矿井重大水害预警与救援探讨

巩文斌（冀中能源峰峰集团有限公司，河北`邯郸`056500）

矿井重大水害预警与救援探讨

巩文斌
（冀中能源峰峰集团有限公司，河北`邯郸`056500）

分析我国煤矿重大水灾的预测预警现状，提出了解决方案。

重大水灾；预测预警；动态检测；快速恢复

一、我国矿井水害现状

我国煤矿的水文地质条件相对复杂，采掘活动受到各种水害威胁，水灾事故频繁发生。水灾是我国煤矿的第二大杀手，水灾所造成的经济损失高于煤矿其他自然灾害。

由于矿井突水事故频繁，淹井事故严重，造成了巨大的经济损失。因此，我国的科学工作者开展了广泛的科学研究和现场测试工作，对煤矿底板突水有了较深入的认识，取得了大量研究成果，为矿井安全生产作出了巨大贡献。

20世纪80年代后，由煤炭科学研究总院西安分院、重庆分院、唐山分院、北京开采所、山东矿业学院等单位先后进行了“华北型煤田奥灰岩溶水综合防治工业性试验”国家大型工业性试验项目。在开滦、邯郸、焦作、渭北等地广泛开展了奥灰水文地质条件调查、水文地质试验、采矿对底板破坏的现场观测等工作。在理论研究的同时，我国也重视水害防治的探测技术研究。“七五”期间，煤科总院、西安分院、重庆分院、唐山分院、中国矿业大学、山东科技大学等单位先后引进、研制出多种物探仪器，如EM－1型磁偶源频测仪、DYSD－1型槽波数字地震仪、矿井地质雷达、水位遥测仪、声波测深仪、瞬变电磁探测仪、EH4连续电导率剖面仪等。近年来，我国在矿井物探仪器试验研制和数据处理智能软件开发等方面取得了重大进展。

二、解决方案

首先，进行井下工作面围岩含水探测和监测。其次，当发生水灾时，对突水的水量水位、流速水质、夹杂物和分布的适时检测监控；进行出水量动态检测和预警。第三，早期注浆加固、陷落柱等通道，巷道封堵、地区隔离应对措施。第四，抢险排水追水快速恢复。

1.系统构架

系统构架：井下探水动态监测预警系统；巷道突水水力检测和视频监视系统；动力配电防水耐压系统；井下设备和人员无限定位及调度系统；排水设备状态监控系统；抢险排水追水快速恢复系统。

2.水灾探测、预警

（1）井下水灾探测、预警及即时判断

煤矿突水的影响因素主要有4个：含水层岩溶发育程度（KT）、水压（WP）、隔水层厚度（T）和断裂构造的复杂程度（DF）。煤矿突水水量Q=f（KT，WP，T，DF）。应用于在煤矿底板突水等地质灾害预测中，通过遥感、瞬变电磁仪等技术，在井下巷道内建立采掘面周围岩层，瞬变电磁场呈全空间分布。瞬变电磁仪发射机通过加大发射功率增强二次场，从而增加勘探深度，接收系统通过多次脉冲激发，重复测量叠加和空间域多次覆盖技术提高信噪比，从而应用于井下顶、底板和超前探测，实现对煤矿井下顶、底板和超前探测，构造含水采空区及废弃的充水小煤窑突水水源勘查，煤层底板岩溶含水层、岩溶陷落柱及岩溶塌落洞勘查；掘进过程中隐伏导水构造勘查；回采过程中遇到工作面内部隐伏的点状导水构造（陷落柱、封闭不良钻孔等）勘查；顶底板采矿扰动诱发的导水破裂带导通勘查。

（2）突水水流检测和视频监视

常用的坑道突水的工程防治措施，基本上分为地面和地下两类针对性设施和手段，包括排水疏干、工程与水源之间保留防水矿柱、修建水闸墙、门、灌注水泥浆、堵塞可能的渗透途径和通道等。目的是尽可能地保持固有地质体及其水文地质的平衡状态，强化抗突能力，削弱突水条件。同时在主要巷道和水舱布置探测水流参数的仪器和传感器等，采取应急预防措施，一旦发生突水时，对水流深度、水压、流量、流速、温度、水质、夹杂物等参数进行探测，以及视频信号远程显示，为地面控制和指挥中心提供在线监测井下各工作面、各水平、主要巷道的水情变化，为指挥准确判断出水位置和决策提供技术支持。

（3）井下设备和人员无线定位功能以及通信调度

在抢险时，井下设备和入井人员无线定位，调度通信系统也是重要环节，系统具有人员监测、管理功能。建立与地面现代公众无线通信技术平台并网，提高井下无线通信装备的技术水平，使井下无线通信装备能同步于地面现代无线通信技术。以上井下硬件和通信网络需要适用于井下突水时工作环境状况，并能在浸水和巷道排水退水后迅速恢复通信功能。

（4）电力配电防水耐水压

现代化的矿井生产的每一个环节均离不开机电设备，井下的主要动力依靠地面提供的动力配电，因此，提高井下抗水灾能力，有赖于对井下排水的动力电缆和电控系统进行防水处理和实现潜水、耐水压供电。该项技术措施的建立和完善，对受水患威胁的大水矿井尤其重要。

（5）主排水设备状态信息监控功能和故障诊断功能，远程控制运行

对排水设备的状态进行监测。排水设备在运行过程中会出现磨损、振动、噪声、温升、润滑介质失效损失，电机的电流、电压、温度、绝缘等参数变化情况，以及管路的水流压力、流量，水质和携带杂质等参数的监测，各运行状态数据通过各型传感器采集后，通过GPRS无线传输到远程监测管理平台进行数据分析处理，实现在线的设备状态监测。

对电器、机械部分故障特性进行详细的分类汇总，故障诊断系统数据库服务器对各项采集数据实时工况进行分析、处理，以便更为全面的掌握设备运行参数，向运维人员提出故障情况及处理决策意见，并通过显示器显示出来，相关数据也可同时通过环网或是无线网络发送至相关人员处，以方便运维人员及时掌握故障数据和处理策略。

（6）主排水设备快速抢险排水复产

矿用离心水泵两栖运行，便于大水矿井形成连续排水能力，一旦发生透水，在泵房进水或被淹的情况下，避免主排水系统崩溃，丧失排水能力，延缓或避免淹井事故。通过对矿井主排水系统潜水技术改造，可有效避免水患带来的严重安全隐患和损失，减少因出水造成的停产甚至淹面或淹井，为稳产高产做好坚实的技术支撑。

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（2015-05-21）