小煤矿透水事故分析及预防.pdf

第2 0卷 第1期2 0 1 0年1月中国安全科学学报ChinaSafetyScienceJournalVol.20No.1Jan.2 0 1 0小煤矿透水事故分析及预防3唐 海 副教授(湖南科技大学 煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湘潭411201)学科分类与代码:6203099(部门安全工程理论)中图分类号:X936 文献标志码:A资助项目:湖南省高校科技创新团队支持计划资助。【摘 要】通过对乡镇小煤矿透水事故典型案例分析,得出其事故发生原因主要在于从业人员素质较差、内部管理混乱、技术装备力量薄弱和行业主管部门监督不力。因此,煤矿防治水害要坚持以防为主。同时,提出不仅要从辨识透水征兆、留设防水煤柱、规范探放水安全距离、组建探放水机构等技术方面上,还要加强从业人员培训、编制防灾救援预案、行业主管部门监督等方面采取措施。另外,还提出“防、堵、疏、排、截”5项综合治理措施。【关键词】煤矿;透水事故;预防措施;探放水机构;防灾救援预案Analysis and Prevention ofWater Inrush Accidents in Small CoalMinesTANG Ha i,Assoc.Prof.(Hunan Provincial Key Laboratory of SafeMining Techniques of CoalMines,Hunan University ofScience&Technology,Xiangtan 411201,China)Abstract:According to the analysis of several typical water inrush accidents happening in small coalmines of township,it is concluded thatmain causes for this kind of accident are employeespoor quality,poor internal administration and control of enterprises,weak technical equipment and weak supervisionfrom related government depart ments.Therefore,control ofwater inrush accidentsmust adhere to the ideaof“prevention first”,meanwhile,countermeasures againstwater inrush accidents not only include techni2cal ones such as identifying water inrush symptom,setting waterproof coal pillar,regulating the securitydistance ofwater surveying and establishing institutions of water surveying,but also include managementones such as strengthening employeestraining,compiling disasterprevention and rescue plans and intensi2fying supervision of related government depart ments.Finally,5 comprehensive controlmeasures includingpreventing,blocking,dispersing,draining and cutting are also proposed.Key words:coalmine;water inrush accident;preventive measures;institutions ofwater surveying;disaster prevention and rescue plans0 引 言我国煤炭生产多数采用地下开采,常受水、火、瓦斯、粉尘、顶板等自然灾害的威胁。当地面水和地下水通过各种通道涌入矿井,如果涌水量超过矿井的正常排水能力时,就造成矿井水灾(常称透水)。矿井水灾是煤矿五大主要灾害之一,一旦发生透水,不但影响矿井正常生产,而且还会造成人员伤亡,淹3 文章编号:1003-3033(2010)01-0101-05;收稿日期:2009-08-04;修稿日期:2009-12-31没采区和矿井,对人民的生命财产威胁极大。据统计1-3:2005年全国发生的48起煤矿重、特大水害事故中,小煤矿发生39起,死亡438人,分别占81.3%和83.7%;2006年,全国煤矿共发生水害事故99起,死亡417人,其中乡镇小煤矿76起、死亡317人,分别占76.8%和76.0%;2007年,全国煤矿共发生水害事故25起,死亡213人,其中乡镇小煤矿为24起,死亡186人,分别占96%和87.3%;2008年,全国煤矿发生水灾事故14起,死亡108人,其中乡镇小煤矿为11起,死亡75人,分别占78.5%和69.4%;2009年(统计到该年10月14日止),全国煤矿发生水灾事故10起,死亡72人,其中乡镇小煤矿为7起,死亡50人,分别占70%和69.4%。20052009年,全国煤矿水灾事故及死亡比率情况如下图所示。水灾事故分析图从上图可知,透水事故多发生在小煤矿,其死亡人数占的比率也较大。因此,总结分析地方乡镇小煤矿透水事故成因,寻求合理有效的预防措施,对保证矿井安全、生产和企业经济效益具有极其重要的意义。1 透水事故案例及原因分析煤矿透水事故的发生是多因素综合的结果,其直接原因各不相同,统计湖南一些小煤矿近年来的事故情况,归纳起来主要有以下几类。案例1:2002年安仁县龙海镇双丫松进兴煤矿“420”透水,死亡4人事故。该矿系独眼井,没有取得煤炭生产许可证,长期非法生产。水文地质条件复杂,煤层赋存于砾岩含水层之下,顶板为白垩系砂岩、泥岩(白垩系含水层溶洞发育)等,沉积不稳定,厚度变化大,最薄处仅0.6 m,不能起隔水作用。事发前当地有关部门下达了 制止违反矿产资源法规行为通知书,要求煤矿停止开采,但未督促落实。2002年4月20日工人在+70水平运输大巷掘进工作面放炮,贯穿了溶洞水。事故原因:巷道布置不合理(运输大巷布置在至距煤层顶板很近的位置),未采取探放水措施,违章指挥工人放炮掘进。矿主法制观念淡薄,在未取得 煤炭生产许可证 、矿长资格证 情况下,非法组织煤炭生产。地方政府有关职能部门安全监管不到位。案例2:2001年郴州市北湖区鲁塘镇顺发煤矿“1129”透水,死亡3人事故。该矿证照齐全为合法矿井,开采技术条件好,矿井属低瓦斯矿井,无煤层自燃和煤尘爆炸危险;水文地质条件简单,矿井充水主要是大气降水和老窑水。在2001年4月有关部门对该矿区进行水患测量调查时,发现该矿受到来自矿区周围的黄沙岭、下水冲、天堂联营等矿采空区积水的威胁,并制定了探放水措施,明确了探水巷道的具体位置和探水要求。在开掘+375水平石门至200 m处时,发现有煤层湿润等透水预兆后,用TXV-75型探水钻打了3个4m深的探水眼,遇到岩石未探到水。由于岩石坚硬,打眼困难,便停止了探水工作和巷道掘进。连续观察了十多天,发现煤壁上水珠时有时无。6月中旬,在距停掘工作面2m处,砌了一挡水墙。挡水墙设计厚度为3 m,基脚深0.5 m,用片石和水泥砂浆砌筑。11月29日,停掘巷道不幸发生透水事故。事故原因:未留有效的隔水煤柱,擅自改变探放水设计方案,在未达到探放水效果的情况下,中途放弃了探放水工作。挡水墙的设计、施工,施工质量不合要求,导致挡水墙无法承受水压而垮坍。矿主安全意识差,明知矿井有水患威胁,在未探明水情的情况下,冒险盲目组织生产。生产技术管理混乱,无相关的技术资料和图纸,无灾害预防处理计划和措施,无防治水方面的措施。政府监管人员工作责任心不强,未严格督促煤矿按要求实施探水方案,对挡水墙质量把关不严。案例3:2003年耒阳市大义乡永联煤矿“33”透水,死亡10人特大事故。永联煤矿主、副井独立经营,单独核算。主井有采矿许可证,没办理煤炭生产许可证,副井无任何证照,属无证非法开采。矿井水文地质条件简单,涌水量一般为0.52.0 m3/h。主要水源为老窑水和大气降水。该矿老窑水威胁严重,副井曾发生3次穿老窑水事故。副井与主井没有贯通形成通风系统,201中国安全科学学报ChinaSafetyScienceJournal第20卷2010年属独眼井开采。副井沿南北二翼布置大巷,然后布置沿煤上山和沿煤斜巷,巷道式采煤。采用2台4.4 kW潜水泵排水,未设置正规水仓和备用水泵,且单回路供电。2003年3月3日工人在副井南翼一上山南斜巷放炮采煤发生透水事故。事故原因:矿井无防治水设施和探放水设备。没有调查、收集、掌握矿区老窑开采情况和有关水文地质资料,没有编制和实施防治水措施,在接近老窑区作业时未进行探放水。一上山南、北斜巷独头作业,其他巷道上部都没有通向地面的安全出口,暗斜井被淹后,两个采煤头作业人员无安全通道撤出地面。矿井排水设施不完善,无正规水仓,排水能力小,突水后排水设备遭到破坏,无法迅速抢排大量涌水。当地政府有关部门没有认真履行管理职责、制止该矿副井生产。煤矿人员素质低,矿长、安全生产负责人和井下工人都没有参加安全培训,不懂煤矿安全生产。案例4:2006年耒阳市三都镇龙兴煤矿“68”透水,死亡4人事故。矿井范围内无小溪和水库等地表水体,充水水源主要是老窑水、生产小窑积水、大气降水、老采空积水和岩层裂隙水,大气降水主要通过地表裂缝隙进入浅部关闭小窑和岩层裂隙渗入井下。由于该矿主井和风井还未贯通,2006年3月在-41水平北沿煤运输巷距石门口20余米处开门,沿61煤倾向布置两条伪斜上山(61煤1号上山和61煤2号上山),计划贯穿风井+14水平61煤煤巷,形成负压通风系统。6月5-6日连降暴雨,导致大量地表积水通过裂缝隙进入井下采空区,8日61煤1号上山煤柱被水击穿,发生透水,煤与矸石和水沿61煤1号上山倾泻而下,将61煤2号上山下部的北运输巷道堵塞,4名工人被困61煤2号上山窒息死亡。事故原因:地面连降大到暴雨渗入到61煤1号上山上部的采空区水量增加,水压增大,1号上山煤柱被击穿发生透水。煤矿对相邻矿井和废弃的老窑井下开采情况和积水情况不清楚,61煤1号上山掘进时,没有制定和采取探放水措施。没有编制作业规程,盲目组织作业。工程部署不合理,61煤1号上山布置在小煤窑的采空区下方。当地政府有关部门对该矿在无整改方案和安全措施的情况下启动整改的行为制止不力、监管不到位。案例5:2007年永兴县金龟镇庙背冲二矿“718”透水,死亡5人。该矿井充水主要来源是大气降水、老窑水、老巷局部积水。老窑水是引起矿坑涌水的主要因素。矿区沿煤层露头有多个已关闭的废弃老窑并达到了一定的开采深度,废弃老巷较多,老窑与地表连通,采空区内蓄积了一定的老窑水。该矿开采的范围正是老窑情况不清的下部煤层。由于证照不全,该矿停产整改期间,擅自生产。2007年7月18日该矿工人未进行探放水措施,在+16 m水平二斗口三平巷四上山沿煤掘进贯穿老窑,发生透水。事故原因:该矿对周边的历史大小煤矿开采及井下积水情况未做调查,未收集分析矿井范围内井下积水情况,同时该矿在四上山往上部掘进时,煤掘工作面已经达到较高标高接近老窑时未实施探水措施。放炮时没有按规定把人员撤到+16 m水平大巷,导致发生透水时,人员来不及撤离而遇难。矿主法律意识淡薄,在采矿许可证过期失效的情况下,非法组织生产。煤矿安全培训不到位,矿长没有取得矿长安全资格证,生产副矿长没有取得管理人员安全资格证,放炮员未经培训。综上所述,乡镇小煤矿透水事故发生原因较多,但归结起来主要有4个方面:1)从业人员素质较差。发生透水事故的矿主多数是法律意识淡薄,在矿井无证照条件下,非法组织生产。井下人员未经培训,就直接上岗,对透水征兆缺乏辨识能力。2)内部管理混乱。作业时不按作业规程 、操作规程 、煤矿安全规程 等规程操作,在未探明水情的情况下,矿主冒险盲目组织生产。不执行行业主管部门的指令和规定,在接近采空区放炮采掘时,人员未撤至安全地带。3)技术、装备力量薄弱。矿井安全投入少,排水设施能力不足,支护质量低劣;没有调查、收集、掌握矿区老窑开采等情况,水文地质情况掌握不清,井巷位置布置不合理,施工措施不当,防水煤柱设置不合理,探放水方法不规范等。4)行业主管部门监督不力。对“独眼井”,“单回路供电”等不规范矿井未及时监督其停产,对无证矿井未及时取缔,对技术资料短缺、从业人员未培训矿井未及时督促其整改。2 预防措施法制观念薄弱,有法不依,有章不循的违法行为,是地方小煤矿事故多发的根源4。因此,不仅要从技术上、管理上还要从法制上严格规范乡镇小煤矿安全生产,防止透水事故的发生。301第1期 唐 海:小煤矿透水事故分析及预防2.1 技术规范煤矿探放水是项专门的技术工作,可从辨识透水征兆,留设防水煤柱、探放水安全距离、建探放水机构等方面采取预防措施。2.1.1 透水前预兆矿井透水前的预兆有5-6:煤层发潮变暗、煤壁挂汗、煤层变凉、巷道发冷和出现雾、煤层出现滴水、浸水、顶板来压、淋水、底板鼓起、渗水、煤层有水挤出产生“嘶嘶”声。如煤层变凉是因为煤的含水量增大,传导温度较快。巷壁和煤壁发潮,挂有水珠是由于水渗过裂隙后,凝聚在岩石和煤层上所形成的淋水加大,出现压力水流煤层有水挤出。2.1.2 防水煤柱乡镇小煤矿多数开采深度较浅,浅埋煤层开采过程中顶板基岩易全厚切落,形成的裂缝以及冒落形成的导水通道为水资源流失提供了必要的空间通道7,存在顶板突水的安全隐患。当下行式开采,地表水通过导水通道积聚在采空区,此时,应加强老空区积水情况的探察工作,通过正确的探水操作搞清老空区积水情况,作为预防老空区积水透水事故的主要措施8。另外,通过调整开采顺序,把下山采区剃头开采改为上行式开采,尽可能减少或杜绝在积水老空区下方进行采掘活动,是消除老空水水害事故的本质安全型措施9。在浅埋煤层中,只有当上覆基岩厚度大于采高15倍时,岩层破断规律才不再是全厚度切落10-11,因此,浅埋煤层留设煤柱可按下式计算:h=15M+h1(1)式中,h 防水煤柱深度,m;M 采高;h1 防水岩柱高度,一般取15 m。h高度以上的煤作为防水煤柱,开采h深度以下的煤,上覆基岩垮落形成的裂缝才不会贯穿到地表。2.1.3 探放水安全距离根据井下探放水技术规范(MT/T6321996)规定:探水线的确定,一般沿老空积水线或老空边界平行外推6150 m定为老空的探水线;导水断层探水线定为至断层交面线的最小距离不得小于20 m,水压大于2MPa时每增加0.1MPa增加0.51.0 m。探水钻孔的最小超前距或帮距一般不得小于1020 m。探水钻孔应成组布设,并在平面图上呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3 m为准,厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5 m。2.1.4 探放水机构矿井水文地质工作是防治水害工作的基础,也是一项技术基础工作。矿井水文地质技术基础工作,专业性很强,单靠某个小煤矿技术力量很难达到,政府部门可以组成区域性技术服务中心,像国有大矿的矿务局生产处一样,对某个矿区进行区域性水文地质勘探、调查、观测。政府相关部门,可组建一个专门的探放水机构,配备专业性水文地质技术人员和有探放水经验、稳定的职工队伍。平时这些人员可以到煤矿进行防治水方面的检查和技术服务,需探放水时,再由这些人,而不是由没有任何探放水经验的现场作业人员探水12。2.1.5 综合防透水措施“防、堵、疏、排、截”是治理各类煤矿水害实践中总结出的行之有效的方法。其主要含义和基本技术要求是:合理留设各类防水煤柱,注浆封堵具有突水威胁的含水层,探放老空水和对承压含水层进行疏水降压,完善矿井排水系统,加强地表水的截流治理。2.2 管理上规范煤矿探放水工作不仅要加强技术,而且还要在管理上加强措施,防止透水。尤其对管理薄弱的小煤矿,更是如此。2.2.1 加强从业人员培训由于煤矿是高危行业,煤炭生产过程中的不确定因素多,需要高素质的人才从事该项工作,才能更好地处理生产过程中出现的复杂局面。但由于待遇低、环境恶劣、劳动强度大和工作时间长的现状,加上当前年轻人多为独生子女的情况下,就很难招收到有一定文化程度的技术工人,而招收农民工,常缺乏应有的技术培训。在这种高危环境中作业,聘请安全知识和技能水平低下的劳动者,产生事故是难以避免的13。因此,要加强井下职工的防水安全知识的培训和宣传教育,使矿长到矿山职工,对淹井、透水先兆及其预防措施,以及防透水、防汛设施,做到应知、应懂、应会。2.2.2 编制防灾救援预案煤矿防灾救援预案编制的目的,就是通过事前计划和应急措施,在煤矿发生重大事故之后,迅速控制事故发展并尽可能排除事故,保护现场人员和场外人员的安全。水灾事故预案的编制则要根据煤矿及周围区域的水文地质情况来确定突水的情况,并401中国安全科学学报ChinaSafetyScienceJournal第20卷2010年进而制定排水救灾的方法14。处理透水事故的救援预案应急流程应坚持以下原则15:迅速判定水灾的性质,了解突水地点、影响范围、静止水位,估计突出水量、补给水源及有影响的地面水体;掌握灾区范围、事故前人员分布,分析被困人员可能躲避的地点,以迅速组织抢救;根据突水量的大小和矿井排水能力,积极采取排、堵、截水的技术措施;加强通风,防止瓦斯和其他有害气体的积聚,从而发生中毒事故;排水后进行侦查、抢险时,要防止冒顶、掉底和二次突水;抢救和运送长期被困井下的人员时,要防止突然改变他们已适应的环境和生存条件,造成不应有的伤亡。2.2.3 行业主管部门监督贯彻执行 矿产资源法,坚决取缔非法开办的无证小煤矿。贯彻执行矿山安全法,依法强制乡镇煤矿完善其基本的安全生产条件。督促矿主执行 矿山安全法 和 煤矿安全规程,尤其要建立健全矿井探放水制度,做到“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的16字原则和“防、堵、疏、排、截”5项综合治理措施,并认真落到实处,并完善矿井防排水和防讯设备设施。3 结 论通过对乡镇小煤矿透水事故典型案例分析,得到了以下结论:1)乡镇小煤矿透水事故发生原因主要有4个方面:从业人员素质较差、内部管理混乱、技术装备力量薄弱和行业主管部门监督不力。2)不仅要从技术上、管理上还要从法制上严格规范乡镇小煤矿安全生产,防止透水事故的发生。提出学会和掌握矿井透水前预兆、按式(1)合理设计防水煤柱,并规定了探放水安全距离;要加强从业人员培训,使矿长到矿山职工,对淹井、透水先兆及其预防措施,以及防透水、防汛设施,做到应知、应懂、应会;行业主管部门要督促矿主执行矿山安全法 和 煤矿安全规程,尤其要建立健全矿井探放水制度。3)编制科学的防灾救援预案措施,在煤矿发生重大事故(如透水)之后,迅速控制事故发展并尽可能排除事故,保护现场人员和场外人员的安全。4)煤矿防治水害要坚持以防为主,做到“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的16字原则和“防、堵、疏、排、截”15项综合治理措施。参 考 文 献1 罗春喜.关于煤矿水害事故原因分析及防治问题的探讨J.煤炭技术,2006,25(11):124-126.2 赵爱萍.我国煤矿水害事故分析及对策J.煤,2008,17(11):39-40.3 刘琦,徐义勇.2007年煤矿事故统计分析及预防对策J.矿业安全与环保,2009,36(2):82-83,86.4 何洪生.小煤矿采空区积水透水事故原因及对策J.中国煤田地质,2005,17(增):71-73.5 李印龙.煤矿生产建设中水灾事故的预防与治理J.煤炭技术,2003,22(8):70-71.6 彭华寿.做好防治水工作预防透水事故J.煤炭技术,2004,23(8):60-61.7 马立强,张东升,刘玉德,等.薄基岩浅埋煤层保水开采技术研究J.湖南科技大学学报(自然科学版),2008,23(1):1-5.8 陈文学,曹庆贵,单国文.事故树分析系统设计与老空区透水分析J.工业安全与环保,2004,30(11):33-35.9 郭彦华.老空水水害事故原因分析及防治措施研究J.中国安全科学学报,2006,16(10):141-144.10 张杰,侯忠杰.榆树湾浅埋煤层保水开采三带发展规律研究J.湖南科技大学学报(自然科学版),2006,21(4):10-13.11 侯忠杰,张杰.陕北矿区开采潜水保护固液两相耦合实验及分析J.湖南科技大学学报,2004,19(4):1-4.12 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博士研究生,中共党员。1976年9月生于山东省烟台市,1999年获解放军通信指挥学院学士学位,2008年获东北师范大学行政管理专业硕士学位,目前在职继续攻读管理专业博士学位。主要从事公共安全应急管理、行政管理等领域的研究工作,在国内核心期刊上已发表数篇学术文章。康纪田现为湖南娄底行政学院法学副教授,从事干部教学工作。湖南省新化县人,1957年12月生。在部队当兵5年后回地方参加高考,法学本科毕业。毕业后在政府机关工作10年,通过了律师资格考试后,长期从事律师工作,擅长担任将政府作为被告的原告代理人。近年来主要从事矿产资源法研究,负责主持省级课题2个。已公开发表相关内容的论文95篇,参加 矿产资源法 修改讨论,参与著书3部。下一步计划将零星研究分类整理编撰成书。唐 海副教授,博士。湖南祁阳人,1970年2月生。1997年毕业于湖南科技大学(原湘潭工学院)采矿工程专业,毕业后在湖南资兴矿务局宝源煤矿工作,2004年硕士毕业于武汉理工大学采矿工程专业,2007年博士毕业于中国科学院武汉岩土力学研究所,研究方向为采矿、爆破安全评估和岩石动力学。作为主要研究人员参与完成国家自然科学基金2项,主持省科技厅项目1项,在 中国安全科学学报 、岩石力学与工程学报 、岩土力学 、矿业工程研究 、采矿技术 、爆破 及爆破器材 等刊物上发表论文20余篇,其中被EI收录8篇。徐慧智工程师,博士,1977年10月生,内蒙古人。长期从事道路交通规划、轨道交通规划及驾驶员行为特性等方面的研究。读博期间参与国家自然科学基金项目“驾驶员车道变换行为及其对交通运行影响研究”,论文选题为 驾驶员行为特性及其对交通运行服务水平影响的研究,内容包括车道变换行为数据获取的实验方案设计、车道变换过程中的眼动行为特性、车道变换行为模型构建等。目前从事轨道交通网络规划的研究,主要侧重单体的交通行为与轨道交通线网规划的相关性。已发表论文10余篇。