淺析煤礦水害重大危險源分級和控制效果評估的技術(shù)要求

艾 華

(山西正誠礦山安全技術(shù)研究所,太原 030022)

根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳《關(guān)于進(jìn)一步做好全省井工煤礦重大危險源評估報告?zhèn)浒腹ぷ鞯耐ㄖ?晉煤執(zhí)發(fā)[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(jiān)控管理。山西朔州地區(qū)煤礦委托我公司對其進(jìn)行重大危險源評估,我公司項(xiàng)目組人員圍繞該礦井存在的水害進(jìn)行分析,調(diào)查礦井水害防治措施,對礦井水害重大危險源進(jìn)行了分級和控制效果評估。

1 礦井水害基礎(chǔ)資料和分析

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

2)含水層和隔水層。井田含水層據(jù)巖性可劃分為五個含水層組,即奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層組;石炭-二疊砂巖裂隙含水層組;風(fēng)化殼含水層組及新生界孔隙含水層組。本井田內(nèi)奧灰水水位標(biāo)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?guī)r溶水與上部含水層水力聯(lián)系的重要隔水層。11號煤層底板最低標(biāo)高1 330.63 m,奧灰?guī)r溶裂隙水遠(yuǎn)低于煤層底板標(biāo)高,奧灰水對煤層開采無影響。

3)采空區(qū)積水。經(jīng)過多年開采,井田內(nèi)4、9、11號煤層已形成了大量的采空區(qū),采空區(qū)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(qū)積水面積約14 835 m2,積水量約2 451 m3;9號煤層目前采空區(qū)積水面積為9 562 m2,積水量約1 998 m3;11號煤層目前采空區(qū)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(dǎo)水、導(dǎo)水?dāng)鄬印⑾萋渲胺忾]不良鉆孔等。4、9、11號煤層頂板為粉砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖,均屬較軟巖,根據(jù)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(qū)頂板裂隙帶高度82.60 m,4號、9號未并區(qū)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(fēng)化裂隙帶的存在,頂板裂隙帶很可能達(dá)到地面。

5)礦井用水量。預(yù)計礦井生產(chǎn)能力達(dá)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(yù)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(zhì)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(qū)域煤層埋藏較淺,煤層開采后裂隙到達(dá)地面,地表低洼區(qū)段易積水部位的工程治理應(yīng)經(jīng)常檢查礦區(qū)地表是否存在導(dǎo)水裂隙或其它導(dǎo)水通道,如發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水裂隙及其它導(dǎo)水通道,應(yīng)及時將其回填密實(shí);還應(yīng)通過對地表裂縫進(jìn)行填埋處理,減緩雨季降水進(jìn)入礦區(qū)的速度和水量,并對井田內(nèi)溝谷進(jìn)行全面調(diào)查。查明河溝、河床塌陷等,雨季加強(qiáng)地表河流和地表積水及塌陷區(qū)的巡查工作,發(fā)現(xiàn)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(dú)立的直排地面排水系統(tǒng),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(tǒng)。水泵房安裝DF85-45×4型水泵3臺,額定排水量85 m3/h,額定揚(yáng)程180 m,配套電機(jī)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(qū)建設(shè)有采區(qū)水泵房,安設(shè)有2臺水泵,分別為DF85-45×4型和D46-30×6,將采區(qū)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(yàn)證”的探放水方法。探放水隊(duì)配備有YDZ(B)型直流電法儀1臺,ZYJ-420/200架柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)3臺，ZYJ-460/160型架柱式液壓鉆機(jī)2臺,鉆探深度可達(dá)200 m。物探超前探測距離為80 m,鉆探孔布置以“三線”為基礎(chǔ)布置，單次鉆孔個數(shù):5個(中孔1個，右斜孔1個，上斜孔3個)。中孔與巷道掘進(jìn)方向一致，單孔深度(水平距離)80 m。超前距30 m，允許掘進(jìn)距離50 m。

3 礦井水害重大危險源分級

依據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳《關(guān)于進(jìn)一步做好全省井工煤礦重大危險源評估報告?zhèn)浒腹ぷ鞯耐ㄖ?晉煤執(zhí)發(fā)[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(zhì)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(zhì)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?qū)γ旱V企業(yè)重大危險源的控制措施效果進(jìn)行科學(xué)、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(jìn)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(jié)合各種單項(xiàng)重大危險源的等級,單項(xiàng)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(xiàng)重大危險源個數(shù)≥4個,且單項(xiàng)等級相同的情況下,礦井的最終重大危險源等級上調(diào)一級。

4.2 控制措施效果分級結(jié)果

該礦井防治水工作總體較好,基礎(chǔ)資料、管理制度、安全技術(shù)措施的制定,排水設(shè)施的建設(shè),探放水設(shè)備的購置以及防治水機(jī)構(gòu)的設(shè)置,人員配備等方面都基本符合規(guī)定,基本滿足礦井防止水害發(fā)生的要求，建礦以來未發(fā)生過透水事故,但還需要認(rèn)真貫徹落實(shí)《煤礦防治水規(guī)定》的規(guī)定,特別是井田內(nèi)外存在采空區(qū)積水,必須在巷道掘進(jìn)和回采工作面回采前通過物探、化探、鉆探相結(jié)合的探測方法,探明采空區(qū)積水、積氣情況;探明地質(zhì)構(gòu)造及鉆孔的導(dǎo)水性。加強(qiáng)防治水工作的管理,始終堅持“預(yù)測預(yù)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(zāi)事故發(fā)生。

現(xiàn)場評估存在問題:

1)礦井的部分巷道出水點(diǎn)和涌水量未標(biāo)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(qū)管理論證報告》,實(shí)行分區(qū)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(guī)程》規(guī)定,每五年對礦井地質(zhì)報告進(jìn)行修訂；

5)采空區(qū)勘查采用調(diào)查和地面物探,應(yīng)進(jìn)一步采用鉆探驗(yàn)證；

6)應(yīng)對礦井涌水進(jìn)行化探,建立水質(zhì)分析預(yù)警系統(tǒng)；

7)建議礦井要加強(qiáng)對采空區(qū)積水的探測工作,提前進(jìn)行探放水工作，并采取相應(yīng)的防治水措施。

評估認(rèn)為:該礦安全設(shè)施、設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)置和運(yùn)行符合規(guī)定;安全技術(shù)措施制定實(shí)施符合規(guī)定;安全管理制度建立完善、執(zhí)行到位。依據(jù)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(qū)積水水害對礦井的安全生產(chǎn)威脅較大,是礦井防治水害事故的重點(diǎn)和難點(diǎn)。開采11號煤層時,要對其上部煤層、本煤層采空區(qū)、富水異常區(qū)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(shí)實(shí)施。對井田范圍內(nèi)的地面塌陷裂隙進(jìn)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(dǎo)流時,必須用水泵將水排走,防止地表水滲入礦井內(nèi)。制定防汛工作實(shí)施方案,備足搶險物資,做到防患于未然[3]。

6 評估注意事項(xiàng)和技術(shù)要求

全面分析危險有害因素可能發(fā)生事故的種類和嚴(yán)重程度,認(rèn)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(zhì)重大危險源自身危險性劃分時,要認(rèn)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(qū)積水和導(dǎo)水裂隙等。整合礦井多存在采空區(qū)積水調(diào)查不清楚情況,應(yīng)結(jié)合礦井實(shí)際探放水、井下涌水量和物探、化探結(jié)果進(jìn)行分析。

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

現(xiàn)場評估過程應(yīng)根據(jù)制定的檢查表,逐條對照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查。對不符合項(xiàng)要求企業(yè)進(jìn)行整改,整改后重新對控制效果進(jìn)行分級。

礦井防治水對策措施應(yīng)根據(jù)礦井已采取的防治措施結(jié)合礦井實(shí)際水害因素,提出可行的防治水對策措施。

對水文地質(zhì)類型復(fù)雜礦井,必須要求建立化探實(shí)驗(yàn)室,建立礦井透水分析預(yù)警系統(tǒng)。

分析礦井未來3 a的采掘規(guī)劃,著重分析未來3 a開采范圍內(nèi)水害因素。

礦井基礎(chǔ)資料應(yīng)進(jìn)行歸檔保留3 a以上。

報告格式和內(nèi)容應(yīng)嚴(yán)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(nèi)容完整和技術(shù)分析準(zhǔn)確。