淺析井下大水礦山應急水倉建設

石桂安

摘要：近些年來，在很多礦山都頻繁出現了井下突水災害事故，給井下工作人員的生命安全和財產安全帶來了極大威脅，在這種大背景下，應急水倉的概念被提出，目前已經具備多種形成方案。通過水倉的建立，一旦突水事故發生時，就能獲得更多的時間進行事故應急處理，能夠很大程度上降低作業人員被淹被埋的幾率，為礦山提供安全性保障。

關鍵詞：井下突水;應急水倉建設

一、應急水倉基本原理以及實施的主要方案

（一）應急水倉基本原理

應急水倉的基本原理，就是在正式進行礦井作業之前，在作業水平的下部位置，將礦體開采后留下的空區或者是組合空區群，并對該空區采取相應的措施，擴大容積，進行穩定性加固，一旦礦井內發生突水或者透水事故，就可以作為臨時涌水存放地，從而避免出現積水淹井事故，達到避災的效果。

（二）應急水倉實施方案

1.建設應急水倉應考慮的前提條件

進行應急水倉建設前，必須要考慮應急水倉地段的設置和穩定性因素。就應急水倉地段設置而言，盡可能地將應急水倉設置在井田邊界靠近風井部位，這樣設置不僅可以減小上部礦體開采受到的影響，而且還能夠方便水流匯集時排氣，同時還能為水倉內的水進行外排處理提供方便。就穩定性而言，首先就要確保水倉體積足夠大，至少在服務期間內應保持穩定，通常應根據礦井具體狀況選擇合適的方法，并在開采前做好設計論證工作。一般其開采的礦柱參數要比正常留設的更加保守、盡量降低采高，這樣就能使空區保持穩定，同時還應該采用切頂、錨索，噴漿等方法對局部不穩定地段進行加固支護。

2.應急水倉形成方案

目前應急水倉主要存在3種形成方案：第一種就是多中段開采。當礦山擁有超過2個開拓中段，并且開采順序是自上而下時，可以先對最下部的中段局部進行開采作業，確保形成的采空區足夠大，也可做應急水倉使用。第二種就是上向充填開采，這種開采方法多用于大水礦山開采。當采用由下而上的順序進行上向分層開采時，可以在主體礦的最下部中段預留適當高度不進行開采作業，同時利用空場法在局部進行開采，所留下的空區即可做應急水倉使用。第三種就是零星（邊角）礦體開采。這種方案主要適用于有零星或邊角礦體的礦床，并利用盲斜井在最低開拓水平之下開拓一套小生產系統，一旦零星和邊角礦體被采空后，所形成的空區同樣能夠作為應急水倉使用。

（三）應急過程

1.事故后的再排水

一旦突水事故發生，如果突出的水量足夠大，應急水倉是完全有可能被注滿。這個過程能夠很多延緩井下水位的上升，為井下作業人員贏得了寶貴的安全撤離時間，當突出事故停止后，要根據礦井實際情況對應急水倉中的水進行外排處理，這樣下次出現突水事故仍可以繼續作為應急水倉使用。

2.設置位置要求

通常在考慮應急水倉位置設置時，需要考慮以下幾個方面：首先必須確保應急水倉位于主要作業水平面以下，這樣突水出現時，突出的水就能向水倉匯集，同時，還應考慮礦體分布結構，采用何種開采順序。除此之外，礦床開拓以及中段布置，還有礦巖石穩定性這些都會對應急水倉位置設置造成影響。對應急水倉而言，必要的兩個條件就是容積大，穩定性強。所以說，一般來講，都會利用礦體開采后的穩定遺留區域作為應急水倉的主體，并將位置設置于礦體邊界部位，同時還要保證該處巖體具有較好的地質條件，盡量能夠接近風井，這樣能夠更順利的將應急水倉中的積水排出去。

（四）容量及緩解時間設置

據國外有關資料顯示，礦井一旦發生突水事故，總突水量一般在幾千到幾十萬立方米不等，透水速速度也比較快，通常在800到1 500 ，因此，如果要使避災時間長達8h以上，那么至少應保證應急水倉容量在1.2萬 左右。結合對以往事故的分析以及礦山的實際突水量分析，我們了解到，如果應急水倉容積超過了2萬 ，應急避災時間至少10h以上，這樣就贏得了寶貴的救援時間，不至于造成重大人員傷亡。實際上，很多礦山為了盡快形成初期效益，往往會保持較高的開采率，所形成的空區要遠遠大于2萬 ，甚至超過3萬 ，這樣能夠爭取充足的避災時間。對于應急水倉的容積，可以采取以下公式進行計算：

其中，Q表示水倉容積大小，V表示透水速度快慢，通常V取值大致介于800到2 000 之間，T表示的是應急救援保障時間，一般考慮的是8到12h，具體時長應視具體情況而定，情況復雜時可取最大值;最后K指的是安全系數，多取1.3到1.5，具體取值也應視實際情況加以調整。

二、相關配套措施

（一）巷道坡度

對于應急水倉而言，應盡量保證上部入口水平，同時還要對巷道長度與坡度的關系加以適當考慮，如有必要，可以將向主井下坡的坡度設置在3‰到5‰之間。有時候，應急水倉與主井之間的距離較遠，這時候設計坡度就要比正常巷道坡度低，基本維持在1‰到2‰之間，這樣一旦發生突水事故，水能夠更加順利的進入應急水倉。同時對于其余運輸巷道坡度來說，只需按正常設計即可。

（二）穩定性保障

通常，在進行應急水倉建設時，就要求體積要足夠大，但是體積大有一個弊病，就是很難保障有較強的穩定性。因此，在應急水倉設計時，就要將其設計成空區組合型，并保證空區具有較好的貫通性，同時還應結合巖體工程地質條件進行采高設計論證，并且在采礦后空區內設置礦柱或人工礦柱，以保證應急水倉穩定，同時還應采取支護措施對不穩定部位進行加固。

（三）積水外排

當應急水倉被水注滿后，就要及時進行積水外排，可以通過大功率潛水泵及時降低井筒水位，一直低到底部中段運輸巷，在應急水倉的吸水井的作用下，就可以實現將積水排至地表的目的。

（四）積泥處理

通常情況下，水倉只是用來應急的，平時并不存在積泥，也就沒有必要設計排泥系統了。但是當突水事故發生后，等到水倉中的積水被排干，就要動用機械或者人工挖掘的方式將水倉中的泥沙和碎石清理處理。

（五）透氣排壓與容量的全部利用

當突出的水匯集至水倉后，水倉水位就會與主、副井內的水位保持一致，同時水倉標高最大值與底部中段運輸巷道持平，這樣的好處就是能讓水倉容量得到充分利用。此外，還有大量天井布置在應急水倉的運輸巷道中，并與風井形成連通，因此，當突出的水流入水倉時，就能達到透氣排壓的效果。

（六）設置安全閘門

一旦礦井出現突水或透水事故時，在水倉水平位置，往往需要安排少量的運輸或者信號人員進行作業，為了對其人身安全起到安全防護的作用，就需要設置安全閘門。

（七）水位監測系統

通過在應急水倉設置水位檢測系統，就可以對水位變化情況加以了解，同時掌握水倉內可利用容量大小。

參考文獻：

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