根據甲煤礦2006年礦井地質報告所述,7#煤層直接頂板為K4石灰巖,中厚層狀,富含裂隙,裂隙水發育,為裂隙水含水層。由于甲煤礦非法開采7#煤層,導致灰巖裂隙水通過裂隙通道涌入7#煤層采空范圍。由于7#煤屬于乙煤礦批采煤層,當乙煤礦采至甲煤礦越層附近時,極易發生采礦區突水事故,其后果不堪設想。
綜上所述,在下決心治理煤礦安全隱患,杜絕重特大礦難事故的發生時,應當從煤礦采礦權設置、采礦權人實際開采活動范圍的合法性界定上下功夫,采用多種勘探手段查明已被整合煤礦實際開采范圍,進行煤礦安全隱患治理。只有這樣,才能在煤礦安全生產方面,抓住煤礦事故根源,杜絕事故發生,否則只能是頭痛醫頭,腳痛醫腳,不能實現我省煤礦安全生產根本性好轉。
2 資源整合后礦區水害探測的研究內容
在未對煤炭資源進行整治之前,由于不同時期管理的具體要求和技術條件的限制,不同的地區采用的坐標系不同等等,造成了礦業權登記的坐標位置與礦業權實際位置的誤差,產生了礦界交叉;另外、受國家鼓勵發展鄉鎮礦山企業政策的影響、對礦產資源批采實行了分層、分礦種發證。因此,在煤炭采礦權在設置中存在著位置交叉、重疊、交叉重疊等問題,造成了濫采濫挖的情況比較嚴重,特別是無證開采的小煤窯對資源的破壞最為嚴重。在進行煤礦整理規范化后,禁止了濫采濫挖,但以留下了許多老窯采空區,老窯采空區隨著時間的推移,位置和破壞的程度很難確定,給煤礦的開采帶來了很大的隱患。老窯水就是一個最明顯的例子。老窯水一般分布在老礦山的淺部,它具有三個方面充水特點:(1)老窖水以靜儲量為主,靜儲量與采空區分布范圍有關。(2)老窖水為多年積水,水循環條件差,水中含有大量H2S 氣體,并多為酸性水,有較強的腐蝕性。(3)老窯突水一般水勢迅猛,硫化氫氣體危害性大。因此,資源整合后礦區水害防治技術研究的內容和需要解決的關鍵技術問題,隨之而發生了明顯的變化。
1. 根據國家安全生產監督管理總局發布的《煤礦防治水規定》和《礦區水文地質工程地質勘探規范》,對現有水文地質資料不能滿足生產建設的礦區或者礦井進行專項水文地質補充調查。礦區或者礦井未進行過水文地質調查或者水文地質工作程度較低的,應當進行補充水文地質調查。進行補充水文地質調查的具體對象是:一個具有相對獨立補給、徑流、排泄條件的水文地質單元內所有礦區。
2. 礦井充水條件分析,是礦床水文地質學重要研究內容之一,也是礦井水文地質工作的重要環節之一,它包括三個方面:一是充水水源;二是充水通道;三是充水強度。根據充水條件特征,可將礦井充水條件分析劃分為:自然充水條件分析和人為充水條件分析。
3. 對礦區水文地質條件重新做出評價。礦井水文地質條件主要包括如下5個方面:(1)含水層、隔水層的結構及空間展布規律;(2)地下水的補給、徑流及排泄條件;(3)不同含水層及同一含水層地下水水化學特征及分區特征;(4)地下水動態及均衡特征;(5)礦井涌水量大小。礦井水文地質條件有著豐富的內涵,是做好礦井水文地質工作的基礎。
4. 評價結果及應用
(1)建立水文地質概念模型。礦井充水條件的立體模型,它主要回答什么地方有水?水怎么來?可能來多少水?第一、需要搞清邊界斷層及井田內主要斷層的控水作用;第二、通過放水試驗搞清主要充水含水層的富水性分區特征,最好能給出富水性分區圖;第三、含隔水層厚度及其空間結構能夠通過數字立面圖來展示,地下水實現體視化,建立水害數字平臺。
(2)使用好礦井充水性圖。礦井充水性圖是日常礦井井水文地質工作的基礎性圖件,是礦井水情水害分析和信息交流的平臺,為了充分反映礦井的充水特點,要求對新揭露的涌水點要及時填繪在圖上,并配有分析性說明文字。同時,盡可能將不同采區、不同煤層揭露的地下水信息相互對比分析研究,提出在信息顯示上能夠得到相互驗證的礦井充水立體數字模型。
(3)劃分礦井水文地質類型。在礦井水文地質條件研究的基礎上,指出礦井開采的主要水害問題,劃分礦井水文地質類型(簡單、中等、復雜、極復雜),闡明水害要素(水源、通道)隨著開采深度增加、采場面積擴大有利和不利的轉化方向及變化趨勢。在條件具備的情況下,對水害威脅程度或水文地質條件復雜程度做進一步分區,在條件暫不具備的情況下,指出水文地質補充勘探的方向。以上述分區為基礎,對不同分區還應投入的勘探工程以進一步查清條件做出說明。
4 需要解決的關鍵性技術問題
采空區探測問題是解決整合后礦區水害問題的關鍵技術。在采空區探測問題上,過去一直沿用瞬變電磁法、直流電法和地震勘探等手段進行采空區水害探測。由于受技術手段和煤層屏蔽現象所干擾,在采空區探測問題上,目前只能探測離地表近的一層煤層的采空區分布范圍,對多層煤層因開采形成的采空區及其分布范圍,在技術手段上還不能解決此類問題。為了研究解決該問題,筆者認為應從三個方面著手:
1.利用山西省煤炭資源整合前礦權設置中存在的交叉重疊問題,分析礦權人非法越層越界開采行為的可能性及范圍,如甲乙煤礦批采深度重疊平面圖1-2中7#煤層大致開采范圍,充分說明了資源整合前礦權人存在非法越層開采煤層的問題,造成資源整合后整合礦區內存在一定數量的隱伏采空區問題。
2.在采空區實地調查和分析研究的基礎上,確立資源整合后采空區探測重點目標。
3.利用三維地震、瞬變電磁法、直流電法和鉆探等手段進行綜合勘探和驗證。
5 結論與建議
根據國內外同類項目研究動態,目前我國在整合礦區水害探測關鍵技術方面已具備可行性,具體體現在以下兩個方面:
1.2009年—2010年山西已完成了全省礦業權實地核查工作,共有601對礦權存在交叉問題,占全省礦權總數的8.04%,其中煤礦與煤礦有428對,非煤礦與非煤礦有127對,探礦權與探礦權有46對。為資源整合后礦區查明采空區(包括隱伏采空區)提供了詳實的基礎資料。
2.礦山采空區災害風險評估技術的誕生,為資源整合礦區水害探測提供了強有力的技術支撐。過去,在采空區水害探測方面通常采用的是電法、地震等物理勘探方法,由于受技術和地形等其他條件的制約,采空區位置、規模與礦山采掘取得的資料有一定誤差。另外對于位于同一位置上的多層煤層采空區,受煤層界面的屏蔽性,一般只能探測到最上一層煤層采空區的位置及規模,對于下伏煤層采空區的探測則效果不太明顯。礦山采空區災害風險評估技術采用電磁法、微重力法、彈性波法等綜合物探方法結合鉆孔激光掃描技術,可準確掌握隱伏采空區的空間形態;采用衛星遙感和高精度GPS測量技術,可建立三維地質模型,通過數值模擬定量計算和GIS綜合分析,評估采空區穩定性和塌陷區影響區域,劃分危險等級。雖然該成果適用于金屬非金屬地下礦山,但是為煤炭資源整合后礦區水文地質單元內的水文地質條件的普查和勘探提供了較為可靠的技術手段,同時對整合后礦區內水害探測方法的研究具有借鑒意義。
建議:國家安全生產監督部門應把整合礦區水害探測技術作為科研項目進行詳細論證,進行技術手段整合,研究整合礦區水害分布類型,為制定切實可行的防治方案提供可靠的資料。
作者簡介:吳楊云,男,山西新絳人,地質工程師,注冊安全工程師,主要從事煤礦安全和地質勘探安全研究。
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