煤礦防治水分析及治理措施

常鵬成

(蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦分公司,山西高平 048411)

煤礦防治水分析及治理措施

常鵬成

(蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦分公司,山西高平 048411)

煤礦水害是僅次于瓦斯的煤礦第二大災害。分析了礦井水害類型,進行了充水條件分析,介紹了礦井水害預測預報新技術,闡述了煤礦水害應急救援方案。

防治水 頂板 水害 充水 預測預報 應急救援

煤礦水害是與瓦斯突出、粉塵爆炸、頂板冒裂、火災等并列的五大災害之一,其嚴重程度僅次于瓦斯列第二。長期以來,因為煤礦水害而造成的國家和人民生命財產及經濟損失極為慘重。

1 礦井水害類型

主要包括地表水水害、礦層頂板水害、礦層底板水害、老空積水水害、斷層破碎帶水害和巖溶陷落柱水害等6種類型。煤層底板突水機理復雜,預先查明的難度大,造成的礦井突水概率較高,是礦山開采發生頻率最高、危害程度最大的一種災害。老空積水主要儲集在礦井本身的采空區、與采空區相連的巷道內或礦井周邊小礦采空區。這種積水體分布集中,水壓傳遞迅速,采掘工作面一旦接近或揭露,老空積水便可突然潰出,發生透水事故,是礦山開采過程中普遍存在的一種水害。斷層破碎帶水害既可能與礦層頂板含水層或底板含水層發生水力聯系,也可能與老空水發生水力聯系,是礦山水害類型中最為普遍的一類,預防和治理的難度較大且復雜。

2 充水條件分析

礦井充水條件分析,是礦井水文地質工作的重要環節之一,主要包括充水水源、充水通道和充水強度三個方面的內容。礦井充水通道是指連接充水水源與礦井之間的流水通道,它是礦井充水因素中最關鍵,也是最難以準確認識的因素。在礦井生產中,把地下水涌人礦井內水量的多少稱為礦井充水程度,用來反映礦井水文地質條件的復雜程度,通過富水系數和礦井涌水量來表征。

根據充水條件特征,充水條件分析可劃分為人為充水條件分析和自然充水條件分析。自然充水水源主要包括基巖裂隙地下水、承壓水、潛水、碳酸鹽巖巖溶地下水、上層滯水、松散孔隙地下水、地表水、大氣降水、頂板水、底板水、周邊水等。主要充水通道包括線狀斷裂、地震通道、點狀巖溶陷落柱、窄條狀隱伏露頭和面狀裂隙網絡等。人為充水水源主要有襲奪水和老空水。主要充水通道包括底板礦壓破壞帶、頂板切冒帶、頂板冒落裂隙帶、頂板抽冒帶、底板水壓導升帶、地面巖溶塌陷帶、封孔質量不佳鉆孔等。

3 礦井水害預測預報技術方法

目前,礦井防治水必須按照預測預報、有疑必探、先探后掘和先治后采的“16字”基本原則。近年來,主要有下列2類礦井水害預測預報技術方法。

(1)脆弱性指數法。這一方法主要用在煤層底板突水的預測預報。煤層底板突水是我國大部分煤礦在開發過程中普遍面臨的工程技術難題。40多年前所提出的突水系數法,已無法滿足深部帶壓開采和現代采煤方法提出的要求,迫切需要一種新的有效方法。脆弱性指數法采用的基本模型就是將具有強大空間信息分析處理功能的GIS與可確定底板突水多種主控因素權重系數的信息融合耦合于一體的評價模型。應用非線性ANN方法,根據大量的已知突水樣本,對模型進行訓練學習,確定因素的權重系數,建立底板突水評價的脆弱性指數模型。

(2)三圖雙預測法。這一方法主要用在煤層頂板突水災害預測預報。“三圖”指頂板冒裂安全性分區圖、頂板含水層富水性分區圖和

頂板突水條件綜合評價分區圖。“雙預測”指天然狀態下工作面涌水量預測和人為改造狀態下工作面涌水量預測。

4 突水事故的應急救援預案

突水事故的應急救援預案包括突水前水災預測預防預案和突水后水災現場救援與處置兩部分內容。

(1)突水前水災預測預防預案。要加強礦井防治水的基礎工作,重點做好以下工作:健全防治水管理制度,執行防治水有關規程;水文地質勘探和防治水預測預報;機構設置和人員隊伍配置及資金;加強職工技術培訓,增強抵御水害能力;完善防治水工程設施,建立專業搶險救災隊伍或與專業隊伍簽訂合作協議。

要重點關注以下水災預兆現象:煤壁“掛汗”;工作面出現霧氣;可聞到水的“嘶嘶”聲;工作面氣溫降低,礦壓增大,發生片幫冒頂及底鼓;硫化氫氣味或PH值很低的強酸性水;煤層變潮濕松軟,煤幫現滴水淋水;滴水淋水中可現少量細砂粒物質。

(2)突水后水災現場搶險救援與處置。突水后的水量估算方法主要有浮標法、水泵標定法和容積法。被困人員的自救互救要做好以下工作:防止有害氣體,躺臥待救;充分利用空間,適度集中;適量飲水,不過度興奮;及時通告逃生路線;避開主水流;分區隔離。

救援現場的指揮與處置要重點做好以下工作:分析人員位置;判斷水災情況;注意環境,防止疫情;防止突變環境;防止次生事故;排堵截結合;利用壓風管;觀測流水,監聽金屬,適度放炮。

5 煤礦水害事故頻發原因及對策

對煤礦地質構造、含(導)水體、采空區等煤礦致災因素探測工作不充分、不到位,在宏觀上沒有完全準確把握對重點礦區致災因素賦存狀況及其規律,在微觀上對煤礦建設、生產區域一些具有隱蔽性的致害因素也不清楚,導致煤礦安全生產處于不完全可知的灰色地帶,產生極大的盲目性,是水害事故沒有得到根本遏制的主要原因。

礦井防治水工作是煤礦安全生產的一個重要環節,必須一靠技術、二靠管理、三靠工程。近年來,防治水制度要求不斷嚴格,評價方法不斷增多,技術與裝備不斷創新,水文地質基礎資料不斷詳實,水害防治工作取得一定的進展。同時,關閉小礦技術基礎材料不全、超層越界開采、煤礦采深的增加所帶來的水文地質條件更加復雜應引起高度重視,防治水工作不能有絲毫麻痹與松懈。為此,應重點做好以下幾項工作:一是堅定信心,水害事故是可以避免和預防的。二是轉變思想,充分認識防治水工作的重要性,把防治水和瓦斯治理放到同等重要的位置。三是強化以總工程師為首的防治水工作管理體系。四是要在隱蔽致災因素普查上下大功夫。五是不斷完善裝備系統,機構、人員系統,基礎排水系統,應急系統,安全督查系統等,實現機制和體制的專業化。六是建立嚴格的工作責任制。根據實際情況為防治水工作劃分出簡易區、復雜區和危險區,并根據具體情況制定合理的責任制。七是強化現場管理,特別是干部現場指揮和班組建設。八是搶救透水事故,一定要堅持,決不放棄。

常鵬成(1970-),男,助理工程師,太原理工大學采礦工程專業畢業,現任蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦分公司探放水隊隊長。