煤礦水害事故的危害及對策

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的關注。煤礦生產過程中常會發生的災害有:水、火、瓦斯、煤塵、頂板等,其中瓦斯事故和水害事故對社會影響最大。礦井水害是煤礦五大災害之一,是與瓦斯、頂板等災害并列為礦山建設與礦山生產的主要安全問題,是僅次于瓦斯爆炸的重大災害。在煤礦重特大事故中,水害事故在死亡人數上,僅次于瓦斯事故居第2位,在發生事故次數上,僅次于瓦斯和頂板事故之后居第3位。若從經濟損失方面而言,礦井水害造成的經濟損失是最高的。而礦井突水引發的災害在所發生礦井水害事故中,無論是死亡人數還是經濟損失,所造成的危害都是最大的。因此,煤礦水害首當其沖應列為煤礦安全防范的重點。1礦井水害事件處理現狀煤礦水害事故的危害性在于:所造成的一次死亡人數多,搶險救援難度大,救援所需時間長,且社會影響大,給人民生命安全帶來巨大的威脅,給國家財產帶來巨大的經濟損失。例如:2010年3月28日,山西華晉焦煤王家嶺煤礦發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。經全力搶險,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生一起特大透水事故,在搶險救援工作進入第23天后,如按擬定方案繼續強排水,存在著極大的安全隱患。為防止次生事故的發生,于8月29日終止搶險救援工作,井下123名被困礦工最終罹難。近年來全國發生了多起特別重大煤礦水害事故(見表1)。產生水害事故的直接原因是煤層地質條件的復雜性和水文地質及地下水的復雜性。從統計數據來看,雖然近年來全國煤礦水害事故不斷,但由于加強了預防和治理,從2005年后發生水害事故的次數和死亡人數都呈現出逐年下降的趨勢。說明只要充分認識和重視煤礦水害的危害性,并采取措施加以防治,是可以把災害降到最低程度。2煤礦水災2.1透水事故的概念礦井在建設和生產過程中,由于防治水的措施不到位而導致地表水或地下水通過裂隙、斷層、塌陷區等各種通道無控制地涌入礦井工作面,造成作業人員傷亡或礦井財產設備損失的水害事故,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生與自然地質條件有著緊密聯系,特別是與水文地質賦存狀況關系密切,是在特定的環境和條件下才發生的,即要有充水水源、充水途徑以及足夠的充水強度。(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水,此類水害事故多發生在鄉鎮小煤礦、基建煤礦、改制煤礦,大多數水害事故發生在掘進工作面。(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鍵,也是最難準確認定的因素。(3)礦井充水水量是設計確定礦井防排水系統的重要依據,包括礦井正常涌水量、礦井最大涌水量和礦井災害涌水量。2.3礦山水災類型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、老采空區水等。(1)當采掘工程中直接揭露含水層時,含水層就直接進入礦井形成水害。(2)當采掘工程揭露導通含水層的導水構造時,含水層的水通過導水構造進入礦井造成水害。(3)當含水層水的壓力足夠大時,會破壞含水層與礦井之間的隔水層致使含水層水進入礦井造成水害。(4)已采掘過的老采空區常積存有大量積水,當防水煤巖柱留設不足或防水煤巖柱被破壞后會形成老采空區水透水水害。2.3.2地下水水害機理由地表水引發的水害。如果礦井附近有江河、湖泊、池塘、水庫、溝渠等積水體,遇到相對集中的強降雨時,往往會造成水位暴漲,當水位超過礦井井口標高或流經導通礦井的導水裂隙、斷層、塌陷區時,地表水會通過井筒或導水構造滲入井下造成礦井水害,而由雨季引發的地表水水害也較多。2.3.3透水水源分析災難性透水主要源于點狀隱伏導水陷落柱或線狀斷裂裂隙帶誘發的底板高壓水、透入廢棄關閉的小煤礦而導通老空水及地表水潰入。據有關部門統計,近年來全國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是:積水量多、水體壓力大,一旦掘透水勢兇猛且破壞性強,常帶來災難性的透水事故。2.3.4老窯分布及保水水質中國煤礦開采歷史悠久,許多礦區淺部都有廢棄的采空區及小煤窯,這些廢棄的采空區及小煤窯積水后便形成了老采空區水,老采空區水對煤礦安全生產威脅很大。老采空區水大多數沒有詳細的圖紙資料,難以摸清老窯分布及積水情況。由于老采空區水賦存狀況及分布規律極難掌握,且水體大小無法計算,還具有分散、孤立和隱蔽的特點,一旦發生突水現象,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水列為重中之重。3煤礦水災防洪技術3.1合理設置防水煤巖柱寬度,使各采高和確定合理的采煤面在開拓方式設計時應考慮在積水區和采煤區之間,預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。二是隔離作用,將積水區與正在開掘的巷道或在開采的采煤面隔離開來。留設防水煤巖柱的大小,既要考慮安全又要經濟合理。根據現場經驗對于厚度在3.5m以下、傾角在30°以下的煤層,防水煤巖柱留設應大于20m以上,對于在地下水體下或強含水層下采礦時,防水煤巖柱要大于導水裂隙帶的高度即至少要等于導水層裂隙帶的高度加5~30m的保護層。對于煤層側方直接與含水層接觸時,可根據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可能隱藏水患的地段,超前進行鉆孔探水和放水,探明采掘工作面的前方和側幫以及頂、底板四周的水情并及時處理。當采掘工作面發現有出汗、淋水、巷道變形、異味、聲響等現象,都應該實施超前探放水。探放水鉆孔的位置,可布置在采掘工作面接近強含水層、斷層帶或老空積水區,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進行探放水。超前做好探放水工程設計、編制探放水作業計劃,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、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水害事故時,涌水進入礦井淹沒井下重要硐室和設施,如井底車場、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,能有效地將涌水區和保護區隔離開來。因此,應在可能發生突水的采區巷道進出口處或井下重要設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,將涌水堵截在現場范圍內,避免波及全礦。3.4化學漿含水層注漿堵水防治水技術是一種行之有效的方法,用一定壓力和濃度的漿液(如水漿、化學漿等)通過鉆孔注入含水層的空隙或通道中,使其擴散、凝固,起到疏導地下水作用。注漿堵水可以地面(井上)注漿堵水和井下注漿堵水相結合,以達到注漿堵水的高效、快速、低成本、高質量、不影響正常生產等效果。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、水文地質條件的基礎上,合理選擇開采方式,能有效地防止和減少地下水進入礦井,這是一種積極地防治水措施。在設計采掘方案時,煤層開采順序和井巷布置應從水文地質條件簡單的地區開始。在強含水層或地表水下采煤時,應先開采深部,后采淺部;而在高壓含水層之上采煤時,應先采淺部,后開采深部;對于處于同一水文地質單元的煤層群,應該多礦井聯合開采,整體疏干;為減少頂部的破壞,在強含水層或地表水下采煤時,應盡量采用房柱法或充填法,避免采用大跨度的崩落法。3.6在舊礦區的水保護技術3.6.1采空區水體的完善(1)空間位置:一般都很隱蔽,形狀也無規則,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,也有深入腹地孤立存在,很難用鉆探查找的較小積水區。(2)水體形式:常積存于生產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兇猛,具有強大的沖擊力和破壞力危害極大。(3)水體的補給:有的可以得到大氣降水的補給,并以泉的形式排泄;有的相鄰采空區中的水可能相互連通,水量較多;有的沒有補給水源就那一坑水。(4)進入方式:老采空區水除了突然潰入礦井外,在采掘工作面接近老采空區時,老采空區水也會以淋水、滲水、滴水等方式進入采掘工作面。(5)含有酸性:由于老采空區中煤層及頂底板巖層中黃鐵礦的氧化作用,老采空區水是含有酸性的強腐蝕性水,對礦山設備破壞很大。這些水質特征可以作為突水后判斷水源的一個重要標志。3.6.2探小注重放水針對老采空區水的特征:(1)做好老采空區水的調查,編制老采空區水空間分布和積水規模圖,劃分危險區,計算積水量和硐口出水量,查清老采空區的水源聯系。(2)以鉆探的手段探明老采空區水的分布及積水狀況,再利用鉆探孔進行放水以釋放老采空區水體的強大壓力。(3)要做到三堅持:即堅持“預防為主,防治結合”的基本方針,堅持“預測預報,有疑必探,先探后掘,先治后采”的防治水原則,堅持實施“防、堵、疏、排、截”綜合防治水的技術措施。(4)在生產和掘進中切實做好各項防治水的工作,一旦接近老采空區,即先進行探放水工作,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)探放水工作必須結合井下實際情況,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加強綜合治理措施(1)由于各地各礦水文地質條件不一,