煤矿水害事故的危害及对策

煤矿水害事故的危害及对策

在许多采矿工程中，最大的问题是安全。煤炭的安全一直受到世界各国的关注。煤矿生产过程中常会发生的灾害有:水、火、瓦斯、煤尘、顶板等,其中瓦斯事故和水害事故对社会影响最大。矿井水害是煤矿五大灾害之一,是与瓦斯、顶板等灾害并列为矿山建设与矿山生产的主要安全问题,是仅次于瓦斯爆炸的重大灾害。在煤矿重特大事故中,水害事故在死亡人数上,仅次于瓦斯事故居第2位,在发生事故次数上,仅次于瓦斯和顶板事故之后居第3位。若从经济损失方面而言,矿井水害造成的经济损失是最高的。而矿井突水引发的灾害在所发生矿井水害事故中,无论是死亡人数还是经济损失,所造成的危害都是最大的。因此,煤矿水害首当其冲应列为煤矿安全防范的重点。1矿井水害事件处理现状煤矿水害事故的危害性在于:所造成的一次死亡人数多,抢险救援难度大,救援所需时间长,且社会影响大,给人民生命安全带来巨大的威胁,给国家财产带来巨大的经济损失。例如:2010年3月28日,山西华晋焦煤王家岭煤矿发生一起特大透水事故,初步判断为小窑老空水,事故造成153人被困。经全力抢险,115人获救,另有38名矿工遇难。又如:2005年8月7日,广东兴宁市大兴煤矿发生一起特大透水事故,在抢险救援工作进入第23天后,如按拟定方案继续强排水,存在着极大的安全隐患。为防止次生事故的发生,于8月29日终止抢险救援工作,井下123名被困矿工最终罹难。近年来全国发生了多起特别重大煤矿水害事故(见表1)。产生水害事故的直接原因是煤层地质条件的复杂性和水文地质及地下水的复杂性。从统计数据来看,虽然近年来全国煤矿水害事故不断,但由于加强了预防和治理,从2005年后发生水害事故的次数和死亡人数都呈现出逐年下降的趋势。说明只要充分认识和重视煤矿水害的危害性,并采取措施加以防治,是可以把灾害降到最低程度。2煤矿水灾2.1透水事故的概念矿井在建设和生产过程中,由于防治水的措施不到位而导致地表水或地下水通过裂隙、断层、塌陷区等各种通道无控制地涌入矿井工作面,造成作业人员伤亡或矿井财产设备损失的水害事故,通常称之为透水事故。2.2矿井充水水源及充水通道矿井水害的形成和发生与自然地质条件有着紧密联系,特别是与水文地质赋存状况关系密切,是在特定的环境和条件下才发生的,即要有充水水源、充水途径以及足够的充水强度。(1)矿井充水水源包括地表水、地下水、大气降水和老空积水。水害事故透水水源主要是采空区水,此类水害事故多发生在乡镇小煤矿、基建煤矿、改制煤矿,大多数水害事故发生在掘进工作面。(2)矿井充水途径是连通充水水源与矿井的流水通道,它是矿井充水因素中最关键,也是最难准确认定的因素。(3)矿井充水水量是设计确定矿井防排水系统的重要依据,包括矿井正常涌水量、矿井最大涌水量和矿井灾害涌水量。2.3矿山水灾类型2.3.1含水层的水害由地下水造成矿井水害。地下水主要有地下含水层水、溶洞水、断层水、老采空区水等。(1)当采掘工程中直接揭露含水层时,含水层就直接进入矿井形成水害。(2)当采掘工程揭露导通含水层的导水构造时,含水层的水通过导水构造进入矿井造成水害。(3)当含水层水的压力足够大时,会破坏含水层与矿井之间的隔水层致使含水层水进入矿井造成水害。(4)已采掘过的老采空区常积存有大量积水,当防水煤岩柱留设不足或防水煤岩柱被破坏后会形成老采空区水透水水害。2.3.2地下水水害机理由地表水引发的水害。如果矿井附近有江河、湖泊、池塘、水库、沟渠等积水体,遇到相对集中的强降雨时,往往会造成水位暴涨,当水位超过矿井井口标高或流经导通矿井的导水裂隙、断层、塌陷区时,地表水会通过井筒或导水构造渗入井下造成矿井水害,而由雨季引发的地表水水害也较多。2.3.3透水水源分析灾难性透水主要源于点状隐伏导水陷落柱或线状断裂裂隙带诱发的底板高压水、透入废弃关闭的小煤矿而导通老空水及地表水溃入。据有关部门统计,近年来全国煤矿重特大水害事故的透水水源约85%~90%是小窑老空水。小窑老空水的主要特点是:积水量多、水体压力大,一旦掘透水势凶猛且破坏性强,常带来灾难性的透水事故。2.3.4老窑分布及保水水质中国煤矿开采历史悠久,许多矿区浅部都有废弃的采空区及小煤窑,这些废弃的采空区及小煤窑积水后便形成了老采空区水,老采空区水对煤矿安全生产威胁很大。老采空区水大多数没有详细的图纸资料,难以摸清老窑分布及积水情况。由于老采空区水赋存状况及分布规律极难掌握,且水体大小无法计算,还具有分散、孤立和隐蔽的特点,一旦发生突水现象,水体中常带有煤块、岩块和砂粒、并伴有有害气体逸出,这些都给老采空区水的防治带来很大的困难。因此,在防治水害中要把防治老采空区水列为重中之重。3煤矿水灾防洪技术3.1合理设置防水煤岩柱宽度,使各采高和确定合理的采煤面在开拓方式设计时应考虑在积水区和采煤区之间,预留一定宽度和一定厚度的防水煤岩柱。防水煤岩柱在防止突水事故方面能起到两个积极的作用:一是防止作用,通过煤岩柱的隔水性能防止积水涌入工作面和采空区。二是隔离作用,将积水区与正在开掘的巷道或在开采的采煤面隔离开来。留设防水煤岩柱的大小,既要考虑安全又要经济合理。根据现场经验对于厚度在3.5m以下、倾角在30°以下的煤层,防水煤岩柱留设应大于20m以上,对于在地下水体下或强含水层下采矿时,防水煤岩柱要大于导水裂隙带的高度即至少要等于导水层裂隙带的高度加5~30m的保护层。对于煤层侧方直接与含水层接触时,可根据斯列夫公式确定防水煤岩柱的宽度。即:式中:a——煤岩柱宽度,m;L——煤层采高,m;Kp——煤岩层抗张强度,kg/cm3;P——作用于矿柱的静水压,kg/cm3。3.2超前探水面超前探放水就是在采掘过程中对可能隐藏水患的地段,超前进行钻孔探水和放水,探明采掘工作面的前方和侧帮以及顶、底板四周的水情并及时处理。当采掘工作面发现有出汗、淋水、巷道变形、异味、声响等现象,都应该实施超前探放水。探放水钻孔的位置,可布置在采掘工作面接近强含水层、断层带或老空积水区,在靠近可能存在着流沙层、充满泥沙的大溶洞以及有突水、突泥征兆的地方也应进行探放水。超前做好探放水工程设计、编制探放水作业计划,并制定防止瓦斯和其它有害气体危害的安全措施。3.3井底车场、水泵室、中央变带防水闸门和防水闸墙是用来防止井下突发水害事故时,涌水进入矿井淹没井下重要硐室和设施,如井底车场、水泵房、中央变电所等。密封性能良好的防水闸门和防水闸墙,能有效地将涌水区和保护区隔离开来。因此,应在可能发生突水的采区巷道进出口处或井下重要设施的硐室通道处修建防水闸门,在局部有突水威胁的采掘工作面修建防水闸墙,将涌水堵截在现场范围内,避免波及全矿。3.4化学浆含水层注浆堵水防治水技术是一种行之有效的方法,用一定压力和浓度的浆液(如水浆、化学浆等)通过钻孔注入含水层的空隙或通道中,使其扩散、凝固,起到疏导地下水作用。注浆堵水可以地面(井上)注浆堵水和井下注浆堵水相结合,以达到注浆堵水的高效、快速、低成本、高质量、不影响正常生产等效果。3.5地下水开采带地层顺序和井巷布置在充分分析矿井地质、水文地质条件的基础上,合理选择开采方式,能有效地防止和减少地下水进入矿井,这是一种积极地防治水措施。在设计采掘方案时,煤层开采顺序和井巷布置应从水文地质条件简单的地区开始。在强含水层或地表水下采煤时,应先开采深部,后采浅部;而在高压含水层之上采煤时,应先采浅部,后开采深部;对于处于同一水文地质单元的煤层群,应该多矿井联合开采,整体疏干;为减少顶部的破坏,在强含水层或地表水下采煤时,应尽量采用房柱法或充填法,避免采用大跨度的崩落法。3.6在旧矿区的水保护技术3.6.1采空区水体的完善(1)空间位置:一般都很隐蔽,形状也无规则,深度和层位不一大小各异,既有连成一片,较易探明的较大积水区,也有深入腹地孤立存在,很难用钻探查找的较小积水区。(2)水体形式:常积存于生产水平及开拓水平以上,虽然水量不很大但水体集中。一旦揭露即以管压形式突然喷出来势凶猛,具有强大的冲击力和破坏力危害极大。(3)水体的补给:有的可以得到大气降水的补给,并以泉的形式排泄;有的相邻采空区中的水可能相互连通,水量较多;有的没有补给水源就那一坑水。(4)进入方式:老采空区水除了突然溃入矿井外,在采掘工作面接近老采空区时,老采空区水也会以淋水、渗水、滴水等方式进入采掘工作面。(5)含有酸性:由于老采空区中煤层及顶底板岩层中黄铁矿的氧化作用,老采空区水是含有酸性的强腐蚀性水,对矿山设备破坏很大。这些水质特征可以作为突水后判断水源的一个重要标志。3.6.2探小注重放水针对老采空区水的特征:(1)做好老采空区水的调查,编制老采空区水空间分布和积水规模图,划分危险区,计算积水量和硐口出水量,查清老采空区的水源联系。(2)以钻探的手段探明老采空区水的分布及积水状况,再利用钻探孔进行放水以释放老采空区水体的强大压力。(3)要做到三坚持:即坚持“预防为主,防治结合”的基本方针,坚持“预测预报,有疑必探,先探后掘,先治后采”的防治水原则,坚持实施“防、堵、疏、排、截”综合防治水的技术措施。(4)在生产和掘进中切实做好各项防治水的工作,一旦接近老采空区,即先进行探放水工作,防止因探放水工作不到位而使老空水溃入工作面造成事故。(5)探放水工作必须结合井下实际情况,做到积极探放、先隔离后探放、先降压后探放、先堵截后探放。4加强综合治理措施(1)由于各地各矿水文地质条件不一,