深部礦井奧灰水害“七位一體”防治體系研究

李 沖

(冀中能源峰峰集團有限公司科技發展部,河北省邯鄲市,056107)

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深部礦井奧灰水害“七位一體”防治體系研究

李 沖

(冀中能源峰峰集團有限公司科技發展部,河北省邯鄲市,056107)

摘 要通過對峰峰集團深部礦井奧灰巖溶水的危險性進行分析,構建了一套適用于深部礦井的奧灰水害“七位一體”防治體系,主要包括制度建設、機構設立、基礎保障、方向指引、分區隔離、超前治理、采前評價七個模塊,對奧灰水害的防治由被動治理轉變為主動防御。通過在峰峰集團推廣實施后,有效遏制了奧灰水害事故的發生,取得了很好的效果,確保了生產安全。

關鍵詞深部礦井 奧灰水害 主動防御 七位一體防治體系

Study on the prevention and control system of＂seven module integrated＂for Ordovician limestone water damage of deep coal mine

Li Chong
(Department of Science& Technology Development,Fengfeng Group Co.,Ltd.,of Jizhong Energy Group,Handan,Hebei 056107,China)

Abstract By analyzing the hazard of water flushing from Ordovician limestone in deep coal mine of Fengfeng group,the prevention and control system of＂seven module integrated＂,which included system construction,institution establishment,base safeguard,direction,partition,advanced management and evaluation before mining,applying to Ordovician limestone water damage of deep coal was built and made the prevention and control of Ordovician limestone water damage from the passive control to proactive prevention.The popularization and implementation of this system in Fengfeng group show that this system effectively suppresses the happening of Ordovician limestone water damage,achieves good effect and ensures production safety.

Key words deep coal mine,Ordovician limestone water damage,proactive prevention,＂seven module integrated＂prevention and control system

峰峰礦區屬于我國華北巖溶型大水礦區,承受著多種水害的威脅,突水因素多且復雜,尤其受底板奧灰水害的威脅程度極其嚴重,近10年來,峰峰礦區的牛兒莊、九龍、黃沙和梧桐莊礦多次發生過特大奧灰突水災害,造成了巨大的經濟損失.隨著礦井開采深度逐漸加大,在大地壓和高水壓的聯合作用下,奧灰突水的幾率大大增加,礦井面臨的奧灰水害問題更加嚴重.目前峰峰礦區各礦井基本處于煤田的深部,開采深度在800 m左右,開采煤層底板承受奧灰水壓高達8.0～10.0 MPa,傳統的奧灰水害防治體系已經不再適應目前采深大、水文地質條件更加復雜的開采環境,探討總結一套適合深部礦井復雜條件下的奧灰水害防治體系顯得尤為必要,且具有十分積極的現實意義.

1　深部礦井奧灰巖溶含水層危險性分析

奧灰巖溶含水層一般厚度大,裂隙發育,富水性極強,是威脅和制約深部礦井安全開采的主要水源,煤層底板賦存的隱伏導水構造(斷層、陷落柱等)為奧灰巖溶水向上導升提供了便利通道,不僅使得奧灰巖溶水向上突出直接威脅煤層的開采,還會使得奧灰巖溶水對上部的薄層灰巖含水層進行補給形成水力聯系,使得底板水害威脅復雜多樣.

礦井的采深大,將會使得煤層圍巖具有較高的原巖應力環境,且煤層底板隔水層承受的水壓值也很大.一旦煤層開采,原巖應力場重新分布,在高地壓和高水壓的聯合作用下,將會破壞煤層底板導水構造的原始閉合狀態,使得導水構造二次發育,也使原來不導水或微導水的構造導水能力增強.

深部礦井雖然奧灰含水層裂隙發育較差,但仍會發育陷落柱,這類陷落柱往往具有隱伏性強(發育層位低、規模較小)、導水性強等特點,給超前探測工作帶來極大困難,這類隱伏的陷落柱極有可能會形成奧灰突水通道,嚴重威脅煤層的安全開采.

綜上所述,大采深礦井的奧灰巖溶含水層厚度大、富水性強、承壓水頭高是造成礦井突水的主要水源,煤層底板發育的隱伏斷層、陷落柱等構造具有超前探測難、準確性不高的特點,當生產揭露或接近時,在高地壓和高水壓聯合作用下,易發生奧灰突水事故.

2　大采深礦井奧灰水害“七位一體”防治體系

通過分析峰峰集團近年來的奧灰水害事故,對傳統的防治水管理體系不斷創新提升,對奧灰水害的防治由被動治理轉變為主動防御,構建了一套奧灰水害“七位一體”防治體系,主要包括制度建設、機構設立、基礎保障、方向指引、分區隔離、超前治理、采前評價7個模塊.

2.1制度建設

防治水工作實施過程中,由于不同技術人員對同一問題理解不同,往往會有不同的處理方法,同樣也會造成不同的結果.因此,防治水工作的標準、制度的制訂與完善對各項防治水工程的順利開展起到了有章可循的作用.通過一系列管理標準、制度的制定,形成一個完善的防治水管理制度體系,確保防治水工作有標準、有規范、有保障地開展.

2.2專業機構設立

專門成立以礦長為組長、總工程師為副組長的防治水工作領導小組,礦長為礦井防治水工作第一責任人,總工程師負責防治水技術管理工作,小組各成員負責分管范圍內的防治水工作的具體落實.礦井設立了專門防治水機構(科、中心),負責日常防治水技術管理工作,其下設專門的探放水隊伍和物探小組,負責探放水工作的落實.按規定配備專業的防治水技術人員及各類防探水設備,滿足安全生產要求.

2.3基礎保障

任何工作開展前必須具備一定的基礎保障,防治水工作開展同樣需要提前建設基礎保障工程,主要包括礦井排水系統、礦井涌水量及主要含水層動態監測預警系統、出水水源快速判別系統以及地面注漿系統等.

2.4技術方向指引體系

《煤礦防治水規定》作為礦井防治水工作的標準具有高度概括性和時效性,缺乏對礦井具體問題的針對性,因此各礦要針對自身防治水工作的特點編制一套適合實際工作礦井防治水技術路線,為礦井的防治水技術工作明確了方向,具有更強可操作性和針對性.

2.5礦井分區隔離工程

峰峰集團歷史上曾發生多次突水淹井事故,造成了重大的經濟損失,對社會產生了嚴重的不良影響.如何有效防止各類水害事故的發生,或者是突水事故發生后如何有效的控制、減小災害范圍,將損失降到最低是目前礦井防治水工作的一項重要課題.根據煤礦防治水規定第67條規定,有水威脅地區應在其附近設置防水閘門.這是分區隔離工程的一種方式,還包括防水閘墻工程,主要是指在新礦井或新采區兩個水平之間的聯絡大巷中選取一個地方構建防水閘門或水閘墻,如果下部水平發生水害事故可以關閉水閘門或水閘墻,避免上部水平受到水害影響.這項工程的實施需要根據現場情況選取,條件必須是巖巷,且必須能隔斷上下水平的聯系,滿足該條件才能實施分區隔離工程.分區隔離工程主要作用有兩點:一是可以將突水控制在一定區域內,不影響其他區域的安全;另一方面通過施工隔離工程形成靜水環境,阻止了出水量繼續增大,有利于快速治理封堵出水點.通過礦井分區隔離工程的實施,為水文地質條件復雜區域的開采打下一道堅實的防線.

2.6超前治理

超前治理工程是礦井防治水工作的重中之重,是防治水工作變被動為主動的核心,主要包括地面區域超前治理、井下注漿加固.

(1)地面區域超前治理.礦井煤層開采最主要水害威脅來自奧陶系灰巖巖溶裂隙強含水層,根據煤層開采條件和以往的突水災害情況,在奧灰水水源、垂向通道和礦山壓力的共同作用下,開采深部煤層時存在底板奧灰水突水的風險,且在井下進行防治水工作存在難度大、安全性低的問題.峰峰集團利用地面水平鉆井技術開展地面區域超前治理工作,對煤層底板隔水層的裂隙進行探查并進行注漿加固補強,切斷導水通道,增強隔水性能,達到奧灰水害的防治目的.利用地面水平鉆井技術對奧灰水害的防治將會是今后煤礦防治水工作的一個主要發展方向,該項工作的開展是對奧灰含水層頂部及上覆巖層導含水通道和裂隙進行探查并注漿封堵,從突水源頭上進行治理,減小突水幾率.

(2)井下注漿加固.當采掘工作面底板不完整,存在陷落柱、導水斷層、導水裂隙等導水構造,采掘后易發生底板奧灰突水時,要進行工作面底板注漿加固;凡回采標高低于－600 m,水文地質條件復雜以上的礦井,工作面回采前未進行地面區域治理工作的必須進行底板注漿加固.

2.7采前評價

工作面回采前經過一系列防治水工作后,進行采前工作面綜合物探工作.若存在水文異常區須進行鉆探驗證并采取相應處理措施,待工作面的水害隱患完全消除后,編制《工作面專門水文地質情況報告》報上級單位進行會審評價,滿足相關規定要求后,方可批復進行回采,否則不許回采.

3　奧灰水害“七位一體”防治體系的應用

奧灰水害“七位一體”防治體系通過相關防治水技術人員的討論與修改完善,并運用于峰峰集團各生產礦井.目前峰峰集團及所屬礦井根據《煤礦安全規程》、《煤礦防治水規定》等相關規定要求,全部建立了公司、礦井兩級水害防治崗位責任制、水害防治技術管理制度、水害預測預報制度和水害隱患排查制度等防治水工作相關管理制度,并成立專門的防治水機構進行防治水工作的管理,明確了防治水工作的責任主體及管理職責,通過這些制度及機構的建立與完善,有力地保證了各項防治水工程的順利開展.為防治水工作提供了制度保障,提升了管理水平,提高了防治水工作質量.

峰峰集團所屬礦井均建立有排水系統,滿足礦井涌水量的排出工作,本著“大系統、抗大災”的原則,梧桐莊礦、九龍礦、羊東礦、辛安礦、萬年礦、大力公司、牛兒莊公司、大社礦、孫莊采礦公司、通順公司等礦井增建了礦井潛水泵排水系統,增大了礦井的抗災排水能力.集團公司結合各礦井構建了覆蓋全礦區的含水層動態監測預警系統、出水水源快速判別系統,用以指導礦井防治水工作.

鑒于集團公司大部分礦井水文地質條件較復雜,或礦井部分地區水文地質條件極其復雜,為防止一旦發生水害將水害影響控制在最小范圍之內,集團公司對礦井水文地質條件復雜的梧桐莊礦、羊東礦、九龍礦、辛安礦和新屯礦在具備隔離條件的地區實行了分區隔離開采.

集團公司結合開采深度,對梧桐莊礦、羊東礦、九龍礦、辛安礦進行了地面區域超前治理工作,滿足了防治水工作要求,緩解了礦井生產接替的緊張局面,降低了井下鉆探的安全風險.暫不具備條件的礦井嚴格執行新區逢掘必鉆的原則進行防治水超前治理工作,包括井下超前鉆探、注漿加固工作和采空區水的超前探放工作,消除一切水害隱患,切斷奧灰水的突水通道,防奧灰水害于未然.

經過以上一系列的防治水工作后,所有工作面回采前還需采用至少兩種方法進行綜合物探工作,驗證水文異常是否完全消除,否則重新對異常區進行鉆探驗證及注漿處理,至水害隱患完全消除,編制相關采前資料報集團公司進行評價是否滿足開采要求.

峰峰集團通過實施該水害防治體系,層層把關,緊盯關鍵環節,采前消除一切水害隱患,避免了奧灰水害對礦井安全生產的影響,有效地保障了各礦安全、高效生產,極大提升了各礦的防治水管理水平.自2014年12月以來,實施該防治水體系的煤礦有效確保了全年工作面的安全開采,累計采出原煤近2000萬t.

4　結論

(1)通過對傳統防治水管理體系不斷創新、提升,構建了一套奧灰水害“七位一體”防治體系,對奧灰水害的防治由被動治理轉變為主動防御,對深部礦井開采具有很高的適用性.

(2)峰峰集團通過應用奧灰水害“七位一體”防治體系,極大地提升了集團公司防治水管理水平,有效防止了奧灰水害事故的發生,確保了礦井的安全生產,創造了極大的經濟和社會效益.

(3)奧灰水害“七位一體”防治體系的成功應用,對于類似條件的深部礦井開采具有很高的參考意義.

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(責任編輯 張艷華)

作者簡介:李沖(1985－),男,河北晉州人,碩士,工程師,畢業于河北工程大學。現就職于冀中能源峰峰集團科技發展部,從事礦井防治水技術管理工作。

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