矿业有限公司水害治理示范矿井实施方案.docx

新疆新赛双陆矿业有限公司水害治理示范矿井实施方案新疆新赛双陆矿业有限公司中煤科工集团重庆院研究院有限公司二零一四年四月1矿井安全生产现状1.1矿井概况新疆新赛双陆矿业有限公司位于伊宁盆地北缘丘陵至低山地带，312国道公路北侧。东南至伊宁市22km，西北至霍城县23km。行政区划隶属霍城县管辖。交通条件便利。井田东西长1.67千米，南北宽1.31千米，井田面积2.1812平方千米，井田拐点坐标如表1-1所示。井田地理坐标为：东经：81°0337-81°0517，北纬：43°5756-43°5859，中心点地理坐标为:东经:81°0427；北纬:43°5828。矿井设计生产能力60万吨/年，本矿目前开采3号煤，矿井开拓方式为斜井开拓。采煤方法为综采放顶煤开采，采空区顶板管理采用全部跨落法。井下运输采用带式输送机，井下开拓巷道多采用砌碹支护，回采巷道多采用架棚支护。1.2矿井主要水害威胁1.2.1采空积水新疆新赛双陆矿业有限公司为改扩建矿井，改扩建初步设计说明书提供采空区+500m+411m水平2号煤空区积水，积水面积129902m2，积水量为146020m3。其中+485m+500m水平2号煤层空区积水9420m3，+411m+485m水平2号煤层空区积水136600m3。针对首采工作面的上覆采空积水危害，双陆煤矿进行了探放水设计和施工，首采工作面上覆采空积水危害基本消除。矿井采空积水没有进行疏放，加之随着时间的推移，采空积水的积水线和积水量也会发生变化，采空积水的威胁是东翼开采的主要水害威胁。1.2.2构造根据矿井地质报告，井田范围内存在F2断层，F2位于该矿西部边界为平推正断层，平推断距>100m，井田西界外水定矿斜井揭露该断层时只是滴淋水，浅部水量不大。在500石门掘进的超前探时，发现一个断层，钻孔出水较大，矿方处于安全角度的考虑，没有进行进一步的探查，该断层的赋存形态不清。因此断层是矿井的水害威胁之一。1.2.3大气降水井田地势西北高，东南低，井田大面积被第四系黄土(Q3)覆盖，井田内沟谷发育，地势高差大，春天融化的冰雪水，雨季的雨水，除少量沿裂隙孔隙渗入地下外，其余大部分汇集到沟谷流出井田外，年降水量285494mm，而蒸发量达1115.51157.5mm，因此大气降水对矿井充水微弱。1.2.4顶板砂岩水本井田的顶板直接充水含水层就是中侏罗统西山窑组孔裂裂隙弱富水含水层，其富水性弱。根据勘探期间在2孔进行了抽水试验，推算出本段含水层单位涌水量(q)0.025升/秒·米(q<0.1升/秒·米)，渗透系数K=0.0872m/d，由此可知，影响半径16.84米，此含水层为富水性弱的含水层。根据以前生产矿井的经验涌水量如下：一般遇到粗砂岩砂砾岩都含水，泥岩为很好的隔水层。煤层内的水一般呈淋水状态，工作区范围正常涌水量为400m3d，紧靠井田西界处的水定乡煤矿涌水量100m3d，井田东北界外原伊车嘎善煤矿涌水量为500m3d。 因此在矿井排水系统正常工作的情况下，顶板砂岩水井田威胁较少。综上所述，对于双陆煤矿，老空积水和断层是矿井的主要水害威胁，大气降水和顶板砂岩水是矿井的次一级水害威胁。2水害治理示范矿井建设的必要性和目标2.1目前矿井水害防治中存在的主要问题（1）2号煤层采空积水赋存情况不清。原8号井在本井田范围开采2号煤层，形成许多采空区，降水和积雪融水渗入采空区，形成采空积水区。由于资料保存和测量精度等原因，2号煤层采空积区分布范围、积水线和积水量不清。 （2）地质构造探查程度低、精度不高。F2断层为平推正断层，F2断层产状不清，在井田范围内分布不准确。在500石门掘进的超前探时，发现一个断层，钻孔出水较大，矿方处于安全角度的考虑，没有进行进一步的探查，该断层的赋存形态不清。（3）以煤矿防治水规定、煤矿安全规程及煤矿安全质量标准化等规程、规定为依据，列出双陆煤矿在一般规定、设计及审批、基本图纸及台帐、地面防治水、雨季“三防”、井下防治水、探放水方面存在的问题，如表2-1所示。（4）现有人力资源总量不能满足矿井的安全生产需要，高素质人力资源不足，需要改善人力资源结构，提高人力资源素质；着眼未来，及早进行人力资源的储备。表2-1 水害防治示范矿井评价调查表项目及标准要求存在问题一、一般规定1、建立健全防治水部门、防治水制度。有防治水领导小组，未成立地测科，探放水工作外包。有相应的防治水管理制度。2、编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。未编制中长期规划和2014年度计划。3、根据矿井实际逐年进行矿井水害因素分析和水害预测，并纳入矿井年度灾害预防和处理计划。此项工作未开展4、制订水害事故应急救援预案。编制有水害应急预案，内容有待完善5、定期收集、调查、核对相邻煤矿和废弃的老窑情况。将相邻矿井100m以内的采掘工程和积水情况标绘在本矿采掘工程平面图等有关图纸上。资料不详6、每月至少进行一次防治水重大事故隐患排查，并逐项登记；做到项目、资金、措施、人员、时间“五落实”。未进行此项工作7、每年至少进行一次避水灾演习。避水灾路线正确、畅通，路标设置醒目。没有进行演习二、设计及审批1、生产矿井地质报告每810年修编一次；并按管理权限审批。无2、矿井水文地质类型每3年划分确定1次，并按管理权限审批。无3、防治水工程有方案设计，施工设计；并按规定程序审批，做到一工程、一设计、一审批。工作结束后有总结报告和验收报告。井下探放上部老空水的探放水工程，有设计方案，并进行探放水 4、采区设计和采、掘工作面作业规程编制前，必须按时提交地质说明书(采区地质说明书应在正式设计前三个月提出，掘进工作面地质说明书应在巷道掘进前15天提出，采煤工作面地质说明书应在工作面开出后5天提出)。编制内容必须符合矿井地质规程规定，并按规定审批，做到文、图、表相符。编制有相关的设计及地质说明书，但内容不完善，与标准存在较大差距。5、开采受顶、底板承压水威胁的煤层，开采前必须编制防治水设计；按规定报批并组织实施。本矿井含水层均为弱富水性含水层，主要水害问题为老空区积水。不涉及该问题6、开采水淹区域下的废弃防水煤柱时，必须制订安全措施，报企业技术负责人审批。本矿井不涉及该问题7、水体下采煤的技术措施、开采设计必须按规定权限批复后实施，按要求进行“三带”观测；并进行采后总结。不涉及三、基本图纸、台帐1、必须具备下列矿图：矿井充水性图：比例尺1:2000或1:5000；矿井涌水量与各种相关因素历时曲线图；矿井综合水文地质图：比例尺1:2000、1:5000或1:10000；矿井综合水文地质柱状图：比例尺1:500；矿井水文地质剖面图：比例尺1:1000或1:5000。缺失矿井涌水量与各种相关因素历时曲线图。其他图纸内容不规范，不符合质量标准化的要求。2、井下存在老空积水区时，必须在采掘工程平面图上标出积水区的范围、外缘标高和积水量，同时标出探水线、警戒线。部分标注不准确3、必须具备下列水文地质台帐：矿井涌水量观测台帐；气象资料台帐；地表水观测台帐；钻孔水位及井泉动态观测台帐；抽(放)水试验成果台帐；矿井突水点卡片或台帐；井下水文地质钻孔台帐；水质分析成果台帐；封闭不良钻孔台帐；相邻矿井积水情况台帐；水闸门(墙)观测台帐；水源井（孔）资料台账；井田地质钻孔综合成果台账；水源水质受污染观测台账；其他专门项目的台账。有台账，内容不完善四、地面防治水1、井口和工业场地内建筑物的高程必须高于当地历年最高洪水位；低于当地历年最高洪水位时，必须有防、疏、排水措施。井口及工业场地高程高于历史最高洪水位。此项满足要求2、与井下相通的排水孔、电缆孔、下料孔、水文观测孔等，孔口必须高于当地历年最洪水位。否则，必须采取加盖、封口、加高等措施。报废的井筒应当填实封堵，并做好隐蔽工程记录，填图归档。井田内钻孔孔口均高于最高洪水位。五、雨季“三防”1、每年4月底前编制雨季“三防”计划，确定雨季“三防”重点工程和实施方案。成立雨季“三防”领导小组和办公室，组织抢险队伍，储备足够数量的防洪抢险物资。未编制专门的雨季“三防”计划。 2、每年雨季前分析排查矿区河流、沟渠、地面塌陷区等渗漏水地段，采取堵漏或沟渠、河床改道等措施。每次降大到暴雨时及降雨后，派人员到地面检查裂缝、塌陷等，发现漏水及时处理，并观测矿井涌水量变化情况。降雨量自动监测系统完好、准确，并与调度室联网。内容缺失较多3、每年雨季前必须对水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路全面检修一次，联合排水试验一次，并对水仓、沉淀池和水沟进行清理。有检修、试验、清理等记录。未进行此项工作。六、井下防治水1、建立水动态自动监测系统。地面观测孔、井下观测孔、各生产水平涌水量时时监测，并与调度室联网。对观测资料进行系统整理分析，掌握其变化规律，保证水文资料的准确性、连续性。目前无相应观测设备，且缺少规范水文观测点，上述工作基本未开展。2、矿井应配备至少2台地质钻机，钻距应在200m以上，能够探放水、探测各种地质构造、全方位施工地质钻孔，并能够取岩芯。每个采掘头面至少配备一台探水钻机。矿井应至少配备一种井下物探仪器。矿井目前配备有2台探水钻机。有物探设备。3、按有关规定留设各类防隔水煤(岩)柱，并标绘在采掘工程平面图上。严禁在各种防隔水煤柱中采掘。河床煤柱：根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程计算河西煤层走向移动角60°下切与各煤层的交线圈定；河东煤层走向移动角80°下切与各煤层的交线圈定。火烧区煤柱系为浅部未开采煤层留设，中大槽、八尺槽无须考虑，其余煤层以物探资料确定的火烧底界外推30m水平距离为界。 井田边界煤柱：东西部边界各留设20m宽的安全煤柱。 采区间隔离煤柱：留设斜长30m的保护煤柱。 采空区隔离煤柱：采空区煤柱以+820米开采水平外推30m水平距离划定。4、受水威胁的矿井，要科学、合理地设置防隔水闸门(墙)。新施工的水闸门(墙)必须委托有资质的单位设计、施工质量监督，竣工验收报告必须有主管负责人签字。对已建设的水闸门(墙)，应组织核查论证其可靠性，有安全隐患的须及时采取补救措施。所有水闸门(墙)应定期进行观测，并做好观测记录。水闸门关闭试验每年不少于2次，其中1次在雨季前进行。井下在400水泵房等设有水闸墙，待未进行可靠性论证。七、探放水1、必须坚持有“预测预报、有疑必探，先探后掘，先治后采”的防治水原则。掘进工作面接近探水线前，必须编制探放水设计，超前探放水，并有防止瓦斯和其他有害气体等安全措施。探放水工作应做到有设计、现场施工记录及验收记录等，做到允许掘进通知书、工作面牌板、现场进度“三对口”。基本按照规定执行2、受水害威胁区域巷道掘进前，应采用钻探、物探等方法查清水文地质条件，超前探查设计、措施必须符合规程要求，探查结束，提出水文地质情况分析报告。矿总工程师组织审查批准后施工。矿方对受水害威胁的巷道进行了物探和钻探，但是仍有部门水文地质条件不清3、超前探查断层、陷落柱等构造时，必须采取注浆加固等措施，采掘工作面按规定留足防水煤柱。曾对断层设计方案并探查，但较为粗略2.2水害治理示范矿井建设的必要性随着有关部门新政策、新标准的出台，特别是2013年10月国务院办公厅关于进一步加强煤矿安全生产工作的意见（国办发201399号）文件，进一步强化了煤矿水害因素全面普查和治理的重要性和紧迫性。根据文件精神，新疆生产建设兵团安全生产监督管理局、新疆生产建设兵团煤矿安全监察局文件兵团安监局、兵团煤监局关于开展煤矿隐蔽致灾因素普查治理和安全科技“四个一批”项目实施的通知（兵安局发201413号）要求推进一批安全生产技术示范工程项目，五师新赛双陆煤业公司双陆煤矿被选为水害治理示范矿井。虽然水文地质条件较简单，但是由于前期勘察程度低和小窑开采，双陆煤矿存在2号煤层采空积水不清和断层赋存情况不清的问题。随着矿井投产以及开采规模的不断扩大和开采深度增加，加之防治水人员技术力量薄弱，矿井防治水工作压力越来越大。为了适应双陆煤矿发展及矿井建设的需要，应对未来矿区水害升级带来的严重威胁，必须高度重视并全力推进矿井防治水综合治理再上新台阶，进行水害治理示范矿井建设。双陆煤矿煤层地质及水文地质条件、水害特点为兵团煤矿的典型代表，成功实施水害治理示范矿井建设对兵团各矿井防治水治理具有典型的示范意义。2.3水害治理示范矿井建设思路和目标双陆煤矿受采空积水、煤层顶底板砂岩水的威胁，同时发育有断层等安全隐患较大的构造。对采空积水下煤层开采，通过实施物探探查圈定异常区、钻探疏水降压为主的防治水工程，对含、导水断层实施物探、钻探及地面治理、完善水文地质监测系统等防治水工程。同时加大科研投入，试验成熟技术和先进技术，积极开展超前防治水工程。通过不断总结经验教训，形成了一套具有兵团特色的水害治理体系。总结以往经验教训，本示范矿井建设的主要思路是：坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，落实“防、堵、疏、排、截”的综合治理措施，建立“预测探查、综合治理、效果验证、安全评估”的煤矿防治水工作体系。根据矿井水文地质条件，结合矿井开采实际，系统开展矿井水害防治。实现防治水工作由被动治理向主动超前防范，由措施防范向工程治理，由局部治理向区域治理的转变。通过学习实践煤矿水害治理示范工程，提高矿井地测防治水人员综合素质，建成一流的队伍、一流的管理、一流的技术、一流的装备的煤矿水害治理示范矿井，切实保证煤矿安全生产。将水害治理与煤矿安全生产紧密结合，确定了双陆煤矿示范工程的建设目标。1.解决煤矿开采过程中的构造问题特别是断层问题。2.解放矿井东翼被采空积水威胁的3号煤层煤炭资源储量。3.通过对采空积水水害系统的防治实践总结，编制采空积水水害防治精细化管理标准，建立矿区采空积水水害综合防治成套技术体系。4.通过水文地质监测系统、地面物探勘探、井下超前探查、井下钻探疏放、化探相结合，加大井下排水能力等方法和手段，建立具有兵团乃至新疆特色的煤矿水害防治工作模式。5.通过矿井水害治理示范工程的建设，提高全员水害防治意识及素质，培养一批煤矿防治水专门人才，服务整个矿区乃至兵团煤矿水害防治工程。3示范性矿井建设内容3.1工程建设1、采空区及古井老窑调查采空区及古井老窑调查，采取物探、钻探、化探、地质调查等可靠手段查明老空区积水情况与积水范围。采空区及古井老窑调查工作完成后，大体上弄清楚矿区老空区积水情况与积水范围，绘制出相应的调查成果图。2、物探方案（1）地面物探矿井东翼采区地面电法勘探探测采区老窑积水区、地层高含水区、含水或导水构造带分布情况。地面物探完成后，矿井东翼采区内地层高含水区、含水或导水构造带、采空区及老窑积水区空间分布情况基本搞清楚。（2）井下物探随着双陆煤矿采掘工作面的延伸，为了满足矿井新区开拓掘进的安全需要，必须进行超前物探和钻探。目前，矿井采取的超前物探主要有电法类、地震类等。通过在双陆煤矿的实践，总结出适合兵团煤矿的井下物探手段。当煤矿井下需要近距离探测目标体时，可选择矿井瞬变电磁法、矿井直流电法、无线电波透视法、矿井地质雷达法、矿井地震勘探法等矿井物探进行探测工作。通常井下的地质异常体无非这两类：第一类为含水体或导水体，包括含水构造带、或导水构造带、老窑积水、采空区积水体等；第二类为探测小构造，主要是小断层破碎带、或者陷落柱等。对于第一类选择矿井瞬变电磁法、矿井直流电法探测效果最佳，其中矿井直流电法主要适合探测底板下方含水体，矿井瞬变电磁法探测方向和探测方式较灵活，但是应注意避免现场机电设备电磁干扰。对于第二类选择矿井地震勘探法或矿井地质雷达法较适合，但是当探测的地质构造异常体含水性较好时，也可以选择电磁法类或直流电法类间接探测。 (a) 掘进面横向扇形探测方式 (b) 掘进面上下扇形探测方式图3-1 瞬变电磁井下物探工作示意图O图3-2 无线电波坑道透工作原理图图3-3 地质雷达探测原理示意图3、井下钻探方案针对目前双陆煤矿防治水技术人员缺少的情况，建议采取委托有资质科研机构制定探放水方案并施工。目前井下钻探工作主要涉及到钻孔设计、钻探机具选择、钻孔轨迹测量等几方面。井下钻探存在的问题主要集中在无法准确了解钻进方向，打钻施工具有盲目性，对于探采决策及安全生产带来极大的隐患，因此要重点解决钻进方向监测问题；而目前其他矿应用于井下大部分是有线传输的钻孔监测方式，设备笨重而不可靠，因此双陆的技术方案考虑采用钻孔无线轨迹监测方式。井下无线钻孔轨迹监测方案如下：采用ZKG300矿用钻孔轨迹监测装置为矿用本安型设备，整个装置能监测钻机钻孔轨迹，为超前探水钻孔钻进方向提供参考数据。ZKG300矿用钻孔轨迹监测装置由矿用本安型钻孔轨迹发射机：（包含测斜仪、电池筒、电磁发射机）、矿用本安型钻孔轨迹接收机、矿用隔爆兼本安型计算机（含处理软件）和绝缘短节与无磁钻杆组成。在救生钻机施钻过程中，装置中的高精度传感器测得的井下MWD数据经编码后通过电磁波无线发射机发射给电磁波无线接收机实时接收并解码，最终在隔爆兼本安型计算机上存储并显示出钻孔轨迹。实现钻孔轨迹电磁波无线在线监测，整个装置的传输介质为普通钻杆及大地，不需要泥浆和电缆传输。图3-4 井下无线钻孔轨迹监测系统4、快速水源判别系统快速水源判别系统建设主要是建立水化学实验室。井下化探工作主要是建立矿井水源识别系统，主要完成的工作如下：（1）选取矿区水化学敏感指标并建立数据库；（2）建立矿井突水水源判别模型；（3）形成水源判别的方法体系。具体技术路线见下图3-5。图3-5 化探技术路线图5、水文地质监测系统双陆煤矿各含水层对矿井采掘活动均有不同程度的影响，目前矿井尚未建立了各含水层的在线监测系统，需要建设含水层水位、水质和井下巷道涌水量、水温、水质在线预警监测系统。建立矿井水文地质监测系统，对矿井含水层水位、水压，以及水仓水位、沟渠流量、流速等参数的动态适时测量。并针对本矿井主要水害为采空积水的情况，建立专门模块重点对井田范围内受采空积水威胁的生产区域，监测采空积水水位、水压，预算积水水量，研究季节变化对采空积水的影响。通过矿井水文地质监测系统，使得采空积水区、顶板事故等灾害源得到了实时监测、监控。3.2 技术和管理建设为了更好地建设水害治理示范矿井，技术和管理两方面保障缺一不可。1 技术建设加强人才培养以及先进技术的研究应用，从技术、人才上保障示范矿井建设，主要采取以下几条措施。(1)根据不同专业方向，成立不同技术小组，对行业内最新物探、水文方法理论技术深入学习、了解。(2)定期对职工特别是一线职工进行物探、 水文地质等方面知识讲座和培训，加强职工基础理论以及实际操作方面的学习研究，为一线员工解决实际工作中的具体问题提供有力保障。(3)对于地面瞬变电磁探测等大规模物探项目，集团派员全程参与项目实施，了解数据采集、处理和解释全过程。(4)派遣一线职工进科研单位或高校学习，鼓励员工提升学历，增强自身水平。(5)加大力度，做好相关人才引进工作。2 管理制度建设建立健全、职责明确的管理体制，也是示范矿井建设的必要条件。(1)建立安全管理系统体制，建立健全以安全生产为中心的用人、分配、奖惩制度和运行机制，建立以安全绩效为导向的工资分配制度。(2)安全机构有明确的安全职责分工，实行严格的责任考核机制，考核制度完善，并坚持月度考核。(3)建立合理的工资分配机制，以员工行为规范和操作过程达标占较大比重的班组工资分配机制和体制，有确保全员安全风险抵押和职工个人安全技能账户高效落实的管理制度。(4)与科研单位、大专院校合作，采用先进技术、方法和手段，积极开展对影响矿井安全生产重点、难点问题方面的研究工作，并与科研单位或院校签署的安全合作协议，进行重点难点突破攻关。(5)建立严格的探放水管理制度，探水或接近积水区掘进前或排放被淹井巷积水前，必须编制探放水设计，并采取防止瓦斯和其他有害气体危害的安全措施。(6)作业规程及措施编制符合煤矿安全规程及其它安全管理要求，并能指导生产，制定有可操作性的操作规程和管理制度。(7)贯彻执行上级安全管理阶段性工作安排，工作要有方案、有措施、有落实。3.3矿井防治水合作模式建设、研究联合科研机构，加强探放水人才队伍建设、制度建设，提高人才队伍的素质。针对防治水示范矿井评价调查表在制度和防治水相关图件、台帐和报告等存在的问题，与科研机构合作，完善制度和防治水相关图件、台帐和报告。初期采用科研机构人员驻矿，以科研机构人员为主导，矿方相关人员辅助和学习为主。矿方人员初步掌握相关水害治理技术以后，针对区域的水害威胁程度，采用以下两种方式开展相关工作。对于水害情况中等或简单区域，采取科研机构带动，矿方人员为主的思路，联合培养探水队、水文地质相关技术人员、矿井物探、地质钻探等方面人员培训，完善矿井害治理的室内、现场的相关管理工作的规章制度，保证相关技术人员具有抗击风险的能力。对于重点区域水害防治，以科研机构为主，矿方人员为辅的思路，利用科研机构的人员、技术、设备、资质等力量，联合开展水害防治工作。根据联合队伍建设的经验进行总结，建立矿井水害治理体系框架，按系统理论，从人员、设备、培训、管理等方面建立基础框架，从地面和井下两个方面来把握水害安全问题，从物探、化探、钻探、调查综合措施来构架矿井水害防治体系，最终提出一套切实可行符合双陆煤矿水害特点的矿井防治水合作模式。4项目实施计划及工期双陆煤矿水害治理示范项目实施时间为2014年4-12月，使矿井成为兵团水害治理示范矿井。示范工程建设项目工期安排如表4-1所示。表4-1 安全改造项目建设工期名称工程内容完成时间备注制度完善生产地质报告等报告修编2014.4-5防治水相关制度完善图件和台帐完善地面物探地面瞬变电磁工程2014.5-6水文地质监测系统2014.5-12快速水源判别系统2014.7-8井下钻探断层探查2014.9-10采空区调查2014.11-12水文地质监测系统2014.5-12其它