水害评价（精选7篇）
水害评价 篇1
0引言
近年来,我国公路隧道通车里程增长十分迅速, 同时出现的病害也越来越多,尤其是隧道水害事故对其造成了极大的影响。据统计,我国有30% ~ 40% 的公路隧道存在着较为严重的水害问题[1,2,3,4,5]。 公路隧道水害不仅影响着隧道寿命,更对行车安全造成严重影响。因此,对公路隧道水害的危险性进行合理的评价显得极其重要,基于未确知测度理论, 根据相应的实测数据构建未确知测度函数,同时利用信息熵理论获得各判别指标的权重,依据置信度识别准则进行等级判定,最后得出公路隧道水害危险性评价结果。国内外对于公路隧道水害的研究多停留在定性评价阶段,用于定量评价公路隧道水害危险性的方法并不多见,而且在处理诸多不确定性影响因素时带有较强的主观性,难免使评价结果产生偏差。文献[5]提出采用瑞利波超前预测的方法,探究公路隧道水害的可能性; 文献[6]基于SVM的隧道涌水来源进行识别隧道水害预测与评估; 文献[7]运用模糊数学以及层次分析法综合评价公路隧道水害的危险倾向性。以上方法的评价均是侧重了单个或某几个影响因素进行评价,实际上公路隧道水害是受多因素综合作用的结果,既有定量因素又有定性因素,既有内因作用又有外因作用,并且各因素相互作用、相互影响。鉴于此,将未确知测度理论运用到公路隧道水害危险性评价之中,并对其进行定量分析,超前预测公路水害发生可能性及危险性,及时做好应对措施,从而促进我国公路隧道的良好发展。
1未确知测度理论概述
1.1单指标未确知测度
1.2指标权重及多指标未确知测度
设wj表示测量指标xij与其他指标相比具有的相对重要度,要求wj满足0 ≤ wj≤ 1 ,则w = {w1, w2, …wm} 称为指标权重向量 。 再此, 利用熵确定权重[9],即
1.3多指标未确知测度
向量 μik= ( μi1, μi2, …μip) 为Xi的多指标综合测度评价向量[11]。
1.4置信度识别准则
引入“置信度 λ ”可以得出最终的评价结果,λ ≥0. 5 ,通常取 λ = 0. 6或0. 7。若C1> C2> … > Cp
则认为评价对象属于第k0个评价等级Ck0。
2公路隧道水害危险性评价指标体系的建立
基于未确知测度理论的公路隧道水害评价指标体系是一个非常复杂的综合评价系统,需要足够多的评价指标、构建科学完善的评价指标体系,才能实现预期的评价目标。当然,评价指标既要全面覆盖保证评价体系的客观有效,又要避免出现不必要的评价指标而无谓的增加了评价体系的复杂程度和难度。影响公路隧道水害危险性的因素很多,大致可分为外因和内因两大类。前者是指隧道围岩分级、 隧道渗透水情况等,后者主要是指隧道区平均气温、 隧道区地下水腐蚀性( 酸性) 、植被覆盖率等。鉴于某些评价指标之间存在较大的相关性[13,14,15,16],因此, 公路隧道水害危险性评价体系结构尽可能全面而简洁。
影响公路隧道水害危险性的两大因素包括定性指标和定量指标,要将定性指标进行量化才能有效的实现危险性评价,参考大量的文献资料( 包括相关技术标准规程) ,通过特定的处理方法将定性指标转化成半定量指标再参与评价,这类指标包括隧道施工分级、防排水工程措施、围岩分级等。采用分级标准量化对各指标进行分级并取值,将每个指标分为4级,集合 {C1,C2,C3,C4},级I级、II级、III级、IV级,分别表示水害危险性极大、危险性较大、 危险性一般、危险性小,每级都规定一个衡量标准或者范围区间。需要特别指出的是,由于南方降水的差异故将隧道区降水量的指标根据地区划分标准, 构造断裂带类型的指标划分中将储水、阻水断层共同划分在III级标准中,同时由于高温和低温均会对隧道区渗透水性产生巨大影响,故将 < 0℃或 > 40℃ 共同划分在I级标准中,由于地下水对隧道的腐蚀性基本为酸性水质故只研究隧道区酸性地下水对隧道的腐蚀性,其他指标标准可以根据相关标准和资料进行划分,具体见表1和表2。
根据上述有关单指标测度函数的定义和表1、2中有关各指标评判标准,构建公路隧道水害危险性评价的各指标测度函数,可以求得公路隧道水害危险性各评价指标的未确知测度值。其中,隧道区降水量、隧道区渗透系数、岩土分类、围岩分级等指标测度函数分别见图1 ~ 图5。
以上仅列出了5项评价指标未确知测度函数, 其中隧道区单位涌水量、平均气温、植被覆盖率、地下水腐蚀性可以参照图1 ~ 图4构造出未确知测度函数,而防排水措施情况、隧道施工分级、地表水文情况、构造断裂带及安全管理情况单指标测度函数与围岩分级的未确知测度函数相同,故具体计算时可以参照图5。构建各指标未确知测度函数对于计算公路隧道的单指标评价矩阵、各评价指标的权重具有十分重要的意义,在工程实例中根据单指标测度函数,根据公路隧道相应指标的测定值得出未确知测度模型评价结果,将得出的结果与公路隧道现状进行对比,验证未确知测度理论应用在公路隧道水害的有效性,从而更好的对公路隧道水害的危险性进行评价。
图2 南方隧道区降水量单指标测度函数 Fig.2 Uncertainty measurement function of precipitation of tunnel area in the southern region
图3 隧道区渗透系数单指标测度函数 Fig.3 Uncertainty measurement function of permeability coefficient of tunnel area
图4 隧道区岩土分类单指标测度函数 Fig.4 Uncertainty measurement function of geotechnical classification of tunnel area
图5 围岩分级单指标测度函数 Fig.5 Uncertainty measurement function of surrounding rock classification
3工程实例
许多公路隧道都开展过水害评价与防治的综合研究工作,从中选取六条最具代表性的公路隧道,包括安化隧道、大寨隧道、广华隧道、魏黄隧道、岭头隧道、橘子头隧道。结合6条隧道实际情况,运用未确知测度模型评价其水害危险性,6条公路隧道相应的指标统计值见表3。
将表3中的各个指标值,分别代入图1 ~ 图5对应的单指标未确知测度函数中,可计算出6条隧道的单指标评价矩阵。由式( 2) ~ ( 3) 来确定各评价指标的权重,求得安化隧道、大寨隧道、广华隧道、 魏黄隧道、岭头隧道、橘子头隧道这6条隧道中各个评价指标的权重分别为:
由多指标测度评价向量式( 4 ) 求出相应的多指标综合测度评价向量,取 λ = 0. 6 ,并结合置信度评价准则式( 5 ) 获得6条隧道水害的综合未确知测度及评价结果,见表4。
从表4可以看出,安华隧道水害的危险性等级为IV级,即危险性小; 广华隧道水害的危险性等级为III级,即危险性一般; 大寨隧道水害的危险性等级为II级,即危险性大; 魏黄隧道水害的危险性等级为II级,即危险性大; 岭头隧道水害的危险性等级为I级,即危险性极大; 橘子头隧道水害的危险性等级为I级,即危险性极大。因为必须针对大寨隧道、魏黄隧道、岭头隧道以及橘子头隧道采取相应的隧道防排水技术措施以及安全管理措施,包括凿槽封堵、注装封堵、钻孔截水等措施,并且制定完善的安全管理制度,提高安全管理人员安全素养和专业技能。对于安化隧道水害的危险性一般的评价结果,决不能麻痹大意,应从安全管理的角度和高度防止事故的发生。
根据历史资料,岭头隧道、大寨隧道、魏黄隧道以及橘子头隧道在运营过程中均有水害事故发生, 如岭头隧道发生涌( 突) 水事故涌水量大、水压高, 并且突发性强、涌水点集中,受降水影响明显,涌水往往同时涌砂,从而造成非常严重的财产损失甚至人员伤亡; 而安华隧道及广华隧道在运营过程中未见水害事故发生的相关信息。即采用未确知测度模型评价公路隧道水害危险性的结果和隧道实际相符。
4结论
1) 公路隧道水害受到诸多不确定因素( 如围岩分级情况、渗透水率、安全管理情况等) 的影响,系统应充分考虑水害危险性评价的内因、外因指标,以保证基于未确知测度的公路隧道水害评价合理有效。
2) 结合信息熵理论以及置信度识别准则确保了评价系统的结构合理性,依据评价结果采取相应的防排水措施,以应对公路隧道水害的危险性。
3) 基于未确知测度对6条典型的公路隧道水害进行危险性评价,评价结果与实际情况相吻合,对评价结果为危险性极大、较大的公路隧道采取相应措施以保障公路隧道的安全性,有利于减少事故的发生。
水害评价 篇2
1 地质与水文地质概况
白音乌素井田范围内被大面积第四系覆盖根据钻孔揭露和岩煤层对比结果, 区内地层由老至新有:奥陶系下统桌子山组 (O1) , 太原组 (C2t) , 二叠系下统山西组 (P1s) 、下石盒子组 (P1x) , 二叠系上统上石盒子组 (P2s) 及石千峰组 (P2) 、第四系 (Q) 。16#煤层位于石炭系上统太原组第一岩段 (C2t1) 下部, 煤层自然厚度0～10.55m, 平均5.09m。其下覆岩系为奥陶系桌子山组 (O1) 厚层灰岩, 厚度70～200m。
白音乌素煤矿属于骆驼山南井田, 位于桌子山煤田东南部, 井田地形总体为东西两侧高, 中部相对低。海拔标高一般在+1270～1225m之间。
含水层及隔水层情况见图1。
2 底板水威胁评价
2.1 底板带压现状
白音乌素井田煤系地层之下覆岩系为奥陶系桌子山组 (O2) 厚层灰岩, 厚度70～200m。井田16#煤层底板标高在+380～+1070m, 趋势为东高西低。本次补勘孔实测奥灰水位标高在+1078～+1089m, 水力坡度较小 (4‰) , 高于16#煤层底板标高, 所以井田16#煤层均属带压开采, 且自东向西带压强度增高, 在井田西部最高带压可达6MPa, 仅在井田东部带压程度较低。根据本次补充勘探抽水试验结果, 奥灰含水层富水性达到中等富水程度, 且富水性极不均匀, 一旦揭露导通承压性高的奥灰含水层水, 出现较大突水的可能性较大。
2.2 隔水层发育规律
隔水层作为带压开采的防护层, 其阻抗突水的能力与岩性、厚度及其组合情况有着密切的关系, 分析研究隔水层岩性、厚度变化及其组合情况具有重要意义。综合白音乌素井田及骆驼山煤矿的补勘成果, 由表1可以看出, 16#煤层底板与奥灰含水层之间主要为砂质泥岩、泥岩 (平均厚度占总厚度的45.93%) , 其次为细、中粗砂岩 (占29.74%) , 粉砂岩 (占15.39%) , 煤层 (占9.94%) , 岩性总体致密, 具刚性 (粉砂岩、砂岩) 和柔性 (砂质泥岩) 岩层互层现象, 夹17#煤层, 柔性岩层与刚性岩层厚度所占比例相当, 且上下为泥岩和砂质泥岩, 遇水易膨胀, 原生裂隙较不发育, 总体具有较好的阻水性能。
由表1可以看出, 井田16#煤层底板至奥灰顶界面间距在27.75～60.75m之间, 其中由于B3钻孔位于井田东部, 靠近煤层露头区, 隔水层厚度减少, 16#煤层与奥灰顶界隔水层厚度仅为27.75m。综合原有821号施工钻孔 (终孔入奥灰) , 及骆驼山煤矿奥灰水文孔施工中16#煤层至奥灰地层揭露情况, 16#煤层底板隔水层厚度在23～60.75m, 均厚41.18m, 总体趋势为东部隔水层较薄, 逐渐向西部变厚。
另外, 根据各组岩石物理力学性质测试结果表明, 16#煤层底板岩性主要以砂质泥岩、粉、细砂岩为主, 砂质泥岩的抗压强度在13.5～94.8 MPa之间, 平均44.76 MPa, 粉砂岩、细砂岩介于64.3～94.4 MPa之间, 中粒砂岩在51.4～81.6 MPa之间, 强度较高;砂质泥岩的单轴抗拉强度在2.0～4.69 MPa之间, 粉砂岩、细砂岩在2.34～5.85 MPa之间, 中粒砂岩4.14 MPa;抗剪强度在3.0MPa以上。据此分析, 16#煤层底板的岩石较为坚硬, 阻水能力较强。
2.3 底板带压开采综合评价
在奥灰承压水上采煤过程中, 主要关注的是煤层底板是否会发生突水、突水的性质与突水量的大小及发展的趋势。突水系数作为评价底板突水可能性的一种方法, 方法简便, 应用比较普遍。
按照《煤矿防治水规定》推荐的突水系数公式:TS=P/M, 根据本次补充勘探揭露的隔水层厚度及奥灰水位标高, 综合白音乌素井田及骆驼山、万辰煤矿补勘孔16#煤突水系数计算值, 计算并绘制白音乌素煤矿16#煤层底板突水系数等值线图。
突水系数计算公式如下:
式中:TS-突水系数 (MPa/m) ;P-隔水层底板承受的水压 (MPa) ;
M-底板隔水层厚度 (m)
将突水系数小于0.06Mpa/m的区域划分为安全区, 大于0.06Mpa/m小于0.1Mpa/m为过渡区, 大于0.1Mpa/m属于危险区, 采掘时存在着突水危险。
以上3个补勘孔16#煤突水系数均大于0.06, 白音乌素井田勘探区内16#煤突水系数范围在0.06-0.11之间, 突水系数趋势与16#煤层底板相反, 自东向西突水系数变大。图2为井田16#煤层底板突水系数等值线, 按以上安全性分区标准, 补充勘探区应属于过渡区, 煤层开采过程中受底板水害威胁较大。其中B3钻孔16#煤层与奥灰定界隔水层厚度仅为27.75m, 回采过程中底板破坏带发育和奥灰含水层原始导升扩张, 使有效隔水层厚度降低, 存在直接导通奥灰的可能, 特别在构造复杂、断层裂隙发育等薄弱地带突水的可能性极大, 开采中应根据实际情况进行研究和防范。
3 结论
本次补勘孔实测奥灰水位标高在+1078～+1089m, 高于16#煤层底板标高, 水力坡度较小 (4‰) , 因而白音乌素煤矿16#煤层存在带压开采的问题。16#煤层在井田西部最高带压可达7MPa, 井田内16#煤突水系数范围在0.06～0.1之间, 突水系数较大, 按以上安全性分区应属于过渡区, 且根据本次补充勘探抽水试验结果, 奥灰含水层在井田东部富水性达到中等富水程度, 一旦揭露或导通高承压性奥灰含水层, 出现较大突水的可能性较大。16#煤带压开采的防治水问题突出。
根据勘探区矿井充水条件的具体特点, 下组煤 (16#煤层) 开采奥灰岩溶水防治的总体方案有注浆加固、疏降奥灰水、改进采煤工艺和底板突水监测。
摘要：本文在系统分析矿井水文地质条件基础上, 根据经验公式计算了因扰动形成的顶板“上三带”高度, 对矿井顶板水害进行了评价;重点根据井田奥灰水文地质资料, 运用突水系数法对16#煤层底板水害进行了安全评价。并绘制了16#煤层底板突水系数等值线图, 掌握了16#煤层开采受顶板及底板水害影响的规律, 为矿井防治水工作提供了科学依据。
关键词：顶板水,带压开采,突水系数,等值线
参考文献
[1]罗立平, 彭苏萍, 王金安.承压水体上对拉面开采关键技术与对策[J].矿山压力与顶板管理, 2004, (4) .
[2]张心彬, 程久龙, 李丽, 薛重生.多源信息融合技术在矿井奥灰突水预测中的应用[J].测绘科学, 2006, (6) .
[3]王吉松, 关英斌.煤层底板突水研究的理论和方法[J].煤炭技术, 2006, (1) .
[4]魏久传, 李白英.承压水上采煤安全性评价[J].煤田地质与勘探, 2000, (4) .
[5]李白英.预防矿井底板突水的“下三带”理论及其发展与应用[J].山东矿业学院学报 (自然科学版) , 1999, (4) .
[6]黎良杰, 钱鸣高, 李树刚.断层突水机理分析[J].煤炭学报, 1996, (2) .
[7]刘伟韬, 张文泉, 李加祥.用层次分析-模糊评判进行底板突水安全性评价[J].煤炭学报, 2000, (3) .
浅析矿井水害的防治 篇3
当巷道或工作面接近或接通含水带就会造成矿井水过量, 引起矿井透水威胁。矿井排水设施有限, 排水量一般恒定, 当矿井水涌入过大时, 矿井排水条件远远达不到要求, 给工作面造成水患, 严重影响煤炭正常开采。当涌水量超大时, 就会酿成淹井及人员伤亡事故。在各种矿井灾害中, 突水灾害造成的人员伤亡及财产损失都较为严重, 所以水害治理与预防尤为重要。通过对突水事故分析, 抓住防治水患要点, 进而采取措施预防和处理突水事故。
1 矿井发生突水原因分析
地面水流入井下及地下水溃入井巷都能引起矿井突水事故的发生。不管何种原因, 都是由于对矿井及其附近地区水文地质的忽略造成的。具体考究可以分为以下方面。
1.1 地表水涌入矿井
由于对矿区及其附近的地域环境不很了解, 致使在煤炭开采过程中, 接通了地面的湖水或河水, 导致大量地表水进入井下, 造成淹井威胁。另外, 雨季来临时, 如果雨水过大而没有及时进行疏导, 雨水就会灌入矿井, 酿成水害。
1.2 地下水渗入矿井
地下水引起矿井水患的原因较多, 主要有:a) 由于矿井附近水文地质复杂, 未能彻底了解水文地质情况就开始回采, 导致开拓的巷道位置接近含水层, 随着开采进行, 受上覆岩层压力及含水层水压共同作用, 致使巷道顶底板漏水, 进而发生突水事故;b) 有些矿井不遵守作业规程, 有突水预兆也不采取治水措施或治理不当, 就是这种懈怠心理导致水害发生;c) 由于过去小煤矿乱建巷道, 且没有成熟治水技术, 导致很多废弃巷道中存有大量积水。从而使得现在的大煤矿在推进过程中, 容易与那些巷道联通, 导致大量积水流入工作面;d) 有些煤矿只注意自己的煤炭年产量, 而忽视隐患预防工作, 致使有些机械或设施未得到良好保养而发生损害。例如不能及时对水仓清理, 水仓沉积了大量煤渣和矸石等混合物, 储水能力大打折扣;防水闸门未得到好的维护, 失去防水作用, 洪水来时起不到应有作用[1]。
2 矿井突水的危害分析
2.1 不能进行安全生产
矿井生产过程必须要把工作面积水排出, 这样工序的进行才不会受干扰。当涌水量过大时, 其无法及时排出矿井, 就使得工作面被淹或到处是泥水, 工人在潮湿环境工作, 不但影响工作效率, 而且严重危害工人身体健康。工作面积水也会使一些机电设备无法正常工作或有漏电现象, 存在很大隐患[2]。
2.2 增加了煤炭生产成本
矿井涌水量突增增加了对排水量的要求, 从而排水电费增加, 排水泵功率要求增高。且在潮湿环境下, 机械寿命缩减, 需经常保养和维修, 使得吨煤成本增加, 经济效益降低。
2.3 工作面回采和掘进困难
当工作面矿井水较多时, 给工人施工带来不便。涌水过程中巷道顶板和底板都遭到破坏, 且涌水持续进行时, 破坏程度更加厉害, 给巷道维护工作带来困难。在回采过程中, 给回采阶段煤的运输增添了难度, 严重制约了煤矿采掘过程。
3 对矿井水患防治技术研究
矿井水患防治技术就是对矿井水害的预防及出现水患后的治理技术, 基于水患造成损失巨大, 可采取以下技术措施进行防治。
3.1 水化学探测和物探等技术
采用水化学探测和物探等技术, 对矿井所处水文地质条件情况分析。
3.1.1 岩层含水率及层位探明
摸清矿井所处区域的岩层含水率及其透水性, 以便在附近回采时, 采取相应措施预防积水和突水事故。探明含水层和隔水层之间的距离, 及其层数和层位, 明确待采煤层与它们的关系。在回采过程中, 由于受采动影响, 使得顶板岩层产生“三带” (垮落带、弯曲下沉带、断裂带) , 对断裂带和弯曲带不裂隙发育程度进行检查, 使其构不成导水带, 这样便可避免突水事故发生。拥有完善的观测系统, 以随时对地表水和地下水的动态变化进行把握, 以便于煤矿安全地进行回采。
3.1.2 加强水文监测
矿井水来源很多, 要预防矿井突水, 就要明确当地河流水量资料, 而且了解季节性降水量, 总结其规律。通过探水钻孔和水文观测孔, 分析地下水所在岩层层位, 进而合理规划巷道布置, 避免矿井受水灾侵害[3]。
3.2 河流改道和铺设河床
3.2.1 进行河流改道措施
为了防止地表水对矿井的影响, 首先要考虑井筒位置的选择, 保证井口标高较高, 不会被地表水淹井。但当河流在矿区附近, 河道汛期来临时有可能淹井。必须进行人工挖河道, 截断原有河道, 以期河流远离矿区。但河流改道需要巨大经济投入, 实施前需做经济技术比较, 所关注的问题如下:
a) 人工开挖河道要在隔水层上进行, 避免河水渗入地下, 对矿井产生隐患;
b) 河道修改将长期服务于矿区, 要求对人们生活不会产生不便影响, 煤矿回采工作也不受影响;
c) 投资要较合理, 使河道改道后, 矿区经济效益增加。
3.2.2 铺设河床
在河流改道不合理的情况下, 可采用水泥、石膏等粘结剂和沙子、矸石等骨料混合在一起, 对河床进行加固, 防止水渗入井下。
3.3 修排水沟
矿区雨季来临时, 地表水量突然增加, 使得地表水向矿井中流入, 所以修1条排水沟是必然的。在矿井井口附近修排水沟, 使得降水不会涌入矿井。例如山东省在7月份—9月份是雨季, 降水量增加, 给矿区地表水治理带来困难, 修筑排水沟就行之有效[4]。
3.4 矿井增设防水闸门和防水墙
在距离奥灰岩较近的煤层设防水闸门和防水墙, 将煤层进行分区隔离, 一旦有采区发生突水事故, 不至于影响其它采区正常采煤工作, 减小受灾害面积。
3.5 留设防水煤柱
在以下情况需留设防水煤柱:
a) 采区地面有湖水或河水等地表水;
b) 煤层距离含水层较近;
c) 在相邻煤矿开采时, 为防止巷道连通或老积水危害发生, 需留设防水煤柱;
d) 巷道接近断层。为防止断层接通含水层, 需留一定距离的防水煤柱。
3.6 条带开采技术
随着开采深度不断增加, 上覆岩层压力越来越大, 致使岩层裂隙较大, 很可能导通含水层, 造成水灾。若采用条带开采就能有效降低围岩压力的影响, 有效防止突水事故产生。
3.7 合理匹配排水设施
矿井都应依据其水文地质条件配设排水设施, 这样可使矿井水含量保持不变, 且在发生突水时, 也能采取一定的加强措施将水排出。
3.8 注浆堵水技术
注浆堵水技术能使工作面涌水量大大减小, 间接保护地下水资源, 也减小了矿井排水量, 具体可用于以下几个情况:
a) 当矿井井筒或工作面产生裂隙, 造成水渗入过多时, 可采用注浆技术填补裂隙, 保证好的工作环境;
b) 当巷道必须通过含水丰富的岩层时, 需要注浆技术对水源堵截;
c) 对于日常排水量大的矿井, 为减小成本投入, 采用注浆技术减小矿井水含量;
d) 在地质构造较多的地带, 为防止出现导水带, 也可采用注浆技术加固岩层形成隔水层[5]。
注浆技术在永煤集团公司车集矿得到广泛运用, 该矿采用间歇注浆法和小流量注浆法, 缓解矿井水涌入量, 降低了排水费用, 也降低了矿井发生水灾的可能性, 具有重大借鉴意义。
4结语
基于煤矿水患给矿井带来巨大经济损失和人员伤亡, 对煤矿水患的预防和治理工作尤其重要。通过对矿井水灾害的产生原因和危害进行分析, 以矿井水来源分为地表水和地下水为起点对矿区水文地质进行探测, 然后采用相应技术和措施对矿井水涌入量控制。矿井水害不仅影响企业生产效益, 而且对国家煤炭资源造成浪费和破坏, 加强矿井水治理, 是矿井必须关注也必须执行的工序环节。结合矿区水文地质条件, 对矿井突水预防要采取综合治理措施, 以期改善工作面环境, 煤矿得以安全生产。
摘要：为使矿井有一个良好工作环境, 充分利用当前技术防治矿井突水发生, 分析矿井突水原因及危害, 提出多种技术措施相互结合的手段对矿井水进行综合治理。
关键词：矿井水患,突水危害,防治技术,工作环境
参考文献
[1]郭启文.煤巷及采煤工作面突水快速治理配套技术[J].煤炭科学技术, 2006, 29 (2) :26-28.
[2]董书宁, 靳德武, 冯宏.煤矿防治水实用技术及装备[J].煤炭科学技术, 2008, 36 (3) :8-11.
[3]刘一凡.矿井水灾的成因分析与防治探讨[J].科技情报开发与经济, 2011, 21 (4) :180-181.
[4]王亚博, 徐东耀.煤矿矿井水处理与综合利用[J].节能, 2006, 3 (5) :54-55.
如何防治煤矿矿井水害 篇4
应政策和环境形势的要求,中国近年来的工业生产的主要趋势是形成一种生产发展、生态良好的文明发展道路。但由于中国能源资源的现状,能源结构的改变受到很大程度的制约。因此,煤炭在中国能源生产与居民消费中占较大比重的情况短期内仍会继续,煤炭仍会在较长时间内占据中国第一能源的地位[1]。鉴于煤炭在中国能源结构中的重要地位,煤矿的安全生产问题是极为重要的。然而煤矿内矿井水在生产过程中被污染、可利用的水资源日趋减少以及煤矿突水问题等因素却长期制约着煤矿安全生产,对国家的经济发展及人民的财产与生命造成较大威胁,对环境持续产生不良影响。在此情况下,我们应针对煤矿突水问题进行研究并找到针对性的防治措施,从而合理地处理矿井污水,解决矿区的环境问题,保证生产的持续性发展。
1 相关资料
矿井水害,即为一种使矿井部分或全部被淹没,或对矿区生产与生活安全造成威胁的,或因排水增加煤生产成本的矿井水。目前中国发生的矿井水害事故主要分为如下几类:地表水体水害、冲击层水水害、砂岩类含水层水害以及灰岩类岩溶水水害。其中灰岩类岩溶水水害占90%以上的比例,其余类型的水害所占比例均在5%以下。矿井水害发生后,不仅对中国的经济造成数以亿计的损失,对周围的环境产生难以恢复的伤害,更是会使矿井内的众多工作人员无辜丧生。因此,矿井水害的防治是矿区安全工作的重中之重,具有极大的意义。
矿区水害防治技术则是一种为降低矿井水害发生几率、减轻水害危害程度,从而保障矿区安全生产与煤矿工人生命安全的预防与治理技术。矿井水害防治的原则为预防为主,防治结合。即要求矿区生产时做到持续监测、不放过任何疑点、先勘察再挖掘以及先治理后开采。但由于各个矿区的具体地理环境的差异,矿区水害防治仍需根据具体情况进行具体分析。在中国现有的科技条件下,能够进行的水害防治主要有:矿井水文地质预先探测、井下探放水、设置防水煤柱及疏水降低压力等。本文将对各种水害防治方法进行分析与比对,以便找出最合适的防治方法。
2 方法
2.1 矿井水害如何预防
可采取的预防措施主要有:
a)建立矿区前预先探测该区域的水资源环境,如地下水情况、充水条件以及地址环境等;
b)在矿区初期建设时确保建立了完善的水文管理系统,能够在灾害发生时较好地控制灾情;
c)不断改善矿区的防水与排水系统;
d)通过科学技术的进步来改进开采方法,从而减少对周围环境的破坏;
e)恰当地设置防水煤柱,减少灾害发生几率;
f)各区开采时需有时间间隔,同时设置防水闸门。
2.2 矿区水害如何治理
a)实行底板隔水层降压开采的方法。隔水层厚度达到标准的矿区可以在开采前只进行基础的超前降压工程。超前降压工程利用底板放水的方式来减轻压力,在采煤工作即将到达区域的防水钻空打开,工作面已经过的防水钻孔关闭,从而放水减压;
b)恰当地利用注浆工艺,主要应用于堵截水与加固改造底板2个方面。注浆工艺主要应用在隔水底板的厚度低于临界厚度值的情况。技术人员在注浆前应先探测出下伏含水层顶部的地质情况,如熔岩与裂隙的分布方位等。在前期工作准备充足后,应选择针对该种情况最合适的注浆工艺,形成替代性的隔水层,从而人工增加防水层的厚度,以此降低水压。当面对断层数量较多,裂隙较为发育的碎裂性底板,则必须在注浆前进行超前探测水的工作,从而封闭导水裂隙,增强底板岩层的强度,降低水压。在掘进与回采的过程中有时也会发生个别断层或陷落柱突水等特殊情况,这时可根据具体的周围情况采取适当的局部注浆工艺来进行堵水,保证开采工作的安全有效进行;
c)运用疏水降压工程,即对可能对安全开采工作造成危害的充水含水层进行疏排放,使其水位降低至生产工作要求的范围之内。疏水降压的具体措施主要包括疏水巷道、抽水钻孔与疏水钻孔等。此类工程需在人为控制的前提下运用专业的排水设备来保证合理排放,多数应用于充水含水层的动态补给水量较低的情况:当地板隔水层厚度低于临界值时,若下伏含水层的规模较小,补给水量不够时,可采取疏水降压的方法,从而加大矿井的排水能力,在根源上避免水害的发生。当地板隔水层厚度小,但下伏含水层水量充足且地下水分布广发时,可在封闭的含水层段进行疏水降压,在未封闭的含水层段先运用注浆工艺进行缺口的封堵,再进一步实行疏水降压。通过注浆工艺与疏水降压两种办法的结合,在含水层上方建立降落漏斗,再通过抽水井降低初始水位,既有效的防治了水害,又不必花费巨大的代价全部进行疏水工程,值得各个矿区进行学习和利用。
2.3 加强矿井污水处理和利用
煤矿生产过程中势必要排出大量的矿井水,这些矿井水若不加以合理的利用与处理,排出后不仅浪费了水资源,还会对矿区周围的环境造成污染[2]。大部分的矿井水中都含有各类有危害性的悬浮物,呈现高矿化度、酸性,有些甚至还含有重金属离子、F或放射性物质等,成份极为复杂。矿井水若未经处理就排放到地面上,会对地表土壤及植被产生污染,影响周围居民的正常生活。因此,合理利用矿井水,避免对环境产生难以逆转的伤害是十分必要的。
a)含悬浮物的矿井水处理方法:含悬浮物的矿井水主要含有煤粉、岩粉与岩粒等,水质比较简单,对环境的危害程度不大[3]。国内目前对此类矿井污水的处理方法是:将矿井水从井下水仓抽出地面进入初沉池,然后在调节池中加入药剂进行处理,经过浓缩池、沉淀池、过滤池后,再经消毒处理即可作为生活(如洗澡)、绿化用水使用,或达标外排;
b)高矿化度矿井水处理方法:含盐量高于1 000mg/L的矿井污水即为高矿化度矿井水。高矿化度矿井水如果不经过处理就直接排放,会给生态环境带来一定的危害。主要表现为河流水含盐量上升、浅层地下水位抬高、土壤滋生盐碱化、不耐盐碱类林木种势削弱、农作物减产等。对此类矿井水的处理方法除按上述处理方法处理外,还需进行脱盐处理工艺。脱盐可采取膜分离法进行脱盐,主要包括电渗析与反渗透两种技术;
c)酸性矿井水处理方法:酸性矿井水会对煤矿排水设备、轨道或其它机电设备造成腐蚀,破坏煤矿设备;若将酸性矿井水排至地面,则会造成水体污染、土壤板结与农作物枯死等不良后果。目前广泛应用的酸性矿井水处理方法主要为中和法。例如石灰石-石灰中和法联合处理酸性矿井水,将酸性矿井水注入滚筒后加入石灰石,然后在反应池中加入石灰,再经过混凝剂投配槽注入沉淀池,最后经沉淀池排放出去,此时的矿井水就已不再为酸性;
d)含重金属矿井水处理方法:含重金属矿井水即为矿井水中的Hg、As、Pb、Cr等元素的含量超过中国生活饮用卫生标准的矿井水。此类矿井水若未经处理时排出,会在周围环境或人体中沉积,严重影响周围的作物,对环境造成极大伤害。对此类矿井水的处理主要为转移重金属存在的位置、改变其物理或化学形态,从而降低含重金属矿井水的危害。中国目前的技术水平仍有很大局限,因此国内进行含重金属矿井水处理的实例并不多见。国际上目前采取的方法为沉降法与分离法,将含重金属的废水在中和槽中加入氮气与碳酸钙进行反应,然后注入贮水罐,再由贮水罐流入硫化床反应器,在反应器内加入营养物质与氮气,排出硫化氢后将矿井水注入混凝混合器,经混凝混合器处理后即可排出已无害的矿井水。但沉淀污泥与浓缩产物剩下的处理物仍需进行处理后才可排放,以免产生二次污染,危害周围环境;
e)含放射性污染物矿井水处理方法:中国矿井污水放射性超标的成份主要为A粒子,同时含有少量的B粒子与C射线。放射性射线会对人体组织产生极大损害,人体内若大量蓄积放射性射线,轻者会产生畸形、突变或发生癌症,重者则会直接死亡。因此对含放射性污染物矿井水的处理必须十分谨慎。目前广泛利用的方法主要为化学沉淀法、离子交换法与蒸发法。化学沉淀法一般用于低放与中放废水的处理;蒸发法虽然耗能多,但可开发应用煤矸石和低热值煤做供热原料,对现有资源进行充分的利用,因此在矿区得到较多应用。离子蒸发法的操作也较为简单,将含放射性污染物的矿井水注入反应池,加入石灰和聚合氯化铝进行反应,在沉淀池进行沉淀后即可排出;
f)高氟矿井水处理方法:含氟量超过中国生活饮用卫生标准1 mg/L的矿井水即为高氟矿井水。高氟矿井水常含有废机油、乳化油等有机物污染物,含有的总离子含量比一般地表水高得多,而且很大一部分是SO42-且p H值特别低,常伴有大量的Fe2+,对周围的水资源影响较大。目前主要的处理方法为沉淀法和吸附法。含氟水量较小时可采取吸附剂吸附的方法,在含氟水量较大时,则可使用沉淀法,通过加钙盐,同时使用镁盐与磷酸盐使含氟成份形成沉淀而除去。有些矿区将高氟水沉淀后调节酸度,在电解槽内除氟,然后进行净化与消毒,可将高氟水变为饮用水,在避免了环境污染的同时还有利于经济的可持续发展。
3 结语
通过以上对矿区水害的简要阐释,矿井水对环境可能造成的潜在威胁,以及对矿区水害的主要预防措施与治理方法进行的说明,我们可以清醒的认识到,矿井水常会对煤矿生产的影响较大,矿井水过多会威胁煤矿安全,矿井水匮乏则不利于煤矿生产的发展。煤矿生产过程中进行的开采活动会上对水资源产生破坏,进一步导致矿区的各类水资源问题,如水资源污染与水害等。因此,在对矿井水害及矿井水进行处理时,必须重视对环境的影响,尽最大可能地在减轻灾害的同时保护环境,达到经济与环境和谐发展。
然而在煤矿生产过程中,不可避免地会对矿井水进行注浆与人工疏降等措施,这些措施是严重违背自然规律的,长此以往地进行这些措施必然会造成矿区含水层水位下降,矿区水量减少的后果,矿区水资源将在长期内无法得到回复。矿区内的地下水与地表水也会因开采工作受到一定影响,造成周围环境与生态的改变。
我们应在煤矿生产时,在保证安全的前提下,最大可能地使用保水承压开采,从而避开水量较大的含水层,最大程度上减少对周围环境与生态的影响。由于中国的科学技术仍处在快速发展的阶段,对矿井污水的处理技术还不够成熟,采取的方法还不够完善,因此必然会排出对周围环境造成一定污染的矿井水。各矿区应在安全开采的同时进行科学与合理的治理,积极进行矿区污水治理利用的研究工作,鼓励工作人员着眼于合理供排。只有使煤矿生产与矿区水资源的关系变得更加和谐,才能科学地发展煤矿产业,促进生产发展、生态良好的文明发展道路早日形成,建设资源节约型,环境友好型社会,适应现代化社会的发展趋势。
参考文献
[1]杨宝金.如何做好矿井防治水工作[J].煤炭技术,2008(10):77-78.
[2]张健春.浅谈煤矿防治水工作与安全生产关系[J].电子制作,2013(04):175.
煤矿水害防治技术研究 篇5
矿井水害是制约煤炭安全生产的重大矿井灾害之一[1,2]。王台铺煤矿1958年建矿, 至今已有50 a多的历史, 矿井主采3号、9号、15号煤层。截止现在3号、9号煤层已回采结束, 目前主采15号煤层。在矿井采掘过程中受到地表水、上部3号、9号煤层采空区积水的渗透、周边小窑水等水害威胁。矿井水文地质条件复杂, 防治水管理难度大。因此, 研究充水条件并给出有效的防治措施具有十分重要的意义和参考价值。
1 矿井充水条件分析
矿井充水条件包括充水水源、充水通道、涌水量, 三者缺一不可, 三者决定矿井突水的程度和水害大小[3]。
1.1 矿井充水水源分析
矿井充水水源主要包括大气降水、地表水、地下水和老空积水。针对于王台铺煤矿的矿井充水水源主要有以下几种。
1.1.1 地表水
井田地表河流有2条, 即北部巴公河和南部刘家川河, 均属季节性河流, 水量小。根据资料, 井田内15号煤层埋藏深度为42.13 m~290.10 m, 井田内15号煤层顶板导水裂隙高度为20.59 m~79.33 m, 埋藏浅部 (北石店、临泽-丰安-下元庆即井田东南部) 导水裂隙可能通达地表, 使地表水沿顶板导水裂隙渗入矿井, 增加矿井涌水量。
1.1.2 上部3号、9号煤层采空区积水
井田内3号、9号煤层已全部采空, 3号煤层的采空区由于9号煤层的回采已全部融为一体, 所以15号煤层回采防治的上部采空区积水为3号、9号煤层采空区积水。9号煤层下距15号煤层30 m左右, 当15号煤层开采形成大片采空区后, 随着顶板的垮落, 将出现大量塌陷裂隙, 开采15号煤层最大导水裂隙高度为20.59 m~79.33 m, 因此15号煤层采空后, 3号、9号煤层采空积水就会沿塌陷裂隙等下渗, 加大15号煤层的涌水量。如XV2310工作面上部为IX2339、2340工作面采空区, 通过计算, 采空区积水量达8×104m3, 对工作面生产造成重大安全隐患。
1.1.3 15号煤层小矿 越层越界采空破坏区积水
小煤矿开采比王台铺煤矿开采较早, 井田内小矿越层、越界开采15号煤层所形成的采空区中有多处积水, 以及小煤窑本身的补给水, 犹如一个个封闭的“地下水库”, 一旦掘透, 势必会造成矿井水灾事故发生, 并且该涌水会形成长流水, 给矿井防治水工作带来很大被动。
1.2 矿井充水通道分析
王台铺煤矿的矿井充水通道主要有如下几种。
1.2.1 断裂构造
本井田地表未发现断层, 在井下采掘过程中发现了一些小型断裂构造, 均属正断层, 落差最大3 m, 一般在1.0 m左右, 为层间断裂构造, 这些断层都属于张性断层, 具有一定的导水性。
1.2.2 顶板导水裂隙带
受煤层开采影响, 由下至上依次为冒落带、裂隙带和弯曲带3个部分, “三带”将沟通3号、9号煤采空区、岩层含水层, 甚至到地表, 成为矿井生产涌水的主要通道。
1.3 矿井涌水量分析
随着矿井的开采, 以及矿井水平延伸, 矿井涌水量呈逐年递增趋势, 建井初期涌水量200 m3/d~942m3/d, 开采3号煤层时, 矿井涌水量 (正常) 为1 918m3/d~4 056 m3/d, 包括对三号煤小煤窑水的疏放造成水量增大;开采3号、9号煤层时, 矿井涌水量 (正常) 为5 863 m3/d~11 865 m3/d, 包括对3号煤采空区水的疏放造成水量增大;当开采15号煤层时, 矿井涌水量 (正常) 为11 000 m3/d~20 000 m3/d, 包括对3号、9号煤采空区水的疏放以及对15号煤层小煤窑水的疏放造成水量增大。XV13102巷与小煤窑贯透出水, 自2010年1月出水水量为90 m3/h~130 m3/h, 最大为330 m3/h, 排放黄头、马沟等煤矿小煤窑水达180×104m3, 目前放的为补充水, 水量为100 m3/h~130 m3/h, 造成矿井涌水量某一时段增大。
2 防治措施
2.1 地面防治水管理
a) 加强地面现场调查, 矿井井口标高一定要高于当地历年最高洪水位, 并保证泄洪通道通畅;
b) 加强地面水体、河流水量、水位观测, 保证水体水位高度不影响矿井安全生产, 对于存在矸石和炉渣等固体废物堵塞河道, 要及时进行清理, 保证河道畅通;
c) 对于因采煤塌陷造成的地表塌陷裂缝, 要及时进行观测, 并登记造册。雨季前组织有关人员踏勘井田是否有采空塌陷裂隙、塌陷洞, 并及时用黄土、粘土、碎石填封, 并高出地表, 确保地表水不会顺塌陷裂缝灌入井下;
d) 加强地面小煤窑井筒的调查以及填埋工作。对于井田范围内及周边小煤窑, 存在与矿井沟通的一定要全面调查 (尤其是古窑) , 并登记造册。并组织对小煤窑井筒进行填埋, 用水泥封盖, 若存在用作水源井或农作物灌溉使用的水井不能填埋的, 也要在井筒的四周砌墙围堵, 防止雨季地表水顺小煤窑井筒灌入井下。
2.2 井下防治水管理[4]
a) 必须按矿井设计留设矿界煤柱、地表水体保护煤柱以及邻矿破坏区保安煤柱, 加强对9号煤采空积水的动态观测及位置核实, 加强对井田内及周边煤矿采掘状况以及采空积水范围积水量与本矿的相关关系等的调查;
b) 完善排水系统, 提升系统保障能力。对于矿井主排水系统要通过增加水泵、施工直排孔等手段提升矿井排水系统能力, 严格按《煤矿安全规程》中的排水系统要求布设, 对于水文地质类型复杂的矿井, 应当在井筒底留设潜水泵窝, 老矿井也应当改建增设潜水泵窝;盘区 (主要排水点) 排水系统要根据盘区的预计涌水量和充水水源施工盘区 (主要排水点) 水仓、安设水泵铺设排水管路, 形成排水系统, 经常保持排水设备处于良好工作状态, 确保矿井综合排水能力。
目前王台铺煤矿对原矿井主排水系统进行了改造, 补充施工了9个Φ311 mm直排井, 大大提升了系统能力, 另外在620水平重新施工了1个泵房, 安设了3台355 k W水泵, 提升了620水平的主排水系统能力。同时还利用矿井主皮带井底废弃巷道作为水仓, 施工直排井, 安设大功率潜水电泵, 增大了矿井抗灾能力。系统改造后, 矿井的主排水系统能力由原来的1 170.7 m3/h, 提升到2 347 m3/h, 是改造前的2倍;
c) 安装矿井水文监测系统, 实时监测矿井水变化。通过安装电子明渠流量计与电子管道流量计, 与井下安全监测系统并网, 形成井下水情监测子系统, 实时自动监测井下主排水系统以及各出水点的水量变化, 为防治水工作提供技术保障;
d) 严格执行“有掘必探、有采必探、先探后掘、先治后采”, 和“探掘分离”制度, 做好探放水工作。井下探放水工作要严格按《煤矿防治水规定》编制钻探设计, 由专业人员和专职队伍, 采用专用钻机进行钻谋的探放水工作;
e) 做好矿井水害评价, 保障矿井综合防治水系统能力。对矿井涌水量、排水系统能力、防治水工程以及地面塌陷调查、小煤窑井筒处理等进行月度评价, 发现隐患, 寻找差距, 采取措施及时处理。在工作面回采前要做工作面水情评估报告, 对工作面的涌水情况、防治水工程以及排水系统情况进行评估, 确保系统可靠, 涌水可控, 工作面安全生产。
3 结语
通过对矿井的充水因素分析, 提出科学、合理的解决措施, 分年度实施, 对矿井的排水系统进行完善, 保障排水系统能力, 并加强管理, 杜绝矿井水害事故的发生, 为矿井安全生产保驾护航。
摘要：通过对矿井的充水水源、涌水通道、涌水量进行科学合理的分析, 针对王台铺煤矿实际进行科学研究, 从地面以及井下防治水方面制定合理、可行的措施, 做到机构完善、制度健全、超前预防、措施得当、系统可靠、资金到位, 确保矿井防治水工作安全有序开展。
关键词：水害,防治,煤矿
参考文献
[1]虎维岳.煤矿水害防治理论与方法[M].北京:煤炭工业出版社, 2005.
[2]国家安全生产监督管理总局, 国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].北京:煤炭工业出版社, 2009.
[3]刘一凡.矿井水灾的成因分析与防治探讨[J].科技情报开发与经济, 2011, 21 (4) :180-181.
那怀煤矿水害综合防治 篇6
那怀矿井田位于百色煤田西北端, 为一NE~SW走向向NE倾伏的向斜构造, 内有落差较大的正向断层共8条断层;井田内层位较稳定的煤层有10层, 具工业价值的有A、B、C、I煤层, 其余煤层均不可采;本矿井计划所开采的煤层为A、C煤层, 这两个煤层垂直距离12m, 煤层顶、底板为泥质和砂质泥岩, 且层位整合接触, 颗粒结构致密, 是很好的隔水层, 矿井的正常井下涌水量为153/h, 雨季期间井下最大涌水量为30m3/h,
1 那怀煤矿涌水来源分析
1) 地表水大气降水的渗入或流入往往是开采地形低洼且埋藏较浅的煤层的主要水源, 在雨季表现得尤为明显;那怀煤矿新井井口标高h=141.0米, 高于右江河历年最高洪水位123.48m。矿区主要地表水系有:新主井东侧两百米处的鱼塘, 鱼塘面积1万平方米, 蓄水量约2.6万方, 据观测该鱼塘并无向矿井渗水的现象;在那怀矿井田南缘有条那怀小河, 该河水量及河面较小, 河面宽4~5米左右, 四季长流, 流量与季节有关。
2) 老窑积水过去采过的小煤窑以及矿井里采空区、废弃的旧巷道, 常常有很多积水。当采掘工作面与它们打透时, 很短时间内会有大量积水涌入, 来势凶猛, 造成透水事故, 破坏性很大。与本矿相邻的矿井有东部的大湾小窑开采区, 北部的那怀私人小煤窑及西北部的东安煤矿。这些过支采过的小煤窑以及矿井里废弃的旧巷道, 有很多积水, 严重威胁矿井开采的安全。
3) 采空区积水井田内过去采过采空区、废弃的旧巷道, 也会有很多积水, 特别是C煤层内采空区积水, 会威胁到下一煤层 (A煤层) 的开采安全。
4) 断层水岩层断裂叫断层。有的断层带内会积存水, 断层还常将不同的含水层连通, 有的甚至与地表水相通。当开拓掘进或采煤接近或揭露这样的断层时, 断层水便会涌出。那怀矿井田位于百色煤田西北端, 为一NE~SW走向向NE倾伏的向斜构造。井田内有落差较大的正向断层8条。矿井现已开拓到-220米标高, 从已经揭露的断层来看, 断层带及其附近涌水极少, 只在局部砂质泥岩地段存在滴水或渗水的现象。
2 完善日常矿井防治水基础工作
1) 完善矿井防治水机构人员和队伍;成立以矿长为首的防治水领导小组, 明确规定公司总经理和矿长是防治水的第一责任者, 矿总工程师负技术责任, 矿设地测水文专职人员和钻探队伍, 负责矿井水文地质资料的收集和分析工作。及时制定修改矿井年度防治水计划, 并根据计划认真检查和实施矿井水防治的各项工作。
2) 加强对周边老窑积水的监测, 取得准确的资料, 为矿井后期开采的矿井水防治提供依据。那怀矿东南部、北部都存在已废弃多年的小煤窑, 在布置巷道或工作面前工求地质测量部门必须调查核实矿区内的小矿井已开采范围, 然后留设可靠的防水煤柱。在接近时必须制订专门的措施在掘进工作面提前进行探放水。情况不明时, 严禁采掘作业。同时每月组织工程技术人员对防水煤柱、小煤窑和老空水进行“三位一体”大检查, 防止地区淹井事故的发生。
3) 切完善防治水工程设施根据那怀矿实际情况, 我们在井底车场布置了一个容量较大的水仓 (在二采区运输巷附还另外布置了一个采区水仓) , 每个水仓均配备三台能力相同的水泵, 每台水泵排水能力为155m3/h。中央泵房最大排水能力为310 m 3/h。完全满足矿井正常生产需要。在正常生产期间, 定期对防水闸门检查和维护, 保证随时可以顺畅关闭。
4) 加强职工技术培训提高职高防水安全思想意识;通过不同形式的教育培训, 使职工了解矿井透水前的各种预兆及其规律, 做到发现透水预兆, 能立即停止工作, 采取措施进行处理, 同时让井下使每一个职工都知道本工作地点的避灾路线, 以及本区域矿井受水灾后自己的行动要求, 一旦发生突水事故, 可以安全撤出险区。
5) 定期进行演习提高矿井的避灾抗灾能力;我矿每半年都要举行一次水灾预防演习, 通过演习让职工熟悉矿井避灾线路, 增强职工的自保、互保、联保意识, 同时进一步检验了水灾避灾路线的合理性和矿井发生事故后的应急救援能力, 实测了职工从工作地点到副井口的升井时间, 真实反映矿井发生水灾时的组织、协调、指挥能力, 有效预防和处理灾害事故, 确保矿井安全
3 在正常生产时期的防治水
1) 完善矿井水文地质图, 对矿井的地面鱼塘、塌陷坑、裂缝带、老窑积水区、充水断层、强含水层或其他有水地点, 要在图上注明, 并随生产变化而更新。有关部门要彻底清查各采区水文地质情况及含水层分布状况, 收集出水点原始数据, 整理成册并合理分析, 同时要对相应地表概况做到心中有数。
2) 防治地表水应当以疏为主, 以堵为辅, 疏堵结合, 综合治理。确保矿区水路贯通是治理的根本。定期安排相关人员对水路进行排查, 以保证矿区生产、生活废水能顺利排至鱼塘, 再途径水沟流至那怀小河, 排出井田范围。同时, 要对鱼塘水进行观测, 虽然长期数据表明鱼塘并无向井下渗水的现象, 但仍不能掉以轻心。如发现有漏水、渗水现象, 立即排水填堵。在井田范围内如发现有地表塌陷坑, 立即组织人员对其进行填埋, 防止地表水从这些塌陷坑渗入井下。
3) 井下防治水应以预防为主, 做到将事故扼杀在萌芽状态。相关部门应在井下各个地点建立水文观测站, 对矿井涌水量进行观测, 记录数据并留存档案。
4) 加强排水设备的管理及日常检修和维护工作, 确保矿井三台主排水泵及两趟排水管路的完好率符合安全规程要求;对井下主、副水仓及巷道、井筒的排水沟进行定期清理。
5) 严格要求施工人员按章作业, 坚持“有疑必探, 先探后掘”的探放水原则。在开掘怀疑有水的巷道前, 必须有探放水措施并认真执行。开掘工作面出现以下情况时, 立即停止作业, 向调度室汇报, 查明原因, 交有关部门处理:开掘工作面出现透水征兆、超前探距不够或偏离探水方向、掘进面支架不牢或空顶距超过规定。
6) 为了预防采空区威胁矿井安全生产, 在开采C煤层时, 区段平巷之间均留设40米的防水煤柱;在开采C煤层下一煤层 (A煤层) 时, 为了防上C煤层采空区积水灌入A煤层工作面, 在回采前一般先疏放采空区积水以确保工作面安全回采, 2010年12月至2011年元月我矿成功地在A101进风巷及联络巷向C煤采空区内布置疏放水眼, 巷疏放老空积水约二万立方米, 使A101采面顺利按时安全投产。
4 在特殊时期的防治水
1) 在雨季、天气变化反复无常等气候特殊时期, 应加强防治水工作, 以便矿井的生产不受水害影响及破坏。由矿领导牵头组织水灾应急救援小组, 安排专职人员值班, 派专人对地面及井下重点区域进行巡查。
2) 加强地面防洪、排水措施和设施的管理。建立地面巡逻制度, 预防地表水由井筒或塌陷裂隙大量涌入井下。在大、暴雨降落的前后, 都必须派出人员检查矿区及附近地面有无开裂隙和塌陷等现象, 防止水流渗入井下, 发现异常必须及时处理。排到地面的井下涌水应予以妥善处理, 避免再次流入井下。同时要对地表水路进行清理, 确保水路的顺畅贯通, 及时将水排出井田之外。
3) 及时对井下排水设备进行检修维护, 确保矿井水泵及排水管路的完好率符合安全要求。加大各水文观测站的测水频率, 掌握井下水量变化第一手材料, 将数据记录成册并合理分析, 作为矿井预防工作的依据。
4) 每年雨季前对各水泵房水仓进行一次全面清掏, 确保水仓有足够的储水容积。对水泵房的供电线路、供电设备要在雷雨季节前停电检修一次。所有零、配件均应补充齐全, 发现的问题要及时处理。
5 建立地下水动态观测系统
由生产部门在井下建立水文观测站, 定期对井下涌水量进行观测, 并将数据记录在案。通过对不同时段涌水量变化的对比, 总结处井下水量变化趋势, 为矿领导下决策作建议性依据。
在掘进巷、采面等工作地点遇到涌水增加的情况, 应为之建立独立的观测措施, 对这些涌水地点进行单独的观测记录。如有必要进行钻孔探水, 在探水工作进行时对水量变化进行观测。
同时, 增加视频监控探头的控制地点和控制范围, 让监控中心能够及时发现突发情况并有依据地做出相应指挥。在新、旧井各水流的汇总地段设置监控探头, 令监控员能时刻对水量进行监控。在水量骤然加大或者减小等情况之下, 能第一时间发现突发情况, 并且及时做出分析、汇报上级、指挥井下人员进行应对措施。
6 结语
在矿井生产过程中, 那怀矿根据矿井实际情况采取行之有效的防治水措施, 建立了地下水动态观测系统, 使矿井涌水得到了有效治理, 杜绝了矿井水害发生, 促进了安全生产, 使那怀矿在2010年原煤生产过程中顺利突破58万吨, 实现安全生产双丰收。
摘要：水灾是煤矿五大灾害之一, 在煤矿生产时期, 常常会遇到水的危害, 文章分析了那怀煤矿水文地质条件及矿井涌水来源, 同时根据本矿实际情况采取切实可行的综合防治措施, 确保了矿井安全生产, 使矿井取得了良好的治理效果和经济效益。
保德煤矿矿井水害防治技术浅析 篇7
关键词：水害隐患,煤矿,防治技术,探放水
1 概况
神东煤炭集团保德煤矿属天桥岩溶水系统, 为补给、径流和排泄完整的全排型水文地质单元, 单元面积约13 921.5 km2。灰岩地下水的补给来源以奥陶系灰岩大面积裸露及半裸露区接受大气降水为主, 同时还接受上覆第四、三系松散孔隙含水层、石炭二叠系裂隙含水层及地表水的入渗补给。该区岩溶水的运移属于渗入-径流-排泄型循环, 即水量基本上不消耗蒸发, 径流排泄可看做唯一的排泄方式, 各种水量的关系为:补给量=径流量=排泄量。区内地下水由北东、东和南部向天桥泉群方向径流。8#煤底标高在905～520 m之间, 大部地区8#煤底板低于奥灰水水头。采掘位置8#煤底板所承受的奥灰水压为0～3.2 MPa, 突水系数为0～0.038 MPa/m, 均小于无导水构造时的临界突水系数0.06 MPa/m, 整个采掘范围正常情况下不具有突水威胁[1], 但采掘过程中揭露了大型导水构造时仍可发生突水事故。随着开采深度的加深, 保德煤矿矿井用水量大幅增加, 特别是深部区“带压”开采带, “奥灰水”问题已经成为制约保德煤矿安全生产的主要因素。
2 矿井水害情况分析及带压开采评价
2.1 水文地质类型划分
根据地质报告、生产实际揭露、《煤矿防治水规定》的要求及神东地测公司对保德煤矿水文地质类型划分组织审定, 保德煤矿矿井水文地质类型划分为“中等”[2]。
2.2 矿井突水危险性评价
(1) 奥灰水与8#煤层厚度关系。8#煤距离奥灰岩顶面平均厚为110 m, 最薄厚为91.87 m。
(2) 目前开采的带压情况。保德煤矿奥灰水头水位+839 m, 目前两个综采面中81304综放面、81502综采面煤层底板标高最低均为+770 m, 在奥灰水压上;三盘区掘锚二、五队掘进标高最低为+660 m, 在奥灰水位下159 m (1.56 MPa) ;五盘区目前掘进标高最低为五盘区大巷最深点标高+542 m, 在奥灰水位下297 m (2.91 MPa) 。
(3) 突水危险性范围划分。根据《煤矿防治水规定》, 用突水系数法将矿区突水安全性进行分区, 临界突水系数确定为0.06 MPa/m。突水系数小于0.06 MPa/m为非危险区, 突水系数大于0.06 MPa/m为危险区[3,4]。
2002年10月由煤炭科学总院西安研究院所做的《山西保德县孙家沟煤矿水文地质勘探综合成果报告》, 结合保德煤矿实际, 综合考虑底板岩石物理、力学性质指标、导水裂隙和构造等的影响因素, 将矿井突水安全性非危险区又划分为安全区 (突水系数小于0.04 MPa/m) 和过渡区 (突水系数介于0.04～0.06 MPa/m之间) 。根据8#煤层采掘规划及目前已延伸到位巷道实测, 最大采掘深度为+540 m, 水头高度约300 m。通过计算, 8#煤底板承受的水压在0～2.94 MPa之间, 最大水压为2.94 MPa。
3 保德煤矿防治水工作对策
我国在奥灰水害防治方面已有了比较成熟的技术和措施, 如疏水降压、注浆堵水、突水预测和探放水等[5,6,7,8]。应用成熟的堵水截流新技术, 是煤矿防治水工作的发展方向, 可以减小矿井涌水量、提高矿井安全系数和生产效益、减小疏排水对地面环境的影响。
堵水截流是我国矿井防治水害的重要方法, 在静水与动水条件下注浆封堵突水点、矿区外围注浆帷幕截流等都有比较成熟的方法和经验[9,10,11,12], 在多种不同水文地质条件下的灰岩地层中成功地建造了大型堵水截流帷幕, 取得了良好的堵水效果。为此对提出了掘进面“先掘后探”、五盘安装防水闸门及建立井下强排系统等“探、防、排”综合技术措施。
3.1 掘进工作面“先探后掘”
为了预防在掘进过程中遇断层、陷落柱等地质构造带, 造成奥灰水上涌形成水害, 危及矿井安全生产, 保德煤矿掘锚队在掘进巷道前严格执行先探水后掘进规定, 具体内容如下: (1) 单巷掘进, 巷道里每230 m掘进一个钻场进行探放水, 每个钻场布置3个钻孔, 扇形布置, 一个沿煤层掘进方向, 另两个向掘进底板方向及巷道两侧方向并保证终孔位置距煤层底板不小于20 m, 距帮不小于20 m, 钻孔长300 m, 下组钻孔施工与巷道掘进作业同时进行, 并保证下组钻孔施工完毕后, 前组钻孔综孔超前掘进头不小于20 m, 即钻孔超前距不小于20 m, 单巷掘进时探水施工平面图如图1所示。 (2) 双巷延伸时, 探放水钻场布置超前巷道里, 每隔250 m布置一个钻场对两条巷道进行探放水, 每个钻场布置四个钻孔, 扇形布置, 一个沿煤层掘进方向, 另两个向掘进底板方向及巷道两侧方向并保证终孔位置距煤层底板不小于20 m, 距帮不小于20 m, 钻孔长300 m, 下组钻孔施工与巷道掘进作业同时进行, 并保证下组钻孔施工完毕后, 前组钻孔综孔超前掘进头不小于20 m, 即钻孔超前距不小于20 m, 双巷掘进时探水施工平面图如图2所示。
每个探放水钻孔施工前都必须预先用直径133 mm钻头扩孔, 预先安装直径108 mm管止水套管, 止水套管长度根据《煤矿防治水规定》第九十八条 (二) 沿岩层探放含水层、断层和陷落柱等含水体时, 按表1确定探水钻孔超前距离和止水套管长度。
止水套管采用马丽散固结, 使套管和煤体成为一体, 套管下放凝固30 min后, 进行扫孔, 然后进行压水耐压试验, 试验压力必须大于预计水头压力, 稳压时间不小于30 min, 孔口周围不漏水, 孔口关牢固不活动, 即为合格, 否则, 重新固结, 重新做耐压试验, 直到合格后, 方可进行钻孔。钻孔开孔孔径为153 mm, 孔深13 m, 下DN10套管, 使用马丽散固结孔口管, 如图3所示。
施工探水钻孔时, 钻进和退钻应采用反压和有防喷装置的方法进行钻进和控制钻杆, 如图4所示。
3.2 安设五盘区防水闸门
二盘区未采区域与五盘区共用五盘区大巷, 受承压水威胁最大, 故选择先在五盘区大巷施工防水闸门。保德煤矿五盘区防水闸门安设在四条大巷内200～300 m之间, 共需要安设防水闸门4套, 能承受水压3.0 MPa, 断面要求宽×高=4 m×3.2 m。其中五盘区辅运大巷安设一套防水闸门, 需要保证辅助运输车辆正常通行;五盘区一、二号回风大巷分别安设一套防水闸门, 需要保证正常的回风断面;五盘区胶运大巷安设一套防水闸门, 需要保证胶带运输机胶带的正常运行。
3.3 建立井下强排系统
目前保德矿井总排水系统完全满足全矿最大涌水量时的排水需求, 但考虑到保德煤矿8#煤层标高处于奥灰水水位以下, 在发生重大突水灾变的情况下, 为了给井下作业人员逃生及抢险救灾争取时间, 设计在保德煤矿五盘区集中巷尾部较低处 (也是矿井开采区域内最低的位置) 设置潜排电泵排水系统, 总排水能力为2 200 m3/h。
4 结论
保德煤矿主要水害隐患为奥灰水、老空积水和地表水3种类型, 通过收集矿井水文地质原始基础资料, 分析研究, 查明存在的水害隐患, 制定有针对性的掘进面“先掘后探”、五盘安装防水闸门及建立井下强排系统等“探、防、排”综合技术措施, 能有效防止矿井水害事故的发生。为矿井后续开采煤层及其他邻近矿井防治水工作提供了一定的参考。
参考文献
[1]淮南煤炭学院.矿井地质及矿井水文地质[M].北京:煤炭工业出版社, 1985
[2]国家安全生产监察局, 国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].北京:煤炭工业出版社, 2009
[3]范福生.中小煤矿防治水工作[J].河北煤炭, 1999 (4) :5-8
[4]张敦伍, 杨靖.新集三矿1煤底板灰岩放水试验[J].能源技术与管理, 2009 (6) :56-58
[5]刘生优.骆驼山煤矿16煤大巷奥灰突水封堵工程设计[J].煤炭工程, 2011 (10) :37-42
[6]白海波, 茅献彪, 吴宇, 等.高压奥灰水大型逆断层下盘煤层安全开采研究[J].岩石力学与工程学报, 2009, 28 (2) :246-252
[7]王进尚, 胡耀青, 韩德虎, 等.鹤壁矿区奥灰水水害分析和防治对策[J].山西煤炭, 2011, 31 (3) :24-26
[8]王宏.梧桐庄矿奥灰水水害分析及综合治理[J].河北煤炭, 2010 (2) :21-24
[9]李彩惠.矿井特大突水巷道截流封堵技术[J].西安科技大学学报, 2010, 30 (3) :305-308
[10]何雪峰.帷幕注浆治理钻孔井下错位突水[J].淮南职业技术学院学报, 2004, 4 (3) :22-24
[11]杨朝维, 张建立, 薛峰峰, 等.“三软”厚煤层井下动水注浆堵水技术研究[J].能源技术与管理, 2007 (6) :85-86