新时期我国煤矿水害的基本特点及对策

新时期我国煤矿水害的基本特点及新时期我国煤矿水害的基本特点及 对策对策 1 矿山水害的基本概念 矿山水害是指矿山在建设开发过程中 不同形式 不同水 源的水通过某种途径进入矿坑 并给矿山建设和生产带来不利 影响和灾害的过程和结果 并不是所有的矿山都存在水害 矿 山水害的形成和发生是建立在特定的环境和条件之上的 每当 我们分析和判断矿山水害及其特点时 都必须回答三个问题 a 充水水源是否存在 如果存在 有何特征 b 充水途径是否存在 如果存在 属何种类型 c 充水强度如何 矿井一旦充水会带来怎样的后果 实际上 上述三个方面问题的存在与否也就决定了矿山水 害产生的条件存在与否 对这三个问题的回答也是矿床水文地 质条件勘探的中心任务 矿山水害的产生是上述三个条件特定 结合的结果 三个条件的不同结合会产生不同类型的矿山水害 在矿床水文地质工作中只有将充水水源 充水途迳和充水强度 三个因素结合起来进行系统研究和分析才有实际意义 也只有 同时搞清楚了矿井水害形成的三个条件及其各自的性质之后 才能制定出切合实际的 行之有效的防治水技术方法和工程实 施方案 1 1 矿井充水水源 不同地质 水文地质 气候和地形条件下会形成不同类型 的矿井水害充水模式 具有不同类型的矿井充水水源 但总体 来看 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 地表水又可分为河水 湖水 海水 地下水可分为第 四系松散沉积层潜水 砂岩裂隙水 岩洞裂隙水等 不同的水 源具有不同的特点和影响因素 不同的水源会给矿山带来不同 的突水模式和灾害强度 地表水 矿井常见的地表水充水水源有 1 江河水 2 湖泊水 3 海洋水 4 水库水 地表水体除了海洋 水外 其它类型的地表水可能具有季节性 即在雨季积水或流 水 而在旱季干涸无水 这种现象在我国北方及西北地区非常 常见 同样的道理 地表水体能否构成矿井充水水源 关键在 于是否存在有沟通水体与矿井之间的导水途径 只有水体和导 水通道的同时存在 才能形成矿井充水 常见的联接地表水体 与矿坑之间的导水通道可分为天然导水通道和人工破坏扰动导 水通道两大类 地下水 由于人类的大多数采矿活动与地下工程活动都发 生在地表面以下 所以 地下水往往是造成矿山和地下工程充 水的最主要水源 地下水作为矿坑或地下工程充水水源时 可 依其与矿床体的相互位置关系及其充水特点分为间接式充水水 源 直接式充水水源和自身充水水源三种最基本形式 间接充水水源 间接充水水源是指充水含水层主要分布于 开采煤层的周围 但和煤层并未直接接触的充水水源 常见的 间接充水水源含水层有间接顶板含水层 间接底板含水层 间 接侧邦含水层或它们之间的某种组合 应该指出间接充水水源 的水只有通过某种导水构造穿过隔水围岩进入矿井后才能成为 真正意义上的矿井充水水源 直接充水水源 直接充水水源是指含水层与开采煤层直接 接触或矿山生产与建设工程直接揭露含水层而导致含水层水进 入矿井的充水含水层 常见的直接充水水源含水层有煤层体直 接顶板含水层 直接底板含水层及露天矿井剥离第四纪含水层 直接含水层中的地下水并不需要专门的导水构造导通 只要有 采矿或地下工程进行 其必然会通过开挖或采空面直接进入矿 坑 自身充水水源 所谓自身充水水源主要是指煤层本身就是 含水层 一旦对煤层进行开发 赋存于其中的地下水或通过某 种形式补给煤层的水就会涌水矿坑形成充水 该类型矿坑在我 国并不多见 但在国外许多矿井中经常遇到 如孟加拉国的巴 拉普库利亚煤矿主采 vi 煤层 平均 36 米厚 本身就是含水层 而且存在有露头区的第四系水补给 1 2 矿井充水途迳 矿坑充水途迳是指连接充水水源与矿井之间的流水通道 它是矿井充水因素中最关键 也是最难以准确认识的因素 大 多数矿井突水灾害正是由于对矿井充水途迳 导水通道 认识 不清所致 矿坑充水的导水通导按其成因不同可分为 1 构造类导水通道 如断层 裂隙等 2 采矿扰动类导水通道 如顶板冒落 底板破裂 煤柱 击穿等 3 人类工程类导水通道 如封闭不良钻孔 小煤窑等 4 其它 如陷落柱 岩溶塌洞等 按导水通道的形态可分为 1 点状导水通道 如陷落柱 封闭不良钻孔 岩溶塌洞 等 2 浅状导水通道 如断层带或断裂破碎带等 3 面状导水通道 如发育于顶 底板岩层的各类裂隙等 不同成因 不同类型的导水通道所诱发的矿井充水形式各 不相同 1 3 矿坑充水水量 矿井充水水量是设计确定矿井防排水系统的重要依据 常 见的矿井充水水量类型可划分为矿井正常涌水量 矿井最大涌 水量和矿井灾害涌水量 实际上 目前对这三个涌水量的真正 含义尚没有严格的定义 这给矿井防治水工作的技术规范的应 用和矿井防排水系统的设计施工带来了诸多不便 本文认为所 谓的矿井正常涌水量是指矿井生产达到设计能力后 在不存在 异常影响因素 统计概率平均量 的条件下 矿井所出现的涌 水量 矿井最大涌水量是指矿井生产达到设计能力后 在影响 矿井涌水量相关因素的极端组合条件下 所产生的矿井涌水量 矿井灾害涌水量是指矿井在建设生产过程中出现未预见到的异 常突水条件而产生的矿井涌水量 2 我国煤矿水害的新特点 煤矿水害是与瓦斯 煤尘等并列的矿山建设与生产过程中 的主要安全灾害之一 长期以来 因为煤矿水害而给国家和人 民带来的人身伤亡和经济损失极为惨重 据不完全统计 在过 去的 20 多年里 有 250 多个矿井被水淹没 死亡 1700 多人 经济损失高达 350 多亿元人民币 可以说 在 80 年代中期 是 我国煤矿水害最为严重的时期 当时在开滦 肥城 焦作等矿 区连续发生了多期灾难性突水淹井事故 随后 随着两期工业 性试验研究和政府对防治工作监管力度的加大 我国煤矿水害 事故呈现出逐年减少的趋势 但近年来 随着科学技术的进步 煤矿生产与建设过程中的装备 工艺 技术都有了极大的提高 但煤矿突水事故却频繁发生 特别是 2002 年至 2003 年突水淹 井事故呈现出上升的趋势 据不完全统计 2003 以来我国煤矿 发生特大突水事故 14 次 其中国有重点矿井 2 次 地方国有煤 矿 4 次 乡镇煤矿 8 次 在这些突水事故中因小煤窑及废弃矿 井诱发的有 10 次 陷落柱及构造因素诱发的 3 次 其它原因的 1 次 仅 7 9 两三个月内就发生 10 以上死亡的突水事故 13 次以 上 其中国有矿井 1 次 地方煤矿 4 次 乡镇煤矿 8 次 人身 伤亡和财产损失惨重 通过对一些突水事故的初步分析 发现 新时期我国煤矿突水事故具有如下特点 1 突水发生的频率呈现上升的趋势 突水灾害的突发性强 人身伤亡较大 2 灾难性突水主要来源于两个途径 即隐伏导水陷落柱造 成的底板高压水突入和废弃关闭的小煤矿导通老空水或地表水 溃入 3 突水发生的矿井与其防治水措施及管理水平有着密切的 关系 据初步分析 在近期发生的突水事故中 乡镇煤矿占到 70 以上 地方煤矿占到 20 以上 而国有重点煤矿占不到 10 由此可见是否加强和重视防治水工作对于有效控制水害 事故具有重要意义 4 突水事故的高发期往往出现于煤炭工业的快速发展期 也就是在高产高效的同时 如何保高安全成为我们值得重视的 问题 3 煤矿水害事故上升的原因 根据初步调查分析并结合新的条件下煤矿水害事故发生的 特点 作者对于我国煤矿水害事故频繁发生的原因形成下列几 点认识 3 1 现有水害防治技术手段利用不够 防治水工作规范化 程度低 尽管我国煤矿防治水技术实验研究条件和水害探查治理装 备较发达国家落后 但由于我国煤矿水文地质条件复杂 矿山 水害较为严重 我们的煤矿防治水技术与经验尚处于世界领先 地位 在长期与煤矿水害斗争的过程中 以煤科院西安分院及 有关高校为代表的防治水科研队伍研发 试验并形成了较为系 统完善的适合我国国情的煤矿水害防治技术 方法和和相关的 仪器装备 但由于生产企业在市场经济条件下未能及时调整好 快速增长的生产方式与安全配套技术之间的协调关系 致使安 全措施难以满足矿井的满负荷甚至超负荷生产要求 重治理 轻防范思想严重 大多数煤矿企业在前几年因效益不好造成高 素质人才流失和机构调整减员增效过程中减少了地质及水文地 质专业管理人员 企业的防治水技术与管理人员力量不足加上 规范化监管力度不够 使得现有的成熟的防治水技术和手段没 有得到应用 如突水条件的多信息监测预警技术 地震及其它 勘探资料的精细解译技术 突水水源的化学判别与快速诊断技 术等没有得到广泛应用 煤矿水害防治安全规程中要求的 有疑 必探 的原则没有得到贯彻执行 这必然造成突水的重大隐患 3 2 相对落后的防治水技术手段不能满足新的生产条件 近年来 煤矿开发生产的深度不断加大 采煤工作面的空 间尺度不断增大 井巷工程的掘进速度明显提高 随着煤矿开 采方式 开采深度和工作面开采空间尺度的变化 水害产生的 条件 水害威胁的程度以及水害形成的机理都在发生着较大的 变化 而目前我国防治水技术和水害预测评价的理论基础仍然 以 50 年代前苏联的相关理论和我国 80 年代所积累的采矿经验 和研究成果为主 作为一门实践性很强的学科 其特定历史阶 段的研究成果都具有及强的时间效应和对特定采矿方式与采矿 环境的适应性 历史所形成的传统的防治水技术措施已经不能 完全满足新形势的要求 矿井生产的高产高效与防治水技术发 展的相对滞后必然会产生突水淹井事故的上升 3 3 对于隐蔽型导水构造的精细探查技术与装备不足 煤矿水害产生的三大因素 水源 水量 导水通道 是大 家所共识的 矿井水文地质工作的核心内容就是要查明这三大 因素 很明显 在矿井突水的三大因素中 作为水源和水量的 含水层及其补给和排泄条件具有区域性和面状分布的特点 往 往是易于查明和先知的 但导水通道 断层 陷落注 不良封 闭钻孔等 具有及强的局部性和难以先知性 有多少次灾害性 突水都来自于对导水通道的不可预知性 新的突水事故显示 我国煤矿水害存在最为普遍 突水灾害最为严重 突水因素最 为隐蔽 水害安全最难预知的莫过于华北型奥陶系喀斯特底板 水通过断层或陷落柱突水 如邢台东庞矿 而对于断层和陷 落柱精细探查的精度和超前距离都不能满足防治水工作的基本 要求 3 4 人类活动诱发的突水事故迅速增加 近年来 随着大量小煤矿的关闭及部分国有大井因资源枯 竭或其它原因而废弃 使得生产矿井周边形成了因为废弃矿井 而产生的新的水源和导水通道 由于对该类型矿在废弃和关闭 过程中没有采取切实可行的水害防范措施 没有进行矿井关闭 后可能诱发的矿井水文地质条件变化的研究与评价 缺乏关闭 矿井相关工程和技术资料的系统整理与管理 对废弃矿井突水 条件的认识及防范技术准备不足 频繁发生灾难性的突水事故 如韩城桑树坪矿 而且 该类突水事故呈现出明显上升趋 势 值得注意的是该类型突水水源和突水通道是人类自己给自 己留下的 如果不能及时加以防范和控制 它不仅会造成矿山 水害事故 而且会诱发严重的地质灾害和环境污染问题 3 5 矿山生产企业缺乏专门的水害防治技术队伍和规范化的 水害安全监督检查体系 随着矿山建设 生产体系及发展管理模式进入由市场规律 调节后 安全生产和安全监控体系不够健全 安全问题是不容 由市场进行调控的 越是生产管理进入市场调节 越应加强安 全生产管理的专业化和强制规范化 而目前我们的矿山生产企 业缺乏专业的矿山水害防治技术队伍 缺乏对生产工作面 矿 井进行水害安全技术论证 技术监控和安全技术保障体系的建 立 加强了事故发生后的责任追究制度 而忽视了对生产过程 的安全技术保障体系监管和评估 4 新形势下煤矿防治水工作的基本对策 针对我国目前煤矿水害及其防治技术现状 作者提出如下 几点建议 以期迅速改变目前煤矿水害频繁发生的局面和提高 新条件下煤矿水害防治技术与装备 形成适合新的地质与生产 条件的水害安全保障技术体系和监控体系 1 由国家安全生产监督管理局和主要大水煤矿生产企业负 责 组织专业矿山水害防治技术人员对我国近 5 10 年以来所发 生的重点水害及有代表性的突水灾害进行全面调查 分析和研 究总结 通过这项工作 力求找出新条件下煤矿水害频繁发生 的原因 特点 趋势 规律及主要问题 为国家进一步加强矿 山水害安全工作提供决策的基础资料 对小煤窑及已经废弃的 煤矿进行全面调查和分析 对于存在水害隐患或边界不清的废 弃矿井要进行专门的探测和确认 根据调查研究结果 向企业 提出矿井水害论证报告和水害隐患评估报告并提出切实可行的 综合治理与防范措施与建议 2 在系统总结和研究现有矿山水害防治技术的基础上 结 合目前的采矿模式 采矿特点重新评估我国主要煤矿区水害特 点 水害类型 水害模式和水害威胁程度 形成新条件下我国 煤矿水害调查和评估研究报告 并针对不同水害类型的矿井提 出具有操作性的水害安全保障技术规程和操作规范 用以指导 全国性的煤矿水害防治工作 同时为国家进一步加强矿山水害 安全工作提供决策的技术支持 3 由科研院所及大专院校的专业技术人员负责提供技术支 持 建立专业化的国家级矿山水害防治技术研究和技术依托中 心 这一中心将适时分析研究水害问题 不断创新煤矿水害防 治技术和相关手段与装备 向企业推广和介绍国内外最新成果 与技术 指导企业进行水害安全防治 该中心应该将目前分散 的 个别的水害安全防治科研工作纳入有组织的 集中群体科 研优势的矿山水害防治技术创新基地和技术依托基地之中 该 中心应该协助国家安全生产监督管理局及煤矿生产企业对各主 要大水矿井的水害安全保障体系进行生产全过程的监控和检查 4 加强在下列方面的煤矿水害防治基础理论与技术