煤矿突水事故原因分析报告PPT课件.ppt

内蒙古新上海一号煤矿突水事故原因分析报告,1,尊敬的各位领导：内蒙古新上海一号煤矿2014年111084工作面发生“7.27”突水事故，2015年一分区胶带暗斜井发生“11.25”突水事故。说明我们的工作还不严不细，给能源集团造成不良影响，给企业造成损失。在此，我代表新上海一号煤矿向能源集团领导做深刻检讨！,2,汇报主要内容,一、矿井概况二、水文地质条件三、突水巷道及突水过程四、突水水源分析五、突水前的工作六、11.25突水原因分析,七、事故教训八、防范措施九、专家分析十、111084工作面突水情况汇报十一、二起突水事故比较,3,一、矿井概况,新上海一号煤矿隶属上海庙矿业有限责任公司，是中国双维投资管理公司和山东能源临矿集团在内蒙古上海庙能源化工基地共同出资建设的第二对大型矿井。内蒙古上海庙煤田是一个整装煤田，上海庙矿业有限公司是首家进入该煤田从事建设、开采的单位。井田位于内蒙古鄂托克前旗境内，行政区划归鄂托克前旗上海庙镇管辖。井田为向东倾伏的单斜构造，煤层倾角37，地面标高+1298+1325m，面积26.6Km2。侏罗系延安组为含煤地层，可采或局部可采煤层共十层，资源储量5.19亿吨，可采储量3.37亿吨。立井开拓，中央并列式通风，全矿井分两个水平四个分区，一水平大巷标高+880m，布置在8煤层内；二水平大巷标高+733m，布置在21煤层里，两个水平之间采用暗斜井联系。设计生产能力400万t/a。2008年5月开工建设，至今仍处于建设中。,返回,4,图1井田构造纲要及出水点位置图,矿井初步设计预计正常涌水量240m3/h，最大涌水量600m3/h。中央泵房安装四台MD500-579型矿用耐磨多级离心式水泵（500m/h），预留一台水泵位置，副井敷设32512mm排水管二趟，主井筒内安装两趟32512mm强排管路。中央泵房主副水仓总容量4588m3，系统排水能力1619m3/h。井田构造纲要及突水点位置见图1。,一、矿井概况,5,1、勘探与设计2004年国家在本区开始找煤勘探。2007年中国煤炭地质总局第一勘探局地质勘查院完成精查施工并提交了新上海一号煤矿精查地质报告，水文地质类型划分为简单型，本次勘探只对中组煤和上组煤水文地质条件做了初步探查。2011年12月中煤科工集团西安研究院编制新上海一号煤矿水文地质补充勘探设计，该院认为鄂尔多斯盆地下组煤及三叠系地层内没有含水层，下组煤及其以下地层不作为水文地质勘探对象，没有设计勘探工程。2013年中煤一局地勘院按水文补充勘探设计施工并提交了水文地质补充勘探报告，此次结合矿井建设过程中遇到的出水溃沙现象，将水文地质类型划分为中等型。西安煤炭设计院完成矿井初步设计、济南煤炭工业设计院完成一分区中下组煤开采设计，两家设计单位均将二水平大巷设计在21煤层内。“11.25”突水正是发生在21煤层底板中。,二、水文地质条件,6,2、主要含水层从上到下主要含水层有：（1）白垩系砾岩含水层平均厚度190.63m，底部砾岩段为含水层段，平均厚度65.45m，富水性中等。含水层下距出水点约350m。（2）侏罗系直罗组含水层平均厚度41.20m，为砂岩及泥岩等组合而成，底部“七里镇砂岩”相对稳定，为弱中等含水层，下距出水点标高约210m。（3）侏罗系延安组含水层组侏罗系延安组为煤系地层，为一套砂泥质及煤层沉积建造，不同粒径的砂岩是主要含水层，富水性弱。2煤5煤以上划分为上煤组，6煤15煤划分为中煤组，1621煤划分为下煤组。根据以往勘探资料，井田内没有强含水层。,二、水文地质条件,7,各含水层抽水试验表1,地质及水文地质综合柱状图图2,8,1、突水巷道情况一分区胶带暗斜井是一水平与二水平之间连接的巷道，巷道设计长度550.9m（-140下山），出水前已施工520m，从上部8煤层穿到20煤层，巷道即将落底进入二水平车场施工，穿层施工期间巷道没有出过水。出水点标高+746.4m，位于21煤层顶板上约58m处。21煤是最下部一层煤，煤系地层与下部三叠系地层为平行不整合接触。根据以往勘探资料，三叠系地层富水性极弱。,三、突水巷道及突水过程,9,图3一分区胶带暗斜井地质素描图,10,2、突水过程一分区胶带暗斜井于2015年11月23日夜班停止掘进，在后路从事反底拱和躲避硐施工，躲避硐距离迎头约6m。11月25日上午8时，在躲避硐作业人员发现巷道底鼓迅速，巷道高度由3.7m变成1.7m，于是迅速向上山方向撤退，几分钟后水从巷道底板喷出，并伴有爆鸣声。作业人员在撤离现场途中及时向调度室报告，调度室接到报告后通知+880m以下所有人员撤到+880m水平大巷内，同时向值班矿领导和矿业公司报告。11月25日上午8：20在五楼会议室成立抢险救灾指挥部，并将情况及时向上级单位汇报。技术员于8点40分赶到现场时巷道迎头约40m已经被水淹没。12月3日以后水量衰减明显，接近突水前正常涌水量。截止到12月24日9时，井下水位标高为+1031.08m，高出+880m水平151.08m，高出出水点标高284.68m，井筒内水位上升速度约0.13m/h。估算井下共积存水量约58万m3。,11,图4估测涌水量历时曲线图,12,2、突水过程,11月25日9：30估测涌水量1490,11月25日11：10水灌满十五煤煤仓位置以下216m巷道（标高+800m）此时估测涌水量为1880m3/h,11月25日12：00水从114采区煤仓进入十五煤轨道车场等巷道，此时估测涌水量2480m3/h,11月25日13：00水淹没115采区轨道下山、十五煤临时水仓等巷道，此此估算涌水量3620m3/h,11月25日15:30114采区临时泵房被淹,11月25日20：00水沿着胶带暗斜井、轨道暗斜井、主副井清理斜巷、风井井筒等巷道继续上行，此时估测水量4500m3/h,11月26日夜间3：00左右水位上涨异常快，估算瞬时涌水量接近10000m3/h,11月26日7：45水位已涨至胶带暗斜井上变坡点，7：52救援指挥部下达撤人命令（中央水泵房暂留带班领导、司泵工、把钩工、电工共四人）,11月26日8：25估算出水量超过12万m3，平均涌水量近5000m3/h,11月26日21:10水进入+880m水平，开启中央泵房4台大泵同时排水（1619m3/h）,11月27日2：26水进入中央泵房，指挥部下达撤人命令，中央泵房所有人员全部升井,13,井下突水后，集团公司领导和双维投资公司领导在最短时间内赶到矿井现场，共同指挥抢险救灾。指挥部根据事态发展及时下达撤人命令，没有发生人员伤亡事故。在集团公司主导下，与西安煤科院共同制定的注浆堵水方案经过反复论证，准备和实施过程紧张有序，比原计划提前33天，于12月26日达到了试排水条件。,三、突水巷道及突水过程,14,1、含水层水位分析（1）白垩系砾岩含水层富水性中等，G1观测孔到出水点距离2285m，11月26日以前水位没有异常；随后水位明显下降，11月27日12月27日水位累计下降5491mm，平均每天下降229mm。说明该含水层与突水水源之间有水力联系。,四、突水水源分析,15,（2）直罗组“七里镇砂岩”含水层直罗组“七里镇砂岩”含水层，富水性弱中等，含水层下距21煤约210m，水文观测孔共有3个。11月28日以前各孔水位没有异常，11月28日以后都明显下降，说明该含水层与突水水源之间存在水力联系。,出水前后直罗组含水层水位变化情况表2,16,（3）8煤层顶板砂岩（或风氧化带）含水层8煤层下距21煤约170m，8煤层顶板砂岩富水性弱，共有三个观测孔。11月28日以前水位没有变化，11月28日以后水位出现异常。说明8煤层顶板砂岩含水层与突水源之间存在水力联系。,出水前后直罗组含水层水位变化情况表3,17,（4）15煤层顶板砂岩含水层15煤层顶板砂岩含水层下距21煤约95m，富水性弱。共有2个观测孔，Z12孔11月27日以前水位上升，11月28日以后水位下降；Z13孔11月28日以前水位下降，11月28日以后水位上升，原因是井下水位已高于该孔水位，出现倒灌。水位异常变化说明该含水层与突水水源之间存在水力联系。,18,2、直排孔浆液分析地面正在施工的2个直排孔与出水点平面距离约140m，孔深583m，孔底标高比突水点标高低8m，终孔层位为21煤层底板。两孔均为裸孔，连通了21煤以上所有含水层。突水前后孔内泥浆没有异常消耗。说明上部各含水层均不是本次突水的主要水源。,19,3、水温分析井田内地温中性点埋深约100m，恒温带温度为14，地温梯度2.5/100m，根据出水点埋深推算地温约26，井下实测水温为27，表明水源在巷道底板下方。4、出水点分析水从底板突破性涌出，且伴有爆鸣声，水源来自于21煤底板且水压大。5、构造分析地层产状、岩性等没有异常，最近的断层距离出水点约870m。6、水质分析水质类型为硫氯钠型，符合砂岩水类型特征,20,7、推测含水层埋深区域内没有高山起伏，出水点埋深约570m，该处水压最大为5.7MPa。（1）依据突水系数工式推导含水层顶界到巷道底板最大距离为：（2）按隔水层厚度公式推断：计算结果表明含水层顶界上距巷道底板距离1057m。,21,小结“11.25”突水是水从巷道底板突破性涌出，上部各含水层与突水水源之间都存在水力联系，这些含水层富水性弱中等，不足以支撑此次大型突水；上部含水层到21煤层距离都很远，在周围没有开放性构造情况下补给不会很畅通，上部任何已知的含水层都不是“11.25”突水的主要水源，预计21煤底板存在强含水层，下部砂泥质地层内存在如此强大的含水层超出了传统认知。,22,1、历次地质勘探成果表明：影响矿井安全生产的含水层在上部，主要为直罗组“七里镇砂岩”含水层和煤层顶底板砂岩含水层，下组煤及其以下地层中没有强含水层。直罗组含水层富水性相对较强，是矿井重点防控对象；煤层顶底板砂岩含水层富水性弱，作为“小水”管理对象。遵循“大水防控、小水管理”的技术工作思路，运用“富水性指数法”完成了直罗组砂岩及各煤层顶底板砂岩富水区划分（图），运用“突水危险性指数法”完成了2煤18煤突水危险区的划分（图），解决了许多实际问题。2、工程设计时避开突水危险区以防突水，采掘工作面超前打钻孔疏放水，工作面顺槽掘进期间打孔疏水，工作面推进期间再超前加密打疏水钻孔，钻孔每50m布置一组，每组6个孔，呈扇形布置，效果较好。,五、突水前的工作,23,3、2013年3月编制一分区胶带暗斜井作业规程时，已经注意到ZK1802钻孔柱状图上对三叠系砂岩有“富含水分”四个字的描述，这是井田内72个钻孔柱状图中唯一的“异常”点。“富含水分”本不是专业属语，技术人员查阅该钻孔施工过程中泥浆消耗量、地球物理测井等资料后，没有发现对应的异常；该钻孔为地质孔，没有做过抽水试验或流量测井，应该不能对地层富水性做出评价。为此矿专门向地勘单位提出质疑，地勘单位回复意见是“成岩富水性不可这样简单描述，属制图人员的笔误”。（见附件：“关于新上海一号煤矿ZK1802钻孔咨询问题的回复”）,五、突水前的工作,24,4、开拓巷道严格按照内蒙古煤炭局规定的“有掘必探”措施执行，探放水超前距离不小于20m，一分区胶带暗斜井按照探80m掘60m措施执行，最近一次探放水后仅掘进30m，超前距还有50m，超前钻孔没有探到水。“11.25”事故发生后，内蒙古自治区、市两级煤监局和市煤炭局都来矿调查出水原因，对我矿探放水规定执行情况给以认可。,五、突水前的工作,25,1、设计原因（1）2011年矿业公司委托中煤科工集团西安研究院编制新上海一号煤矿水文地质补充勘探设计，该院作为国内权威的防治水技术研究单位，应该知道21煤下有“宝塔山砂岩”含水层，却错误地认为下组煤及其以下地层中没有含水层，不作为水文地质勘探重点，因此没有设计勘探工程量，设计的钻孔深度都没有穿过煤系地层，最终未能获得有关下组煤的水文地质资料。（2）西安煤炭设计院编制的矿井初步设计将二水平大巷设计在21煤层内，该院编制的安全专篇没有对下部地层给出防治水方面提示性意见。（3）济南煤炭设计院编制的一分区下组煤开采设计仍将二水平大巷设计在21煤层内，对下部地层没有给出防治水方面提示性意见。,六、11.25突水原因分析,26,2、勘探原因（1）井田详查、精查、水文地质补充勘探等，均由中国煤田地质总局第一勘探局地质勘查院施工，并提交了勘探报告。历次勘探报告均对重要的含水层层位判断错误，错将18煤底板砂岩认定为“宝塔山砂岩”，事实上18煤底板富水性极弱，为此次“11.25”突水事故埋下隐患。（2）勘探报告对三叠系地层分界错误，煤底板下“宝塔山砂岩”强含水层被错误地划入三叠系老地层，并做出“下组煤及三叠系地层径流条件不良、补给很差、富水性极弱，不作为矿井防治水工作重点”的错误结论，进一步误导了矿技术人员。（3）因含水层层位判定错误、地层分界错误，勘探中未能获得与该含水层有关的水文地质资料。,六、11.25突水原因分析,27,3、主观原因（1）各级技术人员过于相信以往的勘探资料和水文地质资料，对勘探报告中严重错误没能发现。（2）2013年针对ZK1802钻孔资料向地勘单位提出质疑后，相信了地勘单位的“回复意见”，没有进一步提出质疑。,六、11.25突水原因分析,28,1、地质勘探单位、水文地质勘探设计单位、矿井初设单位、一分区下组煤开采设计单位等，均给出下部地层富水性弱的结论，存在严重疏忽；各级技术人员过度相信地质勘探报告和地勘单位的咨询（回复）意见，没有持怀疑的态度进一步采取措施。2、各个勘探阶段的地质报告对“宝塔山砂岩”这一重要含水层都存在判层错误，对三叠系地层分界错误，真正的宝塔山砂岩含水层既没勘探也无资料；各级技术人员多年来没有发现地质报告中这些严重错误。3、井田水文地质条件勘探程度不足，尤其是下组煤水文地质条件勘查程度严重不足，缺少相关资料，使矿井防治水工作受到局限。,七、事故教训,29,1、改变传统观点，对下组煤水文地质条件重新认识，加大水文地质补充勘探资金投入，彻底查明井田水文地质条件。2、要充分发挥主观能动性，克服过度依赖地质勘探成果和水文地质勘探设计的思想，不可盲从，开展区域性水文地质条件调查。3、进一步强化技术基础工作，地质勘探报告、设计、作业规程、预测预报等技术资料，技术负责人要严格组织审查，保证质量。,八、防范措施,30,4、必须执行“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的水害防治原则。5、在查明井田地质条件的基础上，合理调整开采设计；进一步完善矿井应急救援预案；根据新情况重新确定矿井最大涌水量，增加水仓容量，扩大系统排水能力。6、做好排水复矿计划和各项安全技术措施的编制，超前做好复矿准备工作，科学合理有序组织，充分考虑各种不安全因素的预防，确保快速复矿、安全复矿。,八、防范措施,31,11月2627日，上海庙矿业公司邀请西安煤科院、淮南矿业集团等单位知名专家，第一次对本次出水机理、原因进行了分析，专家意见抄录如下：、鄂尔多斯盆地除四周边缘地区外普遍发育侏罗纪煤田，已经建成的生产矿井200余座，一般煤层顶板含水层富水性较强，煤系及基底含水层富水性较差，顶板含水层是矿井防治水工作的重点。2、新上海庙一号煤矿含煤地层为延安组，煤系基底为三叠系，以粗砂岩、粉细砂岩、泥岩互层为主。此次21煤底板突水总涌水量约超过50万m3，水压之高、水量之大超出我们对侏罗纪煤田煤系基底三叠系地层富水性弱的一般常识，透水通道和水源难以解释。3、此次21煤底板发生的透水是一起违背一般规律、难以预测、非常罕见、非常独特。现有认识和技术水平条件下难以避免，属不可抗拒的低概率突发事件。,九、专家分析,32,1、第一次分析专家名单,33,2015年11月29日，内蒙古自治区煤矿安全监察局组织市煤炭局、乌海监察分局、旗煤炭局、旗政府等政府有关部门组成的事故督查工作组多次进行分析，同意上述专家的分析意见，初步认定为下部三叠系砂岩水，理论分析这种情况不可能发生，属意外事件。,2、煤监系统事故调查组意见,34,2015年12月1日，内蒙古上海庙矿业有限责任公司第二次召开专家分析会，专家意见抄录如下：（1）中组煤以上没有强含水层，本次出水水源应为21煤底板以下含水层水，补给水量充沛、水压高，出水点位于胶带暗斜井迎头，出水方式为底板突破涌水。（2）根据鄂尔多斯盆地以往的地质、水文地质勘探成果及各矿井采掘实际揭露情况，侏罗系煤层开采水害防治的主要对象为侏罗系、白垩系含水层。本次发生21煤以下含水层特大型涌水尚属首次，不可预见。,第二次专家分析意见,35,第二次分析专家名单,36,1、111084工作面概况工作面为首采区八煤的第二个工作面，东侧间隔20m为111082工作面采空区，西侧为待布置区。开采深度400m，平均煤厚2.90m，面长1868m，面宽200m。工作面于2014年6月20日开始回采，7月27日推采143m。煤层顶板岩性主要为泥岩、砂质泥岩或粉砂岩互层，局部为细粒砂岩或中粒砂岩。影响该工作面生产的主要含水层为八煤顶板砂岩含水层；直罗组砂岩含水层为间接充水含水层，距离该工作面煤层顶板30-45m，均属砂岩孔隙裂隙含水层。采前，通过瞬变电磁探测，无富水异常区。掘进施工过程中，每隔100m扇形布置六个孔对煤层顶板45m范围内进行了疏放水。,十、111084工作面突水情况汇报,37,38,2、工作面突水经过2014年7月27日凌晨2:20，第88#液压支架上部出水，28日5：00瞬时最大涌水（沙）量1500m/h，此后水量在400719m/h之间波动，8月3日水量减小至100m/h，溃沙涌至工作面上端头。8月30日10：10上顺槽涌水沙量突然增大到2000m/h，含沙量约占30%，10:40水量下降至200m/h。10月17日21时，工作面上端头涌水逐渐增大，次日凌晨3:00，水量达到70m3/h，持续约15min，后水量稳定在25m3/h左右。12月8日15:00水量增大至288m3/h，4个小时后水量减小至5m3/h。总涌水量约23.3万m，涌泥沙量约3.58万m。,十、111084工作面突水情况汇报,39,3、治理方案及效果采用地面注浆切断出水溃沙通道及井下施工泄压孔联合治理方案。地面在111084工作面出水位置上方疑似冒落区域施工注浆钻孔（工作面出水点煤壁上方布置4个孔，间距15m，采空区上方3个孔，间距15m，前后排孔间距7m）；采用双管注浆法，对煤层顶板以上约40m范围内的疑似冒落区域进行加固，防治上部岩层进一步离层坍塌，阻断上部水进入工作面，造成淹井，并为工作面推采回撤创造条件。同时，随着水位的回升，为防止再次发生突水，在皮带顺槽向出水点上方施工泄压钻孔进行泄水降压。,十、111084工作面突水情况汇报,40,临矿集团多次组织专家论证分析注浆堵水效果及下步工作面清淤、回采、回撤方案。综合分析认为：一是西安煤科院实施的地面注浆堵水治理工程基本上实现了冒落区的稳定，但根据10月17日、12月8日继发的两次工作面出水情况分析，导水通道未被完全封堵，仍然存在突水溃沙的可能性，现在全面清淤、回撤工作面均存在较大安全隐患；二是要对矿井进行水文地质补充勘探工作，待摸清矿区内的水文地质条件，彻底查清本次突水的原因及机理后，再行研究该工作面回采或回撤方案。,十、111084工作面突水情况汇报,41,4、突水原因专家分析意见（1）顶板主要有两个富水性较强的含水层：直罗组砂岩和白垩系砂砾岩含水层。通过水位变化、水质分析