矿山地质垂直应急救援的可行性研究

矿山地质垂直应急救援的可行性研矿山地质垂直应急救援的可行性研 究究 矿山地质垂直抢险救援技术简介 实施地面快速垂直钻进 的技术 是近五年兴起的矿山事故救灾新技术 在国外已实现 了技术突破并取得了成功的经验 2002 年 7 月 24 日 28 日 美国宾夕法尼亚洲 煤矿发生特大透水事故 井下 9 人被堵在 采掘工作面 距离地面垂直深度 300 多米 当时当局应用快速 钻机从地面进行钻孔救人 48 小时完成钻孔施工 用小钻孔给 灾区人员供氧 实现通讯联系 用大钻孔下放吊桶将 9 人全部 救出地面 2003 年元月 16 日澳大利亚西部霍尔斯克里克一煤 矿发生一起冒顶事故 并伴有含水地层的涌水事故 有 2 名矿 工被困井下 他们使用快速钻机在 26 小时内钻进 287 米 准确 透巷并与 2 名被困人员取得联系 最后实施扩孔下放吊桶 使 2 名人员成功获救 近几年在国内也取得了不少的成功事例 具体表现在 4 个 方面 一 是注浆堵水 2003 年 4 月 12 日河北省金牛能源 股份有限公司东庞煤矿发生特大突水淹井事故 中煤大地技术 开发公司接到通知后 从山西左权施工现场紧急调动 t685ws 车载钻机 赶赴事故现场参加救援行动 注浆堵水过程中共布 置钻孔 8 个 由 4 个单位共同完成 其中中煤大地公司 t685ws 钻机完成 4 个钻孔 在准确透巷的基础上单孔完钻时间比其他 钻机提前约 30 为实施快速堵水 赢得了时间 二 是注 浆灭火 2003 年 11 月 28 日宁夏煤业集团白芨沟煤矿发生火灾 事故 在灭火和打密闭中多次发生瓦斯爆炸 被迫实施封井 为扑灭火灾 中煤大地公司抽调 t685ws 钻机前往救助 在气 温低于零下 20 c 无法供电的条件下 采用造斜定向新工艺向 火区定向侧斜钻进准确进入火区 直接灭火 使快速救灾方案 得以实施 通过采用快速 定向钻进技术 42 天共施工灭火钻 孔 11 个 使得矿方不足 2 个月将煤层火灾扑灭 大大缩短了恢 复生产时间 三 是钻井抽排水 2006 年左云 5 18 透水事 故发生后 在单靠井下排水不能取得明显效果的前提下 5 月 29 日决定实施地面钻井从井下排水 由省煤炭地质局矿山地质应 急救援中心组织分布在长治市 114 勘查院的 t685ws 型车载钻 机 1 台 赶往施工现场 从 5 月 30 日到 6 月 8 日 采用大口径 快速钻井技术完成了 4 口抽水井任务后 通过日夜抽排水 井 下涌水水位才明显下降 巷道积水状况明显改观 四 是透 巷救人 2004 年 4 月 11 日河南郑煤集团超化煤矿发生透水事 故 4 月 12 日晚 8 时中煤大地公司接救援通知 速调 t685ws 钻机出动 次日 10 点 30 分到达现场 救灾指挥部决定采取绕 巷 掘进联络巷 地面快速钻进 井下钻进等多种方案同时进 行 在事故发生 109 小时后 12 名遇险人员获救生还 一 山西省矿山地质垂直应急救援中心概况一 山西省矿山地质垂直应急救援中心概况 依据省政府晋政办 2005 57 号 关于加强全省安全生产 应急救援体系建设的意见 经省安全生产监督管理局晋安建 应急 2006 59 号文件批复 我省煤炭地质局筹建了 山西省 矿山地质应急救援中心 该中心成立以来 山西省煤炭地质局 对所属的救援装备和人员进行了整合落实 现有 美国 雪姆 t 系列顶驱式车载钻机 4 台 德国产的顶驱式车载钻机 1 台 主要分布在山西长治市 114 勘查院 太原市 229 水文勘查研究 院 148 勘查院和大同市 115 勘查院 近年来 我省矿山地质 应急救援中心利用现有技术装备和人才资源 积极参加了多起 矿井透水事故和煤层自燃灭火等矿山事故抢险救援工作 特别 是在 2006 年参加的左云县 5 18 特大透水事故抢险救援工作中 以精确地定位 高效的速度 完成了 4 个大口径抽排水钻井成 井施工任务 为事故抢险救援工作赢得了时间 得到了国家安 全生产监督管理总局 山西省人民政府及当地政府的高度好评 使我省在矿山地质垂直应急救援方面迈出了一步 但是在矿山 应急救援方面还存在着装备少 救援技术力量薄弱等问题 具 体表现为 2006 年 2 月 1 日 19 时 02 分 山西省晋城煤业集团寺 河煤矿 国有 发生局部瓦斯爆炸 造成 23 人遇难 53 人受 伤 其中重伤 6 人 2007 年 12 月 5 日 23 时 15 分 山西省 临汾市洪洞县左木乡红光村瑞之源煤业有限公司 乡镇地方煤 矿 发生瓦斯爆炸事故 造成 105 人死亡 成为近三年煤矿事 故中最为严重的特大安全事故 2006 年 5 月 18 日 左云县张 家场新井煤矿 乡镇煤矿 发生重特大透水事故 56 名矿工遇 难 通过以上三起煤矿安全事故事案例分析 如何防范和控制 重特大煤矿安全事故 最大限度地减少煤矿事故带来的损失 是当前矿山应急救援的核心课题 二 山西省井下救护现状分析二 山西省井下救护现状分析 根据晋煤监安一字 2008 104 号文件 关于对全省矿山 救护队质量标准化达标检查情况的通报 我省现有达标的矿 山救护队 37 个 其中特级质量标准化矿山救护队 24 个 一级质量 标准化矿山救护队 9 个 二级质量标准矿山救护队 4 个 但是 在矿山事故抢险救援中 我省基本上还是沿用从井口向工作面 推进 实施平行救援的办法 使用的救援设备有 氧气呼吸器 氧气呼吸器校验仪 氧气充填泵 自动苏生器 矿山救护通讯 设备 冷却服 寻人仪等 主要用于救援人员在实施救援过程 中 为保证救援人员和遇险遇难人员人身安全的防护设施 在 矿山灾害事故中抢救遇险遇难人员 最大限度地缩小灾害范围 和减少人员伤亡 减少资源财产损失等曾方面发挥了极其重要 的作用 同时也创出了如 2008 年 6 月 13 日上午 11 时孝义市下 堡镇煤业有限公司煤矿火药库发生爆炸事故 43 名被困职工中有 9 名职工获救的典型实例 但是单靠井下平行救援办法 遇险 矿工获救的机会很少 往往会因为井下救援施工时间太长 救 援效率低下 延误救援最佳时机 存在以下不足 一 矿山井下工作人员被困在灾区而救援人员又无法 靠近灾区时 井下救援已显得无能为力 二 发生特大透水事故 靠给井筒安装有限的潜水泵 来抽水 不能满足抢险救人的需要 2006 年左云 5 18 透水事 故抢险就是一个很好的一例 5 月 18 日事故发生后 当时事故抢 险救灾指挥部从一开始没有认识到地面垂直钻井进行抽排水的 重要性 在靠井下排水不能取得明显效果的前提下 5 月 29 日才 决定实施地面钻井从井下排水 决策后 省煤炭地质局立即抽 调分布在长治市 114 勘查院的 t685ws 型车载钻机及 30 余人施 工人员火速赶往施工现场 从 5 月 30 日到 6 月 8 日 采用大口 径快速钻井技术完成了 4 口抽水井任务后 通过日夜抽排水 井下涌水水位才明显下降 巷道积水状况明显改观 三 井下救援存在费时 费力 危险性高和救人成功率 低的问题 矿山事故发生后 矿工一般都被困在采区或采区附 近 离安全出口较远 有时长达 6 7 公里 救援人员要想快速 到达采区 一般都要清理巷道 新掘饶巷 施工井下探水钻 在保证救援人员安全的前提下进行施工 施工所需时间长 在 抢救被困人员 控制灾情方面成功率很低 等到救援人员到达 灾区时被困人员已中毒窒息或淹溺死亡 如 2001 年 11 月 17 日 山西大同市南郊区大泉湾煤矿第一水平发生局部瓦斯爆炸 第 二水平 14 人被困井下 具备生存条件 当时曾向地面电话求救 但因巷道坍塌 火势严重 救援人员不能进入灾区 未能实 现反风 供风 致使被困人员全部遇难 三 山西省矿山地质垂直应急救援的具体实践三 山西省矿山地质垂直应急救援的具体实践 2006 年 5 月 18 日 左云县张家场新井煤矿发生了重特大 透水事故 56 名矿工遇难 事故发生后 在国家 省 市各级 政府的领导下 成立了山西左云 5 18 透水事故抢险救灾领导 组和指挥部 由于井下涌水量大 单靠井巷排水 将会延长时 间 拖延矿山抢险救灾尤其是解救井下被困职工生命的最佳时 机 5 月 29 日抢险领导组和指挥部决定利用地面钻井方法实施 排水 根据抢险指挥部的统一部署 我省煤炭地质局矿山地质 应急救援中心立即调动所属 114 勘查院应急救援大队的 美国 雪姆 t685ws 型多功能全液压顶驱车载式美国进口先进钻机 安排所属 115 勘查院应急救援大队承担钻探排水的精确测量定 位任务和钻井电视观测和测井任务 5 月 29 日上午 114 勘查院 应急救援大队接到通知后 立即通知正在山西省屯留县境内施 工煤层气钻井项目的施工队 要求将 t685ws 型车载钻机及 30 余人施工人员火速赶往施工现场 经过 500 多公里的长途跋涉 114 勘查院应急救援大队于 5 月 30 日下午到达施工现场 路途 所用时间不到 10 小时 到达现场后 全体救援人员仅用 2 个小 时安装完设备 钻机顺利开工 根据指挥部的统一部署 施工第 1 井时 114 勘查院应急 救援人员在矿方销毁所有矿井资料 无法准确告知目标层位 加上开孔为松散沙土层 采空区层位多 破碎坍塌多 岩层硬 度大的情况下 经过 63 小时艰苦奋战 完成了第 1 排水井预 定目标 井深 228 6 米 后经第二次钻井深度达到 248 05 米 井径 311 揭穿积水层 受到了指挥部的高度赞扬 靳善忠 副省长看过现场后指示 抽水不停 打钻不止 并对我钻机施 工排水井工作给予了充分肯定 接着施工 2 3 4 排水井 2 排水井 井深 243 米 6 月 3 日晚上开工 历时 45 个小时 迅速穿过采空区 揭穿积水 层 为及时排水节约了宝贵时间 3 排水井 井深 260 10 米 6 月 8 日早上开工 历时 61 个小时 克服了上部采空区顶板冒 落和每次下钻都有卡钻危险的不利因素影响下 最终完成施工 任务 随着 3 口竖井抽水泵昼夜排水和矿井下排水泵同时紧张 的工作 水位很快降下来 井巷剩下的 积水量已经不多 指挥 部临时决定进行第 4 口排水井的施工 目标位置为主斜井延伸 巷 巷宽仅 3 米左右 延伸巷道的位置并不明确 仅靠零星收 集的资料和生还矿工的记忆标定 4 井井深 259 10 米 6 月 14 日上午开钻 历时约 94 小时 中间因检修机器耗时 36 个小时 通过几层采空区后 未见延伸巷 至此 钻机排水井的施工 基本结束 矿井积水区的水从钻探的 4 口排水井逐步排出 为 整个抢险救援工作赢得时间 提供了强有力地保障 取得了以 下三个方面的经验 一是开展矿山抢险地面垂直应急救援 必须具备美国 雪 姆 t 系列进口车载钻机 该设备采用车载式钻塔 机动性强 可以随时调拨 行驶速度在我省现有交通条件下可达到 100 公 里左右 小时 安装简便 达到目的地后仅用 1 2 个小时即可开 钻 成孔速度快 完成井径 311 克服采空区坍塌等诸多不 利因素 用 263 个小时 包括检修机器等不利因素误工 81 个小 时 完成了 1010 25 米一次性钻井成井任务 扣除中途设备 检修等误工时间 81 个小时 实际有效钻进时间为 182 个小时 单纯钻井速度平均 5 5 米 小时 可垂直打井 也可倾斜 45 钻 进 自带动力 无需配电源 占用工作场地少 采用空气或空 气泡沫成井进技术 可以一次性成井 并且井壁牢固质量高 二是必须具有技术资料优势 2006 年以前我省煤勘系统 115 勘查院在左云县开展了煤矿井下现采煤层巷道实测工作 具备了每个煤矿采掘工程平面图和井上下实测对照图 为矿山 事故救援锁定目标创造了技术条件 三是必须具备钻孔彩色电视摄像仪等高科技手段 通过钻 井井筒对井下空巷积水情况进行观测记录 以便及时掌握井下 事故动态和被困人员分布情况 为实现井上下互通信息 从钻 井中解救人员创造条件 同时使用 gps 卫星定位和全站仪等先 进技术设备 根据救援需要 随时开展钻井定位工作 四 矿山地质垂直应急救援的意义四 矿山地质垂直应急救援的意义 根据国内外地面垂直快速钻进 实施矿山灾害事故应急救 援的成功事例 实践证明通过地面透巷钻井不仅能完成向灾区 供风 输送食品任务 同时还可以和灾区进行简单的通讯联系 通过下吊桶实施垂直救人 在矿山灾害事故抢险救灾中具有三 个方面的意义 一 矿山地质垂直应急救援是我省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 二 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 所以我省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 三 在矿山地质垂直应急救援使用的 美国 雪姆 t 系 列快速钻井技术在实施矿山灾害治理 灾害事故救援中 具有 其他钻机不可替代的先进性和适应性 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 可在 40 c 缺水 缺电条件下进行正常工作 根据我省煤矿目前井下开采技术条件 山西省煤矿井下开 采深度平均在 300 米左右 个别国有大矿开采深度在 500 米左 右 如果山西某地某煤矿发生 职工被困井下 事故 接到救援 通知后 我们就可以发挥美国 t200xd 移动车载钻机的技术优势 在第一时间 以最快的速度开展矿山事故急救工作 实现由过 去的单靠井下救护的平行救援办法 转变为井下救护和地面救 援相结合 实施全方位 多手段的救援工作 五 矿山地质垂直应急救援所需设备可行性分析五 矿山地质垂直应急救援所需设备可行性分析 通过开展左云 5 18 特大透水事故抽排水孔钻井应急救援和 其他煤矿注浆灭火工作 我们充分认识到矿山抢险地面垂直应 急救援的重要意义 但是矿山事故地面垂直应急救援是一项新 的救援办法 能否顺利实现实地救援 达到在救援过程中实施 井上 井下人员相互沟通 相互配合 从钻井井筒中直接解救 井下被困职工的目的 根据国内外垂直应急救援的先进经验和 左云县 5 18 重特大透水事故的应急抢险救援的成功实践 我省 地面垂直应急救援体系建设需要以下三项条件 一 是可靠的煤矿井下现采煤层巷道 采空区 构造 井下机电 通风设施和矿工避难硐室实测分布图 井上下对照 图和已经采空封闭的煤层采空积气 积水情况探测图以及周边 矿井是否曾越界开采探测图 为准确实施地面垂直应急救援创 造必要的技术资料支持 二 是资金上支持 我省煤炭地质局现有