开滦范各庄矿特大突水治理.doc

开滦范各庄矿特大突水治理 1984年6月2日上午10时20分，范各庄矿2171综采工作面突然发生了一场世界采矿史上罕见的特大突水灾害。突水点在回风道距工作面71.5米处，标高为-313米，当时的涌水量为每分钟203立方米。透水后，在该工作面的综采四队队长常来为搭救水泵司机刘敬信，二人被涌出的大水堵在里面。10时50分当矿调度室接到井下透水汇报后，矿上立即召开了紧急会议，总工程师朱际维、副矿长王铁藩等火速赶到现场，并紧急通知矿救护人员下井抢险救人。同时，由矿党委书记张凤阁等领导及有关人员迅速组成了抢险指挥部，组织、领导抢险救人工作。 10时55分局总调度室接到矿汇报，正在局里研究基本建设工作的书记、局长、总工程师、副总工程师立时休会，赶赴范各庄矿，并紧急通知林西、唐家庄两矿救护队奔赴范各庄矿抢险救人。局总工程师李成栋等迅速赶到井下现场。李成栋在听完矿总工程师朱际维的简要汇报后，当即研究了救人措施插棚档，避免煤壁再次塌落；安风车，确保抢救人员不被熏倒；开掘新切眼绕道救人。随后李成栋身先士卒，跳入齐腰深冰凉刺骨的水中，朱际维等也跳入水中。他们和20名抢险队员拽着一条绳索先后四次穿过两个冒顶区接近透水点，但都因水势太大和堵冒严重而被迫离开险区。 当天下午5时22分，范各庄矿二水平泵房进水。从发生透水到二水平泵房被淹，仅6小时57分钟，平均涌水量达每分钟138立方米，淹没的体积为87361立方米。为尽量减少一水平的损失，工人们拼命地拆运设备。 人们密切注视着水情的变化。6月3日清晨5时，涌水量由每分钟200立方米迅增到500立方米。一夜未眠的局总工程师李成栋在接到水情骤然变化的报告后，果断通知矿领导命令井下人员全部撤离。7时11分，范各庄矿一水平泵房被淹。在此期间，有9名工人被大水堵在一水平一、二石门之间遇难牺牲。从6月2日上午10时20分2171工作面突水到次日早7时11分，仅仅21个小时，这座年产300万吨原煤的大型机械化矿井被淹没。 大水患的突然袭击，搅乱了开滦矿务局的正常工作秩序。局党委书记、局长和6位局正、副总工程师全部来到险区，与工人风雨同舟，不分昼夜地指挥抢险，研究控制水患蔓延的措施。范各庄矿被淹的当天下午3时，局决定成立开滦治水复矿指挥部，初步提出了“排、堵”结合的治水方案。 6月6日下午3时50分，涌水突破范各庄、吕家坨两矿边界煤柱的薄弱部位溃入吕家坨矿。开始时涌水量每分钟2立方米正常涌水量每分钟0.04立方米，10分钟以后，水量逐渐增大，高峰期突水量每分钟高达388.8立方米，吕家坨矿告急。6月7日凌晨，当吕家坨矿矿长霍登振将进水情况用专线向煤炭部副部长叶青作了汇报后，叶副部长连夜由北京赶到吕家坨矿。听完局、矿汇报后，叶副部长指出“指定专人弄清范、吕，林、吕边界的地下关系，要千方百计保住吕家坨矿，同时林西矿要作好防范，缺什么东西列出清单，以便及时供应，把水情通知到井下各个作业点。” 为保住吕家坨矿，加大排水能力。250人的安装队伍全部集结吕家坨矿，出动汽车400多台次，吊车75台次，将1000多吨的排水物资包括6台潜水泵，由范各庄矿全部运到吕家坨矿主井。在井下-425水平，190名工人争分夺秒抢运麻袋、黄泥、打捻筑墙，以便截住大巷流入副井和泵房的涌水，控制水位上涨。 6月9日，国家经委、河北省政府、煤炭部在吕家坨矿召开了开滦救灾联席会议。经过对水情变化的认真分析，认为灾情有继续扩大到林西矿、赵各庄矿和唐家庄矿的危险三个矿的井下巷道相通，要进一步加大排水能力，延续淹井时间，务必做好一旦被淹的撤离和日后恢复生产的准备工作。同意开滦矿务局排、堵结合的救灾方案，集中力量用最短的时间，抓好范、吕两矿边界隔水巷道的打钻注浆工作。为强化救灾工作的领导，成立了由煤炭部副总工程师陈炳强、河北省煤炭厅副厅长王良和开滦矿务局局长张汝楫组成的领导小组，由开滦矿务局统一指挥。领导小组下设打钻注浆组、排水组、器材供应组等。抽调技术力量，支援开滦救灾工作，责成煤炭部地质局请科学院、冶金部、地质研究院，对开滦矿区的水文地质进行研究，弄清水源和预测构造，以指导救灾工作顺利进行。灾区居民用水和生活问题由唐山市负责解决。 随着水位的不断上涨，到6月10日早5时50分，吕家坨矿-425水平主排水泵房进水，这座年产200万吨原煤的大型水采矿井也被淹没。 6月11日，指挥部办公地点迁至吕家坨矿，指挥部领导成员由陈炳强、王良、张汝楫、李成栋、赵茂林五人组成。 6月13日6时55分，吕家坨矿水位标高达到-324米，上到林西矿警戒线位置。林西矿八水平以下人员全部撤清。 6月14日晚10时15分，李鹏副总理带着党中央、国务院的关怀和期望到达范各庄矿，在视察水情后指示开滦“要千方百计保住林西矿。” 7月1日吕家坨矿水位上升到-196.803米，超过林西矿-197米警戒线。7月21日林西矿八、九水平渗水量最高达到每分钟17.66立方米正常涌水量每分钟4.9立方米，林西矿被迫停产。与林西矿井下相通的赵各庄矿和唐家庄矿也受到水患的严重威胁，被迫处于半停产状态。 这次突水量之大是空前的，比世界上最大的矿山突水南非的金刚萨金矿349立方米/分、赞比亚铜矿300立方米/分和中国的淄博北大井443立方米/分等几次大突水的突水量大5至10倍以上。 为了确保林西矿，进而保证赵各庄、唐家庄两矿的安全，以最终治服水患，尽快恢复吕家坨矿和范各庄矿的生产，集中集体智慧的“一排、二堵、三截”综合治理方案日臻成熟。“一排”，就是在吕、范两矿井筒内安装高扬程大流量的潜水泵强行排水，延缓吕家坨矿水位上升的速度，以赢得保住林西矿的时间；“二堵”，就是对范各庄矿2171工作面突水点和吕、范两矿边界三条过水通道打钻注浆进行封堵；“三截”，是在林、吕边界煤柱一侧打钻注浆加固煤柱，封堵煤柱上方的导水裂隙带，以及在林西、赵各庄、唐家庄三矿的井下建造水闸墙，以便截堵可能从吕家坨矿流去的水量。 范、吕两矿被淹后，主排水泵房已丧失排水能力，吕家坨矿-125水平转排泵房虽未被淹，但只能解决由-125水平到地面的排水问题。为保林西、赵各庄、唐家庄三个矿，指挥部采取了林、吕、范三个矿联合强排水的断然措施。为此，林西矿在八、九、十水平增加排水能力，并在可能的过水通道打闸墙设防，全矿的最大排水能力由原来的每小时6324立方米增大到7794立方米，是当时动力量每小时3126立方米的2.49倍。自6月18日至9月5日，吕、范两矿4个竖井快速抢装20台扬程高、流量大的大型潜水泵。首先集中力量在吕家坨矿主井安4台，同时在吕家坨矿和范各庄矿的副井备安6台潜水泵，最后在范各庄矿老主井安4台潜水泵。20台大型潜水泵总排水能力为每小时18080立方米，总功率26200千瓦。这20台大型潜水泵组的投入，使范、吕两矿淹井水位迅速下降，9月27日吕家坨矿淹井水位下降到-324米以下。由于林、吕、范三矿联合强排水，实现了确保林西、赵各庄、唐家庄三个矿的保矿目标。 截断从范各庄矿突水点窜入吕家坨矿的过水通道，是有效地解除林西、赵各庄、唐家庄三个矿的淹井危险和对范各庄矿2171陷落柱的注浆封堵由特大动水条件下变为静水位注浆的有效措施。因此，它对整个治水工程具有十分重要的意义。 范、吕边界透水的突破口主要在范各庄矿-232米7煤层一号盲洞附近，而能够从2171突水点向范、吕边界过水的通道共有三条，指挥部决定通过地面打钻采用动水注浆来封堵这三条过水巷道，但难度很大。主要的难点有四个一是从地面打钻钻透巷道的命中率，它需要很高的测量精确度和很高的钻孔垂直度；二是在这样大的流量和流速下进行动水注浆，控制灰浆流失是非常困难的，国内外尚无先例；三是随着巷道过水断面的不断缩小，流速将越来越大，因此无论是向巷道内填送骨料或注浆，后期的巷道封顶极为困难；四是在松软的12煤层导峒中注浆堵水，被再次突破的危险性极大，而一旦从煤层中冲破新的缺口，不但越冲越大而且极不规则，最终将很难处理。 由于存在着以上难点，又没有现成的经验可借鉴，因此堵水方案是经过逐步修改补充和不断完善的。 范、吕边界过水通道的注浆堵水工程，于1984年6月6日晚提出初步方案，6月8日第一台钻机进点，6月11日开始钻进，6月23日第一批钻机共14台到齐，8月第二批钻机到齐，高峰期同时开动22台钻机。到10月22日3条过水巷道基本封堵，吕家坨矿副井水位降到-438米,-425水平开始恢复当时吕、范边界的过水量为每分钟6.93立方米，到12月7日最后一个注浆孔达到终压终量标准，-425水平的边界过水量，由高峰期的每分钟388.8立方米减少到每分钟1.9立方米，历时183天的范、吕边界注浆堵水工程全面结束。整个注浆堵水工程共打钻孔40个，总进尺9729.75米；共注入砂子5.83万立方米、石碴2.12万立方米、水泥9111.25吨、水玻璃90.015立方米、单个体积为2-7立方米的快凝水泥包29个和若干不同质量、形状及特性的阻水物质。此外，还在部分钻孔中进行深孔水下爆破12次。经3个水平排除积水后井下实测，边界过水量每分钟已减少到0.8立方米，堵水率在99.6以上。吕家坨矿于1985年3月20日提前恢复生产，截止到当年4月底共产煤4.4万吨。 为了堵住这次采矿史上前所未见的特大突水灾害，广大职工特别是工程技术人员，表现出高度的智慧和无私奉献精神。煤炭部副总工程师陈炳强自6月5日来开滦后，始终在治水一线。他不仅参与各种治水方案的决策，而且担负着调度、协调来自四面八方的队伍的工作。他几个月没有回北京，总是穿着那身工作服到处奔走，哪里有困难，哪里准有他。不几天嗓子累哑了，脸明显地消瘦了，痔疮也在折磨他，可他全然不顾。他说“我的命值几个钱只要把水堵上，保住林西，我死了也值得”担负钻区整个后勤和组织工作的矿务局原副局长、老顾问、指挥部副总指挥赵茂林，一位60多岁的老同志，一天到晚盯在工地上，顶烈日、冒风雨，一丝不苟地指挥大家搭桥、垫路，组织车辆抢运施工器材，运送生活物资。就在救灾工作最紧张的日子里，他的家遭受了火灾，把屋里的东西烧了个精光。可是他不管“小灾”顾“大灾”，一心扑在工地上，连家也不回。开滦监察局副总工程师吕锡莹为了确保安全施工，寸步不离现场，老伴得了重病，临终前他也没顾得看上一眼，他忍着悲痛，回去料理完丧事，马上又赶回了现场。局副总工程师戴国权，就像当年大禹治水那样，几过家门而不入。白天在工地上忙活一天，晚上回办公室整理资料，从没在夜间12点以前睡过觉。许多同志劝他休息，他说“我60多岁了，这也许是我在开滦干的最后一件事了。你们别劝我，就让我多干点儿工作吧。”一方有难，八方支援。北京煤科院建井所注浆研究室、河北省煤田地质勘探一队、大港油田、华北油田、邯邢特凿处、天津地质局、河北省城勘公司都派来技术人员和施工队伍与开滦并肩抗灾。西安煤科分院和徐州、焦作、峰峰、淄博、新汶、安阳等矿务局都派来专家给予多方指导。清华大学、解放军工程兵学院等也派来专家、教授为开滦解决难题。险区附近农民也以国家利益为重，放弃耕地，为治水工程提供施工场地。 范、吕边界在特大动水条件下注浆堵水的成功，不仅为恢复吕家坨矿打胜了第一仗，彻底解除了林西矿、赵各庄矿、唐家庄矿的淹井威胁林西矿于1984年8月1日恢复生产，到年底共产煤59.5万吨，而且也为根治范各庄矿2171突水点创造了条件。 对范各庄矿2171导水陷落柱的封堵，存在着许多困难，首要的是弄清突水点的水文地质条件和水文地质结构。为尽快探清陷落柱的形态，共设计10个孔，孔距10-20米。根据钻探结果，推测了陷落柱的空间形态，估算总体积为185.4万立方米。 根据探测资料，考虑到陷落柱的体积大、柱内水流速度急，如果采用自上而下的注浆方式，将整个柱体注死是不可能的。因为柱体上部是空洞，在如此大的流速下，注入浆液马上就会被水流带走，难以形成“止水塞”。另外，这么大的空洞完全用水泥充填浪费太大，工期也太长。为此，于7月10日确定采用“垂直三段法”注浆堵水。 注浆堵水方案实施后，调集了19台钻机同时施工，至9月1日，钻探井尺9838.49米，作柱体内部的水连通试验13次，8次注水试验，并用各种手段测定了竖直流速及水平流速、流向，对陷落柱顶部空洞进行了电磁波定位透视，对陷落柱的形态及其水流动向有了新的认识，因而于9月17日重新调整了孔位，并增加了两个钻孔，将25、28、29号三个孔位移到陷落柱的涌水通道部位，以增加灌注强度，提高堵水效果。为防止浆液流入工作面损坏综机设备，增设1个观测孔，为减少矿井排水量，增设了封堵二水平204突水点的注浆孔一个，调整后共设钻孔36个，工程量18758米。 范各庄矿2171导水陷落柱的灌注工作，都是处于动水条件施工，分为充填骨料施工、堵截注浆施工、加固注浆施工和底部截流施工。 到1985年底，加固注浆阶段基本结束，一水平处于边恢复、边生产该矿于1985年3月29日进行复矿排水，6月13日排至一水平并开始井下修复工作，到10月20日恢复生产，年底产煤10.4万吨，二水平己排干积水进入恢复整修阶段。经过一年零八个月的紧张灌注施工，到1986年底各段注浆工作均己达到预定效果，保证了排水、恢复整修和再生产过程中的绝对安全。1986年2月开始进行封孔和起拔套管等收尾工作，到6月7日，对2171导水陷落柱的注浆堵水工程全部胜利完成，比匈牙利专家提出的堵水方案提前四个月。 范各庄矿2171导水陷落柱的治理，从1984年6月到1986年6月近两年的时间内，共完成各种钻孔37个，总进尺34303.27米，注入水泥68569.06吨，砂子4678.37立方米，石碴25945.14立方米，水玻璃4220.9立方米，粉煤灰327.01立方米。 范各庄矿特大突水灾害治理的成功，完全立足于国内现有装备和技术，是开滦广大职工和工程技术人员在各级领导的亲切关怀和各兄弟单位的大力支援下，发扬了特别能战斗的光荣传统和勇于探索、科学求实的精神指导下取得的，同时把我国的矿山堵水技术提高到一个新水平。范各庄矿2171特大突水灾害治理新技术，获得了1985年的国家科技进步一等奖。