淺析煤礦水害重大危險源分級和控制效果評估的技術要求

艾 華

(山西正誠礦山安全技術研究所,太原 030022)

根據山西省煤炭工業廳《關于進一步做好全省井工煤礦重大危險源評估報告備案工作的通知》(晉煤執發[2016]556號文)的要求[1],全省井工煤礦要開展重大危險源評估和監控管理。山西朔州地區煤礦委托我公司對其進行重大危險源評估,我公司項目組人員圍繞該礦井存在的水害進行分析,調查礦井水害防治措施,對礦井水害重大危險源進行了分級和控制效果評估。

1 礦井水害基礎資料和分析

1)井田邊界及其水力性質。本井田邊界為人為劃定的界線,邊界內外地表水、地下含水層之間的水力聯系不因礦界而改變。

2)含水層和隔水層。井田含水層據巖性可劃分為五個含水層組,即奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層組;石炭-二疊砂巖裂隙含水層組;風化殼含水層組及新生界孔隙含水層組。本井田內奧灰水水位標高為1 177.50 m～1 180.00 m。主要為本溪組,厚度22.85 m～43.20 m,為阻隔奧灰巖溶水與上部含水層水力聯系的重要隔水層。11號煤層底板最低標高1 330.63 m,奧灰巖溶裂隙水遠低于煤層底板標高,奧灰水對煤層開采無影響。

3)采空區積水。經過多年開采,井田內4、9、11號煤層已形成了大量的采空區,采空區積水會對下一步煤層的開采造成影響。4號煤層目前采空區積水面積約14 835 m2,積水量約2 451 m3;9號煤層目前采空區積水面積為9 562 m2,積水量約1 998 m3;11號煤層目前采空區積水面積約44 202 m2,積水量約5 921 m3。

4)礦井充水通道。礦井充水通道主要有采動裂隙導水、導水斷層、陷落柱及封閉不良鉆孔等。4、9、11號煤層頂板為粉砂巖、泥巖、砂質泥巖,均屬較軟巖,根據頂板巖性,11號煤層頂板裂隙帶高度58.70 m,4號、9號合并區頂板裂隙帶高度82.60 m,4號、9號未并區頂板裂隙帶高度48.88 m,4號頂板裂隙帶高度62.23 m。地面沖溝之下煤層相對埋藏較淺,加上基巖風化裂隙帶的存在,頂板裂隙帶很可能達到地面。

5)礦井用水量。預計礦井生產能力達90萬t/a時,正常礦井涌水量180 m3/d,最大礦井涌水量240 m3/d。近三年來涌水量記錄礦井涌水量均小于預測正常礦井涌水量。

綜上分析,井田11號煤層開采礦井水文地質類型為中等。

2 礦井防治水措施

2.1 地面防治水措施

目前開采區域煤層埋藏較淺,煤層開采后裂隙到達地面,地表低洼區段易積水部位的工程治理應經常檢查礦區地表是否存在導水裂隙或其它導水通道,如發現導水裂隙及其它導水通道,應及時將其回填密實;還應通過對地表裂縫進行填埋處理,減緩雨季降水進入礦區的速度和水量,并對井田內溝谷進行全面調查。查明河溝、河床塌陷等,雨季加強地表河流和地表積水及塌陷區的巡查工作,發現異常及時采取措施,確保礦井安全。

2.2 井下排水措施

該礦井有1套獨立的直排地面排水系統,在副斜井井底附近布置的中央水泵房為礦井直排地面的主系統。水泵房安裝DF85-45×4型水泵3臺,額定排水量85 m3/h,額定揚程180 m,配套電機75 kW;3臺排水泵1臺工作,1臺備用,1臺檢修。排水管路:排水管為2趟Φ133 mm無縫鋼管,沿副斜井至地面。

采區建設有采區水泵房,安設有2臺水泵,分別為DF85-45×4型和D46-30×6,將采區涌水排至中央水泵房。

2.3 探放水措施

礦井探放水工藝為“物探先行,鉆探驗證”的探放水方法。探放水隊配備有YDZ(B)型直流電法儀1臺,ZYJ-420/200架柱式液壓回轉鉆機3臺，ZYJ-460/160型架柱式液壓鉆機2臺,鉆探深度可達200 m。物探超前探測距離為80 m,鉆探孔布置以“三線”為基礎布置，單次鉆孔個數:5個(中孔1個，右斜孔1個，上斜孔3個)。中孔與巷道掘進方向一致，單孔深度(水平距離)80 m。超前距30 m，允許掘進距離50 m。

3 礦井水害重大危險源分級

依據山西省煤炭工業廳《關于進一步做好全省井工煤礦重大危險源評估報告備案工作的通知》(晉煤執發[2016]556號)的附件,重大危險源按照危險程度的大小依次分為Ⅰ級重大危險源、Ⅱ級重大危險源、Ⅲ級重大危險源和Ⅳ級重大危險源[2]。因此,按照就高不就低原則,該礦井水文地質重大危險源自身危險性等級為Ⅱ級,如表1所示。

表1 水文地質重大危險源自身危險性劃分表Table 1 Classification of major hydro-geological hazard sources

4 礦井水害控制效果評估

4.1 重大危險源控制效果評估的方法

為了能夠對煤礦企業重大危險源的控制措施效果進行科學、公正、合理的分級,采用安全檢查表法對礦井重大危險源控制效果進行評估,按照控制措施效果劃分為四級,如表2所示。

表2 重大危險源控制措施效果分級Table 2 Control effect classification of major hazard sources

結合各種單項重大危險源的等級,單項重大危險源級別最高的為礦井的重大危險源等級。如果礦井的單項重大危險源個數≥4個,且單項等級相同的情況下,礦井的最終重大危險源等級上調一級。

4.2 控制措施效果分級結果

該礦井防治水工作總體較好,基礎資料、管理制度、安全技術措施的制定,排水設施的建設,探放水設備的購置以及防治水機構的設置,人員配備等方面都基本符合規定,基本滿足礦井防止水害發生的要求，建礦以來未發生過透水事故,但還需要認真貫徹落實《煤礦防治水規定》的規定,特別是井田內外存在采空區積水,必須在巷道掘進和回采工作面回采前通過物探、化探、鉆探相結合的探測方法,探明采空區積水、積氣情況;探明地質構造及鉆孔的導水性。加強防治水工作的管理,始終堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則,防患于未然,杜絕水災事故發生。

現場評估存在問題:

1)礦井的部分巷道出水點和涌水量未標注在采掘工程平面圖和礦井充水性圖中；

2)礦井未編制《煤礦防治水分區管理論證報告》,實行分區管理；

3)礦井有封孔資料臺賬,部分鉆孔封孔資料不完善；

4)礦井未按《煤礦安全規程》規定,每五年對礦井地質報告進行修訂；

5)采空區勘查采用調查和地面物探,應進一步采用鉆探驗證；

6)應對礦井涌水進行化探,建立水質分析預警系統；

7)建議礦井要加強對采空區積水的探測工作,提前進行探放水工作，并采取相應的防治水措施。

評估認為:該礦安全設施、設備、系統設置和運行符合規定;安全技術措施制定實施符合規定;安全管理制度建立完善、執行到位。依據重大危險源控制措施效果分級表,該礦防治水控制措施效果較好,控制效果等級為Ⅲ級。

5 礦井水害管理對策措施

該礦采空區積水水害對礦井的安全生產威脅較大,是礦井防治水害事故的重點和難點。開采11號煤層時,要對其上部煤層、本煤層采空區、富水異常區采取探放水措施。

每年雨季前及時編制雨季“三防”計劃,并落實實施。對井田范圍內的地面塌陷裂隙進行全面排查,遇到裂隙及時使用碎石粘土充填,充填高度必須高于附近地形;遇到低洼地帶有積水且不能采用挖溝導流時,必須用水泵將水排走,防止地表水滲入礦井內。制定防汛工作實施方案,備足搶險物資,做到防患于未然[3]。

6 評估注意事項和技術要求

全面分析危險有害因素可能發生事故的種類和嚴重程度,認定礦井存在的重大危險源,通過對危險源自身危險性和控制措施效果評價,判定礦井的重大危險源等級。

對水文地質重大危險源自身危險性劃分時,要認真分析煤礦存在的自然條件,包括含水地層、奧灰水水位、采空區積水和導水裂隙等。整合礦井多存在采空區積水調查不清楚情況,應結合礦井實際探放水、井下涌水量和物探、化探結果進行分析。

自身危險性劃分應符合礦井實際防治水文地質類型,對與水文地質類型不符合的,建議礦井重新修訂《礦井水文地質類型報告》。

現場評估過程應根據制定的檢查表,逐條對照標準進行檢查。對不符合項要求企業進行整改,整改后重新對控制效果進行分級。

礦井防治水對策措施應根據礦井已采取的防治措施結合礦井實際水害因素,提出可行的防治水對策措施。

對水文地質類型復雜礦井,必須要求建立化探實驗室,建立礦井透水分析預警系統。

分析礦井未來3 a的采掘規劃,著重分析未來3 a開采范圍內水害因素。

礦井基礎資料應進行歸檔保留3 a以上。

報告格式和內容應嚴格按照《山西省井工煤礦重大危險源評估報告編制提綱》要求,做到內容完整和技術分析準確。