煤矿水害的预防及重大事故案例分析

煤矿水害的预防及重大事故案例分析河南省安全生产监督管理局李震寰录目第一讲煤矿水害基本常识及治理技术第二讲煤矿重大水害典型事故案例介绍第一讲煤矿水害基本常识及治理技术前言一、矿井水的概念二、矿井水的来源三、综述四、国内外水害治理现状前言我们知道：煤矿在开拓和开采过程中，常会遇到地下水渗入巷道，或者引起部分大气降水和地表水流入井下，严重的造成矿井突水，酿成重特大事故，成为阻碍采掘工作的不利因素，影响煤矿的安全生产。矿井突水的主要危害有：威胁矿工生命安全；影响矿工身体健康；降低生产效率；增加排水费用，提高开采成本；酸性地下水腐蚀井下机诫设备，缩短开采机械的寿命；影响煤炭回采率，降低煤质等。另外会引起巷道积水，增加井下运输的困难；破坏巷道顶底板岩石的稳定性，使支护工作复杂化等。矿井水灾防治是煤矿安全生产的重要环节，矿井水灾已成为仅次于瓦斯的煤矿第二大灾害。因此，进行水文地质研究，降低矿井水给矿井建设和生产带来的危害，实现煤矿安全生产，对于煤矿工作来说，有着重要的实际意义。我国为做好防治水灾害工作专门出台了《煤矿防治水规定》。充分说明政府对该项工作的重视程度。共十章，142条。一、矿井水的概念第一节概念在矿井建设和生产过程中，以各种形式涌入井筒、巷道和工作面的大气降水、地表水、地下水、老窖积水称为矿井水。当矿井涌水量超过矿井的正常排水能力，而造成矿井水泛滥成灾的现象称为矿井水灾。评价矿井的充水程度有两个指标：矿井含水系数和矿井涌水量。由于矿井的地质条件和岩石性质不同，各矿井的充水程度也不相同。矿井水给煤矿的安全生产带来影响，必须搞清矿井充水的水文地质特征，以便选择合理的开采方法，选择经济合理的安全措施，以防止矿井水灾的发生。第二节矿井水的来源矿井水的来源，决定于一系列的自然因素和人为因素。分析研究这些因素以后，才有可能采取防止矿井水灾发生的必要措施。一、矿井充水的自然因素矿井充水的自然因素包括：大气降水、地表水、地形、基岩出露程度、岩石成分、覆盖层的作用、地质构造和埋没的古代地形等1．大气降水大气降水是矿井充水主要因素之一。除了一部分被蒸发和随河流流走以外，另一部分则沿着岩石的孔隙、裂隙渗入矿井。大气降水在不同地区、不同季节、不同开采深度对矿井充水的影响也不相同。在降雨量少的西北地区，矿井涌水量就小；在降水量多的南方地区，矿井涌水量就大．即使在同一个地区内，由于大气降水量是随着季节变化的，矿井涌水量一般也随之发生周期性的变化。在一般情况下，矿井涌水量是随开采深度的增加而减小；也有的矿井，其涌水量却随开采深度的增加而增加，这是由于开采的愈深，水文地质条件愈加复杂的原故。2．地表水地表水位于矿井附近或直接分布在矿井以上的地表水，如河流、湖泊、水溏、水库等是矿井充水重要因素。在这种情况下，地表水直接或间接地通过岩石的孔隙、裂隙、岩溶等进入矿井，如河南义马矿区的个别井田在小浪底水库附近开采，受地表水威胁很大，故必须进行多项的水文地质工作，开采时采取必要的安全生产措施。3．地形地形对矿井充水有很大的影响，同时也影响地下水的循环条件及含水层埋藏的深度，位于当地侵蚀基准面以上的矿井、通常是涌水小的矿井或无水矿井。在同一地质条件下，位于低标高地区，如河谷，冲沟或低地，可能是涌水量大的矿井。如果四周地形高而中间为低平的盆地时，在雨季积水量大，地表排泄条件不好，地表水可大量补给煤系地层中的含水层，使矿井强烈充水；反之．在地形较陡的情况下，降水大部分形成地表水流流走，补给地下水量就少，如图一所示。图一地形对大气降水补给含水层的影响示意图1－地表2－含水层4．基岩出露程度、岩石成分和覆盖层的作用如果煤层或基岩岩层出露于地表，其中又有透水岩层，因而能大量吸收地表水，随着巷道掘进，地表水可大量进入矿井；如果煤层或岩层上面存在弱透水层或不透水层，如粘土层或砂质粘土层覆盖，并且厚度稳定，至少在5m以上，则大气降水和地表水基本不能进行渗透；如果覆盖层是透水砂层，则水几乎都可渗入。当煤层顶板为良好隔水层时，可以把水隔开。但在某些地区由于开采地段顶板冒落，并在上部形成裂隙时，地表水可大量进入下部的透水层或巷道中去。我国华北地区多有基岩出露，坚硬岩层裂隙和岩溶现象显著，成为水的天然聚积区域，矿井如果不对其加以防治，就会造成大量的水涌入矿井。有时裂隙和石灰岩溶洞是地表水流入矿井的通道，涌水量也会急剧增加。岩石成分也影响充水程度、胶结很好的沉积岩，如细砂岩、粉砂岩、页岩、泥灰岩等是弱透水层或隔水层，可以有效地阻挡地表水和大气降水的渗透，使矿井充水较小。在石灰岩溶洞发育的矿井中，其充水性很强，对开采的影响很大。如我国华北石炭二叠纪煤田，在其煤系底部为奥陶纪石灰岩，石灰岩中存在大量的岩溶水，如果不及时采取措施，就有可能突然涌入矿井，造成矿井被淹事故。由此可见，在石灰岩溶洞发育的地区，必须调查清楚石灰岩溶洞的分布情况，研究生成过程，以及其补给、循环和排泄的关系，开采时，必须事先探放水，并在危险地区留设防水煤柱等措施5．地质构造大量流入矿井的水往往和区域地质构造形态有关。断层破碎带常是地下水的通道和聚积区，沿断层破碎带可沟通各个含水层，并与地表水发生水力联系，是造成突然大量涌水的原因，如图二所示。图二断层破碎带引起涌水示意图1－含水层2－煤层但是，也不是所有的断层都能造成矿井突水事故，一般来说，断层破碎带本身储存的水量并不是很大，主要是与地表水、含水层有沟通，地下水压力很大，当有足够力量突破断层破碎带和隔水层底板时才会引起突水，对煤矿生产造成威胁，如图三所示。图三断层涌水示意图1－含水层2－煤层此外，涌水也与断层本身透水性有直接关系，根据许多矿井的经验证明，多数逆断层透水性差，正断层透水性强，如果在矿井中有多条断层，断层的交叉处是最容易发生突水事故的位置。如果断层破碎带充填的是较细的柔性颗粒岩石，如泥岩、粘土、煤粉等，经后期胶结牢固，也可能起到隔水的作用。6．埋没的古代地形许多矿井充水决定于埋没的古代地形形状。后期被易透水沉积物所覆盖的起伏不平的古老侵蚀区，是地下水容易积聚场所。这些地区，不仅一些含水层彼此之间有水力联系，同时含水层与地表水也有联系，有时还有古河床的存在，都给矿井充水造成了条件。二、矿井充水的人为因素矿井充水的人为因素，包括旧淹没巷道，未封闭的钻孔及不正确的开采方法等1．旧淹没巷道旧淹没巷道在老窑或者废弃的巷道中，积存着大量的地下水，一旦揭露旧巷道，就会造成严重水患，老窑和旧巷涌水时，常带有大量碎屑物和酸性水，能破坏巷道设施和开采设备。2．未封闭的钻孔当钻孔未封闭或者封孔质量不符合规定要求时，钻孔可成为地下水的自然通道，巷道掘进遇到钻孔时会造成大量涌水。3．不正确的开采方法如巷道布置不合理、采煤方法不正确、不能很好排出矿井水的采空区等，都可能造成大量的水流入巷道。当采空区顶板采用垮落法进行采煤时，常引起地表下沉，造成裂隙漏斗，如果破坏了隔水层，地下水就会涌入工作面。此外，在断层含水区由于放炮震动或发生冒顶事故时，也会发生涌水现象，有时会造成突然涌水。如图四所示图四开采后覆岩破坏形成覆岩破坏三带、地下水沿裂隙进入工作面造成水灾害在河谷地区或水体下采煤时，要特别注意巷道设计的合理性，选择正确的采煤方法，防水措施一定要严密周全。所有矿井的井口，都必须布置在历年最高洪水位以上，以免造成洪水灌入井下。三、综述：我省100%都是地下开采，煤矿水灾是煤矿建设和生产的主要灾害之一。由于我国煤田水文地质条件极为复杂，煤矿突水事故时有发生，它不仅严重破坏煤矿的正常建设和生产，造成巨大的经济损失，而且还时刻威胁矿工的生命安全。煤矿的水来源于地表水和地下水。地表水主要是指矿区附近的江河、湖泊、池潭、水库和塌陷坑的积水以及雨水、冰雪融化后汇集的水。地下水主要是指含水层、断层裂隙水和老空水。这些水源可能从各种通道和岩层裂隙渗透进入矿井，当进入煤矿的水量超过矿井的正常排水能力时，就会酿成淹井事故。所以故有水灾害的相关概念的定义如下：凡是在煤矿开拓采掘过程中，渗入、淋入、流入、灌入和溃入井筒或工作面的任何水源水，统称为煤矿水。凡因井巷、工作面与含水层、老窑采区、古井、被淹巷道，地表水体或含水的裂隙带、溶洞、洞穴、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等接通或沟通而产生的出水事故，称为煤矿突水。凡影响生产、威胁采掘工作面或煤矿安全的，增加吨煤成本和使煤矿局部或全部被淹没的煤矿水，称为煤矿水害。由于突水，停电设备故障，山洪泄入，揭露富水层而导致煤矿被淹没，巷道塌方，矿工被困（淹）井下，称为煤矿水灾害。针对受水灾害的煤矿而采取的抢险排水为主要技术手段，以抢救遇险矿工，恢复被淹煤矿排水能力为目的的一系列技术经济社会活动，称为煤矿水灾害救治。根据造成煤矿水害的水源进行分类，我们把煤矿水灾害分成四种类型。1、地表水灾害大气降水，江河，湖泊等，从井口或采区冒落列席带，断层钻孔等进入，如：平顶山市一小煤矿，洪水直接进入井筒。如：洛阳市新安寺沟煤矿，河水直接与井下的护河煤柱沟通，造成淹井事故。2、老空水灾害即：古井、小窑、废巷几采空区积水，采掘工作面与之接近或沟通，使水体进入巷道或工作面，造成事故的，这是无论在国有重点、国有地方及乡镇小煤矿是最多的水害事故，都一一发生过。3、孔隙或裂隙水灾害属第三系、第四系松散含水层孔隙水，有的为顶板砂岩的含水层水；流沙水或泥沙等；有的为地表补给水。当采空区冒落，裂隙导通后，或采面底板破裂或钻孔封孔不良，造成突水淹采面采区，或是淹井的事故。如：永煤集团的陈四楼、车集煤矿，郑煤集团的米村、裴沟矿等等。4、岩溶水灾害这主要是属于薄层或是厚层灰岩水灾害，在我省是二1煤以下的七灰、八灰水，采动后，使得水系导通工作面，造成淹井等事故。我省的焦煤集团、荥巩煤田、禹州煤田的水害，主要是石炭二叠纪的奥灰水，或寒武纪的寒灰水。如：焦煤、荥阳的王河、平禹的新峰、梁北煤矿等，都是受到这种水的影响。水害的危害：1、通过初步统计，各种灾害平均每次事故的死亡人数为：瓦斯5.54人，火灾0.56人，水灾5.58人，冒顶1.18人。可以看出瓦斯和水灾每起的死亡率最高，数字惊人。2、各种灾害的损失面大。平均每起事故计算结果是瓦斯11.52万元/起，火灾13.61万元/起，水灾16.00万元/起，冒顶3.22万元/起。其中水灾害的损失最高。3、各种灾害的工作日损失统计为瓦斯16954工日，15500工日，水灾18590工日，冒顶5222工日，以水灾工作日损失最多。煤矿水灾害的成因分析：1、一些煤矿，特别是乡镇小煤矿，在开采设计过程中，对于防治水灾害的措施不合理，没有设计探放水措施，没有设计防水煤柱等。2、对煤矿的水文地质分析不够，特别是探放水不够，在开采中盲目掘进，造成突水事故。3、在开采过程中，矿工违章违规操作，造成水灾事故。4、煤矿没有制定相应的安全规程，装备不齐全，不到位，导致水灾害发生。5、煤矿供电和排水系统运行可靠性能出现故障，造成煤矿水灾害事故。6、地震，山洪暴发等自然灾害引发了煤矿水灾还事故等。从我国我省多年的煤矿水灾害救治的理论和实践表明，目前我国对于煤矿水灾害救治缺乏系统性、计划性和应急性。主要表现在：没有从系统高度来分析、计划和开展煤矿水灾害救治工作，从而使得煤矿水灾害救治缺乏整体性和计划性，只是被动地对水灾害采取应急救治措施。对于煤矿水灾害救治的设备以及需要的各种物资缺乏合理和科学的管理和调度制度。各个专业煤矿水灾害救治单位缺乏合理的人员管理和培训。各个专业煤矿水灾害救治单位之间，专业煤矿水灾害救治单位和各个煤矿之间以及专业煤矿水灾害救治单位和各种社会物资，专家之间没有建立信息沟通渠道和信息库，使得煤矿水灾害发生时，不能及时作出反应，同时不能及时得到所需要的救治，抢险物资和各个方面专家的指导，使得水灾害救治的工作效率低下。各个专业煤矿水灾害救治单位现有救治设备缺乏合理的管理和维护，使得在需要设备时，往往不能准确快速的找到，不能及时把设备运往救治现场。救治缺乏合理的计划和科学实施手段，主要是凭借救治人员的经验来进行的。缺乏高效、适用、可靠的抢险排水技术装备和技术手段。四、国内外现状