王家岭矿难地面垂直打钻救援成果分析

1 王家岭煤矿透水事故地面快速垂直钻进救援技术成果研究王家岭煤矿透水事故地面快速垂直钻进救援技术成果研究 吴杨云吴杨云 地质工程师地质工程师 注册安全工程师注册安全工程师 山西省煤炭地质物探测绘院 晋中市榆次区蕴华西街 92 号 摘要摘要 地面快速垂直钻进救援技术 1 是近五年兴起的矿山事故救灾新技术 在国外 2 已实现 了技术突破并取得了成功的经验 为了研究和推广地面快速垂直钻进新技术在矿山应急救援中的应用 打通矿山灾害事故救援生命通道 山西省煤炭地质局于 2008 年 12 月 25 日召开了 矿山地质垂直救援可 行性报告 3 专家论证会 经过与会专家的分析 研究 论证 认为采用地面快速垂直钻井救援是在适 宜条件下的一种救援方案 根据国外成功先例 这个办法是可行的 实用的 是我国现有矿山救援力量 的重要组成部分 它主要通过锁定被困职工井下位置 钻井定位 快速钻井和应急救援四个技术环节完 成矿山事故应急救援任务 通过精心组织 可以优先解决被困职工延长生命极限问题包括通风 送给养 通话等问题 选择 1200 1500 井径 实施地面垂直救援 可直接将被困职工从危险区通过井筒救出 地面 2010 年 3 月 28 日 13 时 40 分许 华晋焦煤有限责任公司王家岭煤矿透水事故发生后 山西省煤炭 地质局在王家岭矿难救援指挥部的领导下 按照地面快速垂直钻进救援技术方案的设想 完成了钻井定 位 快速钻进和实施救援等任务 该次救援是在传统单靠井下抽排水的基础上 增加了钻井垂直救援 形成了立体救援的方法 由于 生命通道 的建立 为使 115 名被困职工成功获救 创造了世界救援史 上的生命奇迹 验证了山西省煤炭地质局 矿山地质垂直救援可行性报告 论证成果的可靠性 关键词 矿山透水事故 关键词 矿山透水事故 快速钻进 快速钻进 救援技术 救援技术 成果研究成果研究 The Wangjialing coal mine flooding accident ground rapid vertical drilling rescue technology research Geophysical Prospecting Surveying and Mapping Institute Jinzhong city Yuci District Yunhua92 West Street China The fast ground vertical drilling technology for rescue is nearly five years of mine accident rescue technology In foreign countries has achieved a breakthrough and gained successful experience In order to study and promote the fast ground vertical drilling technology in the application of mine emergency rescue Get through the mine disaster accident rescue the life channel Shanxi Provincial Coal Geological Bureau was held on December 25 2008 mine geological vertical rescue feasibility report expert argumentation After the meeting of experts research demonstration analysis The fast ground vertical drilling rescue on the suitable conditions of a rescue plan According to the successful foreign precedents this approach is feasible practical Our country existing mine rescue is an important component of the force It is mainly through the locking trapped workers and a downhole location positioning drilling drilling and emergency rescue four technical links to complete mine accident emergency rescue mission Through elaborate organization can solve the trapped workers to extend the life of limit problems including ventilation to raise call Selection of 1200 mm 1500 mm diameter well The implementation of vertical relief can directly be trapped workers from the dangerous area through the wellbore from the ground Thirteen forty on March 28 2010 xu Huajin coking coal limited liability company the Wangjialing coal mine flooding accident occurred Shanxi Provincial Coal Geological Bureau at the Wangjialing mine rescue command under the leadership of the Ministry of In accordance with the ground fast vertical drilling technology for rescue plan Completed the drilling location fast drilling and carry out the rescue mission The relief is in the traditional single by underground drainage based on Increased drilling vertical relief forming a three dimensional relief method Because the life channel is established in order to make the 115 trapped workers were rescued created the world relief in the history of the miracle of life Validation of the Shanxi Provincial Coal Geological Bureau mine geological vertical rescue feasibility report demonstration of reliability of results Key words Mine water inrush accident Fast drilling Rescue technique Results analysis 0 煤矿概况煤矿概况 2 王家岭煤矿项目是经国家发改委核准 发改能源 1563 号 国务院第 100 次常务会议批准 由华晋 焦煤有限责任公司投资开发的国家和山西省重点项目 王家岭煤矿是华晋焦煤有限责任公司在乡宁矿区 建设的第一对矿井 位于山西省乡宁县和河津市境内 井田面积约 180 平方公里 地质储量 23 42 亿吨 可采储量 10 36 亿吨 主要开采 2 号煤 10 号煤 其中 2 号煤平均厚度 6 5 米 煤种为中灰 低硫 特 低磷的优质瘦煤 是极好的炼焦配煤 矿井主付井均采用 12240m 长的平硐开拓 主平硐铺设胶带输送机输煤 副平硐采用无轨胶轮车进行 辅助运输 采煤工艺为综采放顶煤 掘进选用连续采煤机综掘 通风方式为中央并列抽出式通风 2009 年 10 月竣工投产 2010 年实现 600 万吨原煤生产能力 1 1 透水事故的特征透水事故的特征 2010 年 3 月 28 日 14 时 30 分左右 中煤集团一建公司 63 处碟子沟项目部施工的华晋公司王家岭矿 在山西省临汾市乡宁县境内 为中煤集团与山西焦煤集团合作组建的华晋煤业公司所属 北翼盘区 101 回风顺槽发生透水事故 初步判断为小窑老空水 事故造成 153 人被困 事故发生地点和被困职工位置 详见王家岭煤矿透水事故模型图 当时井下水位为 579m 标高 井下部分巷道标高为 587 592m 旧窑内透数量约为 13 万立方米 事故的直接原因是 该矿 20101 回风巷掘进工作面附近小 煤窑老空区积水情况未探明 且在发现透水征兆后未及时采取 撤出井下作业人员等果断措施 掘进作业导致老空区积水透出 造成 583 168m 标高以下巷道被淹和人员伤亡 事故的间接原因是 地质勘探程度不够 水文地质条件不 清 未查明老窑采空区位置和范围 积水情况 水患排查治理不力 发现透水征兆后未采取有效措施 施工组织不合理 赶工期 抢进度 未对职工进行全员安全培训 部分新到矿职工未经培训就安排上岗 作业 部分特殊工种人员无证上岗 2 2 被困职工位置的锁定被困职工位置的锁定 为了最大限度地挽救 153 名被困职工的生命 2009 年 3 月 28 日 4 月 6 日 在山西王家岭煤矿展开了 一场矿难大营救 由于井下抽水进展缓慢 救援情况复杂 救援指挥部于 3 月 29 日 18 时决定采取垂直 钻井救援办法 通知山西省煤炭地质副总工程师 山西省政府联系专家李振栓 4 到现场 李振拴于 18 时 40 分搭车从太原出发匆忙赶赴救援指挥部 23 时 30 分到达后 他同其他专家马上讨论救援方案 把制 定方案的重点放在了快速降低水位上 决定在积水巷道最低处对应的地面往下打两个钻孔 通过钻孔 将巷道内的积水自动流入到距巷道 80 米以下的奥陶系含水层 内 该方案向救援领导组汇报后 立刻得到批准 此时已是 3 月 30 日零时 30 分 具体方案详见王家岭煤矿透水事故地面垂 直救援第一方案示意图 1 其原理是当时井下积水标高为 579m 奥陶系承压水位标 高 526m 2 号煤积水巷道距奥陶系地层顶界只有 80m 的距离 从地面布置钻孔打穿 2 号煤积水巷道到奥陶系地层垂直钻井深 度约为 800m 井下积水水头与奥灰水水头压差为 53m 如果钻 井钻到奥灰地层裂隙 溶洞之中 完全可以将 2 号煤层巷道积 水排在奥灰水内 方案虽然批准了 施工队伍也马上就要进场了 但李振拴 整整一宿未合眼 他在思索方案的每一个细节 尽管山西在灰岩地区的成井率高达 70 80 但本次 钻井必须是百分之百成功 否则就会延误救援时间 责任重大 必须慎之又慎 不能有半点失误 天快 亮时 他的手机又响了 省煤炭地质局白秀平 5 书记 潘增武 6 副局长等到了现场 要求必须尽快确定 井位 钻机马上就到 王家岭煤矿透水事故模型图 示意图 1 3 在第一个井位确定后 省煤炭地质局 114 勘察院李新民 7 院长带领钻机人员开始平整场地 李振栓 和史志国 8 马召源 9 卫继周 10 张胤彬 11 吴文敏 12 等领导和专业技术人员 又在开拓平面图上 详细查找第二个孔的位置 发现在辅助运输巷北部巷道处打孔有以下有利条件 1 孔位附近预计积水深度 2m 左右 2 共有 4 个作业点 77 名被困工人 3 距出水点较远并且井下标高也高 正好处在 2 号煤 层背斜轴部一翼 4 人员有时间逃生和向此方向聚集的可能 具体分析 详见王家岭煤矿透水事故地面垂直救援的第二方案示意图 2 李振拴听了大家意见后当即建议将第二个孔由原来设计 的漏水孔改变为通风及食物通道孔 经实地测量 2 号孔被 确定在辅助运输巷内距巷道北头 1400 米处 并通过 GPS 在 地面确定了位置 李振拴受专家组的委托 起草了建议稿 经专家组讨论后最后形成建议意见 3 3 钻井定位测量钻井定位测量 钻井定位测量属于工程放样测量的范畴 其实质就是通过采用测绘设备和一定的观测手段 把设计理 论坐标或煤矿井下坐标 投放在地面实际位置上 目前 钻井定位测量一般采用 GPS 卫星定位技术 其 基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据 采用空间距离后方交会的方法 确定 待测点的位置 为了准确 快速地完成 1 号孔和 2 号孔钻井定位测量 山西省煤炭地质物探测绘院王家岭矿难救援卫 星定位小组采用 RTKGPS 卫星定位技术 通过初测和校核两个阶段的技术工作 完成了 2 个孔的定位任务 其具体过程如下 1 初测 测量定位坐标采用 1954 年北京坐标系 6 带高斯投影 中央子午线 111 高程采用 1956 年黄海高程系 初测起算数据采用王家岭煤矿三维地震勘探首级 GPS 控制点成果 数据表 1 table 1 The Wangjialing Coal 3D seismic prospecting the GPS control achievement table 大地坐标高程 点名 XYH X Y H E167330 394 8822 973 869 166 未知 E266594 858 9088 208 881 434 未知 E365972 782 9017 189 834 385 未知 E467202 675 9747 043 903 320 未知 E566707 307 9837 466 835 439 未知 E665958 304 9879 540 831 479 未知 E767377 448 0610 873 874 854 未知 E866626 595 0598 821 875 917 未知 E965923 238 0676 204 931 549 未知 E1067296 145 1315 386 923 093 未知 E1166638 254 1456 366 897 914 未知 E1266009 924 1341 175 984 070 未知 BMS72279 016 5762 399 1219 780 BSY59160 576 3346 324 746 620 BTSM64387 437 9142 868 1265 560 HYA66468 566 8709 223 706 490 示意图 2 4 初次放样采用碎步法进行 测量前首先利用已有的控制资料 王家岭煤矿三维地震勘探首级 GPS 控 制点成果表 E12 E9 求取四参数和高程固定改正差 所求参数如下 X0 65153 Y0 9128 比例 0 旋转 0 00 00 32666 高程固定差改正 139 767m 参数计算完成后检测其中的四个已知点 E2 E4 E6 E10 检查点的观测坐标与已知点坐标之差 检 查结果如王家岭煤矿三维地震勘探首级 GPS 控制点精度检查表 表 2 table 2 The Wangjialing Coal 3D seismic prospecting the GPS control point accuracy check table 检查数据已知数据精度点 名 XYHXYH X Y H E266594 8719088 214881 41766594 8589088 208881 4340 0130 006 0 017 E467202 679747 025903 32867202 6759747 043903 32 0 005 0 0180 008 E665958 3139879 547831 46265958 3049879 54831 4790 0090 007 0 017 E1067296 1591315 393923 10967296 1451315 386923 0930 0140 0070 016 经检查 检查点与已知点的最大差值为 0 018m 小于两厘米 完全满足精度要求 然后利用流动站到 待测点 即后来确定的 1 2 钻孔 进行 GPS RTK 定位观测 待测点按地表可行 井下有效的原则选取 最后确定为 1 钻孔 2 钻孔 X 66256 X 66936 9 Y 1184 Y 1500 H 964 624 H 832 159 2 校核 为了确保放样的准确性 可靠性 可行性 然后进行对放样点的校核 检查 因考虑到井 下的巷道是通过煤矿的近井点起算 测量 遂决定用近井点进行检查 近井点由矿方提供 数据如下 C10 X 64966 503 C11 X 65058 467 Y 1026 162 Y 0799 268 H 948 026 H 912 433 考虑到近井点距离较短 如用两个近井点求解四参数和高程固定改正差进行 GPS RTK 定位则观测精 度低 效果差 最后决定用静态 GPS 定位观测 分别在 1 钻孔 2 钻孔 C10 C11 四个点上进行静态观 测 45 分钟 然后把 C10 C11 作为起算点用仪器所带随机软件进行解算 1 钻孔 2 钻孔 解算数据如下 与初测数据比较 结果详见初测与校核成果对比表 表 3 table 3 Preliminary survey and check results comparison table 初测数据校核数据精度 孔号 XYHXYH X Y H 1 号孔66256 000 1184 000 964 624 66255 947 1184 038 964 487 0 053 0 038 0 137 2 号孔66936 900 1500 000 832 159 66936 868 1500 021 832 245 0 032 0 021 0 086 点位最大差值为 5 3cm 高程最大差值为 13 7cm 考虑到巷道宽为 5m 经审核 探讨 研究确定本次 测量成果精度可以满足此次钻井的要求 5 4 4快速钻进快速钻进 1 号排水井由煤炭地质局 114 勘查院承担 从 3 月 30 日下午 19 时开钻 克服了地层复杂 黄土层厚 的困难 4 月 2 日 6 时 15 分打通巷道 共用 59 小时 完成井深 406 8m 平均钻速为 6 89m 小时 打通后 配合水泵厂将水泵下到井底 由于井内瓦斯浓度过高 指挥部要求原地待命 2 号生命通道井 由煤炭地质局 148 勘查院承担 3 月 31 日 16 时开钻 4 月 1 日 9 点 18 分打通巷道 16 个小时打通巷道 井深 251 8 米 平均钻速为 15 735m 小时 4 月 2 日 14 点 10 分 省煤炭地质局矿山地质应急救援中心主任袁新文 13 同志通过敲击钻杆 喊出 了 有人啦 得到了井下被困职工的回应 并在提升井面钻杆中发现了井下被困职工缠绕的铁 丝 及时得到了井下被困职工的生命信息 5 实施救援实施救援 2 号井打通后 由于井下气压太高 井喷压力在 3 个 mpa 左右 向井下投放营养液无法实施 为了保 证向井下投放营养液取得成功 首次采用了利用钻铤空心装放营养液 强力向井下投送的办法 投送一 次是需用 9 米长钻杆 56 根 时间大约 2 小时 从打通 2 号井后连续投放七次 累计提升钻具 16 次 提 升总重量达 54 吨 实现投入营养液 牛奶 640 瓶 袋 随后为了准确探测井下生命信息 两次向井下 投放了防爆电话 与被困者进行了联系 6 成果评估成果评估 在传统单靠井下抽排水的基础上 增加了钻井垂直救援 形成了立体救援的方法 由于 生命通道 的建立 使 115 名被困职工成功获救 得到了社会各界 国际媒体和政府部门的首肯 取得了如下救援 成果 1 采用先进的卫星定位系统设备 考虑到王家岭煤矿两个近井点距离较短 不超过 200m 的实际 情况 通过初测和校核两次定位测量 高效精确地完成了两个井位的定位工作 成果误差控制在 5 厘米 以内 2 两口钻孔全部按照指挥部规定时间提前完成 准确度达到 100 3 2 号生命通道井在救援中起到了起了十分关键的作用 具体表现为 6 个方面 由于 2 号生命 通道井的泄压 井下水位下降了 2 6 米 给总回风井掘进头被困者靳群红等 9 人增加了生存空间 使 井上 井下压力达到了平衡 解决了被困人员呼吸困难问题 排出了大量的二氧化碳 13 14 从 4 月 1 日 9 时 18 分到 4 月 2 日 6 时 共排气 20 多个小时 总排气量约 6 万立方米 解决了井下被困人员 呼吸困难问题 这是 100 多井下被困人员四天呼出来的废气 如果不及时排出 会导致被困者窒息 生命通道孔的泄压 使 4 天不通风积聚的大量瓦斯随之排出 起到了稀释瓦斯的作用 在水位持续下 降 积水巷道被贯通后 2 号井在大气的压力下 由排气转变进风 给被困者提供了新鲜空气 使被困 者家属看到了自己亲人生还的希望 稳定了现场救援秩序 为井下救护生存者创造了有利条件 7 存在的缺陷存在的缺陷 由于设备装置不完善 救援系统缺乏应急预案 致使王家岭煤矿透水事故地面垂直救援还存在如下 缺陷 亟待完善 1 缺乏生命探测装置 在 2 号生命孔打通后 不能实施井下被困职工生命迹象探测 导致救援现 场不能及时得到井下被困职工的生命信息 尤其在 4 月 2 日 14 点 10 分得到井下被困职工生命信息后 连续两天通过井下电话和投放食品都得不到井下职工的生命信息 被困职工的生死成为救援现场和社会 舆论关注的焦点 2 缺乏井控装置和有毒有害气体检设备 2 号生命孔打通之后 根据被困职工上井后反馈的信息 6 由于泄压的作用 当时井下产生了积水水位急剧回升和下降 出现了被困职工二次被水淹的险情 另外 由于缺乏井控装置 救援现场出现了井喷现象 井喷压力达到 3 个 mpa 左右 共排气 20 多个 小时 救援现场没有进行有毒有害气体检测 没有实施警戒设置 致使现场存在井喷爆炸事故重大隐患 3 缺乏井下防爆潜水泵 导致 1 号排水井被打通后 没能起到及时排水的作用 8 8 结论与建议结论与建议 通过对王家岭煤矿透水事故实施地面垂直快速钻进技术救援 结合山西省矿山地质应急救援中心多 年来的地面垂直快速钻进救援实践 可以得出如下结论 1 矿山地质垂直应急救援是矿山救援力量的重要组成部分 可为矿山灾害事故抢险救灾增加一个 救援通道 与井下救护相配合 能在最短时间内能有效控制事故蔓延 打通被困职工救生通道 实施供 风 供给养和救人 在救援方案中解决了单靠井下救护存在的手段单一 力量薄弱 技术落后等问题 2 在矿山井下作业人员被困在灾区而地面救援人员无法靠近灾区的情况下 矿山地质垂直应急救 援具有不可替代的作用 所以应把矿山地质垂直应急救援列入矿山灾害事故抢险救灾中 作为矿山灾害 事故应急预案的重要组成部分 3 顶驱式空气泡沫快速钻井设备在实施矿山灾害治理 事故救援中 具有其他钻机不可替代的先 进性和适用性 具体表现在 一是行动迅速 正常行驶速度可达 100 公里 小时 到达工作现场后 1 2 小时准备即可开钻 二是钻进高效 钻进速度是传统钻机的 5 倍以上 三是成井直径大 最小直径为 190 216 一般为 311 500 目前最大为 1000 1500 四是定位准确 通过钻机配套监控照相测 斜系统 使钻进方向沿既定目标钻进 最终准确中靶 地面透巷准确率为 100 五是适应性强