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煤矿地质水害问题及排水系统研究

 论文栏目:煤炭工业论文     更新时间:2021/1/13 9:55:43   

摘要:由于降雨、地表水、煤层中的水等各种水源在煤层地质结构遭到破坏情况下都会涌向矿井中,造成矿井涌水,带来水害事故。针对煤矿水害问题,对防治水害措施进行研究,确保可靠矿井排水系统,从而防止水害事故的发生。

关键词:煤矿地质;水害;排水系统

在矿井建设和开采过程中,由于来自不同来源的水会聚集在矿井采空区,包括降雨、地表水、地下煤层含水层的水、老空水等各种水源都有可能涌入到矿井中,造成矿井涌水。由于各地区各煤矿的气候条件、地形特征、地质水文会各有差别,矿井中涌水量也会有大有小,但几乎很少有比较干燥、不发生涌水的矿井[1]。矿井的涌水期一般可以分为正常涌水期和最大涌水期。一些南方地区受季节性降雨影响,最大涌水量一般都可以达到正常涌水量的3倍左右。当遇到突发的大量涌水冲击时,矿井无法快速响应或响应能力不足,大量水无法及时排出,就会造成矿井水害事故。矿井水害事故是长期以来困扰我国煤矿安全发展的重大灾害之一。由水害事故导致的人员伤亡及经济损失一直都位居于前列。且矿井一旦发生水害事故,救援任务会十分困难,还会造成长时间的停工停产,对矿井造成的非常大的经济损失。因此,对煤矿水害问题进行研究,对郭庄煤矿井下排水系统的可靠性进行研究,提出可靠地防治水措施,使得排水系统能够具备处理矿井各种涌水事故的能力。

1煤矿地质水害问题

1.1水害问题

通过相关权威部门资料检索和实际调研取证,对2000年到2019年全国煤矿井下水害事故进行了数据统计,发现这20年期间全国煤矿井下发生水害事故共619起。从发生事故煤矿的分布地区可以看出,由于华南地区的水系发达,降雨量大,矿井发生的水害事故次数为最。其次为华北区和东北区,华北区由于煤炭资源分布较多,区域分布较多,在开采的矿井数量也多,且开发程度较为剧烈、深度大,老旧采区同时存在,老空水影响大,故水害事故发生的概率较大。其他地区由于煤矿分布区域较少,且环境条件较为干旱,所以水害发生比例较其他灾害更少[2]。如图1所示为2000年到2019年全国煤矿井下水害事故发生趋势。在2002年之后,由于当时我国煤矿行业迎来了巨大的发展机遇,煤矿开采形式大好,煤炭产业得到了快速发展,各种国有及私营煤矿如雨后春笋,遍地开花,同时矿井的开采规模逐渐加大,由于当时缺乏安全开采经验及相关部门监控力度未及时跟上,导致各类矿井事故频发,造成巨大的人员伤亡和经济损失。从图1水害事故发生趋势可以看出,从2002年开始到2005年这几年期间,就单水害事故的发生次数与伤亡人数每年都居高不下,且呈现出每年增多和扩大的趋势,到2005年伤亡人数达到最高,且在这一年的重大水害事故尤为剧烈。2005年以后,由于巨大煤矿灾害事故频发,人员伤亡及经济损失巨大,国家逐渐加强对煤矿生产的安全管理,同时对矿井水害防治技术的研究也得到了巨大的关注。随着国家逐渐对煤矿安全管理认知的清晰,监管力度的逐渐加大,以及防治技术的快速发展和防治措施的逐渐完善,我国煤矿水害事故得到了较大的遏制,每年由水害事故造成的人员伤亡及经济损失逐渐下降[3]。

1.2矿井涌水量特征

根据大量的调查统计,我国煤矿数量众多,全国煤矿最大涌水量之和与正常涌水量之和的比值大约为1.8,各省份煤矿最大涌水量总和是正常涌水量总和两倍以上的主要是一些如江西、湖南、福建、云南等处于南方的几个省区。如图2所示,为全国各省份煤矿最大涌水量总和与正常涌水量总和的比值分布图。从图中可以出,南方省份由于年平均降雨量较多,所以最大涌水量比正常涌水量要大的多,其中广西煤矿比值最大,达到了3倍以上。矿井最大涌水量与正常涌水量比值越大,表明造成水害事故的可能性越大,如南方几个省份的煤矿矿井在雨季等特殊情况下,井下涌水量爆发猛烈,就必须提前做好防治水措施,必须具备可靠的排水系统,防止水害事故的发生[4]。

2高质量矿井排水系统研究

矿井建设和开采过程中,由各种原因导致的矿井涌水必须经过一定排水设施将水引出去,同时针对各种突发、暴增的涌水情况,煤矿必须设置可靠地排水系统,以防止恶性水害事故的发生。一般智能化的井下排水系统总体结构如图3所示。根据需求不同,矿井排水系统可以是固定式的,也可以是移动式的。移动式排水系统是指能够随着掘进工作面的变化而移动的排水设备,可作为固定式排水系统的补充手段进行使用[5]。为了保证郭庄矿井排水系统可靠性,需满足以下几点要求:(1)排水系统具备一天24小时连续运行的能力,且日排水能力必须能够满足20小时内排出矿井的正常涌水量的需求。设置的备用水泵的排水能力保证能够满足工作水泵70%。对于最大涌水量大于正常涌水量2倍以上的矿井,应该预留出更多的备用水泵的安装位置。(2)配电设备必须能够满足整套排水系统满负荷运行时的负荷承载需求,且排水系统的供电线路必须是一备一用两条线路。防止一条供电线路出现故障时,导致排水系统断电而停止工作,使得井下涌水无法及时排出,造成水害事故。

3结语

我国煤矿行业相较于其他行业来说,其安全形势更为严峻,各地煤矿事故频发,由煤矿事故导致的人员伤亡及重大财产损失,引发了国家和人民的强烈关注。煤矿水害事故是我国煤矿最常见的灾害之一,水害事故的发生严重威胁着井下工作人员的生命安全,同时也给煤矿带来了巨大的经济损失,因此,对煤矿水害问题进行研究,预防水害事故的发生,提高防治水措施,保证排水系统的可靠性研究,对煤矿安全生产具有重要的现实意义。

参考文献:

[1]秦随明.保安煤矿地质类型综合评定[J].山西建筑,2018,44(36):70-71.

[2]常鹏.煤矿地质工作与防治水工作结合的必要性研究[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(24):127-128.

[3]罗旭辉,郭楠.煤矿排水系统自动控制技术的研究与应用[J].煤炭加工与综合利用,2015(01):68-70.

[4]张立军.煤矿排水系统运行效率的优化[J].中国新技术新产品,2019(13):128-129.

[5]周志红.矿井水害的类型、成因及防治措施[J].内蒙古煤炭经济,2017(22):21-22.

作者:崔岩建 单位:山西潞安郭庄煤业有限责任公司

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