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举科技之剑力斩水魔

2006-11-22   来源:中国煤炭报    |   浏览:    评论: 0    收藏
安全文化网 www.anquan.com.cn 据统计,在过去的20多年里,全国有250多个矿井被水淹没,死亡1700多人,经济损失高达350多亿元。近年来,由于种种原因,一度下降的水灾事故又频繁发生,仅2002年至2003年,各地就发生特大突水事故14起。今年年初以来,全国煤矿已发生7起特大透水事故。特别是8月7日,广东梅州市大兴煤矿发生特别重大透水事故,123名矿工被淹,至今只发现3具尸体。8月19日,吉林省舒兰矿务局五井煤矿发生透水事故,16名矿工被困。这些水灾事故一再提醒人们———对井下水害的防治,是煤矿安全生产的重大课题
  今年1月底,安徽淮北矿业集团朱庄矿经历了井下出水的巨大险情,面对险情,他们凭借科学的治水方法和勇敢的拼搏精神,经过艰苦的努力,以最小的投入,最短的时间,控制了水害。在井下出水和治水的过程中,朱庄矿没有人员伤亡,大水也没有淹没采区,井下的设备和运转没有受到大的破坏和影响。在出水量较大的情况下,该矿采取的“井下注浆”法,具有创新意义。在煤矿水害形势严峻的背景下,朱庄矿防治水害的做法,给人以启迪。
  老子曰:“天下莫柔弱如水,而攻坚强者莫之能胜。”
  井工煤矿的开采,与水相伴始终。百米井下,有涓涓细流,更有压力巨大的水流突涌;“柔弱”之水藏匿于裂隙、岩层和溶洞之中,在一定条件下,会变得面目狰狞,破坏力无比,与瓦斯没有什么两样,对煤矿的安全生产有着极大的威胁。
  早探水慎开采
  朱庄矿是一个有44年历史的老矿,现已延伸到了三水平。三水平的3622工作面是该矿的主力综采工作面,走向长890米,倾斜宽190米,煤层平均厚2.8米,是优质的动力煤。但就在这块煤层的下方约45米至60米,有3层含水的地质构造。这,就是地质学所说的太原群灰岩含水层,称为“灰岩水”,俗称“太灰水”;“灰岩水”以下,还有奥陶纪灰岩含水层,被称为“奥灰水”。“太灰水”和“奥灰水”存在着水力联系。作一个形象的比喻,如果“太灰水”是小河的话,那么,“奥灰水”就是大海。而3622工作面的里段靠近一个落差为3.5米至8米的断层,断层的裂隙较为发育,“太灰水”“奥灰水”都有可能通过裂隙涌进工作面。
  上世纪80年代末以来,淮北矿区煤矿多次受到“太灰水”和“奥灰水”的侵害:1988年,原淮北矿务局杨庄矿,井下“太灰水”涌出,最高出水量达到每小时3153立方米,矿井二水平被淹;1997年,皖北煤电公司任楼矿井下遭遇“奥灰水”的陷落柱,井下突水高达每小时3万立方米,矿井被淹。
  被水淹的矿井,损失少则几千万元,多则亿元。
  因此,朱庄矿在设计、施工3622工作面时,把防治水工作摆在重要位置。该矿的水文观测孔显示,采区下方的“灰岩水”靠自身压力可上升200多米,可见水的压力之大。按照“物探先行,钻探验证,注浆加固”的原则,该矿首先采用物理的“直流电法勘探”,了解工作面下方含水层状况,接着,对物探异常区进行了探查,在采煤工作面开采前采取向底板注浆加固的方法,以预防出水。在进行了一系列工作以后,朱庄矿请来了治水专家,经专家鉴定,认定可以进行回采。2004年11月15日,朱庄矿综采一区开始对3622工作面进行回采。
  工作面回采开始后,该矿没有掉以轻心,仍然对水患保持了高度的警惕,在机巷布置了水文动态监测仪,对底板水文情况进行动态观测。在工作面前进了100米时,监测仪器显示,相关的信号已经消失,又向前推进了35米后,负责监测的煤科总院西安分院的技术人员认为,动态监测显示煤层底板正常,防治水工作达到了预期效果,不再存在水灾隐患。矿上拆除了监测设备。这时,综采一区的职工们甩开膀子大干,每天出煤2000吨左右,安全和生产形势都十分喜人。
  去侥幸留水道
  可是,好景不长,当工作面推进到185米时,也就是今年1月25日,工作面下段突然有了出水征兆,狡猾的水魔终于现出了原形。1月27日晚上,工作面最高出水量达到每小时1400立方米以上,洪灾发生了。汹涌的出水冲毁了皮带机,冲进大巷,很快形成一场骇人的水灾事故。如此大的出水量,3622工作面却没有被淹没。原来,3622工作面附近有一条专用的排水巷道,当水流涌出后,这条平时看似无用的巷道发挥了作用,水都从这里流走了。由于水流过大,水流到运输大巷后淹没了大巷的轨道,但整个采区系统却基本上是干的。记者对此不解,问矿长孙方维和总工程师许庭教:“这个排水巷道原来就有吗?”孙方维给记者画了一张采区巷道布置图,许庭教解释道:“我们在采区布置中,排水巷道就已经同时完工了。”原来,为了出现险情时的排水需要,这个矿在采区设计了排水巷道,而且这个采区的排水巷道设计在最低洼处,以利于排水。由于井下是否出水、什么时候出水,均是一个未知数,因此从1998年以后,朱庄矿就一直坚持这样做。记者问:“修排水巷道,不是加大了成本吗?”许庭教不容置疑地回答:“为防水患,不管投入多大,排水巷道都要有。井下一旦出水,工作面被淹后,很难恢复生产。到那时,设备撤不出来,损失更大。”
  事前对工作面进行“直流电法勘探”,请专家对开采进行论证,开采前和工作面推进中对采区的水文状况进行动态监测,并对工作面底板注浆加固等等,朱庄矿在防治水工作中,运用了现代化的科技手段。虽然此次没能够最终阻止水害的发生,但由于矿领导和技术负责人对水害始终有着清醒的认识,没有任何侥幸心理,才使得大水来临时,朱庄矿没有陷入采区被淹,灾情被扩大的被动境地。
  “盖冒”压注浆堵
  防治井下水害,一般有三种主要做法,一是堵、疏或者是堵疏结合,二是注浆封堵出水通道,三是注浆加固煤层底板。朱庄矿的这次治水措施,尽管也在这些范围之内,但他们的“盖冒压堵”和“井下注浆”,不仅具有特色,而且颇有创造性,值得圈点一番。
  治水专家分析,朱庄矿3622工作面底板的汹涌出水,主要还是“太灰水”,“奥灰水”只是补给水,而“太灰水”是可以受到地面水源补给的,因此宜于采用堵的方法。怎么堵呢?就是用石子、沙子充填出水地段的上方空间,使之与采煤工作面的一部分形成一个整体,这就叫“盖冒”。这样的“盖冒”可以有效压堵出水段,使水流由径流变为渗流,同时再加上打钻注浆封堵出水通道,就可以成功实现治水。
  3622工作面采高3米,且有较大的采空区面积,“盖冒”充填成了朱庄矿治水过程中的一场硬仗。大量的石子、沙子都是工人顶着汹涌的出水,一点一点传递并堆积到出水工作面上的。其中,用去的石子可装满10节火车皮!石子有蛇皮袋包装,还比较容易运输和堆积,要让沙子和水玻璃充填进石子中,就不那么容易了。朱庄矿为此设计了多种方案,最后,他们选择在二水平大巷里,修一条注沙管路,通到“盖冒”地段的上方。在二水平,工人以人工装沙,通过漏斗和管路让沙子和水玻璃流到“盖冒”的石子中。就这样,在充填地段形成了一个整体,抗阻了底板下的巨大水压,工作面的出水量逐步减少。打眼注浆,是治水的常用方法。在我国,目前封堵出水的打眼注浆工作,一般都在地面进行。而这次朱庄矿的打眼注浆工作如在地面开展有许多困难。因为朱庄矿出水工作面的上方是塌陷区,成了当地农民的养鱼塘。在地面打钻,不仅要修填一条百米长的道路,还要填塘建起一个200多平方米的钻场,需回填矸石2万多立方。这样大的工作量,需10辆卡车24小时不停地工作10天才能完成。能否在井下打钻呢?淮北矿业集团的领导、技术人员和闻讯赶来的煤科总院西安分院的专家,经过分析对比,权衡利弊,决定打钻注浆全部在井下二水平进行。
  为了抢时间,工人们争分夺秒,一条77米长的巷道,掘进一区仅用了3天就完成了,平均每班进尺9米。1月31日中班,注浆巷道按时贯通,到第二天上午9时,两个顶部空间有一间房屋大小的钻场也完工了。18名钻机工人轮番上阵,用24小时打通了由二水平到三水平80米长的管路,透点位置准确无误。随后,他们又转到注浆巷,开始钻孔。从2月初到4月下旬,朱庄矿治水工程共打注浆钻孔和底板加固孔37个,总进尺2800多米。这期间,共注入水泥6000多吨,充填沙石1000多立方米。工作面涌水量由开始的每小时1400立方米降至200立方米以下,治水达到了预期效果。从井下出水到治水结束,朱庄矿仅用了三个半月的时间。
  反馈快决策果
  在自然灾害面前,最能显示出企业管理水平和职工队伍的综合素质。在朱庄矿出水和治水的过程中,大企业较强的抗风险能力又一次得到了验证。3622工作面的出水征兆出现在1月25日。当天下午6时多,综采一区的一位工人发现工作面下段底板有渗水现象,即向在井下跟班的技术员孔庆新报告(这说明干部跟班落到了实处,如果是到工作面打个转,技术员不会坚持到6时多)。孔庆新仔细查看,发现从链板机机头往上一段,底板和老塘均有出水,每小时出水量大约三四立方米,他立即将情况报告给矿调度所。调度员又及时反映给值班矿领导。接到报告,矿总工程师许庭教当即下井查看,两个小时后,工作面出水量达到每小时20立方米左右。许庭教感到情况严重,马上向集团公司调度室汇报。接到朱庄矿报告,淮北矿业集团生产管理部主任工程师韩东亚于当天午夜赶到朱庄矿,与矿地测科的技术人员一起下井(近在矿上值班的领导和已进入梦乡的技术人员,远在集团公司的有关技术负责人,在接到报告后先后来到井下,这种快速反应的作风,值得赞赏。这反映出,淮北矿业集团管理严格,安全生产责任制得到了较好落实)。
  1月26日晚上,工作面出水量继续增大,且出现了煤帮向外喷射水柱的现象,有10余米的底板鼓起0.5米多。跟班副区长李超果断将当班工人撤至安全地段(这位副区长把工人的生命放在第一位,不单纯追求产量,他的负责精神令人敬佩)。
  1月27日凌晨2时10分,出水量达到每小时150立方米,而且还在快速增长。淮北矿业集团董事长、党委书记、总经理许崇信,副董事长、煤业公司总经理赵奇,安监局局长曹荣平,总工程师李伟等领导先后赶到朱庄矿。6时30分,集团公司领导宣布:全矿进入抢险状态,成立抢险指挥部。6时37分,矿长孙方维下令:除变电所、泵房值班工人外,三水平其余工作人员全部撤到地面待命。下午4时,出水量增加到每小时800立方米以上,晚上,最大出水量达到每小时1420立方米。
  大企业显优势
  治水抢险,需要人,需要物,需要技术。淮北矿业集团调度配置各生产要素的能力,在抢险中得到了淋漓尽致的展现。
  注浆,材料用量大,朱庄矿自有矿车、叉车严重不足,至少需要增加200辆以上。很快,机电公司新加工的矿车送来了,朔里等矿新购置的矿车送来了,兴海玛钢厂生产的叉车送来了,双龙公司地面没有矿车,就从井下调上来80辆矿车……
  一时间,运水泥、送沙石的车辆从四面八方向朱庄矿涌来,在大门前竟排起了长长的车队。
  井下打眼注浆人手不够,技工不够,桃园矿的打钻队伍来了,童亭矿的打钻队伍也来了。
  朱庄矿的职工在水害面前表现出了高度的凝聚力。几千吨的水泥、沙石要经过从地面运到井下、再到施工现场的多次装卸,许多工人连续作业,体力消耗达到了极限,但他们依然顽强坚持,直至圆满完成领导下达的任务。
  评注浆论长短
  面对出水,朱庄矿在井下打眼注浆,在全国煤炭系统也是开创性的。朱庄矿的成功经验和不足,值得总结和探讨。在井下打眼注浆,由于作业场所狭小,在低矮的巷道中,钻机等设备只能分拆后靠人工运进现场,再组装、试运转等;在巷道中打钻,也存在一定的风险:由于场地的限制,材料选择和注浆压力都受到制约,因而影响到注浆堵水的质量。但与在地面打钻相比,井下打钻注浆的长处是显而易见的。一是工程量明显减少。二是显著提高了钻孔的准确度。三是注浆封堵工作面的区域宜于掌握,可以最大限度地保护采煤工作面。
  朱庄矿的领导估算,这次治水,投入约在2000万元左右,如果在地面打钻施工,仅仅打10个钻孔,可能就需要投入1000万元左右,全部投入至少要在5000万元以上。同时,地面注浆,工作面有可能被注下的水泥浆包裹,工作面上的综采设备难以回收,损失巨大。而现在3622工作面没有废弃,因“盖冒”而丢弃的煤炭资源仅有2万多吨。
  据记者了解,杨庄矿从发水到恢复生产耗用了一年多的时间,任楼矿耗用了半年多的时间。朱庄矿与其他出水矿井虽然不能作完全的等同类比,但他们在井下打眼注浆的探索,为今后煤矿的防治水工作提供了可资借鉴的经验。
  煤矿治水专家郑士田参加了朱庄矿的治水工作,中国矿业大学教授郑世书等人参加了3622工作面注浆堵水效果及恢复生产的论证,他们都对淮北矿业集团和朱庄矿在这次治水过程中的工作予以了较高的评价。他们认为,在如此大的出水量下,采取井下注浆封堵治水,在我国煤炭开采史上尚属首例,整个治水过程思路清晰,效果明显。
  朱庄矿出水后,淮北矿业集团给朱庄矿削减了产量指标,同期工资额度保持不变。孙方维和许庭教表示,这次治水成功仅仅是开始,朱庄矿将继续做好防治水工作,进一步探讨解决有关治水的技术问题。对于今后的探水,矿上还将增加“瞬变电法”“地震波”等探测方法,以便更全面了解掌握井下的水情。另外,按照专家的建议,他们还考虑在地面建立永久注浆站,以提高注浆效果。
  制伏水魔,远离水害,是煤矿人的期望。在煤矿职工和科技人员的攻关下,老子关于水的“攻坚强者莫之能胜”的论断,会尽快被彻底改写。 安全文化网 www.anquan.com.cn