林起火山梁型铝矿开采致灾暴雨淹井原因分析

林起火山梁型铝矿开采致灾暴雨淹井原因分析

1暴雨大力大力生产,发生严重连锁反应的重大事故林氏铝矿是中国唯一的斜伏铝矿开采矿床。由于矿区岩溶发育,地质勘探程度不够,岩溶发育情况没有完全掌握,加之设计、建设、生产单位无铝土矿地下开采方面的经验,从1987年5月开工建设,1994年初投产至今,先后已发生3次淹井事故,其中两次是降暴雨造成淹井。第一次暴雨淹井发生在1991年7月初,基建时期施工1290中段运输平巷时,由于当时井下只有施工设备,抢救及时未造成大的经济损失。第二次暴雨淹井事故发生在1996年7月2日,1332水平Ⅰ号平峒开采快结束,1290中段南翼采场在进行最后两个采场的开采。此次淹井事故造成1240、1290两中段生产设备全部被淹,直接经济损失近百万元,影响1290中段采场生产3个月。暴雨淹井已成为林歹铝矿正常生产的安全隐患,每年都可能发生,必须引起生产单位的高度重视,采取措施予以防治。否则,将再次发生暴雨淹井事故造成重大经济损失。2地表雨水渗透通道笔者对两次暴雨淹井事故作过调查分析,认为造成暴雨淹井客观方面有三个因素。其一是矿区东面地表无散水条件,大面积聚集雨水,并沿山沟横穿矿区,涌进1号、2号平峒口或峒口附近的民采峒进入坑内,并经采场进入1290中段,最后通过泄水井流到1240水平。其二是采矿崩落塌陷松动带、溶洞、断层破碎带构成了地表雨水渗透通道,雨水直接进入坑内采场和平巷。其三是井下排水设备能力有限,不能解决暴发性的涌水问题。主观方面的原因是没有任何应急措施,特别是1996年7月2日淹井事故,若采取应急措施是可以避免淹井发生的。2.1区地面雨水主要进出入矿矿区地形见图1。图1中连接南、北风井及斜井的实线为1290中段主平巷在地形图上的对应位置。采矿区的纵向范围即为南、北风井之间的矿体。图中箭头所指方向为地表水流向。从图1上可看出,矿体所在山脊梁间形成了一长条形汇水带。粗略计算汇水区的面积为1000m×300m=30万m2。其聚集的雨水沿箭头所指的方向分三处横穿流过矿区。其中有两处是经过采矿崩落塌陷松动带,即1号平峒、北峒口外面的冲沟位置;另一处虽不经过塌陷松动带,但它离2号平峒南口不足10m远。矿区东面地表雨水流经塌陷松动区时要渗透一部分到1290中段。若下暴雨出现山洪时,1号、2号平峒口大量进水,通过采空区进入1290中段。8号露天已开采完成的V形凹陷采空区又是一个不小的积雨槽,其雨水通过1号平峒采空区全部进入1号平峒,往下又流到1290中段平巷。1290中段平巷内的水主要通过泄水井和泄水钻孔流到下中段1240水平。1290中段水量过大时,则有一部分流到竖井井筒内。井底排水泵被淹后,井底的水逐渐上升至1240水平。1240水平的水流入水仓内被水泵排除。2.2直接渗透严重的表土流失2.2.1充填物与混凝土巷道1240及1290中段有数十个大小不等的溶洞连通第四纪表土层,有几个长年出水,有的在雨季才冒水,有的溶洞充填物正在冒落,充填物落空后就变成流水管道。1290中段南翼运输巷中的4～11号溶洞带,给基建施工带来了很大麻烦。施工时共处理溶洞充填物4184m3,充填物主要是泥夹石。因含水量较大,处理相当困难,处理时间长达9个月。通过该溶洞带时采用了加厚钢筋混凝土支护,消耗钢材1482kg,木材.3,木插条根。现仍可见钢筋混凝土巷道施工时受压力作用造成的裂痕。该溶洞挖出充填物很多,松动范围估计已波及到地表层。1240水仓斜坡道混凝土巷道因溶洞水的压力作用出现了开裂、崩壳破坏。1240水仓绞车硐室有一溶洞出水压力很大,用木塞都封堵不住。基建施工混凝土巷道时采用胶管引水出壁。1997年5月发现引水胶管被块石堵死,溶洞水进入混凝土巷道拱壁造成21m混凝土巷道裂缝、崩壳,最大裂缝宽3cm,水从裂缝中流出。将引水胶管疏通后,水又全部从胶管中流出。雨季时,通过溶洞流进巷道的水量明显增大,水质变浑,说明溶洞与地表水连通性较好。2.2.2时冒顶、出水1290中段南翼回风联络道穿过了F25大断层破碎带,穿过破碎带时冒顶、出水,给基建施工带来很大困难。在F25断层位置,1290中段平巷离地表较近,施工中挖出方量较大,松动范围已波及地表,因此渗透性较好。地表水渗透入破碎带后以巷道拱壁为出水口流入巷道内。2.2.3崩落凹陷滑动带林歹铝矿采用的是崩落法采矿,上下盘围岩自然崩落充填采空区。矿体为°左右的急倾斜矿体。由于坑内采场离地表较近,1号平峒采场顶部就是8号露天采空区底部,故围岩崩落后在地表逐渐形成塌陷或松动带。塌陷松动带内的雨水直接渗入采场。其中一部分水从放矿漏斗直接下到装矿平巷。一部分水经脉外天井联络道流到脉外天井,从脉外天井进入中段平巷。1996年7月2日淹井,1290中段南翼1号脉外天井就是主要进水通道。事后在其井底残留着大量泥砂。泥砂在巷道中堆积厚度30～60cm。可以断定1号脉外天井是此次淹井流入泥砂和雨水的主要通道。为分析降雨量对井下涌水量的影响,现引入崩落塌陷松动带渗水量计算公式。崩落塌陷松动带因面积大,故是雨水渗入矿坑的主要通道。暴雨通过崩落塌陷松动带的渗水量可用下列公式计算:崩落带面积F=(L+2hctgα)×(b+2hctgα)(1)式中h———地面平均标高至开采中段的高度,m;式中K———渗入系数,根据经验数据结合林歹地区地形植被,覆盖层等确定为0.7;F———崩落带面积,m2。2.3矿井涌水量分析暴雨猛,时间长,形成山洪水,大量雨水渗入井下巷道,井下涌水量成暴发性增加,而排水设备能力有限,涌水量大大超过排水能力,具备了淹井的客观条件。林歹铝矿因基建施工竖井1190中段马头门时发生突水淹井,治水后经探明竖井下面还有大溶洞,无法再延伸,经上级批准,设计一期开采深度到1240中段。排水系统设置了三台D155-30X4型水泵(流量155m3/h,扬程H=120m),泵房内预留了1台泵的安装位置,1240水平设储水仓两个,容积共1200m3。3台水泵设计上安排是,平常1台水泵工作,1台备用,1台检修。设备的最大排水量见表1。由表1可知,排水设备能力是有限的,只要矿坑总涌水量超过了当时可开动设备的排水能力,就将发生设备淹没事故。1996年7月2日淹井事故就是实证。根据二矿调度室从清镇气象站了解的信息利用公式(1)、(2)来计算1996年7月2日林歹井下的暴雨渗入量。对比暴雨渗入量与设备排水能力,可知设备能力的有限性。据清镇气象站通报的信息,7月1～3日的总降雨量为334.3mm,7月2日雨量最大,降雨量为A=224mm。采空区崩落角为70°,当时采空区长度约为500m,采空区底部宽度约为5.5m,地面平均标高约为1370m,开采最低标高1290m,高差h=80m。将有关数据代入公式(1)、(2)分别计算出崩落带面积F=35582m2,暴雨渗入量Q=5579m3/d。根据水文地质条件计算出1290中段的矿坑最大涌水量为2318m3/d(不含暴雨通过采空区崩落带、破碎带渗入量)。7月2日林歹井下的总水量Q总等于暴雨渗入量加矿坑最大涌水量,即平均每小时的涌水量为329m3,当时开动了2台泵,其排水量为310m3/h,显然平均涌水量已经大于排水能力。实际当天降雨量不是均衡的,上午稍小,下午雨量增大,到晚上8点多钟,矿区东面聚积的雨水成洪水流入矿区,1号和2号平峒口之间地带积水深0.5m左右,1号、2号平峒进水,竖井井筒也进水,井下水量猛增,井下涌水量大大超过2台泵的排水能力231m3/h,1240泵房很快被淹。排水设备被淹没后,矿坑水只进不出,几个小时后就淹到1290中段。7月3日早上七点多钟,矿坑水从1290斜井口(标高1307水平)泄流,整个井下被淹。显然,矿坑涌水量受降雨量和雨量集中程度影响非常大。若降雨量很大,又比较集中,则矿坑涌水量具有暴发性。排水设备吃不消,加之主观上处理措施不力,则淹井事故必然要发生。3运输平巷排水措施林歹铝矿暴雨淹井的防治应坚持“堵防结合、以防为主”的方针。“堵”就是尽可能地治理、堵塞地表雨水、泥砂渗入井巷的通道。首先,应治理崩落塌陷、松动区内东面积雨流经的冲沟。可采用回填泥土并夯实,然后设置大混凝土涵管,将雨水引流出塌陷、松动带;或砌毛石水沟,沟内用混凝土砂浆抹面,防止雨水流过塌陷松动带时渗漏。经常观察水沟是否开裂渗水,若出现开裂要及时修补。其次,封堵已开采完不再使用的1号、2号平峒南北峒口,防止雨水涌入。这两个平峒口都是进水的大通道,非堵不可。第三,封堵1290中段平巷内现仍在冒落泥砂的大小溶洞。这些冒落泥砂的溶洞若不及时封堵,待溶洞中的泥砂冒落完后,溶洞就变成了地表雨水进入井巷的流通管道。第四,封堵1290中段已不再使用的脉外天井,特别是南翼的1号、2号脉外天井非堵不可。“防”就是制定预防措施和应急方案,防止出现大的灾害损失。若出现大暴雨,井下水量大于设备排水能力,则按照如下应急方案行事,可以避免发生淹井事故。第一,在竖井井口附近堆存细砂,并准备一定数量的袋子。若竖井口工业场地积水较多时,赶紧组织人装砂袋围护井口,防止雨水大量从井口流入竖井内。第二,井下涌水量大于坑内设备排水能力时,及时关小1240中段两个水仓的出水闸阀,让水仓出水量小于当时可运行设备的排水能力,同时关闭水泵房的防水门,防止水泵房内进水。关小水仓出水闸阀和水泵房的防水门是应急保护水泵房的两项重要工作,缺一不可。1996年7月2日井下涌水量大时,若生产单位有人知道吸水槽内有两个水仓出水闸阀及其作用,在关闭防水门的同时,及时关小闸阀,水泵房就不会被淹,淹井事故就不会发生。第三,井下涌水出现紧急情况时,变1290或1240中段巷道为临时储水仓蓄水,缓冲1240中段水仓的压力。1290中段运输平巷总长1100m,净空间13000m3,10倍于水仓容积。充分利用中段巷道作临时蓄水仓,能够解决突发性涌水问题。开采1290中段采场,1240中段未形成时,可在1290中段车场三角交岔点附近适当位置储备应急砂袋。在1240中段水泵房防水门关闭,水仓出水闸阀关小后,1240中段巷道内水位上升较快时,应封堵1290中段南北运输巷和装矿巷道,用其作临时水仓蓄水,缓冲、调节流到1240水仓的水量,能有效防止水泵房被淹。开采水平下降到1240中段时,则完全可以利用防水门和水仓出水闸阀来保护水泵房不被水淹,保证水泵正常工作,逐渐排出坑内水。若1240中段操作平台电器设备较多,同样可采取变巷道为临时水仓的办法来保护操作平台的电器设备不被水淹,使损失减少到最小。4特殊巷道的排水措施防治暴雨淹井最彻底的办法是改崩落法采矿为充填法采矿,避免出现崩落塌陷、松动带。否则,开采1240水平以下的矿体,崩落范围增大,暴雨淹井的问题更为突出。但改变采矿方法要与技术可行性、经济合理性结合起来考虑,目前不是首选方案。熟悉井下生产系统,防范于未然