深部矿井奧灰水害“七位一体”防治体系研究

2016-02-05李冲

中国煤炭 2016年3期

关键词：主动防御

李冲

(冀中能源峰峰集团有限公司科技发展部,河北省邯郸市,056107)

深部矿井奧灰水害“七位一体”防治体系研究

李冲

(冀中能源峰峰集团有限公司科技发展部,河北省邯郸市,056107)

摘要通过对峰峰集团深部矿井奥灰岩溶水的危险性进行分析,构建了一套适用于深部矿井的奧灰水害“七位一体”防治体系,主要包括制度建设、机构设立、基础保障、方向指引、分区隔离、超前治理、采前评价七个模块,对奧灰水害的防治由被动治理转变为主动防御。通过在峰峰集团推广实施后,有效遏制了奧灰水害事故的发生,取得了很好的效果,确保了生产安全。

关键词深部矿井奧灰水害主动防御七位一体防治体系

Study on the prevention and control system of＂seven module integrated＂for Ordovician limestone water damage of deep coal mine

Li Chong
(Department of Science& Technology Development,Fengfeng Group Co.,Ltd.,of Jizhong Energy Group,Handan,Hebei 056107,China)

Abstract By analyzing the hazard of water flushing from Ordovician limestone in deep coal mine of Fengfeng group,the prevention and control system of＂seven module integrated＂,which included system construction,institution establishment,base safeguard,direction,partition,advanced management and evaluation before mining,applying to Ordovician limestone water damage of deep coal was built and made the prevention and control of Ordovician limestone water damage from the passive control to proactive prevention.The popularization and implementation of this system in Fengfeng group show that this system effectively suppresses the happening of Ordovician limestone water damage,achieves good effect and ensures production safety.

Key words deep coal mine,Ordovician limestone water damage,proactive prevention,＂seven module integrated＂prevention and control system

峰峰矿区属于我国华北岩溶型大水矿区,承受着多种水害的威胁,突水因素多且复杂,尤其受底板奧灰水害的威胁程度极其严重,近10年来,峰峰矿区的牛儿庄、九龙、黄沙和梧桐庄矿多次发生过特大奥灰突水灾害,造成了巨大的经济损失.随着矿井开采深度逐渐加大,在大地压和高水压的联合作用下,奧灰突水的几率大大增加,矿井面临的奧灰水害问题更加严重.目前峰峰矿区各矿井基本处于煤田的深部,开采深度在800 m左右,开采煤层底板承受奥灰水压高达8.0～10.0 MPa,传统的奧灰水害防治体系已经不再适应目前采深大、水文地质条件更加复杂的开采环境,探讨总结一套适合深部矿井复杂条件下的奧灰水害防治体系显得尤为必要,且具有十分积极的现实意义.

1　深部矿井奧灰岩溶含水层危险性分析

奥灰岩溶含水层一般厚度大,裂隙发育,富水性极强,是威胁和制约深部矿井安全开采的主要水源,煤层底板赋存的隐伏导水构造(断层、陷落柱等)为奧灰岩溶水向上导升提供了便利通道,不仅使得奥灰岩溶水向上突出直接威胁煤层的开采,还会使得奥灰岩溶水对上部的薄层灰岩含水层进行补给形成水力联系,使得底板水害威胁复杂多样.

矿井的采深大,将会使得煤层围岩具有较高的原岩应力环境,且煤层底板隔水层承受的水压值也很大.一旦煤层开采,原岩应力场重新分布,在高地压和高水压的联合作用下,将会破坏煤层底板导水构造的原始闭合状态,使得导水构造二次发育,也使原来不导水或微导水的构造导水能力增强.

深部矿井虽然奥灰含水层裂隙发育较差,但仍会发育陷落柱,这类陷落柱往往具有隐伏性强(发育层位低、规模较小)、导水性强等特点,给超前探测工作带来极大困难,这类隐伏的陷落柱极有可能会形成奧灰突水通道,严重威胁煤层的安全开采.

综上所述,大采深矿井的奥灰岩溶含水层厚度大、富水性强、承压水头高是造成矿井突水的主要水源,煤层底板发育的隐伏断层、陷落柱等构造具有超前探测难、准确性不高的特点,当生产揭露或接近时,在高地压和高水压联合作用下,易发生奧灰突水事故.

2　大采深矿井奧灰水害“七位一体”防治体系

通过分析峰峰集团近年来的奧灰水害事故,对传统的防治水管理体系不断创新提升,对奧灰水害的防治由被动治理转变为主动防御,构建了一套奧灰水害“七位一体”防治体系,主要包括制度建设、机构设立、基础保障、方向指引、分区隔离、超前治理、采前评价7个模块.

2.1制度建设

防治水工作实施过程中,由于不同技术人员对同一问题理解不同,往往会有不同的处理方法,同样也会造成不同的结果.因此,防治水工作的标准、制度的制订与完善对各项防治水工程的顺利开展起到了有章可循的作用.通过一系列管理标准、制度的制定,形成一个完善的防治水管理制度体系,确保防治水工作有标准、有规范、有保障地开展.

2.2专业机构设立

专门成立以矿长为组长、总工程师为副组长的防治水工作领导小组,矿长为矿井防治水工作第一责任人,总工程师负责防治水技术管理工作,小组各成员负责分管范围内的防治水工作的具体落实.矿井设立了专门防治水机构(科、中心),负责日常防治水技术管理工作,其下设专门的探放水队伍和物探小组,负责探放水工作的落实.按规定配备专业的防治水技术人员及各类防探水设备,满足安全生产要求.

2.3基础保障

任何工作开展前必须具备一定的基础保障,防治水工作开展同样需要提前建设基础保障工程,主要包括矿井排水系统、矿井涌水量及主要含水层动态监测预警系统、出水水源快速判别系统以及地面注浆系统等.

2.4技术方向指引体系

《煤矿防治水规定》作为矿井防治水工作的标准具有高度概括性和时效性,缺乏对矿井具体问题的针对性,因此各矿要针对自身防治水工作的特点编制一套适合实际工作矿井防治水技术路线,为矿井的防治水技术工作明确了方向,具有更强可操作性和针对性.

2.5矿井分区隔离工程

峰峰集团历史上曾发生多次突水淹井事故,造成了重大的经济损失,对社会产生了严重的不良影响.如何有效防止各类水害事故的发生,或者是突水事故发生后如何有效的控制、减小灾害范围,将损失降到最低是目前矿井防治水工作的一项重要课题.根据煤矿防治水规定第67条规定,有水威胁地区应在其附近设置防水闸门.这是分区隔离工程的一种方式,还包括防水闸墙工程,主要是指在新矿井或新采区两个水平之间的联络大巷中选取一个地方构建防水闸门或水闸墙,如果下部水平发生水害事故可以关闭水闸门或水闸墙,避免上部水平受到水害影响.这项工程的实施需要根据现场情况选取,条件必须是岩巷,且必须能隔断上下水平的联系,满足该条件才能实施分区隔离工程.分区隔离工程主要作用有两点:一是可以将突水控制在一定区域内,不影响其他区域的安全;另一方面通过施工隔离工程形成静水环境,阻止了出水量继续增大,有利于快速治理封堵出水点.通过矿井分区隔离工程的实施,为水文地质条件复杂区域的开采打下一道坚实的防线.

2.6超前治理

超前治理工程是矿井防治水工作的重中之重,是防治水工作变被动为主动的核心,主要包括地面区域超前治理、井下注浆加固.

(1)地面区域超前治理.矿井煤层开采最主要水害威胁来自奥陶系灰岩岩溶裂隙强含水层,根据煤层开采条件和以往的突水灾害情况,在奥灰水水源、垂向通道和矿山压力的共同作用下,开采深部煤层时存在底板奥灰水突水的风险,且在井下进行防治水工作存在难度大、安全性低的问题.峰峰集团利用地面水平钻井技术开展地面区域超前治理工作,对煤层底板隔水层的裂隙进行探查并进行注浆加固补强,切断导水通道,增强隔水性能,达到奧灰水害的防治目的.利用地面水平钻井技术对奧灰水害的防治将会是今后煤矿防治水工作的一个主要发展方向,该项工作的开展是对奥灰含水层顶部及上覆岩层导含水通道和裂隙进行探查并注浆封堵,从突水源头上进行治理,减小突水几率.

(2)井下注浆加固.当采掘工作面底板不完整,存在陷落柱、导水断层、导水裂隙等导水构造,采掘后易发生底板奧灰突水时,要进行工作面底板注浆加固;凡回采标高低于－600 m,水文地质条件复杂以上的矿井,工作面回采前未进行地面区域治理工作的必须进行底板注浆加固.

2.7采前评价

工作面回采前经过一系列防治水工作后,进行采前工作面综合物探工作.若存在水文异常区须进行钻探验证并采取相应处理措施,待工作面的水害隐患完全消除后,编制《工作面专门水文地质情况报告》报上级单位进行会审评价,满足相关规定要求后,方可批复进行回采,否则不许回采.

3　奧灰水害“七位一体”防治体系的应用

奧灰水害“七位一体”防治体系通过相关防治水技术人员的讨论与修改完善,并运用于峰峰集团各生产矿井.目前峰峰集团及所属矿井根据《煤矿安全规程》、《煤矿防治水规定》等相关规定要求,全部建立了公司、矿井两级水害防治岗位责任制、水害防治技术管理制度、水害预测预报制度和水害隐患排查制度等防治水工作相关管理制度,并成立专门的防治水机构进行防治水工作的管理,明确了防治水工作的责任主体及管理职责,通过这些制度及机构的建立与完善,有力地保证了各项防治水工程的顺利开展.为防治水工作提供了制度保障,提升了管理水平,提高了防治水工作质量.

峰峰集团所属矿井均建立有排水系统,满足矿井涌水量的排出工作,本着“大系统、抗大灾”的原则,梧桐庄矿、九龙矿、羊东矿、辛安矿、万年矿、大力公司、牛儿庄公司、大社矿、孙庄采矿公司、通顺公司等矿井增建了矿井潜水泵排水系统,增大了矿井的抗灾排水能力.集团公司结合各矿井构建了覆盖全矿区的含水层动态监测预警系统、出水水源快速判别系统,用以指导矿井防治水工作.

鉴于集团公司大部分矿井水文地质条件较复杂,或矿井部分地区水文地质条件极其复杂,为防止一旦发生水害将水害影响控制在最小范围之内,集团公司对矿井水文地质条件复杂的梧桐庄矿、羊东矿、九龙矿、辛安矿和新屯矿在具备隔离条件的地区实行了分区隔离开采.

集团公司结合开采深度,对梧桐庄矿、羊东矿、九龙矿、辛安矿进行了地面区域超前治理工作,满足了防治水工作要求,缓解了矿井生产接替的紧张局面,降低了井下钻探的安全风险.暂不具备条件的矿井严格执行新区逢掘必钻的原则进行防治水超前治理工作,包括井下超前钻探、注浆加固工作和采空区水的超前探放工作,消除一切水害隐患,切断奧灰水的突水通道,防奧灰水害于未然.

经过以上一系列的防治水工作后,所有工作面回采前还需采用至少两种方法进行综合物探工作,验证水文异常是否完全消除,否则重新对异常区进行钻探验证及注浆处理,至水害隐患完全消除,编制相关采前资料报集团公司进行评价是否满足开采要求.

峰峰集团通过实施该水害防治体系,层层把关,紧盯关键环节,采前消除一切水害隐患,避免了奧灰水害对矿井安全生产的影响,有效地保障了各矿安全、高效生产,极大提升了各矿的防治水管理水平.自2014年12月以来,实施该防治水体系的煤矿有效确保了全年工作面的安全开采,累计采出原煤近2000万t.