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湖南鲁塘矿区透水事故成因与治水措施

一、 鲁塘矿区及水文情况

  鲁塘矿区为鲁塘至沙田复式向斜的一个部分,含煤面积约14平方公里,含煤地层为二迭系龙潭组,主要开采Ⅰ2、Ⅲ3、Ⅳ2、Ⅳ3煤层。
  矿区内属亚热带季风湿润气候,年降雨量平均为1300--1700mm,地表无大的水体和河流,但矿区位于骑田岭山脉边缘,地势东高西低,山涧溪沟水发育,溪沟源头呈树枝状,总体趋势为自东向西横切岩层走向流经矿区,主要有鲁水河,河水常年不干,水量随季节性变化悬殊。主采煤层Ⅰ2煤层顶板和Ⅳ3煤层底板为良好的隔水层,矿区东部为骑田岭火成岩体,区域地下水对矿床充水无影响,且矿区内无大的含水层,断层含水性弱。因此,矿区矿井主要补给水源为大气降水,水文地质条件简单。

  二、鲁塘矿区近几年来重特大透水事故成因分析
  鲁塘矿区水文地质条件极为简单,各矿以往的正常涌水量一般为15m3/h左右,矿区正常涌水量一般为1500m3/h左右,然而近几年发生了5次大的水灾事故:
  1、1998年10月6日,枧下煤矿管理者安全意识不强,不按规定留设煤柱,当+350m掘进工作面在接近原暴雨后形成的井下明积水区时,发生透水事故,工作面2名作业人员死亡,突水灌入下部的百地红煤矿,百地红煤矿被淹,10名作业人员死亡,总突水量约6000m3。
  2、2001年11月19日,顺发煤矿管理者防治水意识不强,不按要求建筑挡水墙和留设煤柱,+375m底板运输大巷见煤时发生透水事故,瞬间突水量约5000m3,3人遇难。
  3、2002年8月8日,矿区连降暴雨,日最大降水量达130mm,山洪暴发,溪河水直灌井下,矿区下部和南部的多数矿井巷道被淹(《北湖区防治水应急预案》规定各矿在暴雨时要撤出井下作业人员,停止生产活动,因些暴雨时绝大多数矿没有生产。),部分矿井一年后才排干积水,直接经济损失上亿元。
  4、2002年11月5日,铁城寨煤矿+330m北上山修理工作面上方存在“8.8”洪灾后未排干的积水,且积水区通过采空区裂隙沟通了地表河床,随积水高度增加,隔水煤柱被突然鼓穿,瞬间突水量约3000m3,工作面3人死亡。
  5、2003年4月29日,积财石墨矿+297m回采工作面因煤柱不够,工作面上方采空区存在“8.8”洪灾后未排干的积水,承压煤体被突然鼓穿,瞬间突水量约8000m3,总透水量约30000m3,矿井被淹,井下17名作业人员死亡。

  引发矿区重特大水灾事故的原因主要有:

  一是以往的滥采乱挖开采历史。鲁塘矿区煤(石墨)赋存和开采条件好,煤层多达11个分层,顶板大部分为石英砂岩,煤层瓦斯含量极低,当地农民从清朝开始办矿,至今已有百多年的开采历史。九十年代初期,在国家鼓励私人办企业和“有水快流”的思想指导下,采矿业蓬勃发展,带来了鲁塘镇的繁荣。但同时由于采矿业的无序无规划过度发展,矿井密度过大,地表植被被破坏,地表沉降,河道淤积,河床开裂,矿区环境逐步恶化。旱季,鲁水河源头每小时近800立方的水流至矿区中、下部时已了无踪迹。每遇暴雨,矿区四处告急,溪涧水通过开采裂隙带渗漏入井下,通过低高程井口灌入井下,总有些矿的井巷被淹 。近几年来,北湖区政府采取了超常规的措施,挥铁拳下大力气整治了矿区矿业秩序,将矿区的发展引入了正道,但以往滥采乱挖开采历史所留下的后患一时没有得到解决。

  二是各自为政的排水体系。鲁塘矿区的矿与矿之间一般通过采空区或开采裂隙带连通,存在水力联系现象,但各矿均为私有企业,各自为了自已的利益尽可能少排水,“你排我不排”各自为政,有时还存在排循环水做无用功现象(水排至某高程巷道后,水又流入他矿),最后造成“淹 了一个矿,祸及一片井”的局面。

 三是鲁塘矿区存在“锅底”构造现象 。鲁塘矿区的煤层为一复式大向斜构造,向斜轴北高南低,煤层在积财、立功背、铁城寨等矿附近形成“锅底”,水往低处流,水最终汇集到处于“锅底”附近和矿区深部的矿井,但这些矿各自的排水能力是不足的,导致井下积存大量的水体。

  四是老窿水和生产矿井采空区积水不明。近几年来,在安全整治过程中,坚决炸毁了鲁塘矿区上百条无证矿,无证矿被炸后形成老窿,大多数巷道积满水。有证矿的采空区和废巷一般存有少量积水。由于以往没有统一的矿区测量队伍,各矿图纸资料不全,因此各矿对老窿水和生产矿井废巷积水情况心中无数。还有的矿为了保住资源,先将回采巷道做好,用水淹掉待后开采,人为造成水患。鲁塘矿区煤层倾角一般大于500,无法采用正规的长壁式采煤方法,普遍采用巷道式回采,由于煤层中一般含有易滑性的石墨,且顶底板比较光滑,回采的垂高可达40m以上,如工作面上方存在积水易造成透水事故。
  由于上述四个方面的原因,井下存在明暗积水,但矿主对本矿及相邻矿井的水情分析不够,在采掘过程中没有严格执行“有疑必探,先探后掘”的措施,最终导致透水事故。

  三、鲁塘矿区立体治水措施
  鲁塘矿区水文地质条件简单,但因于历史的原因,鲁塘矿区的水情变得异常复杂,采取单一措施是无法根治水患的。为根治鲁塘矿区的水患,防止重特大透水事故发生,我们通过3个多月的时间全面查明了鲁水河河道淤积和渗漏水情况,查明并绘制了矿区各矿井涌水量和开采及水力联系情况图,拿出了治理鲁水河和组建集中排水体系的方案,采取了“堵、排、查、探、防”立体治水措施。
  堵:3000万元巨资治理鲁水河。矿区正常涌水量约3000m3/h,矿区涌水量主要来源于地表水,来源于鲁水河,鲁塘矿区防治水的关键在于彻底治理鲁水河,堵住河水不渗漏井下。一年多来,区政府在财政偏紧的情况下投入3000万元全力打造了鲁水河治理工程。目前,数公里的河床积矸已运走,河床改道500米,新建桥梁5座,河床两岸筑起了牢固的"千里河堤",整个河床用水泥砂浆铺了硬底。另外,对矿区内的废井口和塌陷区全面进行了封堵,对处于历史最高洪水位以下的风仙庙南矿等5个矿井的井口采用砌堵墙和充填法抬高了井口。现矿区矿井正常涌水量已降至2200m3/h左右,治水工程经受了近期几次暴雨山洪的袭击,河水急涨但没有一个矿井被淹。

  排:1000万元建立集中排水系统,集中与分散排水有机结合。根据鲁塘矿区的“锅底”构造,根据矿区各矿井开采深度和涌水量及矿与矿之间的水力联系情况,设计设立了裕源、水源等21个集中排水点,每个集中排水点服务3个以上矿井,少数水流量较少的集中排水点则设计开掘了2000多米专用引水巷聚水排放,集中排水体系总装机容量2600kw,排水能力3000m3/h,每日排水量约3--4万立方。集中排水系统由朝阳矿业有限公司投资1000万元建立,公司抽调60人成立了鲁塘排水公司,专门负责鲁塘矿区集中排水工作,区政府按矿区产量(3元/吨)支付排水公司排水费。各矿在做好平峒疏排水的同时,保留了原有的排水系统,负责排除集中排水范围以外的积水。整个鲁塘矿区形成了集中与分散,机械排放与平峒疏流有机统一的排水系统。
  查:全面清查水患,百密而无一疏。鲁塘矿区执法队有队员66人,驻矿安监员105人,合计171人,每天对各矿井的防治水情况进行了检查,并向调度室汇报当日水情,“有水患报水患,无水患报平安”。今年元月份,北湖区购买了一套先进的矿山测量用全站仪,组建了鲁塘矿区测量小组,开始从技术上对矿区各矿井井巷、采空区和老窿及其积水情况进行全面普查、精查,并绘制了矿区井上、下积水分布图。今年来共查排出井下积水51包约5万立方。

  探:坚持“有疑必探,先探后掘”探放水原则。鲁塘矿区矿点多,采空区多,暗积水多,北湖区不论矿井的水害轻重,不论矿主的意见大小,强制各矿购置了一台新型探水钻机,编制了防治水措施,建立了探放水台帐,落实了探放水措施。今年来,石墨二矿等3个矿井成功地探放出3500m3的老窿水,全矿区杜绝了透水事故。

  防:定预案,强装备,确保万无一失。鲁塘矿区矿井均为低瓦斯矿井,水害是矿区的主要灾害,当发生强降雨山洪暴发等情况时,难免不发生水害事故。鲁塘矿区执法队制定了防治水应急预案,成立了应急领导小组,组建了应急抢险小分队,各矿制定了水害预防与处理计划,成立了相应的应急救援领导小组。年初北湖区抽调专业技术人员对全国多种型号的水泵进行对比考察分析后,拿出150万元专项资金购买了两套350J200-200R型快速抢险排水设备(重量轻,总重量仅1.4吨;流量200m3/h,扬程200m;水泵、电机与带导轨可移动的平板车固定为一体,运输和安装方便;泵与管路、管与管的联接均采用快速接头联接,联接时间仅为常规设备联接时间的十分之一,而且可实现不停车移泵或往下放水泵,在井口加接高压软管),如发生水灾事故可以在4小时内抽水抢险,比以前可提前12小时排水。

  一年多的实践证明,北湖区所采取的“堵、排、查、探、防”立体推进治水措施是相当成功的,从2003年“4.29”透水事故后至今,鲁塘矿区没有发生过透水伤亡事故。

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