長治地區煤礦水患及防范對策探討
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摘要:煤礦水患是與瓦斯、煤塵等并列的煤礦建設與生產過程中的主要災害之一，是僅次于瓦斯的“第二殺手”，容易造成群死群傷，所以加大水患防治，是遏制煤礦重特大事故的重要工作，是防范化解重大風險的主要任務，因此必須牢牢扛起主體責任。文章通過對長治轄區煤礦基本水患類型的分析，提出了防范煤礦水患的具體對策與措施，以有效指導煤礦防范治理水患。
關鍵詞:煤礦水患;防范對策;長治地區
2018年底山西省屬五大煤炭集團公司所屬煤礦安全監管權限全部下放后，長治轄區監管煤礦共113座。113座礦井中水文地質類型復雜礦井3座，水文地質類型中等礦井105座，因長期停建或未開工建設未劃分水文地質類型礦井5座。礦井所受水患類型主要有老空水害(采空水)、奧陶系灰巖含水層承壓水(以下簡稱奧灰水)、煤層頂板砂巖(灰巖)含水層水(以下簡稱頂板水)、地表水。目前，老空水是長治地區煤礦最主要的水患類型，這跟轄區內煤炭開采歷史久遠、以往生產工藝落后、存在私挖亂采、煤炭企業數次資源整合和兼并重組、圖紙資料缺失或失真等因素都有很大關系。自2008年以來，長治市地方煤礦發生的3起較大以上水害事故都是老空水患事故，主要是因為兼并重組小煤窯破壞區水文地質資料不清，加之安全意識差，防治水措施不到位所致。近年來，隨著煤礦開采深度的延深，逐漸進入奧灰承壓開采區的煤礦數量逐步增多，使奧灰水成為又一主要水患。奧灰水一旦造成突水事故，往往水量很大，甚至造成淹井事故。長治地區現有32座礦井存在奧灰水承壓開采情況，32座承壓開采礦井對奧灰水承壓開采進行了危險性評價，劃分了非突水威脅區、突水威脅區和突水危險區。其中大部分為3號煤層底板承壓開采，由于隔水層在100m以上，其奧灰水突水威脅相對較低，需查清斷層和陷落柱等構造的富水情況。但開采15號煤層的部分煤礦，由于隔水層厚度較薄，奧灰突水危險性較大，例如武鄉縣王家峪煤業開采15號煤層，有效隔水層厚度20余米，最大突水系數為0．08MPa/m，承壓開采威脅相對較大。王家峪煤礦針對奧灰水威脅情況，提出了礦井優化工作面開采布局和采煤方法等帶壓開采安全技術措施。這一技術措施的跟進，使煤礦在受奧灰水威脅情況下安全生產得到了保障。頂板水是長治地區煤礦企業煤層開采的直接涌水來源，以3號煤層頂板K8砂巖水、15號煤層頂板K2灰巖水為代表。在正常的水文地質條件下，往往頂板水會隨著采掘活動涌入礦井巷道和工作面內，有著水量較小、易疏干的特征，基本不會對安全生產帶來威脅，但是在全市范圍內也存在個別礦井頂板涌水量大、影響企業正常安全生產的案例，如大平煤業3107回采工作面和經坊煤業7000回采工作面頂板涌水量都達到200m3/h，長治縣羊頭嶺紅旗煤業15101掘進工作面頂板灰巖水達到200m3/h，這與長治市區域內局部特殊的水文地質條件直接相關，存在該現象的煤礦企業頂板水防治是其水害防治的重點。長治地區煤礦企業一般受地表水威脅較小，煤礦井口標高基本均高于歷史最高洪水位，但少數礦井也受洪水威脅，如東莊煤業、石泉煤業、大平煤業等部分煤礦井口布置在河道附近。部分煤礦因處于沁水煤田邊緣地帶，煤層埋藏淺，有露頭和風化帶，存在開采范圍距離地表較近，采動裂隙能夠達到地表的情況，相關煤礦今后需重點做好地表水的預防和治理工作。
2當前煤礦防治水存在的問題
1)水文地質專業人員缺乏。大部分煤礦企業基本都已按照上級要求設立了防治水專業機構，配備了專職防治水人員，但是專業管理人員、專業技術人員、專業施工人員相對缺乏，致使一些煤礦防治水安全技術措施難以有效落實。
2)防治水制度執行不到位。盡管各煤礦企業均已建立了各項防治水技術管理制度，但是普遍存在制度落實不到位、不全面的情況。以水害隱患排查制度為例，該項制度是《煤礦防治水細則》中四項防治水基本制度之一，對礦井安全工作有著很大的指導意義，但是從各煤炭企業調研檢查的情況來看，不少企業存在水患排查概念不清、缺少原始記錄等問題，突出反應的問題就是隱患排查還存在明顯的形式化，資料記錄不能反應排查過程。還有個別企業，制定的制度與自身實際情況不符，說明在制度的落實方面還存在不少差距。
3)物探、化探設備配備不足。根據山西省煤礦老空水害防治工作規定，目前大多數礦井都配備了物探設備，但仍有個別礦井沒有自己的物探設備或者集團公司共有一套物探設備，個別集團公司沒有自己的水質化驗室或與資質單位簽訂服務協議。一些煤礦企業雖然配備了物探儀器設備，但是使用效果非常有限，在資料的成果分析處理方面，甚至存在個別物探資料造假的情況。
4)地面物探不足或可靠性不高。盡管全市資源整合礦井開展了水患補充調查工作，提出了調查報告，但仍有少數礦井難以做到用兩種地面物探方法進行全井田范圍勘探成果互相佐證，并針對5000m3以上老空積水開展鉆探驗證。部分煤礦企業仍然存在勘探資料可靠性不高的問題，一方面受制于目前的勘探手段準確率，另一方面是由于歷史原因造成的老空情況無序、復雜。總的來說在這一方面，仍需要各煤炭企業不斷開展相應的補充勘探工作。
5)承壓開采經驗不足。長治市承壓開采煤礦企業多數在非突水威脅區開采，整體來說帶壓開采經驗不足，水平不高，承壓開采的防治方法和手段還不很熟悉，尤其是專項的注漿堵水和底板加固方面尤為不足，在今后的工作中，還需要不斷學習和借鑒。
6)探放水設備升級改造力度不大。多數煤礦存在探放水設備笨重不易操作，移動不便，井下探水工作勞動強度大，致使探放水和采掘不協調，從而影響有掘必探的制度落實。
3煤礦防治水工作的基本對策
針對全市目前煤礦水害技術防治技術現狀，提出以下建議，以期迅速改變目前煤礦水害發生的局面和提高新形勢下煤礦水害防治技術及裝備，形成適合新的地質與生產條件的水害安全保障技術體系和監管體系。
1)引進技術服務企業，創新煤炭技術服務模式。鑒于煤礦企業技術人員缺乏、技術力量薄弱的實際，如果單純靠煤炭企業自身的力量，這一局面想要得到明顯改善必須要長時間、大精力、多資金投入，目前最為有效、快捷的辦法就是引進技術服務企業，通過專家、專業技術人員的力量和作用解決煤炭企業地質防治水方面的問題，提升防治水工作水平，提高專業技術人員技能水平。而且，引進技術服務企業的方式也可以是多元的，可以由監管部門牽頭，形成面上的管理與技術服務結合機制，也可以由集團公司或者礦井單獨組織，解決關鍵點的特殊問題。從選擇服務企業的角度出發:一方面是要考慮聘用單位對長治市轄區煤炭企業的實際了解情況;另一方面要考慮“產、學、研、用”結合的企業，能從各技術層次腳踏實地解決煤炭企業遇到的問題。
2)引進新技術、新方法。隨著煤炭開采行業相關科技、理論水平的提升，目前在水害防治方面也有了不少成熟的新技術和新方法。就轄區煤炭企業水害防治方面來說，目前最為合適的就是槽波地震勘探技術和突水監測預警系統。槽波地震勘探就是利用在煤層中激發和傳播的導波，以探查煤層內地質結構、構造和巖性、采空區的一種地球物理方法，該方法已經在國內外多行業得到了廣泛應用，對于解決長治市采空邊界探測、構造探測等方面會起到很好的作用。突水監測預警系統是通過監測巷道掘進或者工作面回采時周邊環境的各項參數，當有突水預兆時能夠提前自動判別并做出警示和報警的實時系統。該系統相當于在井下工作現場設置了一名實時工作的“安全員”，當現場確實存在水害隱患時能夠及時發出通知和預警，而且能夠連續探測巷道前方水文地質情況，對水害探測和預報有著很大的作用。
3)充分應用好煤礦防治水分區管理論證報告成果。煤礦企業要將防治水分區論證報告審定的可采區、緩采區和禁采區及時填繪到采掘工程平面圖上，同時按分區分別修訂煤礦防治水措施，作為今后煤礦生產銜接、安全管理的基礎。煤礦可采區、緩采區和禁采區范圍或防治措施發生變化時，煤礦要及時重新修訂煤礦防治水分區管理論證報告，并按程序上報審核。承壓開采礦井要通過專門水文地質勘查，分析評估礦井受承壓水威脅程度，將全井田劃分為非突水危險區、突水威脅區和突水危險區。在承壓區域內進行生產作業的，應論證當前承壓水治理工程和防治措施下是否滿足安全開采要求，并編制承壓開采專項設計。
4)加快防治水新設備新技術的運用。重點推廣王莊煤業人工智能煤礦探放水管理系統，王莊煤業作為晉能集團防治水示范礦井，聯合科研單位開發了人工智能煤礦探放水管理系統。該系統采用行進的云、邊、端系統架構，基于人工智能技術實現識別整個探水打鉆過程視頻，準確識別鉆探深度，實現鉆孔數據與視頻信息關聯，自動量化打鉆數據，實現煤礦探放水過程中從探水設計、計劃、執行、驗收等環節的電子化全流程管理。該系統具備判別是否真探和準確驗收進尺功能，并利用鉆孔定位儀及手機拍照等功能，把鉆孔定位及鉆孔驗收的關鍵數據(鉆孔方位、鉆孔傾角)上傳，系統快速自動判斷鉆孔角度是否在允許偏差范圍，超出范圍則不允許施工。用報警提示的方法，要求重新定位鉆孔。
5)開展針對性技能培訓和多形式的技術交流。長治市水害防治工作在近幾年取得了巨大的進步，通過前幾年的基礎性培訓和現場鍛煉，目前防治水人員已經有了基礎的專業素質，接下來需要開展針對性比較強的專業培訓?？梢愿鶕旱V企業的主要水患問題和現場需要，開展老空水、承壓水、頂板水防治等專項的培訓和物探技術培訓，也可以進行某項防治水工程的專業培訓，如鉆探注漿、底板改造、頂板兩帶實測等更具體的專業培訓。多形式的技術交流和溝通對于地區防治水工作水平的提升有著重要的作用，要開展各種形式的技術交流，可以是全區的，也可以是局部的，可以是普遍性的，也可以是針對某一問題的，可以在當地開展，也可以走出去，到其他地方參觀學習。
作者：李艷麗 單位：山西省長治市礦山救護隊
