_煤矿安全规程_防治水部分_修改技术要点剖析_武强.doc

1修改背景 我国煤田水文地质条件十分复杂,表现为东部主要以底板岩溶水和老空水作为充水水源,而西部则以顶板松散孔隙水和基岩裂隙水作为主要充水水源,因其充水水压高、通道复杂和强度大,给煤矿安全开采带来了严重的水患威胁 [1-6] 。水害占煤矿重特 大生产事故比例高,已成为仅次于瓦斯群死群伤事故的煤矿第二大杀手。水害矿难不仅容易造成井下 作业人员重大伤亡,而且在经济损失、事故抢险救援难度和恢复矿井生产所需时间等方面也比其他矿难严重,此外,水害事故发生面广,凡涉及地下开采的各类矿种的矿山企业或涉及地下开挖工程的各类行业部门均普遍面临该问题,故社会影响面广,国内外关注程度高[6-11]。 随着煤矿开采深度加大、下组煤开采规模扩大和浅部遗留与关闭的大量积水小矿增多,地应力和含水层水压逐渐增高,矿井突水灾害对安全生产的威胁愈来愈严重 [1-9,12-17] 。据有关统计数据,山西省 2010和2011煤矿水害事故造成死亡人数分别占全省煤矿事故总死亡人数的38.2和16.2,而传统 多发的瓦斯事故造成的死亡人数仅分别占全省煤矿事故总死亡人数的11.8和10.8;水害事故发生起数也分别占全省煤矿事故总起数的9.4和3.7,而传统多发的瓦斯事故发生起数仅分别占全省煤矿事故总起数的7.8和7.4。这些数据说明,过去山 煤矿安全规程防治水部分修改技术要点剖析 武强1,赵苏启2,董书宁3,李竞生3,尹尚先4,刘守强1 1.中国矿业大学北京水害防治与水资源研究所,北京100083;2.国家煤矿安全监察局,北京100713; 3.煤炭科学研究总院西安研究院,陕西西安710054; 4.华北科技学院安全工程学院,北京101601 摘要为了更好地理解、贯彻落实煤矿安全规程防治水部分的主要精神和内容,提升我国煤矿防治水整体技术水平,有效遏制重特大水害事故发生,本文介绍了煤矿安全规程防治水部分的修改背景,并对修改方案与过程进行了说明。同时,根据我国近年来煤矿水害防控取得的成功经验和所发生的重特大水害事故的深刻教训,修改编制了煤矿安全规程防治水部分的技术要点和标准,对推动我国矿井防治水工作具有重要的理论指导意义和实用价值。 关键词煤矿;防治水;安全规程;修改背景与要点中图分类号TD745 文献标识码A 基金项目国家自然科学基金项目51174289,41102180、教育部创新 团队、“十二五”国家科技重大专项201105060-06、中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题和中央高校基本科研业务费2010YD02等项目联合资助。 作者简介武强1959,男,教授,博士生导师,主要从事矿井防治水 和水资源等方面研究。 收稿日期2012-06-23责任编辑樊小舟 Dissection of Main Technical Points in “Coal Mine Safety Regulations“ Water Control PartModification Wu Qiang 1,Zhao Suqi 2,Dong Shuning 3,Li Jingsheng 3,Yin Shangxian 4and Liu Shouqiang 1 1.Institute of Water Hazard Prevention and Water Resources,CUMTB,Beijing 100083;2.State Administration of Coal Mine Safety,Beijing 100713;3.Xian Branch,China Coal Research Institute,Xian,Shaanxi 710054;4.School of Safety and Engineering, North China Institute of Science and Technology,Beijing 101601 Abstract In order to better understanding and implement of the main spirit and content in the newly revised “Coal Mine Safety Regulations“water control part,and improve the overall technical level of Chinas mine water control to effectively prevent the fatal and extraordinary serious water inrush accidents,the modification background of the “Coal Mine Safety Regulations“water control partwas introduced and the modification scheme and process was described.According to the successful experiences in the water disaster prevention and the profound lessons in the fatal and extraordinary serious water inrush accidents,the main technical points and standards of the “Coal Mine Safety Regulations“water control partwere modified.Keywordscoal mine;water control;safety regulations;modification background and main points 中国煤炭地质 COAL GEOLOGY OF CHINA Vol.24No.07Jul .2012 第24卷7期2012年7月 文章编号1674-1803201207-0034-04 doi 10.3969/j.issn.1674-1803.2012.07.08 7期 西高原由于主要开采煤层大部分位于地下水头以上,故煤矿事故主要以瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故为主,但由于近年来煤矿区下组煤的大规模带压开采和深部开发,煤矿水害事故逐渐突显出来,并超过了瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故,成为了山西省煤矿群死群伤事故的主要灾种。 近年来,煤矿重特大水害事故多发,2010年全国共发生了6起重特大水害事故,造成137人死亡, 2011年全国又发生了7起重大水害事故,死亡105人,经济损失惨重,社会影响恶劣,暴露出矿井防治水组织机构不健全、专业技术人员配备不足、井下探放水工作不规范、新井建设或老井延深过程中防治水措施落实不力、井下突透水征兆信息捕捉和辨识能力差、采空水淹区附近采掘的防治水工作不到位等突出问题。技术标准是用鲜血和生命总结写出来的,为了吸取教训,总结经验,保障井下矿工安全,减少重大经济损失,规范煤矿防治水工作,提高矿井防治水整体技术水平,有效遏制重特大水害事故发生,有必要对原煤矿安全规程防治水部分进行修改完善。 另外,煤矿防治水规定已于2009年12月1日起正式实施,为了保证与其无缝衔接,也完全有必要对原煤矿安全规程防治水部分进行修改完善,使两个涉足矿井防治水领域的国家重要技术标准和部门规章相一致。 2修改说明 煤矿安全规程共计751条,其中第二编第六章防治水部分共有44条。为保证其整体格局和顺序不乱,本次修改仍保留防治水部分的44条不变,但对其中的39条内容做了修改完善。显然本次修改完善内容的幅度较大,修改后的条款更加严格具体,可操作性强,体现了国家技术标准的科学严谨性和实用性。 本次修改是根据国家安全生产监督管理总局和国家煤矿安全监察局的指示要求进行的。起草小组在系统收集分析近年来我国煤矿水害防控取得的成功经验和所发生的重特大水害事故教训基础上,通过广泛征求与吸收各产煤省区煤炭行业管理部门、煤矿安全监管监察部门、煤矿企业、设计单位、科研院校和中介机构等单位、专家、领导的意见,提出了最终修改稿。2011年1月25日骆琳局长以国家安全生产监督管理总局37号令签署公布了新修改的煤矿安全规程防治水部分,自2011年3月1日起施行。3修改要点 3.1规定了煤矿企业、矿井须配备防治水专业技术人员 防治水工作技术性较强,只有具备一定地质、水文地质基础知识的专业人员经过实践后才可胜任。因此,所有煤矿企业、矿井必须配备受过正规院校地质、水文地质专业教育的技术人员来专门从事防治水工作。水文地质条件复杂或极复杂的煤矿井应当配备不少于3人的专业技术人员,其他煤矿井可配备13人,具体人数以满足防治水工作要求为准。专业技术人员要定期进行防治水专业培训,不断更新知识,收集了解和掌握全国发生的重特大典型水害案例、教训以及先进的防治水技术与经验,结合本单位水害实况,不断完善防治水技术体系,提升防治水工作水平。 根据国家安全生产监督管理总局和国家煤矿安全监察局安监总煤装〔2011〕51号“关于进一步加强煤矿企业安全技术管理工作的指导意见”,对于水文地质条件复杂的煤矿应设水文地质副总工程师。 3.2明确了采掘工作面超前探放水概念与方法,规定了探放水工作必须满足“三专”要求 据大量水害案例统计分析,我国大部分煤矿水害事故都是由于超前探放水概念不清、方法不当、措施未能真正落实而造成的。因此,本次修改要求矿井采掘工作面探放水必须采用钻探方法,不能用物探等间接方法替代钻探进行探水工作。煤矿探放水工作必须满足“三专”要求,即由专业技术人员、专职探放水队伍使用专用探放水钻机进行施工。煤矿必须组织成立专职探放水队伍;探放水工已正式确定为煤矿特殊工种,必须经过专业培训并考核合格后方可上岗成为专业探放水人员,严禁探放水作业人员无证上岗。严禁使用煤电钻或锚杆钻等非专用探放水设备进行探放水,应采用专用探放水钻机进行施工。有条件矿井可采用先进的定向钻机作为井下探放水设备,井下定向探放水钻机具有开孔密度小、钻进轨迹可控性高、一孔多方位、无效进尺少、可与掘井同时平行作业互不影响、探测目标点准确和排水效率高等诸多优点。 3.3建立了极端灾害气候条件下矿井水害监测、处置和预警机制 近几年极端灾害天气多发,在一些干旱、半干旱缺水地区也发生了洪水灾害。煤矿企业是安全生产的责任主体,应当主动与气象、水利、防汛等部门联系,密切关注灾害性天气的预报预警信息,及时掌握可能危及矿井安全生产的暴雨洪水灾害信息,在暴 武强,等煤矿安全规程防治水部分修改技术要点剖析35 第24卷中国煤炭地质 雨期间要安排专人对重点水患地区进行24h巡视检查。当发现矿井水害可能影响相邻矿井时,应立即向周边相邻矿井通告并进行预警,加强相邻矿井的区域联防;当暴雨洪水威胁本矿井安全时,煤矿生产现场带班人员和班组长等井下各级管理干部或调度人员应及时撤出井下受水害威胁的所有作业人员至安全位置,只有在确认暴雨洪水隐患彻底消除后方可再组织恢复生产。宜积极推广应用智能自动化地下水动态长期观测系统,自动记录和传输数据,以提高长观数据精确率和防治水的决策效率。 3.4强调了矿井突透水征兆信息捕捉和辨识的重要性,规定了征兆异常的处置程序 导致矿井水害的充水水源,无论是来自地面还是地下,均有源头可寻;充水水源聚集起来能够对矿井形成水患威胁,需要适合的充水通道和孕育过程;有了充水水源和充水通道是否能够对矿井溃决成灾,需要一定的充水强度、前提和条件。因此,充水水源、通道和强度的有效组合才可能导致水害事故的发生。一般来说,水害事故发生前均有一个孕育过程,在接近或临处于突透水极限平衡状态的不长时间段内,突透水点附近的涌水、煤层、围岩、温度水、岩、气和气体等均会显现出不同程度的变化异常,即各种各样的突透水征兆。只要能够及时准确地捕捉并辨识这些极具价值的异常,就应当立即停止作业,报告矿调度室,并发出警报,撤出所有受水害威胁地点的人员,组织专业技术人员分析原因,作出科学判断。在原因未查清、隐患未排除之前,不得进行任何采掘工程活动。 突透水征兆多种多样,如煤帮出现滴水、淋水现象并不可怕,可怕的是滴淋水量的动态变化。如果水量增加变化很快,显然比较危险;若仔细观察发现滴淋水中含有少量粉细砂,水色时清时混,总的趋势是水量、砂量逐渐增大,这显然是煤层顶板松散孔隙地下水的突水征兆;若滴淋水中含有大量H2S气体,或水质呈酸性,这显然是老空积水的透水征兆。但需要说明的是,若滴淋水中不含有H2S气体,或其水质不呈酸性或反呈碱性,也不一定不是老空积水的透水征兆,但可以判断这是形成时间不长的老空积水。 3.5增加了新建矿井和老矿井延深的有关防治水规定 随着我国近年来新建矿井增多和因浅部资源枯竭而向深部开拓延伸的老矿井数量增大,在这些新、老矿井基本建设过程中,发生了多起重大或特别重大的恶性水害事故,如2010年山西王家岭矿“3.28”和内蒙古乌海骆驼山矿“3.1”特别重大突透水事故等。针对这些矿井在基本建设过程中暴露出的新的防治水问题,煤矿安全规程防治水部分规定矿井在建设和延深过程中,当开拓到设计水平时,只有在建成防、排水系统后,方可开始向有突水危险地区开拓掘进;当新建矿井揭露的水文地质条件比地质报告预测复杂的,应该进行水文地质补充勘探,及时查明水害隐患,采取可靠的安全防范措施;当矿井井筒开凿到底后,应首先施工永久排水系统。永久排水系统应当在进入采区施工前完成,在永久排水系统完成前,井底附近应当先设置具有足够能力的临时排水设施,保证永久排水系统完成之前的施工安全。 3.6对采空水淹区附近采掘做出了明确规定 在采空水淹区附近采掘与在水体附近采掘其本质是一致的,任何一个薄弱地带均可能酿成重特大灾害事故,因此,必须引起高度重视。只要有条件的矿井,应首先对威胁采掘工作面安全生产的采空水淹区积水进行预先疏排,在排除积水、消除危险隐患后方可进行采掘工程活动;如因各种原因无法排除积水的,在采空水淹区附近开采倾斜、缓倾斜煤层的,则必须查明水文地质条件,按照建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程中有关水体下开采的规定,编制专项开采设计,组织相关技术人员研究讨论,确定安全可靠的防隔水煤岩柱和制定安全防范措施,由煤矿企业主要负责人审批后,可进行采掘工程活动,但要密切加强动态监测,有异常情况,立即停产撤人;对在采空水淹区附近开采急倾斜煤层的,鉴于急倾斜煤层开采后诱发的抽冒机理、抽冒发育规律和发育高度预测及抽冒控制等理论和工程问题目前还未能得到有效解决,因此,规定严禁在水体和采空水淹区附近开采急倾斜煤层。 3.7防水闸门与潜水电泵排水系统的选择 根据国家煤矿安全监察局有关我国煤矿井下防水闸门目前使用情况的调研统计报告结论,超过95的防水闸门没有使用过,在不到5的使用闸门中,能够成功关闭完全起到防水闸门应有作用的案例不多,部分起到缓解和延缓作用,其余大部分不能发挥作用。依据这个报告结论,同时也充分考虑到具有我国自主知识产权的大功率、高扬程、大流量潜水电泵技术已经成熟,本次修改的煤矿安全规程第273条规定,对水文地质条件复杂、极复杂矿井或有突水淹井危险的矿井,应当在井底车场周围设置防水闸门或在正常排水系统基础上另外安设具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵排 36 7期 水系统。这样就可充分利用我国现代先进的大型矿用潜水电泵技术与装备改造或替代传统的井下防治水技术与手段,使潜水电泵不仅可以在突透水事故发生后发挥应急抢险救援排水作用,而且可作为井下抗灾排水或日常主排水装备,实现了我国潜水电泵从“事故后应急抢险”单一功能转变为“事故前抗灾预防”等多功能的防治水战略转移。 根据目前矿井具体条件和井筒类型,潜水电泵安放位置主要包括三大类型,即立井井筒井底水窝型、中央水仓入口斜巷型和开采水平井底车场型。依据潜水电泵具体安放位置和技术运行特征,研究设计了三套完整的新型潜水电泵排水系统,包括潜水电泵房、泵房出口、潜水泵、水仓、管路、配电设备、密闭门、控制闸门和它们彼此间连接通道等。圆满解决了水文地质条件复杂和极复杂矿井井底车场周围设置防水闸门困难与国家原来刚性技术标准要求的相互冲突问题,攻克了大型潜水电泵作为井下抗灾或日常主排水装备的现场工程应用难题。 需要说明的是,虽然我国目前已安装的井下防水闸门中大部分未能真正发挥其分区隔离作用,但也确实有部分矿井的井下防水闸门在避免重特大水害事故扩展蔓延、殃及全井田方面,发挥了积极的、不可替代的分区隔离作用;此外,由于我国矿井水文地质和工程地质条件类型多且复杂多变、主采煤层形成时代不同和各矿井管理水平不等等,防水闸门作为一项传统的防治水装备在我国仍然有用武之地,而且快速发展的计算机、信息化、自动化和智能化等技术的应用,将赋予这项传统防治水技术装备新的生命力。目前神华集团已设计研发出具有就地、远程和智能控制功能的大断面辅助运输巷和大运量胶带运输巷两大类自动防水闸门,并制定了煤矿防水闸门安装工程设计标准、制造标准和操作维护规范等企业技术标准。这些工作必将推动井下防水闸门这项传统的防治水技术装备发挥出新的作用。 对于已安装传统离心卧泵排水系统的水文地质条件复杂、极复杂老矿井,可选择在井底车场周围安装防水闸门,也可选择建立一套具有独立供电系统且排水能力不小于矿井最大涌水量的潜水电泵排水系统;对于水文地质条件复杂、极复杂新建矿井,可以采用传统离心卧泵排水系统井底车场防水闸门组合,也可采用传统离心卧泵排水系统抗灾潜水电泵排水系统组合,也可直接采用单一潜水电泵排水系统,但要求单一潜水电泵排水系统的整体排水能力必须大于等于日常主排水能力与抗灾排水能力之和。4结论 ①煤矿安全规程防治水部分是在系统收集分析近年来我国煤矿水害防控取得的成功经验和所发生的重特大水害事故教训基础上修改而成,修改后的条款更加严格具体,可操作性强。 ②为了规范我国煤矿防治水工作,提高矿井防治水整体技术水平,有效遏制重特大水害事故发生,同时也为了与已颁布的煤矿防治水规定内容相衔接,修改完善煤矿安全规程防治水部分非常及时,完全必要,对推动我国矿井防治水工作具有重要的理论指导意义和实用价值。 ③煤矿安全规程防治水部分在煤矿企业和矿井防治水专业技术人员配备、采掘工作面超前探放水概念和方法及队伍人员装备要求、极端灾害气候条件下矿井水害监测和处置及预警机制、矿井突透水征兆信息捕捉和辨识及处置程序、新建矿井与老矿井延深的防治水工作、采空水淹区附近采掘的防治水工作和防水闸门与潜水电泵排水系统选择等方面均做出了明确规定和具体标准,对于积极的指导矿井水害防治、实现安全生产有着巨大的现实意义。 参考文献 [1]国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京煤炭工业出版社,2011. [2]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程释义防治水部分[M].江苏徐州中国矿业大学出版社,2011. [3]国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].北京煤炭工业出版社,2009. [4]国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定释义[M].江苏徐州中国矿业大学出版社,2009. [5]武强,赵苏启,李竞生,等.煤矿防治水规定编制背景与要点[J].煤炭学报,2011,36170-74. WU Qiang,ZHAO Su-qi,LI Jing-sheng et al.The preparation background and the main points of Rule of mine prevention and cure water disaster[J].Journal of China Coal Society,2011,36170-74. [6]武强,李周尧.矿井水灾防治[M].江苏徐州中国矿业大学出版社, 2002. [7]葛亮涛,叶贵军,高洪烈.中国煤田水文地质学[M].北京煤炭工业出版社,2001. [8]王永红,沈文.中国煤矿水害预防及治理[M].北京煤炭工业出版社,1996. [9]武强,金玉洁.华北型煤田矿井防治水决策系统[M].北京煤炭工业出版社,1995. [10]尹尚先,吴文金,李永军,等.华北煤田岩溶陷落柱及其突水研究[M].北京煤炭工业出版社,2008. [11]中国煤炭工业劳动保护科学技术学会组织编写.矿井水害防治技术[M].北京煤炭工业出版社,2007. 下转第47页 武强,等煤矿安全规程防治水部分修改技术要点剖析37 7期 [12]武强,张志龙,马积福.煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅰ 主控指标体系的建设[J].煤炭学报,2007,32142-47. WU Qiang,ZHANG Zhi-long,MA Ji-fu.A new practical ology of the coal floor water bursting uatingⅠ--The master controlling index system construction[J].Journal of China Coal Society,2007,32 142-47. [13]武强,张志龙,张生元,等.煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅱ脆弱性指数法[J].煤炭学报,2007,32111121-1126. WU Qiang,ZHANG Zhi-long,ZHANG Sheng-yuan et al.A new practical ology of the coal floor water bursting uatingⅡthe vulnerable index [J].Journal of China Coal Society,2007,32 111121-1126. [14]武强,谢淑寒,裴振江,等.煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅲ 基于GIS的ANN型脆弱性指数法应用[J].煤炭学报,2007,3212 1301-1306. WU Qiang,XIE Shu-han,Pei Zhen-jiang et al.A new practical ology of the coal floor water bursting uatingⅢthe application of ANN vulnerable index based on GIS.Journal of China Coal Society,2007,32121301-1306.[15]武强,王金华,刘东海,等.煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅳ 基于GIS的AHP型脆弱性指数法应用[J].煤炭学报,2009,342 233-238. WU Qiang,WANG Jin-hua,LIU Dong-hai et al.A new practical ology of the coal floor water bursting uatingⅣthe application of AHP vulnerable index based on GIS[J].Journal of China Coal Society,2009,342233-238. [16]武强,黄晓玲,董东林,等.评价煤层顶板涌突水条件的“三图-双预测法”[J].煤炭学报,2000,25160-65. WU Qiang,HUANG Xiao-ling,DONG Dong-lin et al.“Three maps-two predictions“ to uate water bursting conditions on roof coal[J].Journal of China Coal Society,2000,25160-65. [17]武强,陈红,刘守强.基于环套原理的ANN型矿井小构造预测方法与应用[J].煤炭学报,2010,353449-453. WU Qiang,CHEN-Hong,LIU Shou-qiang.ology and application on size-limited structure predictions with ANN based on loop overlapping theory[J].Journal of China Coal Society,2010,353 449-453. 田北部大部分范围9号煤开采处在带压开采临界区内,如图3所示。 3结论 在实际问题中,计算突水系数时,既不能一味地因为公式2运用起来比公式1方便,就任何情况下都采用公式2;也不能因为公式1的安全系数高一些,就任何情况下都采用公式1。而要具体情况具体分析,应根据矿井地质和水文地质条件同时在认真研究和借鉴其他矿区带压开采成功经验的基础上,合理进行选择。 一般情况下,水文地质条件简单、含水层富水性较弱、补给条件差的矿区,可以选择公式1计算突水系数;水文地质条件复杂、含水层富水性较强、补给条件好的矿区,可以选择公式2计算突水系数。 图29号煤开采突水系数等值线及带压开采安全性分区图Figure2Water bursting coefficient isoplethes during the mining of No.9coal seam and safety partition of mining under safe water pressure of aquifer 图39号煤开采突水系数等值线及带压开采安全性分区图Figure3Water bursting coefficient isoplethes during the mining of No.9coal seam and safety partition of mining under safe water pressure of aquifer 张荣华两种突水系数计算公式的比较 上接第37页 47