元宝湾煤矿防治水技术研究

安 帅，段晓平，叶海生

(1.中煤集团山西华昱能源有限公司，山西山阴 036900;2.华北科技学院，北京东燕郊 101601)

元宝湾煤矿防治水技术研究

安 帅1，段晓平2，叶海生2

(1.中煤集团山西华昱能源有限公司，山西山阴 036900;2.华北科技学院，北京东燕郊 101601)

通过对元宝湾煤矿老空水透水事故的研究分析，全面认识水害的类型，探讨事故发生的起因及老空水的防治措施。根据该矿的生产资料及日常管理办法，提出元宝湾煤矿在工程实际中的切实有效的水害防治方法，包括有:元宝湾矿制定的防治水基本方案、地面防排水措施、井下防治水措施等，对指导矿井安全生产具有重要意义。

元宝湾煤矿;水灾;安全;技术

0 引言

随着煤炭开采量的加大，煤炭资源开始向地表更深处延伸，同时为了减少资源浪费，对由于历史原因造成的小煤窑私挖滥采情况，各大矿业公司也进行资源整合，形成了整合矿井，多种灾害便不可避免地威胁着煤矿的安全生产。其中，水害在整合矿井中对煤矿的威胁尤为突出。基于矿井水害的普遍性与威胁性，必须全面的认识水害的类型与发生原因，从而为矿井水治理提供可靠的依据。针对不同的水害类型，应用对应的防治水措施方能达到治标治本，消除隐患的目的。

1 矿井防治水技术

矿井防治水的目的就是防止矿井水害事故发生，减少矿井正常涌水，降低煤炭生产成本，在保证矿井建设和生产的安全前提下使煤炭资源得到充分合理的回收。为达到上述目的，根据产生矿井水害的原因，采取不同的对策措施。为了防止治水工程零打碎敲，取不到良好效果，应在查明矿区和矿井水文地质条件的基础上，按照当前与长远、局部与整体、地面防治与井下防治、防治与利用相结合的原则，根据不同的水文地质条件，分别采取防、疏、堵、截的方法予以防治。根据安全评价理论，安全技术措施分为六个等级(如表1)，对于矿井水害的防治应该尽量从本质安全型措施入手，从源头上消除隐患，也可以不同等级的技术措施联合使用，深入保证安全生产。

表1 安全技术措施分类表

煤矿开采中遇到的水害问题因严重程度不同、治理难度不同，往往就需要进行不同等级防治措施。最安全的措施是消除隐患，在发现灾害源头时，应该通过疏排水等方法将灾害消除。在水害未探明或者已发现的情况下，灾害对开采产生的影响不大，可以通过预防的方法解决的，可以降低成本达到安全目标;通常情况下，开采遇到一些地下大型水源或者奥灰水等，彻底消除隐患不现实时，可以采取抽排放水的方法降低水害强度，使之减弱到矿井自排能力之下的，可以采取减弱的方法进行处理;防患井下水害的基本方法就是通过设置完善的防排水系统，适当的煤柱留设，提高员工安全意识，从基本矿井建设方面降低水害发生的可能性以及矿井自身的水害抵抗性能。

井下水害来势凶猛，俗有“水老虎”之称。在采掘过程中有可能掘透压力大又和固定水脉相沟通的含水层和水体，形成突然大量涌水。因此，通过以下几个方面的措施，以防止突水灾害的发生:

(1)做好矿井水文观测与水文地质工作

(2)井下探放水

(3)注浆堵水

(4)防水煤(岩)柱留设

其中本文主要是以老空水为例进行研究。老空水水害产生的主要原因是煤矿开采过程中，巷道或者工作面与积水区贯通，导致老空水进入工作面或者巷道，产生威胁。存在老空水的地区主要是废弃的巷道，由于地下水的补充形成的具有一定规模的水量，如果工作面在老空水积水附近推进时，会承受其很大的水压力，即使没有直接贯通，也会由于压力的作用而产生水害。老空水灾害特点主要包括三个方面:

(1)水体的范围、几何形状不规则，难判断;

(2)水体集中而压力大，难以预防;

(3)存在范围广，无论水源丰富与否都时有发生。

2 元宝湾煤矿案例分析

2.1 元宝湾煤矿水害原因分析

元宝湾煤业有限公司位于朔州市山阴县西北部马营乡，面积5.1591 km2，批准开采3号～11号煤层，开采深度由山1700 m至1340 m标高，生产规模90.00万t/a，属整合矿井。由于先前小煤窑的私挖滥采及整合后对技术资料的缺乏，导致水害成为该矿较大的灾害之一，而水害中又以老空积水为主。本论文以元宝湾为例，对矿井水害进行分析。

元宝湾矿2011年9月16日发生老空积水透水事故，11人遇难，直接损失960万元，究其原因有:

(1)在未详细查明井田老空区的情况下，没有针对9#煤层的探放水措施，6103回风顺槽掘进致9#煤层时老空高压水突破顺槽与钻场交汇处底板，冲淹巷道，造成人员伤亡;

(2)对整合矿井复杂的水文地质条件调查不全面、不深入，水害防范意识淡薄，在水文地质条件不清的情况下盲目施工建设，作业区域出现顶板淋水加大等异常现象后，未及时采取有效措施;

(3)《煤矿防治水规定》落实不到位，未严格执行《煤矿防治水规定》，短探钻孔少，布置不合理，对矿区范围过去小煤窑越层越界开采形成的9#煤层采空区积水情况调查不深入，在已编制的地质报告中作出“下部的9#、11#煤完整、未开采”的结论，对矿井建设防治水工作产生误导;

(4)勘探数据存在误差，地质报告显示:9#煤层上距6#煤层6.35～12.63 m，但事发后，根据透水点附近钻孔资料，6#与9#煤层间距5.3 m，比地质报告最小间距6.35 m少了1.05 m;未设计钻探6#煤底板的方案，钻探钻孔少，布置不合理，未对6#煤底板进行钻探。

2.2 元宝湾矿事故经验教训

经过9.16透水事故使元宝湾深刻认识到矿井水害防治的重要性，根据水文地质条件的调查分析可知元宝湾矿积水区分布特别多，而且多为老空积水，成片分布，互不联通，水文地质情况极为复杂，而地质资料不健全，已有资料及后续调查资料可信度差，加大该矿探放水力度以及细化防范措施是元宝湾矿以后生产中对水害防治的重要工作之一，要切实做好矿井防治水工作，必须针对性地采取方案。

2.2.1 元宝湾矿制定的防治水基本方案

(1)增加地质及防治水专业技术人员，及时补充防治水专业技术力量，能够使水文地质基础资料的收集、整理、分析系统化，采用科技手段查明井下积水情况及采空区范围。

(2)建立制度、加强水文地质预测预报和职工防治水培训工作，井下职工均要熟悉透水前的各种预兆，发现透水危害及时汇报并采取应急处理措施。

(3)坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”“物探先行、钻探跟进、长短探结合”的探放水原则。利用物探、长探、短探综合方法积极探查采掘区域内的构造及水患威胁。

(4)采用监测监控技术。在各煤层相邻积水区域中有代表性的根据煤层底板等高线找出最低点，在对应层煤的开拓巷道中施工钻孔并做观测站，适时监测水量、水压以及水质等因素变化情况，通过监测各参数变化值，能够更精确地确定积水量、积水区域的水量与降雨量的关系，同时，通过水质、水压值确定充水通道、充水水源等。通过抽水试验分析积水区、含水层之间的水力联系。判断受水害威胁区域水文地质动态变化情况。

(5)工作面在掘进过程中，施工队组需做到:

1)如果在施工过程中出现的顶板淋水影响正常生产时，必须停止掘进，待其自然卸压，确保安全后方可向前掘进。

2)如果在施工过程中发现巷道周围出现变潮甚至出现渗水现象时，施工队组必须立即向矿调度汇报，根据现场实际情况，有必要时必须撤出受水害威胁区域的所有人员，待其查明原因后方可向前掘进。

3)在掘进过程中施工队组必须保证排水系统的安装紧跟工作面，并保证设备完好。

4)在掘进过程中一旦意外揭露小型构造及陷落柱，必须停止掘进，汇报矿调度室，查明区内的水文地质情况后方可继续掘进。

5)所有工作人员必须学会避灾自救方法，熟悉避灾路线，每年进行不少于一次的应急演练。

2.2.2 元宝湾矿防治水措施

(1)地面防排水措施

1)主斜井井口修筑泄洪渠，并一直通往现煤场泄洪涵洞，一般情况下能够抵御水流冲刷。工业广场南部直通北部马营河在雨季前修筑好一条横贯工业广场的涵洞，能保证工业广场洪水及时排放。在暴雨时在各井口备有一定数量的编织挡水袋。

2)上漫沟风井口已经沿场地周边修筑泄洪渠，能够满足洪水及时排放。但在遇暴雨时必须采取措施防止冲坏主扇房、值班室和风井口的通风设施。

3)报废井口和钻孔及时填埋、封孔，防止向井下泄水。

4)生活及工业废水排放到远处的洪沟内，避免再渗入井下。

5)办公区和住宅区均在工业广场地势较高地点，每年春季必须对排水沟进行清理维护。

6)严禁将矸石、岩石和垃圾堆放到洪水可能冲刷到的地点。

7)作好天气预报的收看收听工作，降大雨和暴雨前能够提前预防。

8)雨季前保证“雨季三防”库房内准备足够的编制袋、铁锹、水泥等材料，便于防洪。并保证铲车和运输设备的完好，发水时能够及时出动。

9)雨季来临前要及时清理地面防洪沟渠，做好地面塌陷坑、裂隙等填埋工作，并用粘土夯实高出地表，防止洪水危害矿井。

10)每年3月份对地表裂缝重新进行调查，并组织人力、物力进行全面系统充填，确保雨季时矿井不受洪水威胁。

(2)井下水防治措施

地下水源是看不见的，由于元宝湾属于整合矿井，整合前的小煤矿私挖滥采造成的老空区是防治水的技术难题。只有通过勘测，掌握老窑及采空区的积水以及主要含水层、充水断层和裂隙的分布，从而划定出矿井的积水线、探水线与警戒线。在以后生产中还必须对井田内以及周边煤矿各煤层的采掘现状通过地质调查以及三维物探等方法，在井下采用瞬变电磁法勘测巷道前方以及周围是否有积水区及水量情况。查明周边矿井采空区积水情况，通过掌握勘探资料、人为调查资料以及三维地震勘探资料进行积水三区的划分。广泛收集资料并进行地质及水文地质勘查，掌握准确的第一手资料进行综合分析，有针对性地进行探放。

1)上漫沟9号煤层采空区，将影响到9煤辅运大巷的安全贯通，西北部的积水在历年技改中相继进行了抽排，但局部低凹处和后来形成的少量积水，在9煤辅运开拓前必须重新实地勘测，并进行抽排，确保安全。

2)6106及6107工作面南部在4煤406盘区，在巷道开拓到上覆4煤区域时，密切注意观察火区、积水情况，加强物探、钻探密度，进行有效治理。

3)6104工作面在回采前必须打开4煤南翼密闭对404盘区采空区进行实地勘测，发现水患及时探放。工作面南部上覆有406火区，在以前的灭火工程中灌入大量灭火材料，使低凹处积水受挤压流到最低处，回采时必须加强观察，采取相应安全措施。

4)6105工作面在回采工作面南部时，由于在406火区下方，必须随时观察，并配备良好的排水系统，发现问题及时采取相应的安全技术措施。

5)参考三维地震成果，在所有断层区域必须提前探测，确定断层的导水性及断层面的涌水情况，并制定专项措施进行探放。

6)随时监测井下水文地质变化，对井下揭露断层要认真观测其含水性和导水性，坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则。

7)井下采掘至井田边界时，应预留设足够的井田保安煤柱，随时了解井田邻矿的开采情况，避免邻矿采空时井田有影响。

8)采用瞬变电磁探测法对掘进工作面每掘进60米进行一次三维探测，确定积水异常区域的空间位置。并综合调查、地质勘探等资料，有针对性地进行探放。

9)对各掘进工作面每60米施工一个钻场，必要时在工作面迎头施工钻探。根据地质情况及物探成果进行专项探放水设计，由专业探放水队伍按设计要求施钻探放。

10)结合元宝湾的实际情况，实行“长探长掘配合短探短掘”，消除长探盲区，更加有效合理地排除水患。

11)井下巷道沿煤层布置，受煤层起伏影响较大，巷道中可能发生积水现象，在矿井生产期间应根据实际情况，在巷道适当位置设置水仓，由小水泵将积水排出，确保各采掘工作面排水系统畅通。

12)定期清理井下各水仓、水沟的淤泥积物，定时不定时地检修排水系统，确保排水能力。

13)随时踏勘地表是否有新的裂缝存在，并及时给予填堵。

14)积极开展防治水隐患日排查、周分析、旬评价、月总结、季通报、年考核的基本工作。

2.2.3 元宝湾煤矿防治水措施特点

元宝湾矿制定的相关探放水制度及防范措施的细化，保证了各掘进巷道的安全施工，有效的预防了掘进过程中遇到不明老巷、导水裂隙等各类地质构造，防止了突水事故的发生;探测及探放了各回采工作面上浮煤层老空积水，防止了顶水开采;提出水害防治的六个等级，包括消除、预防、减弱、隔离、连锁和警告，针对不同的水害级别采用不同的防治措施，既可以节约成本，又能达到对症下药，消除隐患的目的。全矿定期不定期地开展安全教育，经过各种防范措施的实际应用，元宝湾矿的水灾防治能力得到大幅提高。

3 结论

1)元宝湾矿地面防排水措施着重考虑降雨、洪水等气候原因对地面积水的影响，针对性的建造、疏通泄洪沟渠，填埋地面塌陷坑、裂隙，从根源上杜绝地表水下渗危害。

2)井下防治水工作在通过物探、钻探、资料分析等方法准确探明水源位置的前提下，针对性探放，完善井下排水系统，提高探测频率，时时掌握最新情况，做到矿井探水不留死角、不留盲区。

3)元宝湾矿坚持“物探先行，钻探跟进，长短探结合”的原则，安全准确定位矿井井田范围内的砂岩含水层水、构造裂隙水、承压水及采空区积水情况;坚持“有掘必探、先探后掘”原则，不断完善钻探方案，编制确实可行的水害防治措施，为矿井安全生产提供保障。

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Study on Water Prevention and Control Technology of Yuanbaowan Coal Mine AN Shuai1，DUAN Xiao－ping2，YE Hai－sheng2

(1.China Coal Group Shanxi Hua yu Energy CO.LTD.，036900;2.North China Institute of Science and Technology，Yanjiao，101601，China)

With the analysis of the flooding accidents caused by goaf water in Yuanbaowan coal mine，the types of water disaster are presented comprehensively，the cause of accidents，the prevention and control measures of goaf water are discussed.According to the mine production data and daily management practices，the flood prevention and control measures of Yuanbaowan coal mine in practical engineering are proposed，which are the basic scheme of water prevention and control，the prevention and drainage measures of ground water，the prevention and control measures of mine water.It is of great significance to guide the safety production of coal mine.

Yuanbaowan Coal Mine;Flood Disaster;Safety;Technology

TD74

A

1672－7169(2016)06－0008－04

2016－10－03

中央高校基本科研业务费资助项目(3142015114，3142015132)

安帅(1972－)，男，山西朔州人，大学毕业，高工，中煤集团山西华昱能源有限公司矿总工程师。E－mail:jhyybwaa @126.com