浅析煤矿水害重大危险源分级和控制效果评估的技术要求

艾 华

(山西正诚矿山安全技术研究所,太原 030022)

根据山西省煤炭工业厅《关于进一步做好全省井工煤矿重大危险源评估报告备案工作的通知》(晋煤执发[2016]556号文)的要求[1],全省井工煤矿要开展重大危险源评估和监控管理。山西朔州地区煤矿委托我公司对其进行重大危险源评估,我公司项目组人员围绕该矿井存在的水害进行分析,调查矿井水害防治措施,对矿井水害重大危险源进行了分级和控制效果评估。

1 矿井水害基础资料和分析

1)井田边界及其水力性质。本井田边界为人为划定的界线,边界内外地表水、地下含水层之间的水力联系不因矿界而改变。

2)含水层和隔水层。井田含水层据岩性可划分为五个含水层组,即奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层组;石炭-二叠砂岩裂隙含水层组;风化壳含水层组及新生界孔隙含水层组。本井田内奥灰水水位标高为1 177.50 m～1 180.00 m。主要为本溪组,厚度22.85 m～43.20 m,为阻隔奥灰岩溶水与上部含水层水力联系的重要隔水层。11号煤层底板最低标高1 330.63 m,奥灰岩溶裂隙水远低于煤层底板标高,奥灰水对煤层开采无影响。

3)采空区积水。经过多年开采,井田内4、9、11号煤层已形成了大量的采空区,采空区积水会对下一步煤层的开采造成影响。4号煤层目前采空区积水面积约14 835 m2,积水量约2 451 m3;9号煤层目前采空区积水面积为9 562 m2,积水量约1 998 m3;11号煤层目前采空区积水面积约44 202 m2,积水量约5 921 m3。

4)矿井充水通道。矿井充水通道主要有采动裂隙导水、导水断层、陷落柱及封闭不良钻孔等。4、9、11号煤层顶板为粉砂岩、泥岩、砂质泥岩,均属较软岩,根据顶板岩性,11号煤层顶板裂隙带高度58.70 m,4号、9号合并区顶板裂隙带高度82.60 m,4号、9号未并区顶板裂隙带高度48.88 m,4号顶板裂隙带高度62.23 m。地面冲沟之下煤层相对埋藏较浅,加上基岩风化裂隙带的存在,顶板裂隙带很可能达到地面。

5)矿井用水量。预计矿井生产能力达90万t/a时,正常矿井涌水量180 m3/d,最大矿井涌水量240 m3/d。近三年来涌水量记录矿井涌水量均小于预测正常矿井涌水量。

综上分析,井田11号煤层开采矿井水文地质类型为中等。

2 矿井防治水措施

2.1 地面防治水措施

目前开采区域煤层埋藏较浅,煤层开采后裂隙到达地面,地表低洼区段易积水部位的工程治理应经常检查矿区地表是否存在导水裂隙或其它导水通道,如发现导水裂隙及其它导水通道,应及时将其回填密实;还应通过对地表裂缝进行填埋处理,减缓雨季降水进入矿区的速度和水量,并对井田内沟谷进行全面调查。查明河沟、河床塌陷等,雨季加强地表河流和地表积水及塌陷区的巡查工作,发现异常及时采取措施,确保矿井安全。

2.2 井下排水措施

该矿井有1套独立的直排地面排水系统,在副斜井井底附近布置的中央水泵房为矿井直排地面的主系统。水泵房安装DF85-45×4型水泵3台,额定排水量85 m3/h,额定扬程180 m,配套电机75 kW;3台排水泵1台工作,1台备用,1台检修。排水管路:排水管为2趟Φ133 mm无缝钢管,沿副斜井至地面。

采区建设有采区水泵房,安设有2台水泵,分别为DF85-45×4型和D46-30×6,将采区涌水排至中央水泵房。

2.3 探放水措施

矿井探放水工艺为“物探先行,钻探验证”的探放水方法。探放水队配备有YDZ(B)型直流电法仪1台,ZYJ-420/200架柱式液压回转钻机3台，ZYJ-460/160型架柱式液压钻机2台,钻探深度可达200 m。物探超前探测距离为80 m,钻探孔布置以“三线”为基础布置，单次钻孔个数:5个(中孔1个，右斜孔1个，上斜孔3个)。中孔与巷道掘进方向一致，单孔深度(水平距离)80 m。超前距30 m，允许掘进距离50 m。

3 矿井水害重大危险源分级

依据山西省煤炭工业厅《关于进一步做好全省井工煤矿重大危险源评估报告备案工作的通知》(晋煤执发[2016]556号)的附件,重大危险源按照危险程度的大小依次分为Ⅰ级重大危险源、Ⅱ级重大危险源、Ⅲ级重大危险源和Ⅳ级重大危险源[2]。因此,按照就高不就低原则,该矿井水文地质重大危险源自身危险性等级为Ⅱ级,如表1所示。

表1 水文地质重大危险源自身危险性划分表Table 1 Classification of major hydro-geological hazard sources

4 矿井水害控制效果评估

4.1 重大危险源控制效果评估的方法

为了能够对煤矿企业重大危险源的控制措施效果进行科学、公正、合理的分级,采用安全检查表法对矿井重大危险源控制效果进行评估,按照控制措施效果划分为四级,如表2所示。

表2 重大危险源控制措施效果分级Table 2 Control effect classification of major hazard sources

结合各种单项重大危险源的等级,单项重大危险源级别最高的为矿井的重大危险源等级。如果矿井的单项重大危险源个数≥4个,且单项等级相同的情况下,矿井的最终重大危险源等级上调一级。

4.2 控制措施效果分级结果

该矿井防治水工作总体较好,基础资料、管理制度、安全技术措施的制定,排水设施的建设,探放水设备的购置以及防治水机构的设置,人员配备等方面都基本符合规定,基本满足矿井防止水害发生的要求，建矿以来未发生过透水事故,但还需要认真贯彻落实《煤矿防治水规定》的规定,特别是井田内外存在采空区积水,必须在巷道掘进和回采工作面回采前通过物探、化探、钻探相结合的探测方法,探明采空区积水、积气情况;探明地质构造及钻孔的导水性。加强防治水工作的管理,始终坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则,防患于未然,杜绝水灾事故发生。

现场评估存在问题:

1)矿井的部分巷道出水点和涌水量未标注在采掘工程平面图和矿井充水性图中；

2)矿井未编制《煤矿防治水分区管理论证报告》,实行分区管理；

3)矿井有封孔资料台账,部分钻孔封孔资料不完善；

4)矿井未按《煤矿安全规程》规定,每五年对矿井地质报告进行修订；

5)采空区勘查采用调查和地面物探,应进一步采用钻探验证；

6)应对矿井涌水进行化探,建立水质分析预警系统；

7)建议矿井要加强对采空区积水的探测工作,提前进行探放水工作，并采取相应的防治水措施。

评估认为:该矿安全设施、设备、系统设置和运行符合规定;安全技术措施制定实施符合规定;安全管理制度建立完善、执行到位。依据重大危险源控制措施效果分级表,该矿防治水控制措施效果较好,控制效果等级为Ⅲ级。

5 矿井水害管理对策措施

该矿采空区积水水害对矿井的安全生产威胁较大,是矿井防治水害事故的重点和难点。开采11号煤层时,要对其上部煤层、本煤层采空区、富水异常区采取探放水措施。

每年雨季前及时编制雨季“三防”计划,并落实实施。对井田范围内的地面塌陷裂隙进行全面排查,遇到裂隙及时使用碎石粘土充填,充填高度必须高于附近地形;遇到低洼地带有积水且不能采用挖沟导流时,必须用水泵将水排走,防止地表水渗入矿井内。制定防汛工作实施方案,备足抢险物资,做到防患于未然[3]。

6 评估注意事项和技术要求

全面分析危险有害因素可能发生事故的种类和严重程度,认定矿井存在的重大危险源,通过对危险源自身危险性和控制措施效果评价,判定矿井的重大危险源等级。

对水文地质重大危险源自身危险性划分时,要认真分析煤矿存在的自然条件,包括含水地层、奥灰水水位、采空区积水和导水裂隙等。整合矿井多存在采空区积水调查不清楚情况,应结合矿井实际探放水、井下涌水量和物探、化探结果进行分析。

自身危险性划分应符合矿井实际防治水文地质类型,对与水文地质类型不符合的,建议矿井重新修订《矿井水文地质类型报告》。

现场评估过程应根据制定的检查表,逐条对照标准进行检查。对不符合项要求企业进行整改,整改后重新对控制效果进行分级。

矿井防治水对策措施应根据矿井已采取的防治措施结合矿井实际水害因素,提出可行的防治水对策措施。

对水文地质类型复杂矿井,必须要求建立化探实验室,建立矿井透水分析预警系统。

分析矿井未来3 a的采掘规划,着重分析未来3 a开采范围内水害因素。

矿井基础资料应进行归档保留3 a以上。

报告格式和内容应严格按照《山西省井工煤矿重大危险源评估报告编制提纲》要求,做到内容完整和技术分析准确。