水害案例及急斜煤层开采.ppt

广东大兴煤矿特大水灾事故典型案例分析 2005年8月7日13时13分 广东省梅州市大兴煤炭发生特大透水事故 造成121人死亡 伤1人 直接经济损失4391 02万元 一 煤矿演变过程1 矿井由来20世纪90年代 在原四望嶂矿务局范围内 约有300处小煤窑开采 由于乱采滥挖 使国有煤矿失去了安全生产的基本条件 加之企业亏损严重 经梅州市同意 将原四望嶂矿务局开采范围和有关资产有偿转让给民营企业继续经营生产 并重新规划为大径里 梨树坑 东兴 大兴 大窝里和上丰煤矿6对矿井 大兴煤矿是其中的一个矿井 2 建井情况大兴煤矿是合伙煤矿企业 始建于1990年 原为一个主井和一个风井 位于原四望嶂矿务局一矿井田范围内 2003年将永丰煤矿的一个井买来作为副井 形成现有的主井 副井和风井 3 生产情况大兴煤矿是一矿两井生产 主井和副井生产管理相对独立 主井和副井分别出煤 材料 设备 人员分别走主 副井 共用一个风井回风 大兴煤矿煤炭生产许可证核定的年生产能力为3万吨 2004年实际生产原煤9万吨 二 大兴煤矿概况大兴煤炭位于梅州市的兴宁市黄槐镇 在兴宁市和平远县交界处 南距兴宁市44km 北距平远县22km 东南距梅县64km 1 矿井地质 水文地质情况大兴煤矿为二叠系上统龙潭组含煤底层 走向东西 倾向南 倾角55o 75o 平均65o 属极倾斜煤层 井田范围东以F16断层为界 西以F1断层为界 上以 180m隔水煤柱为界 下至 500m水平 煤层本身水文地质条件较简单 以上部水淹区估算积水体积为1500万 2000万立方米 对矿井开采形成极大威胁 2 煤层情况大兴煤矿井田主要有5个煤层 自下而上分别为七煤 六煤 五煤 四煤 9号煤 三煤 10号煤 其中七煤和四煤为全井田可采 三煤为局部可采 六煤和五煤不可采 七煤厚度0 1 79m 平均0 91m 靠近F16断层附近煤层厚度变大 上距四煤平均距离为36 27m 四煤平均厚度为0 28 7 28m 平均厚度为3 54m 中间夹两层火成岩侵蚀层 厚0 3 0 8m 上距三煤平均间距28 42m 三煤厚度为0 04 4 02m 平均厚度为1 11m 3 矿井开拓方式大兴煤矿采用斜井开拓方式 主 副井和风井三条明斜井与暗斜井分三级延伸至 480m水平 主斜井由地面 282m至 55m水平 第一级暗斜井由 55m水平至 290m水平 第二级暗斜井由 290m水平至 480m水平 副斜井由地面 356m至 42m水平 第一级暗斜井由 42m水平至 290m水平 第二级暗斜井从 290m水平至 480m水平 风井由地面 282m至 75m水平 第一级暗斜井 75m水平至 55m水平 第二级暗斜井 55m水平至 290m水平 4 采煤方法大兴煤矿采用斜坡短壁采煤法 采用打眼爆破落煤工艺 自然垮落管理顶板 开采顺序为下行式 5 提升运输系统大兴煤矿采用三级提升 井下平巷采用人力推车 480m水平煤炭通过第二级暗斜井提升到 290m水平 由第一级暗斜井分别提升到 55m水平或 42m水平 再由主 副井分别提升到地面 材料和设备下放与煤炭运输方向相反 6 通风系统大兴煤矿通风方式为中央并列抽出式通风 由主 副井进风 风井回风 7 排水系统大兴煤矿深部正常涌水量150m3 h 最大涌水量200m3 h 矿井分三级排水 480m水平的水先排到 290m水平 再由 290m水平分别排到 55m水平和 42m水平 分别通过主 副斜井排至地面 三 水害矿井积水区下开采1 矿井积水区的形成1999年11月 因小煤窑开采破坏 当年降水量大 矿井排水能力不足及排水费用过高 矿井采区被淹 井下巷道大量积水 为了保护矿井不被淹掉和减少排水费用 各矿均在 180m水平以上 各水平构筑了井下堵水闸墙 六对矿井共构筑29处堵水闸墙 使 180m水平以上采空区逐步充满矿井水 从 262m平硐溢出 形成积水区 2 积水区下部的煤炭开采形成2000年5月大兴煤矿 原永丰煤矿 委托北京煤炭设计研究院编制完成了 永丰煤炭延深方案设计 和 防水闸墙施工计算咨询 该设计从 180m水平至 290m水平留设垂高110m防水隔离煤柱 延深开采积水区下深部煤炭资源 2001年2月26日由广东省经贸委审查通过该设计 该矿开始向深部延伸开采 四 水害事故发生经过2005年8月7日13时13分左右 大兴煤矿上部水淹区 290m标高防水煤岩柱被破坏 发生透水 透水发生后 主 副井井筒均有雾气冒出 出现反风现象 13时30分 副井调度室接到 290m水平西三暗斜井绞车房 281m 电话 说 水很大 我跑不出去了 但话未说完电话就断了 说明此时水已涨至 281m绞车房 14时 水已涨至离主井口80m 斜长 此时水位为 245m 透水后原四望嶂一矿明斜井水位从 262m降至 255 5m 下降6 5m 经专家估算 矿井总透水量约为25万立方米 五 抢险救灾经过大兴煤矿特大透水水害事故发生以后 党中央 国务院领导同志做出重要批示 要求全力以赴抢救被困人员 并保证抢险救灾人员的安全 国家安监总局和广东省委 省政府主要领导及时赶赴现场 组织抢险救灾工作 立即成立大兴煤矿特大透水水害事故现场抢险救援指挥部 迅速启动重特大安全事故应急预案 来自广东省 梅州市 兴宁市党委 政府和有关部门以及各方面300余人参加了抢险救援 并聘请了国内有关技术专家组成专家组 提供技术服务 指导救援工作 制订了 抢险排水总体方案 形成了 强排 封堵 多点 防渗 的综合抢险排水工作方案 并根据现场条件具体细化 科学论证 组织分步实施 取得积极的效果 广东省迅速从江西 河南 中煤排水站调集了6台大流量高扬程潜水泵 以及19名专业技术人员投入抢险排水 8月9日19时20分主井水泵排水 8月15日3时40分副井 风井相继排水 截至8月18日 共排水25万m3 发现3具遇难矿工尸体 六 特大水害事故的分析事故类别是一起透水事故 主要依据是 2005年8月7日14时 主井被淹至 245m 突水量大且迅猛 事故发生后 262m平硐水流突然断流 8月12日22时 262m平硐水位为 253 5m 水位下降8 5m 说明 180m以上老空水淹区的积水溃入大兴煤矿 事故性质是一起责任事故 特大水害事故的原因分析经调查和专家组技术鉴定 认定在主井东翼四煤 400m石门以东150m附近 由于煤层倾角大 75度左右 厚度大 3 4 小断层发育 煤质松散易塌落 400m以上各水平在生产过程中煤层均发生过严重抽冒 在此抽冒严重的情况下 大量出煤 超强度开采 致使 180m水平至 290m水平防水煤柱抽冒导通了 262m水平至 180m水平的水淹区 造成上部水淹区的积水大量溃入大兴煤矿 导致事故的发生 一 煤层抽冒调查情况据矿井生产资料显示 水害事故矿井东翼 290m石门东侧四煤厚度3 4m 倾角大约75o 较松散 小断层发育 易发生抽冒 在 290m水平石门东侧约35m处 四煤回采曾发生抽冒 在同一位置 320m水平石门以东2个反眼 反眼长约100m和 360m水平暗斜井以东4个反眼 四煤也均发生了抽冒 此外 东翼 400m石门以东150m处 也发生过四煤大规模抽冒 其抽冒煤量约3000t 抽冒后 在 360m水平巷道向下能看见宽8m 深10m的大坑 向上可看见2 3m的抽冒带 2 3个月后 该地点再次发生抽冒 原塌陷大坑被抽冒的四煤所充填 且塌陷的煤较潮湿 上述资料证明在 400m石门以东150m范围的四煤层在 290m以下各水平开采时 都发生了大量的抽冒现象 使 290m至 180m防隔水煤柱被破坏 二 透水地点的认定专家分析认定 水害事故的透水点在矿井东翼 400m石门东150m附近的 290m水平四煤层 其主要依据是 1 事故前该区域开采强度大矿井西翼小断层发育 且瓦斯较大 煤层较硬 开采规模不大 矿井中部煤层厚度较薄 不便于开采 而矿井东翼煤层倾角大 60o 80o 厚度大 煤层松散 易塌落 是该矿的主要采煤区 而且开采强度一直很大 2 该区域煤层厚 出煤多 曾多次发生抽冒矿井西翼煤层较硬 据了解没有发生过抽冒 中部煤层较薄 未进行大规模开采 矿井东翼 400m石门四煤厚度3 4m 倾角大 约75o 较松散 小断层发育 易发生抽冒 是该矿的主要产煤区 据事故矿井资料证实 从2004年到现在 在东翼 400m石门东侧 400水平以上各水平都在出煤 且出煤量较大 在8月7日13时13分透水事故发生前的8月7日早上还看到在该地区采出105 120t 该处四煤的出煤量为9000t左右 3 该区域离F16断层较近 小断层发育 煤层倾角大易抽冒据水害矿井生产资料证实 东翼 400m石门以东150m处距离F16断层仅100m左右 F16断层为逆断层 断距90m 该处 290m水平的四煤小断层发育 煤层比较松散 且此处四煤倾角是全矿井最大的地方 平均煤层倾角达75o左右 近似直立 易抽冒 由于各水平煤层均已发生抽冒 以致 180m水平至 290m水平防水隔煤柱被抽冒破坏 导通了原四望嶂矿区 262m至 180m水淹区积水 造成水淹区积水溃入大兴煤矿 三 水害矿井透水水源的认定该矿发生透水后 262m平硐水流突然断流 据8月12日22时观测 水位降至 253 5m 水位下降8 5m 8月10日23时在原四望嶂一矿明斜井观测 原 262m水位线痕迹明显 实际水位已降至 255 5m 水位下降6 5m 水很臭 说明此次突水水源为 262m至 180m水淹区水 综合分析认定 大兴煤矿透水地点为在矿井东翼 400m石门东150m的 290m水平四煤处 水的来源是原四望嶂矿区 262m至 180m水淹区积水 四 特大水害矿井透水量的计算该矿历年所产煤炭共约38万吨 煤的视密度为1 6t m3 采空区充水系数按1计算 因采后顶板不冒落 据专家组计算采空区体积约20万km3 巷道容积约5万km3 因此该矿透水量约25万km3 据调查了解 8月7日13时13分发生透水事故 至13时30分 矿井被淹至 281m 透水量达23 1万m3 据此估算此段时间的透水强度约为1 36万m3 min 从13时30分至14时 矿井被淹至 245m 此时间段透水量约1 9m3 估算此段时间的透水强度约为633m3 min 对开采区域上部采空区有积水的矿井 必须先排空采空区积水 方可进行采掘活动 否则不许生产 矿与矿之间要按 煤矿安全规程 规定留足矿界煤柱 矿井内设计的其他各类保安煤柱 一定要严格保护 如有煤柱垮塌都应及时维护 并停止出煤 更不能区偷采煤柱 对有水害危险的矿井 一定要配备相应的探访水设备 对工作面有疑点的 应采取 预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采 十六字原则和 防 堵 疏 排 截 五项治理措施 停产整顿煤矿在停产整顿期间 要严格按照制定的整改方案进行整改 防止停而不改 利用整改之名违法出煤生产 特大水害事故防范措施及建议 煤矿必须依法生产 依法经营 要按照规定范围开采 没有 四证一照 的矿井不得开采 认真落实安全生产责任制 杜绝违章指挥 违章作业 煤矿企业的矿长及其他管理人员 一定要牢固树立 安全第一 预防为主 的思想 要严格执行各项规章制度 有事故隐患及主要危险源存在的矿井 发现问题 要及时整改 把事故消灭在萌芽之前 矿井要按核定的生产能力生产 不得超能力生产 水体下急倾斜煤层开采技术 文学宽研究员煤炭科学研究总院 联系电话淮河下急倾斜煤层开采实例淮南孔集煤矿是在含水层下开采急倾斜煤层群的矿井 具有煤层厚 层数多 倾角大 煤质松软易于抽冒 部分煤层顶板坚硬以及砂层含水丰富且与淮河水有直接水力联系等特点 地质和水文地质条件十分复杂 该矿采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法 在水体底界与开采上限留设90 100m垂高的防水煤柱 为了控制急倾斜煤层开采后煤柱的抽冒实现安全开采 采取了有效的开采技术措施 1 长走向 小阶段 间歇开采该方法有利于顶板充分冒落 上覆地层整体平缓下沉和避免防水煤柱受到剧烈破坏 可起到抑制导水裂缝带发展的作用 具体参数是 工作面沿走向的连续回采长度不小于100m 第一水平第一小阶段的段高不大于20m 以下各小阶段采后的导水裂高发展情况而定 且一般也不应大于30m 下一小阶段应在上一小阶段采后4 6个月回采 2 按尺定产 控制超限出煤为了防止人为因素造成煤柱抽冒 制定了采出量与允许采出量的定期核算制度 每星期核算一次 及时发现问题 采取措施 保证安全生产 所谓超限出煤就是采出了规定回采范围以外的煤炭 可用下式表示 Q Q1 Q2式中 Q 超限出煤量 t Q1 实际产量 统计产量 t Q2 允许煤量 t 3 充填法开采对于一些地质 水文地质条件复杂的煤层 或为了少留防水煤柱 减少地表移动及变形值等 使用了充填法开采 孔集煤矿用矸石充填法开采了20多个厚和中厚煤层工作面 采出煤炭80多万t 经采后施工的冒落孔 探测导水裂高的钻孔 资料证实 即使只充采一个下阶段 以下用垮落法开采 导水裂高只有全部垮落法开采的1 2 1 3 4 采后黄泥注浆为解决部分工作面顶板 或煤层 局部导水裂缝带发展过高的问题 保证下一小阶段工作面的安全开采 可利用在地面施工的冒落孔对采空区进行黄泥注浆 以封堵导水裂缝和固结采空区已冒落的煤矸 达到抑制防水煤柱抽冒和降低导水裂高的目的 并可起到防火作用 孔集煤矿曾有计划地先后利用14个冒落孔对4个工作面进行黄泥注浆 共注入黄泥3211m3 效果良好 5 中深孔挤压爆破强制放顶我国煤矿大都采用自然垮落法管理顶板 已达到安全开采的目的 然而 有些煤层顶板坚硬难冒 不得不采用爆破的方法 进行人工强制放顶 对于急倾斜煤层的爆破放顶在淮南的孔集煤矿采用 中深孔挤压爆破 进行了试验研究 5 1挤压爆破的原理当急倾斜煤层开采之后 还未进行爆破放顶之前 煤柱也会有一些抽冒 这些抽冒下来的松散煤体 占据了爆破放顶的自由空间 因此 为了在急倾斜煤层取得好的爆破放顶效果 如另外再开凿爆破所需的自由空间 在技术上的难度比较大 且在经济上也不合算 只能在这种条件下借助爆破时巨大的冲击力 挤压顶板所对应采空区里的松散煤体使其退移 压实 以获得爆破所需的补偿空间 达到预期的爆破顶板的效果 5 2挤压爆破的方法和爆破参数为了获得较大的爆破冲击力 爆破时采用多排炮孔 逐排微差毫秒爆破的起爆方法 1 爆破巷道布置方式爆破放顶工作 主要在爆破石门内进行 爆破石门既是爆破放顶工作的场所 又是爆破放顶的主体和提供一部分补偿空间的自由面 爆破石门沿工作面的回风巷每隔15m往煤层顶板掘进 也可在顶板岩石里专门掘一条和回风巷相平行的顶板岩巷 然后再沿顶板岩巷每隔15m向回风巷方向掘爆破石门 2 炮孔布置每排炮孔都布置成扇形 扇形面与煤层层面平行 并分成双面扇形和单面扇形两种 3 炮孔数和排数扇形炮孔的孔数和排数是由大密集系数确定的 大密集系数的计算公式如下 m a w式中m 大密集系数 a 炮孔孔底间距 m w 最小抵抗线 即排距 m 4 装药量及装药方式炮孔孔径为58mm左右 为改善爆破时的间隙效应 使单发雷管所能传爆的炸药长度尽量