主要來自開采煤層的自然釋放，因為礦井主采煤層埋藏淺，裂隙發(fā)育等，屬于低變質(zhì)煤，瓦斯含量小，但是瓦斯對井下采掘作業(yè)仍有一定影響。井下二氧化碳主要來自防爆車輛尾氣排放，其次來源于開采煤層的自然釋放。鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井[5]。

2.3 煤塵災(zāi)害

3號煤層煤塵爆炸實(shí)驗可得出火焰長度大于400 mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量為50%，煤塵具有爆炸危險性。

2.4 頂板災(zāi)害

杭來灣煤礦及周邊礦井建礦以來未發(fā)生煤爆、巖爆等礦井沖擊地壓表現(xiàn)及特征。杭來灣煤礦沖擊地壓危險性屬于無沖擊危險。

3 主要災(zāi)害的評價

3.1 水災(zāi)災(zāi)害評價

水安全風(fēng)險辨識:掘進(jìn)、回采工作面范圍內(nèi)地面勘探鉆孔封堵不良，存在潰水潰沙風(fēng)險；采空區(qū)積水過多，存在水淹礦井風(fēng)險；30110工作面回采期間，采空區(qū)涌水，工作面可能發(fā)生水災(zāi)；30202膠輔運(yùn)順槽及切眼掘進(jìn)工作面靠近井田邊界時，存在老空區(qū)透水風(fēng)險。

3.2 火災(zāi)災(zāi)害評價

火安全風(fēng)險辨識：井下堆煤、遺煤超過自然發(fā)火期，可能引發(fā)火災(zāi)。；井下充填密閉使用高分子材料，可能引發(fā)火災(zāi)；掘進(jìn)工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶高冒區(qū)處，可能存在煤層自然發(fā)火風(fēng)險；帶式輸送機(jī)運(yùn)輸期間，存在磨損發(fā)火、斷帶風(fēng)險。

3.3 煤塵災(zāi)害評價

煤塵安全風(fēng)險辨識：30110、30201綜采工作面煤機(jī)割煤時，工作面及回風(fēng)巷存在煤塵堆積、超限的風(fēng)險；儲煤場內(nèi)裝、卸煤作業(yè)時易產(chǎn)生煤塵，存在煤塵超限風(fēng)險。

3.4 頂板災(zāi)害評價

頂板安全風(fēng)險辨識:30110、30201綜采工作面回采期間機(jī)頭大面積懸頂，頂板垮落時，存在颶風(fēng)傷人的風(fēng)險；30110、30201綜采工作面機(jī)尾超前壓力段正、副幫壓力較大，存在大面積潰幫或冒頂風(fēng)險；切眼大斷面掘進(jìn)時，存在大面積冒頂風(fēng)險；回撤通道處于低位的永久密閉外頂板，由于水位太高，長期浸泡，存在離層、冒頂風(fēng)險；井下立交施工，存在冒頂片幫風(fēng)險；30110、30201綜采工作面回采過程中，煤壁易發(fā)生片幫風(fēng)險；末采時主回撤通道垛式支架未按設(shè)計要求支護(hù)或支護(hù)質(zhì)量不合格，存在冒頂風(fēng)險；回采工作面回撤時液壓支架回撤順序不合理，存在冒頂風(fēng)險；回采工作面安裝時頂板支護(hù)不及時，存在冒頂風(fēng)險；30110、30201綜采工作面過地質(zhì)鉆孔時，存在冒頂片幫風(fēng)險。

3.5 風(fēng)險評估

采用作業(yè)條件危險性分析法，危險性D＝L×E×C，其中，L為事故發(fā)生的可能性，E為暴露于危險環(huán)境的頻繁程度，C為事故產(chǎn)生的后果。D值不小于320，確定為重大風(fēng)險；D值介于160～320，則為較大風(fēng)險；D值介于70～160，定為一般風(fēng)險；D值小于70，確定為低等風(fēng)險。通過對風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行辨識評估，確定重大風(fēng)險6項。其中重大安全風(fēng)險包括：一是采空區(qū)積水過多，存在水淹礦井風(fēng)險。30202膠輔運(yùn)順槽及切眼掘進(jìn)工作面靠近井田邊界時，存在老空區(qū)透水風(fēng)險；30110、30201綜采工作面回采期間，采空區(qū)涌水，工作面可能發(fā)生水災(zāi)；二是30110、工作面回采、封閉期間，可能發(fā)生煤層自然發(fā)火的風(fēng)險。三是30110、30201綜采工作面煤機(jī)割煤時，工作面及回風(fēng)巷可能存在煤塵堆積、超限的風(fēng)險。四是30201綜采工作面初采期大面積懸頂，30110、30201綜采工作面回采期間機(jī)頭大面積懸頂，頂板垮落時，存在颶風(fēng)傷人的風(fēng)險。

4 災(zāi)害的預(yù)防措施

4.1 水災(zāi)災(zāi)害預(yù)防主要措施

1）采空區(qū)積水過多，存在水淹礦井風(fēng)險。工程技術(shù)措施：構(gòu)筑厚度為4 m的永久防水防火密閉墻，工程質(zhì)量符合規(guī)定要求；在回撤通道每個密閉設(shè)置1個水位計，每班觀測密閉墻水位，發(fā)現(xiàn)密閉水位過高及時疏放采空區(qū)積水，確保采空區(qū)積水低水位運(yùn)行。

2）30110、30201綜采工作面回采期間，采空區(qū)涌水，工作面可能發(fā)生水災(zāi)。工程技術(shù)措施：工作面回采期間，按照工作面預(yù)測的最大涌水量的2倍設(shè)置相應(yīng)能力的排水泵、排水管路和配電設(shè)備，并確保其可靠運(yùn)行。按規(guī)定檢查、維護(hù)排水泵房設(shè)備。

3）30202膠輔運(yùn)順槽及切眼掘進(jìn)工作面靠近井田邊界時，存在老空區(qū)透水風(fēng)險。工程技術(shù)措施：工作面掘進(jìn)前，根據(jù)物探、鉆探和二維地震勘探資料，查明工作面掘進(jìn)范圍內(nèi)水害威脅因素；掘進(jìn)工作面接近井田邊界附近時，嚴(yán)格執(zhí)行探放水排除老空區(qū)透水威脅。嚴(yán)格按照執(zhí)行“停止、允許掘進(jìn)單”制度，留足足夠的安全距離，嚴(yán)禁冒險掘進(jìn)。

4.2 火災(zāi)災(zāi)害預(yù)防主要措施

30110工作面回采、封閉期間，可能發(fā)生煤層自然發(fā)火的風(fēng)險。

工程技術(shù)措施：綜采工作面推進(jìn)速度大于4.5 m/d；每周對密閉內(nèi)外氣體成份及密閉質(zhì)量進(jìn)行檢查；在綜采工作面回風(fēng)隅角、密閉區(qū)建立自然發(fā)火觀測點(diǎn)，預(yù)測預(yù)報出現(xiàn)CO體積濃度超過24×10-6，溫度超過26℃時立即采取措施處理；采取自然火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)對自然發(fā)火進(jìn)行監(jiān)控；出現(xiàn)CO濃度短時間內(nèi)顯著升高，加強(qiáng)采空區(qū)注氮、灌漿等綜合防滅火措施；注氮量1 024.2 m3/h，灌漿量162 m3/d，噴灑阻化劑工作面每循環(huán)1.57 m3。

4.3 煤塵災(zāi)害預(yù)防主要措施

30110、30201綜采工作面煤機(jī)割煤時，存在煤塵堆積、超限的風(fēng)險。工程技術(shù)措施：防塵罩、噴霧裝置完好可靠；進(jìn)風(fēng)巷道設(shè)置風(fēng)流凈化水幕，回風(fēng)巷道設(shè)置降塵水幕，水幕完好可靠，生產(chǎn)期間全部開啟噴霧降塵；定期檢查維護(hù)降塵裝置，確保降塵裝置完好可靠；割煤時必須噴霧降塵；連采機(jī)、錨桿機(jī)配備除塵器，并確保其完好可靠；進(jìn)風(fēng)巷道設(shè)置風(fēng)流凈化水幕，回風(fēng)巷道設(shè)置降塵水幕，生產(chǎn)期間全部開啟噴霧降塵；定期檢查維護(hù)降塵裝置，確保降塵裝置完好可靠。

4.4 頂板災(zāi)害預(yù)防主要措施

30201綜采工作面初采大面積懸頂，30110、30201綜采工作面回采期間機(jī)頭大面積懸頂，頂板垮落時，存在颶風(fēng)傷人的風(fēng)險。

采取工程技術(shù)措施：制定初采頂板管控專項強(qiáng)制放頂措施，確保采空區(qū)頂板隨采隨冒。