沿溝煤礦水害綜合防治技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)

陳曉陽，束華英

（樂礦能源集團(tuán)有限公司 沿溝煤礦，江西 樂平 333303）

1 概述

樂礦能源集團(tuán)有限公司沿溝煤礦，位于景德鎮(zhèn)市樂平市北東40°方位，直距32 km,屬樂平涌山鎮(zhèn)管轄。井田面積4.8 km2。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.9 Mt/a，核定生產(chǎn)能力0.60 Mt/a，礦井采用立井、斜井、平硐聯(lián)合開拓，主要有主立井、副立井、西風(fēng)井、五路嶺風(fēng)井、主平硐5個(gè)井筒。主立井井口標(biāo)高+78 m，井底標(biāo)高-550 m；副立井井口標(biāo)高+78 m，井底標(biāo)高-505 m；西風(fēng)井為斜井，井口標(biāo)高+94.7 m，井底標(biāo)高-120 m；五路嶺風(fēng)井為斜井，井口標(biāo)高+66 m，井底標(biāo)高-120 m；主平硐井口標(biāo)高+76 m。 礦井劃分為-120 m、-270 m、-475 m三個(gè)水平，其中-120 m水平已經(jīng)結(jié)束，剩25采區(qū)還在生產(chǎn)，三水平為主生產(chǎn)水平。礦區(qū)的含煤地層為上二迭統(tǒng)龍?zhí)督M及三迭統(tǒng)安源組。龍?zhí)督M含煤四層，僅B4為可采煤層，煤層厚度0～2.21 m，平均煤厚0.87 m；安源組為本區(qū)主要含煤地層。共含可采煤層18層，其中全區(qū)可采煤層為七2、八1、八2，局部可采煤層為一、二、三1、四、五、六2、七1、九1、十、十一、十二、十三、十四、十五等。屬急傾斜煤層群開采，采用偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤方法，自然垮落法管理頂板。

礦井采用三級(jí)排水。在-120 m水平、-270m水平、-475 m水平井底車場建有水泵房，水倉總?cè)萘?2744 m3，井下共安裝水泵16臺(tái)，并安裝地面啟動(dòng)大功率潛泵4臺(tái)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》有關(guān)規(guī)定，經(jīng)驗(yàn)算，礦井泵排能力為10500 m3/h，管排能力為11075 m3/h正常和最大涌水量的要求。

根據(jù) 《沿溝煤礦水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告》（2016年5月），礦井水文地質(zhì)類型為極復(fù)雜型，礦井正常涌水量為440 m3/h，雨季時(shí)最大涌水量達(dá)2430 m3/h。

2 相鄰礦井

沿溝煤礦東鄰仙槎煤礦、西鄰涌山煤礦、中部有東方紅煤礦，三礦井均于2016年9月關(guān)閉。目前仙槎煤礦、涌山煤礦均保留了排水系統(tǒng)，由沿溝煤礦接管，均從-270 m水平直排地面；東方紅煤礦涌水通過沿溝煤礦的放水巷引到沿溝煤礦-270 m水平進(jìn)行排水。

圖1 相鄰礦井關(guān)系

3 礦井主要水害

礦區(qū)內(nèi)屬丘陵地貌，地面植被發(fā)育，地勢呈西南低東北高。礦井西邊界涌山河自北而南垂直地層流入礦區(qū)，經(jīng)南部匯入樂安江。涌山河流經(jīng)礦區(qū)長度1300m，貫穿所有煤層，河寬10～20 m，河深2～3 m，河床標(biāo)高41.03m，最高洪水位標(biāo)高45.64 m。

礦區(qū)屬以裂隙含水為主的充水礦床，礦坑充水以大氣降水補(bǔ)給為主，它通過淺部星羅棋布的老窯塌陷區(qū)和人工破壞區(qū)而滲入淺部風(fēng)化裂隙帶，然后進(jìn)入礦坑。

礦井水文地質(zhì)自然條件較簡單，無強(qiáng)含水層及導(dǎo)水構(gòu)造，但由于歷年來小井開采破壞，使礦井水文地質(zhì)條件人為復(fù)雜化，2010年以來水文地質(zhì)類型劃分為極復(fù)雜型礦井。因小井無序開采且偷采盜挖煤層露頭，使地表破環(huán)嚴(yán)重，雨季期間，大氣降水通過涌山河洪泛區(qū)、塌陷區(qū)、煤層露頭人為破壞區(qū)匯集直接補(bǔ)給礦井，使礦井涌水量驟增，礦井涌水量與大氣降水量呈明顯線性關(guān)系，即地表降水越多，井下涌水量就越大，雨季期間水害尤為嚴(yán)重，故因人為破壞，礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜化，20世紀(jì)80年代以來，雨季透水死亡事故頻發(fā)，出現(xiàn)了兩次因連續(xù)降雨和全井停電造成的淹井事故，事故造成死亡人員多，停產(chǎn)時(shí)間長，造成社會(huì)影響大，經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，在雨季大氣降水和地表水是威脅礦井安全的最大隱患之一，必須進(jìn)行綜合治理。

4 水害曾經(jīng)給礦井造成的災(zāi)難

由于礦井井田范圍內(nèi)小煤窯的無序開采，破壞了地形地貌，破壞了地面水土保持設(shè)施，破壞了涌山河床保護(hù)煤柱，為大氣降水及涌山河水系補(bǔ)給井下創(chuàng)造了良好條件，留下了極其復(fù)雜的采掘空間積水體，使礦井水文地質(zhì)條件人為復(fù)雜化，在治理前曾多次發(fā)生透水和淹井事故，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，如1989年7月5日和1993年7月4日兩次淹井事故，都是因?yàn)楸┯昙竟?jié)涌山河床垮塌和洪泛區(qū)塌陷所致，造成礦井停產(chǎn)兩個(gè)月以上，直接經(jīng)濟(jì)損失1036.69萬元，同時(shí)還多次發(fā)生井下突水事故，總死亡人數(shù)31人。如1984年7月3日-120水平發(fā)生透水事故，死亡12人，突出水量4000m3；1996年7月11日西一±0總回風(fēng)上山修理過程中揭通小窯積水，死亡4人，突出水量達(dá)6000～7000 m3；1996年8月18日，B4煤老塘透水，死亡4人，突水量800m3；1997年12月10日，22801 9#斜坡上部潰水，死亡2人，突水量600m3；1998年6月26日，五號(hào)井水泵房潰水死亡3人；2005年5月22日，21103掘進(jìn)工作面發(fā)生潰水，死亡3人，突水量200 m3。突水事故給礦井帶來上千萬的經(jīng)濟(jì)損失。

5 礦井綜合防治水技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)

5.1 從源頭上治理水害，加強(qiáng)了地表水防治

根據(jù)礦井水文地質(zhì)特點(diǎn)和充水性因素，礦井水害主要是地表水害和老窯水害，地表水害是源頭，地表水害治理方案根據(jù)“防、堵、疏、排、截”的綜合治理措施，分為地表塌陷及廢舊小井處理、構(gòu)筑排洪水溝網(wǎng)絡(luò)、植樹造林恢復(fù)地表生態(tài)環(huán)境治理三個(gè)部分。

（1）地表塌陷及廢舊小井處理

涌山河自北而南貫穿地層，河床低洼洪泛區(qū)廢棄小井星羅密布，塌陷沿煤層露頭分布，塌陷在河底時(shí)，治理措施采取修建人工河床，主要是先打鉆帷幕注漿進(jìn)行固化，再在河底澆注鋼筋混凝土構(gòu)筑人工河床，通過“堵”的綜合治理措施，有效堵住了涌山河水滲入井下的通道。地表塌陷及廢舊小井處在地勢高的地方，治理措施則采取砂石、黏土充填，表面鋪0.5 m厚防水黏土夯實(shí)，再在充填物上方加護(hù)砌或澆筑混凝土。如果沒有條件充填的，在塌陷區(qū)周圍依地勢修截水溝疏排水。通過“堵”和“截”的綜合治理措施，有效截?cái)嗟乇硭疂B入井下的通道。

（2）構(gòu)筑排洪水溝網(wǎng)絡(luò)

多年以來由于小井的亂采濫挖，地表破壞嚴(yán)重，使得地表水難以自然排出，雨季大氣降雨直接經(jīng)塌陷區(qū)滲入井下，給采掘工作面帶來威脅，為有效解決地表水的疏排，減少地表水經(jīng)塌陷區(qū)滲入井下，依據(jù)礦區(qū)地勢東高西低的特點(diǎn)，2002年開始在井田范圍內(nèi)構(gòu)筑排洪水溝網(wǎng)絡(luò)，排洪水溝網(wǎng)絡(luò)由沿走向主排水溝、沿山洼支毛溝及沿塌陷區(qū)人字型圍溝組成，主排水溝接通涌山河形成疏排水系統(tǒng)。經(jīng)過近十年的治理完善形成了地面疏排水網(wǎng)絡(luò)，通過“疏”和“排”的綜合治理措施，有效降低了地表水滲入井下，緩解了礦井排水壓力。

（3）植樹造林，恢復(fù)地表生態(tài)治理

結(jié)合2010年景德鎮(zhèn)市礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程，對地表塌陷區(qū)域進(jìn)行治山治坡，植樹造林，在低洼地帶周圍構(gòu)筑防洪堤、截水溝、排洪道等防洪圈，恢復(fù)地表生態(tài)環(huán)境工程完成后，經(jīng)過集中治理后第二年雨季井下涌水量明顯降低，恢復(fù)治理工程取得的經(jīng)濟(jì)效果顯著。

5.2 落實(shí)防治水制度，加強(qiáng)井下探放水工作

（1）調(diào)查摸清礦井內(nèi)小窯采掘空間積水體分布情況，堅(jiān)持“預(yù)測預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”防治水原則安排采掘活動(dòng)。

（2）對有水害威脅的積水區(qū)實(shí)行”紅綠線”動(dòng)態(tài)管理，并采取物探、鉆探、巷探相結(jié)合的方法消除水患，通過物探掌握積水區(qū)的邊界范圍、積水量等情況，通過巷探鉆探工程來截?cái)嗨囱a(bǔ)給、降低積水體壓力，最終掘通積水體徹底消除水患。

5.3 強(qiáng)化雨季“三防”制度的落實(shí)

（1）建立和完善了雨季“三防”制度，成立雨季“三防”領(lǐng)導(dǎo)小組，組建了抗洪隊(duì)伍。

（2）建全完善了防范自然災(zāi)害預(yù)警、預(yù)報(bào)、預(yù)防處置機(jī)制。強(qiáng)化組織，落實(shí)安全責(zé)任，制定應(yīng)急措施，儲(chǔ)備足夠數(shù)量的搶險(xiǎn)物資。

（3）主動(dòng)與氣象、防汛部門聯(lián)系，掌握可能危及礦井安全生產(chǎn)的暴雨洪水災(zāi)害信息，密切關(guān)注本地區(qū)的天氣預(yù)報(bào)警信息，及時(shí)掌握礦區(qū)雨情、汛情和水情，包括流經(jīng)礦區(qū)河流上游的汛情和水情，主動(dòng)提前采取防洪措施。

（4）建立雨季巡查制度，在降大雨前、暴雨時(shí)和降雨后，安排專人到本井田范圍及已關(guān)閉的仙槎、涌山煤礦礦界范圍內(nèi)可能波及的周邊廢棄老窯、地面積水坑、河流、提防和井下涌水點(diǎn)，擋水設(shè)施山體滑坡等重點(diǎn)部位進(jìn)行24 h不間斷巡視檢查，全面巡查礦區(qū)洼地積水和防洪溝泄洪情況，做到水路溝渠暢通，處理問題及時(shí)。

（5）加強(qiáng)對地面防雷電避雷器檢查、試驗(yàn)、接地電阻檢測，及供電系統(tǒng)檢修。雨季期間-475 m水平、-270 m水平泵房配電工、水泵司機(jī)及仙槎、涌山排水站水泵工、電工、鉗工嚴(yán)格值班制度，嚴(yán)禁空崗、脫崗，認(rèn)真組織配電工、水泵司機(jī)進(jìn)行應(yīng)急操作培訓(xùn)，做到供電正常，設(shè)備完好，操作規(guī)范。

（6）建立防范雨季暴雨洪水引發(fā)礦井透水事故的隱患排查制度，對排查出的重大安全隱患制定專門治理計(jì)劃，落實(shí)治理責(zé)任、方案、資金、時(shí)間和安全預(yù)案，保證整治到位。

5.4 加強(qiáng)水害應(yīng)急管理

（1）全面整理分析井上下出水通道，編制雨季積水體危險(xiǎn)源評(píng)估和防治措施。對礦井水平、采區(qū)、工作面、掘進(jìn)頭涌水量進(jìn)行預(yù)測，對井下采掘工作面透水危險(xiǎn)性提前做預(yù)測評(píng)估，編制《礦井防治水應(yīng)急預(yù)案》和《采面防止突然潰水應(yīng)急預(yù)案》。

（2）根據(jù)實(shí)際情況加強(qiáng)應(yīng)急預(yù)案的動(dòng)態(tài)管，及時(shí)分析和發(fā)現(xiàn)應(yīng)急處置中存在問題，不斷修訂完善相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，切實(shí)增強(qiáng)預(yù)案的針對性和適用性。

（3）每年組織水害應(yīng)急救援現(xiàn)場演練一次，強(qiáng)化職工應(yīng)對礦井突發(fā)水災(zāi)事故的自救和搶險(xiǎn)技能。

（4）制定暴雨期間巡視及停產(chǎn)撤人制度，明確啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)及停產(chǎn)撤人的程序。停產(chǎn)撤人后，必須在確認(rèn)隱患已經(jīng)徹底消除，方可恢復(fù)生產(chǎn)。

6 效果分析

1）礦井涌水量大幅減少，經(jīng)濟(jì)效益明顯

通過地面水患治理，減少了地表水滲入量，降低了老窯水補(bǔ)給，礦井涌水量減少明顯，如表1所示。

表1 近幾年礦井降雨量、涌水量對照表

通過近幾年礦井降雨量與涌水量實(shí)測數(shù)據(jù)分析，2010年降雨量集中期在7月份，地面降雨量為500.6 mm，井下最大涌水量為6870 m3/h,7月份井下累計(jì)排出涌水量188.2萬m3，排水電量為278.3萬度。2010年雨季期間，采面受水患累計(jì)影響時(shí)間約1200小時(shí)。2011年降雨量集中期在6月份，地面降雨量為604.8 mm，2011年礦井最大涌水量僅為4230 m3/h，6月份井下累計(jì)排出水量為113.7萬m3，排水電量為170.3萬度，僅雨季期間一個(gè)月節(jié)省電量108萬度。2011年采面受水患累計(jì)影響時(shí)間約480h。按排水綜合電價(jià)0.8元/t計(jì)算，2011年雨季期間將比去年同期節(jié)約排水費(fèi)用368余萬元。同時(shí)減少了工作面因水患影響停產(chǎn)時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)損失220.4萬余元。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010年至今，因地表水患治理，減少了礦井涌水量，降低礦井排水費(fèi)用1257.3萬元，減少了因水患對生產(chǎn)的影響，同時(shí)也降低礦井水對周邊環(huán)境的影響，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

2）避免水害，安全效益顯著

2005年以后，局礦兩級(jí)下大力氣對礦井水患進(jìn)行綜合治理，安排地面防治水工程，從源頭上治理水患，到2010年底基本完成治理工作。通過綜合治理，近10年來基本上消滅了水害人身傷亡事故和淹井事故，充分體現(xiàn)了安全就是最大效益的理念。