礦井重大安全風險辯識評估及應用

郭 斌，郭 可

（陜西有色榆林煤業有限公司，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一期規劃區，井田呈北東－南西向（48°～318°）展布。系一套河湖交替相含煤沉積，根據巖石組合、含煤特征、旋回結構等，進一步劃分為四個段。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。據鉆孔統計，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；據區內所有穿透整個延安組的鉆孔統計，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，礦區東北部明顯大于南西部；這與3號主煤層厚度變化規律基本一致，說明區內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，全區可采，是區內主采煤層；3－1號、8號煤層厚度雖不大，但穩定性好，屬次要可采煤層；4－1號、5號、7號煤層局部可采，其它煤層僅個別點可采[1]。

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

1.2 采煤方法簡介

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

2 礦井主要災害辨識

2.1 水災災害

水文地質類型為復雜型，礦井最大涌水量大約為1 060 m3/h。根據礦井水文地質報告，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“七里鎮砂巖”段時，最大值可達1 m3/h，含水層裂隙發育程度較高。根據回風斜井掘進資料，揭露砂巖層時掘進面潮濕，具有明顯的含水特性[3]。

2）間接充水水源。研究區內第四系松散層穩定水位深度為2.90～18.35m，穩定水位標高介于1231.72～1 263.37 m，屬潛水類型，補給主要為大氣降水、區域性側向補給及沙漠凝結水補給，受降雨影響，區域內地下水位年變幅為1.0~3.0 m。

3）其他充水水源。礦井周邊生產礦井榆樹灣煤礦、薛廟灘煤礦采空區及積水位置、范圍、積水量清楚；其余大梁灣煤礦、沙炭灣煤礦、十八墩煤礦采空區面積及積水情況不詳，但其距煤礦近5年開采區域均較遠，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），在煤礦剛建成進行試采時，恰遇煤礦整頓，于2000年后被關閉。根據調查資料顯示，該煤礦雖建設至豎井見煤（3號主煤層），但由于煤礦開采時間短，形成的采空區極其有限，再加之關閉時間較久遠，以前無井下測量資料，目前無法進行井下測量。因此，該廢棄老窯采空區范圍、位置、積水情況等無法準確確定。但其據煤礦近5年開采區較遠，對煤礦開采影響不大。

2.2 火災災害

3號煤層屬I類容易自燃煤層。根據西安科技大學2018年5月出具的《杭來灣煤礦3號煤層自然發火規律及預測預報技術研究驗收報告》，現采3號煤層，實際最短自然發火期52 d[4]。

自建礦以來沒有出現瓦斯突出、噴出等現象。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，裂隙發育等，屬于低變質煤，瓦斯含量小，但是瓦斯對井下采掘作業仍有一定影響。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。鑒定結果為低瓦斯礦井[5]。

2.3 煤塵災害

3號煤層煤塵爆炸實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 頂板災害

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

3 主要災害的評價

3.1 水災災害評價

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

3.2 火災災害評價

火安全風險辨識：井下堆煤、遺煤超過自然發火期，可能引發火災。；井下充填密閉使用高分子材料，可能引發火災；掘進工作面過地質構造帶高冒區處，可能存在煤層自然發火風險；帶式輸送機運輸期間，存在磨損發火、斷帶風險。

3.3 煤塵災害評價

煤塵安全風險辨識：30110、30201綜采工作面煤機割煤時，工作面及回風巷存在煤塵堆積、超限的風險；儲煤場內裝、卸煤作業時易產生煤塵，存在煤塵超限風險。

3.4 頂板災害評價

頂板安全風險辨識:30110、30201綜采工作面回采期間機頭大面積懸頂，頂板垮落時，存在颶風傷人的風險；30110、30201綜采工作面機尾超前壓力段正、副幫壓力較大，存在大面積潰幫或冒頂風險；切眼大斷面掘進時，存在大面積冒頂風險；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、冒頂風險；井下立交施工，存在冒頂片幫風險；30110、30201綜采工作面回采過程中，煤壁易發生片幫風險；末采時主回撤通道垛式支架未按設計要求支護或支護質量不合格，存在冒頂風險；回采工作面回撤時液壓支架回撤順序不合理，存在冒頂風險；回采工作面安裝時頂板支護不及時，存在冒頂風險；30110、30201綜采工作面過地質鉆孔時，存在冒頂片幫風險。

3.5 風險評估

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

4 災害的預防措施

4.1 水災災害預防主要措施

1）采空區積水過多，存在水淹礦井風險。工程技術措施：構筑厚度為4 m的永久防水防火密閉墻，工程質量符合規定要求；在回撤通道每個密閉設置1個水位計，每班觀測密閉墻水位，發現密閉水位過高及時疏放采空區積水，確保采空區積水低水位運行。

2）30110、30201綜采工作面回采期間，采空區涌水，工作面可能發生水災。工程技術措施：工作面回采期間，按照工作面預測的最大涌水量的2倍設置相應能力的排水泵、排水管路和配電設備，并確保其可靠運行。按規定檢查、維護排水泵房設備。

3）30202膠輔運順槽及切眼掘進工作面靠近井田邊界時，存在老空區透水風險。工程技術措施：工作面掘進前，根據物探、鉆探和二維地震勘探資料，查明工作面掘進范圍內水害威脅因素；掘進工作面接近井田邊界附近時，嚴格執行探放水排除老空區透水威脅。嚴格按照執行“停止、允許掘進單”制度，留足足夠的安全距離，嚴禁冒險掘進。

4.2 火災災害預防主要措施

30110工作面回采、封閉期間，可能發生煤層自然發火的風險。

工程技術措施：綜采工作面推進速度大于4.5 m/d；每周對密閉內外氣體成份及密閉質量進行檢查；在綜采工作面回風隅角、密閉區建立自然發火觀測點，預測預報出現CO體積濃度超過24×10-6，溫度超過26℃時立即采取措施處理；采取自然火災束管監測系統、安全監測監控系統、光纖測溫監測系統對自然發火進行監控；出現CO濃度短時間內顯著升高，加強采空區注氮、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1.57 m3。

4.3 煤塵災害預防主要措施

30110、30201綜采工作面煤機割煤時，存在煤塵堆積、超限的風險。工程技術措施：防塵罩、噴霧裝置完好可靠；進風巷道設置風流凈化水幕，回風巷道設置降塵水幕，水幕完好可靠，生產期間全部開啟噴霧降塵；定期檢查維護降塵裝置，確保降塵裝置完好可靠；割煤時必須噴霧降塵；連采機、錨桿機配備除塵器，并確保其完好可靠；進風巷道設置風流凈化水幕，回風巷道設置降塵水幕，生產期間全部開啟噴霧降塵；定期檢查維護降塵裝置，確保降塵裝置完好可靠。

4.4 頂板災害預防主要措施

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頭大面積懸頂，頂板垮落時，存在颶風傷人的風險。

采取工程技術措施：制定初采頂板管控專項強制放頂措施，確保采空區頂板隨采隨冒。