煤礦水害事故的危害及對(duì)策

煤礦水害事故的危害及對(duì)策

在許多采礦工程中，最大的問題是安全。煤炭的安全一直受到世界各國(guó)的關(guān)注。煤礦生產(chǎn)過程中常會(huì)發(fā)生的災(zāi)害有:水、火、瓦斯、煤塵、頂板等,其中瓦斯事故和水害事故對(duì)社會(huì)影響最大。礦井水害是煤礦五大災(zāi)害之一,是與瓦斯、頂板等災(zāi)害并列為礦山建設(shè)與礦山生產(chǎn)的主要安全問題,是僅次于瓦斯爆炸的重大災(zāi)害。在煤礦重特大事故中,水害事故在死亡人數(shù)上,僅次于瓦斯事故居第2位,在發(fā)生事故次數(shù)上,僅次于瓦斯和頂板事故之后居第3位。若從經(jīng)濟(jì)損失方面而言,礦井水害造成的經(jīng)濟(jì)損失是最高的。而礦井突水引發(fā)的災(zāi)害在所發(fā)生礦井水害事故中,無論是死亡人數(shù)還是經(jīng)濟(jì)損失,所造成的危害都是最大的。因此,煤礦水害首當(dāng)其沖應(yīng)列為煤礦安全防范的重點(diǎn)。1礦井水害事件處理現(xiàn)狀煤礦水害事故的危害性在于:所造成的一次死亡人數(shù)多,搶險(xiǎn)救援難度大,救援所需時(shí)間長(zhǎng),且社會(huì)影響大,給人民生命安全帶來巨大的威脅,給國(guó)家財(cái)產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。例如:2010年3月28日,山西華晉焦煤王家?guī)X煤礦發(fā)生一起特大透水事故,初步判斷為小窯老空水,事故造成153人被困。經(jīng)全力搶險(xiǎn),115人獲救,另有38名礦工遇難。又如:2005年8月7日,廣東興寧市大興煤礦發(fā)生一起特大透水事故,在搶險(xiǎn)救援工作進(jìn)入第23天后,如按擬定方案繼續(xù)強(qiáng)排水,存在著極大的安全隱患。為防止次生事故的發(fā)生,于8月29日終止搶險(xiǎn)救援工作,井下123名被困礦工最終罹難。近年來全國(guó)發(fā)生了多起特別重大煤礦水害事故(見表1)。產(chǎn)生水害事故的直接原因是煤層地質(zhì)條件的復(fù)雜性和水文地質(zhì)及地下水的復(fù)雜性。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看,雖然近年來全國(guó)煤礦水害事故不斷,但由于加強(qiáng)了預(yù)防和治理,從2005年后發(fā)生水害事故的次數(shù)和死亡人數(shù)都呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢(shì)。說明只要充分認(rèn)識(shí)和重視煤礦水害的危害性,并采取措施加以防治,是可以把災(zāi)害降到最低程度。2煤礦水災(zāi)2.1透水事故的概念礦井在建設(shè)和生產(chǎn)過程中,由于防治水的措施不到位而導(dǎo)致地表水或地下水通過裂隙、斷層、塌陷區(qū)等各種通道無控制地涌入礦井工作面,造成作業(yè)人員傷亡或礦井財(cái)產(chǎn)設(shè)備損失的水害事故,通常稱之為透水事故。2.2礦井充水水源及充水通道礦井水害的形成和發(fā)生與自然地質(zhì)條件有著緊密聯(lián)系,特別是與水文地質(zhì)賦存狀況關(guān)系密切,是在特定的環(huán)境和條件下才發(fā)生的,即要有充水水源、充水途徑以及足夠的充水強(qiáng)度。(1)礦井充水水源包括地表水、地下水、大氣降水和老空積水。水害事故透水水源主要是采空區(qū)水,此類水害事故多發(fā)生在鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦、基建煤礦、改制煤礦,大多數(shù)水害事故發(fā)生在掘進(jìn)工作面。(2)礦井充水途徑是連通充水水源與礦井的流水通道,它是礦井充水因素中最關(guān)鍵,也是最難準(zhǔn)確認(rèn)定的因素。(3)礦井充水水量是設(shè)計(jì)確定礦井防排水系統(tǒng)的重要依據(jù),包括礦井正常涌水量、礦井最大涌水量和礦井災(zāi)害涌水量。2.3礦山水災(zāi)類型2.3.1含水層的水害由地下水造成礦井水害。地下水主要有地下含水層水、溶洞水、斷層水、老采空區(qū)水等。(1)當(dāng)采掘工程中直接揭露含水層時(shí),含水層就直接進(jìn)入礦井形成水害。(2)當(dāng)采掘工程揭露導(dǎo)通含水層的導(dǎo)水構(gòu)造時(shí),含水層的水通過導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)入礦井造成水害。(3)當(dāng)含水層水的壓力足夠大時(shí),會(huì)破壞含水層與礦井之間的隔水層致使含水層水進(jìn)入礦井造成水害。(4)已采掘過的老采空區(qū)常積存有大量積水,當(dāng)防水煤巖柱留設(shè)不足或防水煤巖柱被破壞后會(huì)形成老采空區(qū)水透水水害。2.3.2地下水水害機(jī)理由地表水引發(fā)的水害。如果礦井附近有江河、湖泊、池塘、水庫、溝渠等積水體,遇到相對(duì)集中的強(qiáng)降雨時(shí),往往會(huì)造成水位暴漲,當(dāng)水位超過礦井井口標(biāo)高或流經(jīng)導(dǎo)通礦井的導(dǎo)水裂隙、斷層、塌陷區(qū)時(shí),地表水會(huì)通過井筒或?qū)畼?gòu)造滲入井下造成礦井水害,而由雨季引發(fā)的地表水水害也較多。2.3.3透水水源分析災(zāi)難性透水主要源于點(diǎn)狀隱伏導(dǎo)水陷落柱或線狀斷裂裂隙帶誘發(fā)的底板高壓水、透入廢棄關(guān)閉的小煤礦而導(dǎo)通老空水及地表水潰入。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),近年來全國(guó)煤礦重特大水害事故的透水水源約85%~90%是小窯老空水。小窯老空水的主要特點(diǎn)是:積水量多、水體壓力大,一旦掘透水勢(shì)兇猛且破壞性強(qiáng),常帶來災(zāi)難性的透水事故。2.3.4老窯分布及保水水質(zhì)中國(guó)煤礦開采歷史悠久,許多礦區(qū)淺部都有廢棄的采空區(qū)及小煤窯,這些廢棄的采空區(qū)及小煤窯積水后便形成了老采空區(qū)水,老采空區(qū)水對(duì)煤礦安全生產(chǎn)威脅很大。老采空區(qū)水大多數(shù)沒有詳細(xì)的圖紙資料,難以摸清老窯分布及積水情況。由于老采空區(qū)水賦存狀況及分布規(guī)律極難掌握,且水體大小無法計(jì)算,還具有分散、孤立和隱蔽的特點(diǎn),一旦發(fā)生突水現(xiàn)象,水體中常帶有煤塊、巖塊和砂粒、并伴有有害氣體逸出,這些都給老采空區(qū)水的防治帶來很大的困難。因此,在防治水害中要把防治老采空區(qū)水列為重中之重。3煤礦水災(zāi)防洪技術(shù)3.1合理設(shè)置防水煤巖柱寬度,使各采高和確定合理的采煤面在開拓方式設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在積水區(qū)和采煤區(qū)之間,預(yù)留一定寬度和一定厚度的防水煤巖柱。防水煤巖柱在防止突水事故方面能起到兩個(gè)積極的作用:一是防止作用,通過煤巖柱的隔水性能防止積水涌入工作面和采空區(qū)。二是隔離作用,將積水區(qū)與正在開掘的巷道或在開采的采煤面隔離開來。留設(shè)防水煤巖柱的大小,既要考慮安全又要經(jīng)濟(jì)合理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)于厚度在3.5m以下、傾角在30°以下的煤層,防水煤巖柱留設(shè)應(yīng)大于20m以上,對(duì)于在地下水體下或強(qiáng)含水層下采礦時(shí),防水煤巖柱要大于導(dǎo)水裂隙帶的高度即至少要等于導(dǎo)水層裂隙帶的高度加5~30m的保護(hù)層。對(duì)于煤層側(cè)方直接與含水層接觸時(shí),可根據(jù)斯列夫公式確定防水煤巖柱的寬度。即:式中:a——煤巖柱寬度,m;L——煤層采高,m;Kp——煤巖層抗張強(qiáng)度,kg/cm3;P——作用于礦柱的靜水壓,kg/cm3。3.2超前探水面超前探放水就是在采掘過程中對(duì)可能隱藏水患的地段,超前進(jìn)行鉆孔探水和放水,探明采掘工作面的前方和側(cè)幫以及頂、底板四周的水情并及時(shí)處理。當(dāng)采掘工作面發(fā)現(xiàn)有出汗、淋水、巷道變形、異味、聲響等現(xiàn)象,都應(yīng)該實(shí)施超前探放水。探放水鉆孔的位置,可布置在采掘工作面接近強(qiáng)含水層、斷層帶或老空積水區(qū),在靠近可能存在著流沙層、充滿泥沙的大溶洞以及有突水、突泥征兆的地方也應(yīng)進(jìn)行探放水。超前做好探放水工程設(shè)計(jì)、編制探放水作業(yè)計(jì)劃,并制定防止瓦斯和其它有害氣體危害的安全措施。3.3井底車場(chǎng)、水泵室、中央變帶防水閘門和防水閘墻是用來防止井下突發(fā)水害事故時(shí),涌水進(jìn)入礦井淹沒井下重要硐室和設(shè)施,如井底車場(chǎng)、水泵房、中央變電所等。密封性能良好的防水閘門和防水閘墻,能有效地將涌水區(qū)和保護(hù)區(qū)隔離開來。因此,應(yīng)在可能發(fā)生突水的采區(qū)巷道進(jìn)出口處或井下重要設(shè)施的硐室通道處修建防水閘門,在局部有突水威脅的采掘工作面修建防水閘墻,將涌水堵截在現(xiàn)場(chǎng)范圍內(nèi),避免波及全礦。3.4化學(xué)漿含水層注漿堵水防治水技術(shù)是一種行之有效的方法,用一定壓力和濃度的漿液(如水漿、化學(xué)漿等)通過鉆孔注入含水層的空隙或通道中,使其擴(kuò)散、凝固,起到疏導(dǎo)地下水作用。注漿堵水可以地面(井上)注漿堵水和井下注漿堵水相結(jié)合,以達(dá)到注漿堵水的高效、快速、低成本、高質(zhì)量、不影響正常生產(chǎn)等效果。3.5地下水開采帶地層順序和井巷布置在充分分析礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,合理選擇開采方式,能有效地防止和減少地下水進(jìn)入礦井,這是一種積極地防治水措施。在設(shè)計(jì)采掘方案時(shí),煤層開采順序和井巷布置應(yīng)從水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的地區(qū)開始。在強(qiáng)含水層或地表水下采煤時(shí),應(yīng)先開采深部,后采淺部;而在高壓含水層之上采煤時(shí),應(yīng)先采淺部,后開采深部;對(duì)于處于同一水文地質(zhì)單元的煤層群,應(yīng)該多礦井聯(lián)合開采,整體疏干;為減少頂部的破壞,在強(qiáng)含水層或地表水下采煤時(shí),應(yīng)盡量采用房柱法或充填法,避免采用大跨度的崩落法。3.6在舊礦區(qū)的水保護(hù)技術(shù)3.6.1采空區(qū)水體的完善(1)空間位置:一般都很隱蔽,形狀也無規(guī)則,深度和層位不一大小各異,既有連成一片,較易探明的較大積水區(qū),也有深入腹地孤立存在,很難用鉆探查找的較小積水區(qū)。(2)水體形式:常積存于生產(chǎn)水平及開拓水平以上,雖然水量不很大但水體集中。一旦揭露即以管壓形式突然噴出來勢(shì)兇猛,具有強(qiáng)大的沖擊力和破壞力危害極大。(3)水體的補(bǔ)給:有的可以得到大氣降水的補(bǔ)給,并以泉的形式排泄;有的相鄰采空區(qū)中的水可能相互連通,水量較多;有的沒有補(bǔ)給水源就那一坑水。(4)進(jìn)入方式:老采空區(qū)水除了突然潰入礦井外,在采掘工作面接近老采空區(qū)時(shí),老采空區(qū)水也會(huì)以淋水、滲水、滴水等方式進(jìn)入采掘工作面。(5)含有酸性:由于老采空區(qū)中煤層及頂?shù)装鍘r層中黃鐵礦的氧化作用,老采空區(qū)水是含有酸性的強(qiáng)腐蝕性水,對(duì)礦山設(shè)備破壞很大。這些水質(zhì)特征可以作為突水后判斷水源的一個(gè)重要標(biāo)志。3.6.2探小注重放水針對(duì)老采空區(qū)水的特征:(1)做好老采空區(qū)水的調(diào)查,編制老采空區(qū)水空間分布和積水規(guī)模圖,劃分危險(xiǎn)區(qū),計(jì)算積水量和硐口出水量,查清老采空區(qū)的水源聯(lián)系。(2)以鉆探的手段探明老采空區(qū)水的分布及積水狀況,再利用鉆探孔進(jìn)行放水以釋放老采空區(qū)水體的強(qiáng)大壓力。(3)要做到三堅(jiān)持:即堅(jiān)持“預(yù)防為主,防治結(jié)合”的基本方針,堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),有疑必探,先探后掘,先治后采”的防治水原則,堅(jiān)持實(shí)施“防、堵、疏、排、截”綜合防治水的技術(shù)措施。(4)在生產(chǎn)和掘進(jìn)中切實(shí)做好各項(xiàng)防治水的工作,一旦接近老采空區(qū),即先進(jìn)行探放水工作,防止因探放水工作不到位而使老空水潰入工作面造成事故。(5)探放水工作必須結(jié)合井下實(shí)際情況,做到積極探放、先隔離后探放、先降壓后探放、先堵截后探放。4加強(qiáng)綜合治理措施(1)由于各地各礦水文地質(zhì)條件不一,