新汶集团

加大投入、科技攻关努力建设防治水本质安全矿区山东·新汶矿业集团公司一、概况新汶矿业集团公司位于山东省泰安市，是一个有着百年开采历史的老矿区，位于蒙山、莲花山、泰山三大分水岭之间，为两个孤立的断陷盆地，总面积912km2。目前新汶矿区11对生产矿井，总设计能力885万吨/年，2002年核定生产能力1215万吨/年。截至2005年末矿区可采储量3.2亿吨，大部分为900m以深及受底板奥灰承压水威胁资源。据统计，自1985年以来，矿区先后发生中等以上底板突水20余次，突水量从2.7m3/min至32.0m3/min不等，严重威胁着矿井安全生产。近几年来，为保证矿井安全生产，我们从防治水管理制度、方法上做了一些有益的探索，取得了一定成效。二、对底板突水机理的认识根据对矿区历次底板突水资料的分析和总结，我们对底板奥灰突水机理有了初步的认识，煤层底板奥灰突水主要和以下六种因素有关：1、地质构造2、底板岩层岩性及其组合特征3、含水层的富水性4、含水层水头压力5、矿山压力6、地应力1、地质构造地质构造尤其是断层是造成煤层底板突水的主要原因之一。地质构造使底板岩层的完整性得到破坏，使底板隔水性能大大降低，比正常地段增加了出水的可能性。85年以来发生的21次底板突水中，其中由于断层原因导致突水有11次，占52%，因此断层突水是矿区底板主要突水类型。2、底板岩层岩性及其组合特征在隔水层厚度相同的情况下，不同岩性组合的抵抗水压能力不同。隔水层岩性组合对突水起相当的制约作用。3、含水层的富水性岩溶含水层的富水条件是底板突水的基本因素。奥陶系石灰岩在新汶和莱芜两个煤田的南部地表广泛出露，直接接受大气降水补给，为影响矿区后组煤开采的主要含水层，其岩溶发育的总体规律是随着深度的增加逐渐减弱。但由于岩溶发育不均衡，造成奥灰在横向和纵向上富水性差异较大。4、含水层水头压力足够的水头压力是引起突水的一个重要条件。在煤层底板地质条件基本相似的情况下，承压水压越高，越容易突水。5、矿山压力不同的开采条件下造成的矿山压力也不同，其中以工作面斜长、采深和回采面积影响的效果较大。（1）工作面斜长一般工作面斜长越短，其抗水压能力越强。随着工作面斜长的增加，抗水压能力逐渐趋于定值。（2）采深随着开采深度的增加，当覆岩发生断裂将要跨落时刻，煤层底板受着巨大的支承压力，会对底板岩体造成严重的破坏。（3）回采面积随着回采面积不断增大，应力集中区也在增大，当增到某范围时，应力集中到足以使底板岩体发生破坏时，底板岩层的隔水性能就会降低，有利于底板承压水的突入。6、地应力地应力是是岩层自重、构造应力、采动矿压、承压水水压等综合作用的结果。在应力集中区，地应力加剧了煤层底板变形和破坏，成为导致煤层底板突水的附加力源。目前新汶矿区平均开采深度已达到900米以上，其中孙村、华丰、协庄、潘西矿已达1200米，是全国最深的矿区之一。由于开采深度大，在目前开采深度条件下底板破坏规律较矿井浅部发生了巨大的变化，奥灰岩溶水对煤层开采的威胁更大。三、加大投入，科技攻关，探索深井开采底板水害治理新途径1、理论研究方面2004～2005年，以潘西井田为例开展了《采场底板徐奥灰突水机理及防治技术研究》。在详细分析矿井底板突水影响因素的基础上，采用“下三带”力学理论模型对开采工作面进行突水危险预测，对底板地质条件进行概化，建立了底板突水力学模型，通过“点”（具体开采工作面）和“面”（整个矿区）结合、彼此印证的方式对矿井水害进行预测预报，在潘西煤矿取得了较好的效果。以良庄井田为例开展了《煤矿采场水害网络电法动态监测系统》研究与应用。开发了工作面底板三维电法勘探技术，开发出了底板破坏和水情监测的技术方法，突破了传统的静态工作面底板水文地质探查技术和井下二维电法勘探技术，填补了国内外在该研究方面的空白，研究成果为国内首创。目前两项目均已通过了山东省科技厅组织的成果鉴定。以中科院院士刘宝珺为主任委员的鉴定委员会对项目研究给予了高度评价，其中《采场底板徐奥灰突水机理及防治技术研究》项目鉴定为国际领先，《煤矿采场水害网络电法动态监测系统》项目鉴定为国际先进。2、工程投入方面2003年～2005年我们投入资金4000多万元，采用地面瞬变电磁探测、高密度电法、钻探等手段，对受水威胁严重的十二个采区进行了水文补充勘探，完成物理点8740个，钻探8孔/9600m，为采区设计和工作面合理布置提供了可靠的依据。投入资金850万元，在全矿区共施工徐、奥灰水文观测钻孔13300m/89孔，在目前水力单元分区暂时不清的情况下，各矿基本形成了以生产采区、工作面为主，矿井、水平为辅的四级水文观测系统。先后对38个后组煤工作面进行了物、钻探探查，共施工直流电法物探线75000m，物理点2500个；施工疏放水钻孔11000m/82个，有力地保证了后组煤工作面的安全生产。此外，为堵截含水层露头与地表水的水力联系通道，减少地表水补给量，对地表薄层灰岩含水层露头进行了浅截注浆、回填等治理，共施工注浆钻孔160孔/9600m，注浆量8400吨。投资2000余万元，对部分矿井的排水系统进行了立排改造，解决了以往多级排水中存在的系统复杂、管理难度大、排水效率低的难题，既优化了排水系统，又提高了矿井抗灾排水能力，为超深矿井防排水系统的安全改造提供了一种新的途径，有力的保障了矿井安全生产。3、管理方面制定了《后组煤开采技术管理若干规定》，确定了后组煤采区水文补勘－开采预评价－采区设计－采区开拓－放面－工作面物探－钻探验证、疏水降压－防水安全评价的工作程序。工作面开采过程中通过对有关水文观测资料的搜集整理，对工作面进行动态的安全评价、及时下发水害预测预报，为防止工作面底板突水及时提出指导性建议，保障工作面安全开采。形成了以水文观测系统、疏排水系统、应急救援系统为支撑，采前补勘评价、采中动态观测评价、采后总结评价为主要内容的“后组煤开采防治水安全保障系统”。三、预防突水事故发生典型案例1、潘西矿4196工作面防治底板突水事故案例潘西矿4196工作面19层煤下距奥灰60m，工作面底板奥灰水压高达6.2MPa，根据突水系数计算工作面受底板突水威胁严重。开采前在工作面布置钻机窝7个，施工完成疏放水钻孔23个，累计钻探总进尺2060.3m，钻孔总疏水量达到了760m3/h，至工作面开采前疏水总量达到238.4万m3，水压由初始的6.2MPa下降到4.1MPa，低于临界突水水压4.2MPa，实现了工作面连续安全开采，实现直接经济效益4500万元。2、良庄矿51302工作面防治底板突水事故案例良庄矿51302工作面十三层煤下距徐灰平均40m，距奥灰80m，工作面底板奥灰初始水压高达7.0Mpa。为保证工作面安全开采，我们在该面研究应用了《工作面底板网络电法动态监测系统》，开采过程中对采场底板破坏及底板水动态变化情况进行实时监测，及时下发水害预报，发现异常立即停采并启动突水事故应急预案，在工作面突水量达32.0m3/min的情况下，由于措施得力，没有对矿井造成大的灾害，防止了重大事故的发生。四、对当前《矿井水文地质规程》、《煤矿防治水工作条例》的想法和建议随着矿井逐步延深和开采条件的变化，防治水工作也面临许多新的问题。在此，我就当前《矿井水文地质规程》、《煤矿防治水工作条例》提一些想法和建议，不妥之处敬请原谅。1、关于相邻矿（井）人为边界防隔水煤柱的留设问题（《矿井水文地质规程》附录八之第八条）规程规定：水文地质条件简单型到中等型的矿井，可采用垂直法留设，但总宽度不得小于40m。目前很多矿井为深井开采，矿井闭坑积满水后水压较大，建议煤柱宽度根据开采上下限按最大水压进行计算后留设。并且由于有些矿井有近距离煤层开采的情况，若按垂直法留设煤柱，按移动角计算下层煤开采必然要影响破坏上层煤的煤柱，为此建议下层煤煤柱留设时要充分考虑是否对上层煤柱造成影响破坏。2、关于突水系数计算公式（《矿井水文地质规程》附录五）规程规定：突水系数计算公式式中M为隔水层厚度，CP为采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度，但根据目前实际钻探资料，很多情况下含水层存在一定的原始导升高度，减小了实际隔水层的厚度和隔水能力，因此建议该公式应当补充考虑含水层存在的原始导高情况，以更符合实际。近年来，尽管我们在矿井防治水工作中做了大量工作，也取得了很大成绩，但和矿井防治水本质安全的要求还存在一定差距，矿井防治水工作中还存在一些问题和难题，我们决心进一步加大矿井防治水投入，不断提高矿井装备水平，推广应用新技术，以技术创新为手段，为建设防治水本质安全矿区努力奋斗。谢谢大家！