冀中能源集团矿井防治水工作情况介绍

冀中能源集团矿井防治水工作情况介绍冀中能源集团二O一六年五月冀中能源集团矿井防治水工作情况介绍冀中能源集团有限责任公司成立于2008年6月，是以煤炭为主业，医药、机械、物流等多个产业板块综合发展的特大型现代企业集团。集团拥有7个产煤子公司，其中：河北省6个、山西省1个，分别为峰峰集团、冀中股份、邯矿集团、张矿集团、山西冀中、邢矿集团及井矿集团；煤炭储量150亿吨，在册职工10.5万人，位列世界500强第315位，2015年原煤产量1.02亿吨。冀中能源集团在河北省境内有矿井39对，其中：水文地质类型极复杂矿井2对，水文地质类型复杂矿井15对，这些矿井主要集中在邯邢矿区，大部分已进入深部开采，采深超过800米的有8对，其中4对矿井采深超1000m，最大采深达到1341m。邯邢矿区是华北型煤田典型的大水矿区，水文地质条件极其复杂，受煤系地层基底奥灰强岩溶含水层威胁十分严重。邯邢矿区隐伏导水陷落柱和断层发育，发现陷落柱的矿井占总矿井的67%，其中葛泉矿已探明揭露陷落柱68个。历史上曾发生多起突水淹井事故，矿井最大突水量70000m3/h，1995年12月峰峰集团梧桐庄矿建井期间发生死亡17人的水害事故，1999年3月邢台市临城县澄底煤矿还发生过一次死亡40人的水害事故。邯邢矿区煤层底板突水主要有两种类型：一是以隐伏构造为通道的底板突水；二是以微小断裂构造及裂隙带为通道的底板突水。底板突水主要表现为工作面滞后出水，具体组合构造形式有：(1)导水陷落柱+小型断层；(2)导水大断层+小断层或裂隙带；(3)隐显性小断层组+裂隙带。冀中能源集团以“夯基础、重预防、强科技、抗大灾”、“地面区域治理是治本，井下局部治理是补充”以及“不掘突水头，不采突水面”等理念为指导，严格程序化管理，依靠科技进步，不断推进防治水工作扎实开展，通过努力，实现了矿井“突而不伤亡”，并逐步向“治而不突水”的目标迈进。一、以“四个保障”强化防治水科学管理体系（一）组织保障是前提各子公司、矿成立了以主要领导为第一责任人、以总工程师为技术负责人的防治水领导机构，设置专职防治水部门；水文地质条件复杂的子公司和矿井均设有专职地测副总工程师；峰峰集团实行了矿井防治水首席专家制度，大水矿井还设置了专职的防治水副矿长，完善了防治水管控体系。（二）制度保障是基础根据国家安监总局《煤矿防治水规定》并结合本单位防治水工作特点，建立健全了各项规章制度。制定了《冀中能源集团煤矿防治水管理规定》和《冀中能源集团煤矿防治水管理补充规定》两个规定；各子公司也相应制定了防治水管理规定和实施细则，还制定了防治水工作精细化管理标准，由粗放型管理迈向精细化管理；各矿井均健全了《水害防治岗位责任制》和《水害隐患排查治理制度》等制度。各项制度的健全，为矿井防治水工作管理的科学化、程序化、标准化、规范化运行提供了制度保障。（三）装备保障是重点近3年来，冀中能源集团投入了1.18亿元，购置了钻进能力300m以上的大型钻机209台及测斜仪40套；建设了地面注浆系统12座；购置了先进的物探设备45台套，主要有瞬变电磁仪、音频电透视仪、直流电法仪、坑透仪和瑞利波探测仪等；构建了井下语音广播预警系统、水文动态监测遥测系统；建立了矿井突水水源快速判别系统；还引进了加拿大产井下瞬变电磁仪2套和微震监测仪1套、德国产槽波地震仪1套；为矿井防治水提供了有力的装备保障。（四）现场保障是关键严格现场管理，增强全员水害防范意识，各生产单位及职能部门全员、全过程、全方位齐抓共管，保证各项防治水措施落实到位，矿井防治水工程从设计、施工、验收、评价严格把关，尤其对现场施工，由地测和安检等部门现场联合验收，确保防治水工程符合设计及质量要求；推行矿井防治水程序化管理，每个环节未达标准不得进入下一环节；在井下各个打钻地点安装了视频监控系统，对钻探的各个环节实时全程监控。利用中澳煤矿安全培训示范中心的井下实训基地，开展防治水专业人员、班组长的防治水业务培训，提升了整体队伍的防治水素质和技能。二、以“四位一体”创新矿井防治水技术体系冀中能源集团结合邯邢矿区防治水工作的复杂性、艰巨性，将矿井防治水和瓦斯治理摆在同等重要的位置，构建了“预测预报、综合治理、效果检验、安全防护”的防治水“四位一体”技术体系。（一）预测预报，科学找疑各矿井新水平、新采区等区域首先进行地面三维地震、地面电法勘探，查明区内陷落柱、断层等构造及含（导）水性，对圈定的异常区进行地面钻探验证。井下巷道掘进前，采用超前钻探并结合瞬变电磁等物探方法进行全程全方位超前探测，查明巷道掘进前方的异常地质体，做到“有掘必探、先探后掘、见水必注、先治后掘”。工作面回采前，采用音频电透视、瞬变电磁等两种以上物探手段，查明工作面内及外围不小于60m范围的底板隐伏导水构造，并对圈定的物探异常区进行钻探验证。（二）综合治理，主动防御1.地面区域超前治理技术(1)治理目标针对大采深高承压水矿井井下钻探作业安全难以保障和微小型底板隐伏陷落柱难以探明的难题，率先提出“区域超前治理”的防治水新理念，应用先进的地面多分支水平定向钻探技术和径向射流造孔技术对奥灰顶部或煤层底板薄层灰岩含水层进行区域注浆改造。定义与内涵：长期以来，我国对承压水上采煤所采取的煤层底板注浆加固和含水层改造，从空间尺度上看，均以单工作面进行；从时闻尺度上看，均是在工作面形成后实施；从治理目标层来看，主要以煤系薄层灰岩含水层治理为主；从治理场地来看，主要以井下为主。区域超前治理就是从以往的一面一治理扩展到采区、水平或相对独立的水文地质单元进行区域治理；从时间上，注浆治理移到掘进之前，实现“先治后掘”。治理目标：通过井上、下超前定向钻进，将钻探、注浆、异常区验证“三体合一”；建立井上对煤层底板实施区域超前注浆治理、井下掘前“条带”钻注验证和采前工作面底板全面补强的区域超前治理立体体系，地面区域超前治理是治本，掘前“条带”钻注和采面补强注浆是保障，从而为实现“不掘突水头，不采突水面”探索出一种新的有效途径。(2)地面多分支水平定向钻探区域治理技术为在地面对奥灰进行区域超前治理，引进了先进的地面定向水平钻探技术，对奥陶纪灰岩顶部一定范围或煤层底板薄层灰岩进行注浆改造应用研究。地面区域超前治理奥灰水患：冀中能源峰峰集团九龙矿自2012年开展了对北三、北五、南二下部采区进行地面区域治理防治水工作，截止到2016年4月底，共施工7个主孔，钻孔总工程量4847lm(其中主孔进尺5528m，造斜进尺6565.6m,水平孔36377.1m),累计注浆255776t(水泥235519t，粉煤灰20257t)，探查治理了漏失点127个，探明并治理了4个隐伏含水陷落柱，治理面积95万m2，治理煤量1246万t，安全采出煤量106万吨，避免了突水事故的发生，治理效果显著。该矿地面区域治理吨煤成本11～18元／吨。九龙矿区域治理工程量及效果见表1。区域超前改造薄层灰岩：冀中能源峰峰集团羊东矿采用地面水平定向钻进技术对羊东矿4号煤底板大青灰岩（厚5.5m薄层灰岩）进行地面治理，目前，已完成3个工作面的地面治理，共施工5个主孔，分支孔25个，钻探总进尺33602.5m（其中主孔进尺4575m，造斜进尺6423m，水平孔22604.5m），累计注浆6542.llt（水泥），共探查治理漏失点20个，探明并治理隐伏陷落柱1个，治理面积76万m2，治理煤量706万t，安全采出煤量30万吨，治理效果显著。该矿地面区域治理吨煤成本15～18元／吨。羊东矿区域治理工程量及效果见表2。(3)径向射流造孔区域治理技术径向射流造孔技术优点是造孔速度快、无盲区，并和注浆工作衔接好。今年以来，冀中能源集团开展了“径向射流造孔技术进行地面区域治理研究”，我们与中煤科工西安研究院合作，以冀中股份邢台矿西井9号煤试采区和东庞矿北井9400采区作为区域治理范围，引进径向射流造孔技术，利用集成化的注浆装备与工艺，在地面开展奥灰隐伏导水通道探查与注浆治理；对径向射流造孔技术、浆液扩散控制工艺、工程质量检测等关键技术难题进行攻关，目前，邢台矿西井已完成8个径向孔注浆，最大单孔注浆量达1600吨，已取得初步效果。目前，冀中能源集团公司有8对矿井正在开展地面区域治理工作，效果非常明显，但地面区域超前治理与井下防治水治理费用相比稍高，下一步要加大注浆复合材料和注浆机理研究，争取将地面区域治理费用降到井下普通防治水治理费用水平。2.井下煤层底板区域注浆改造技术邯邢矿区冀中能源共有5对矿井开采下组煤（9号煤），产量近300万吨，由于9号煤距离下伏奥灰含水层仅30m左右，9号煤下20m左右还发育一层厚约8m的本溪组灰岩含水层，形成了“双层复合”含水层，造成9号煤开采受水害威胁十分严重。在9号煤工作面开采前，按照浆液扩散距离设计落点间距40m进行网格化均匀布孔打钻，对工作面底板的导水构造和薄层灰岩含水层的岩溶裂隙进行全面注浆加固改造，将底板薄层灰岩弱含水层变为相对隔水层，实现了安全开采。葛泉矿东井9煤通过底板注浆改造本溪灰岩含水层，自2007年投产至今，已经采完12个工作面，没有发生一起底板奥灰出水事故。3.陷落柱突水快速封堵治理技术通过突水陷落柱治理，形成了一整套陷落柱快速封堵技术，主要包括定向分支造孔技术、动水条件下过水巷道“阻水墙”建造技术、陷落柱“堵水塞”建造技术及陷落柱堵水效果评价标准。通过实施大垂深地面定位注浆，并利用封闭高压水射流系统、大孔径输送系统，成功解决了深孔注浆堵孔问题；掌握了动水条件下大埋深阻水墙建造技术，并治理封堵过水通道，采取旋喷、充填、升压、引流等多种注浆方法，达到快速建造“阻水墙”。根据预探明的导水陷落柱，研究定位封堵技术，利用多阶段、定向分支造孔技术，以及堵水效果评价指标体系，在陷落柱底部构建“堵水塞”，成功阻断补水通道，有效改变陷落柱导水性。4.充填开采技术随采深加大，煤层开采后底板的扰动破坏深度也逐步增大。据统计在采深小于500m时，煤层底板扰动破坏深度在10～15m，当采深大于800m时，扰动破坏深度大于30m，邢东矿采深达到1200多米，经实测，底板以下45米范围已受扰动破坏，减少了煤层底板有效隔水层厚度，降低了底板隔水能力。针对上述问题，将充填采煤技术应用到矿井防治水工作中，已经在郭二庄矿、邢东矿等矿实施了高水充填、矸石充填等多种形式的充填开采，充填法处理采空区，大大减少了底板岩层受开采扰动破坏的深度，防止了工作面底板滞后出水。（三）效果检验掘进和回采之前，对底板加固效果采用两种以上物探手段进行复测验证，底板注浆加固工程以单孔最终注浆量和最终注浆压力以及一定数量的检查孔作为检验标准，保证了底板注浆加固效果。始终坚持“不评价、不验收、不回采”的原则，当工作面采前所有防治水工作完成后，由子公司组织专家对工作面采前防治水工作进行全面的技术会诊，具备安全开采条件后方可验收回采。（四）安全防护矿井防治水安全防护就是要做到在矿井发生水害时，最大限度缩小灾害范围，最大限度争取人员逃生时间，实现矿井“突而不伤亡”的目标。我们以“预隔离、大系统、抗大灾”为原则，对水文地质类型复杂、极复杂矿井实施了分区隔离、构建了强排系统、安装了先进的矿井水文动态监测预警系统，提高了矿井安全防护的保障能力。1.建设矿井分区隔离设施以保障不淹井冀中能源集团各水文地质类型复杂、极复杂矿井均构建了分区隔离设施，没条件建水闸门的地区施工了预隔离基础并在现场备足建墙材料；共构筑水闸门51道，水闸墙预隔离基础65处。2.建设强大的防排水能力以保障不伤人在强排系统建设上，梧桐庄矿排水能力达9000m3/h，东庞矿达5276m3/h、九龙矿和羊东矿均达5400m3/h，矿井排水抗灾能力的提高，大大增加了矿井人员逃生时间，最大限度保证了人员安全。3.安装先进的矿井水文动态监测预警系统在5个开采下组煤（9号煤）矿井都安装了矿井水文动态监测预警系统，对主要含水层水位和矿井涌水量实行动态自动监测，实现了井上下水文动态的自动监测，并能够及时对矿井水害发出预警。三、加强防治水现场管理主要做法l.以建设示范矿井为抓手，夯实矿井防治水安