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        煤礦水害事故分析與防治對策研究

        2022-06-09 10:18:14李芳瑋
        中國煤炭 2022年5期
        關(guān)鍵詞:煤礦

        李芳瑋

        (應(yīng)急管理部信息研究院,北京市朝陽區(qū),100029)

        自我國垂直管理的煤礦安全監(jiān)察體制建立以來,國務(wù)院和有關(guān)部門陸續(xù)出臺了一系列重大政策制度措施,煤礦安全生產(chǎn)形勢逐漸實現(xiàn)穩(wěn)定好轉(zhuǎn),特別是2015年以來,煤礦智能化建設(shè)逐步推進,煤礦機器人也在井下探索應(yīng)用,煤礦基礎(chǔ)建設(shè)水平不斷提高,煤礦工人的工作環(huán)境持續(xù)改善[1]。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計,2021年全國煤礦事故共發(fā)生91起、死亡178人,同比分別下降26%、21.9%。經(jīng)過20多年的努力,煤礦安全生產(chǎn)狀況持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)。而我國煤炭生產(chǎn)安全事故仍時有發(fā)生,特別是近3年來水害事故呈現(xiàn)抬頭趨勢,煤礦安全生產(chǎn)形勢依然嚴峻。筆者對2019-2021年全國礦井水害事故進行了調(diào)查和統(tǒng)計分析,目的是根據(jù)事故發(fā)生的特點,從注重預防、強化改進的角度,重點在技術(shù)、裝備、工藝、材料、科技管理等方面,總結(jié)分析水害事故特點規(guī)律、致災(zāi)原因,分析預測同類事故發(fā)生的風險,并提出“十四五”期間在技術(shù)和管理方面防范事故發(fā)生的對策建議,旨在為國家制定能源和安全戰(zhàn)略性決策提供技術(shù)支撐。

        1 事故統(tǒng)計與分析

        1.1 2019-2021年全國煤礦水害事故情況

        我國煤礦地質(zhì)賦存條件較為復雜,是世界上遭受煤礦水害最嚴重的國家之一。根據(jù)國家礦山安全監(jiān)察局統(tǒng)計,2008 年以來,煤礦水害事故起數(shù)逐年增加,至 2010 年達到峰值,但隨著國家煤炭產(chǎn)能政策的整體調(diào)控,煤礦企業(yè)進行了兼并重組并關(guān)閉不達標煤礦,使得煤礦水害事故發(fā)生情況顯著好轉(zhuǎn)[2-3]。2017-2021年間我國發(fā)生煤礦水害事故28起,死亡人數(shù)113人。2017-2021年煤礦水害事故統(tǒng)計如圖1所示。

        圖1 2017-2021年煤礦水害事故統(tǒng)計

        由圖1可看出近兩年我國煤礦水害事故起數(shù)和死亡人數(shù)一改以往持續(xù)減少的趨勢,相比往年顯著增加,特別是2021年發(fā)生的煤礦重大生產(chǎn)安全事故中以水害事故居多[4-6]。值得注意的是,近3年水害涉險事故不斷增加,且?guī)砗艽蟮钠茐男院洼^大的經(jīng)濟損失,更應(yīng)引起重視,本文將涉險事故(2019年以來)一并進行分析。

        根據(jù)國家礦山安全監(jiān)察局官方網(wǎng)站以及煤礦安全網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)資料,2019-2021年,煤礦共發(fā)生水害重大事故3起,死亡54人;發(fā)生較大事故5起,死亡22人;發(fā)生一般事故7起,死亡9人;發(fā)生涉險事故12起。具體事故數(shù)和死亡人數(shù)統(tǒng)計見表1。

        表1 2019-2021年煤礦水害事故數(shù)和死亡人數(shù)統(tǒng)計

        1.2 水害事故的特征分析

        (1)老空透水依然是近期水害事故的主要類型。2019-2021年的27起水害事故(含涉險事故)中,老空水為危險源的有9起,死亡51人,另外3起重大事故中有2起、5起較大事故中有3起事故的危險源為老空水。2019-2021年水害事故類型和死亡人數(shù)如圖2和圖3所示,由圖2可以看出,老空透水是水害的主要事故類型。

        圖2 2019-2021年水害事故類型起數(shù)(含涉險事故)

        圖3 2019-2021年水害事故死亡人數(shù)

        由于存在著未知邊界、未知水量的采空區(qū),使正在推進的工作面成為主要透水部位[7]。特別是掘進工作面老空水害頻繁,發(fā)生的直接原因是以往小煤窯都分布在淺部,因此遺留的采空區(qū)都位于現(xiàn)有基建礦井或生產(chǎn)礦井的上方,現(xiàn)掘進工作面有一部分處于頂水掘進狀態(tài),在沒有探明老空積水區(qū)的情況下,直接將巷道掘進到老空積水區(qū),造成突水。例如,2020年9月9日,廣西省環(huán)江縣下金煤礦進風巷上山掘進放炮后,巖柱變薄,老空積水突破巖柱發(fā)生透水,造成1人死亡;在山西萬通源煤業(yè)事故中,由于老空區(qū)積水邊界勘查不清、老空水“三線”標注不合理、礦井未按照相關(guān)規(guī)定進行探放水、未做到“三專兩探一撤”和“探掘分離”、對井田內(nèi)老空區(qū)分布和積水范圍不掌握,在施工中造成透水事故,死亡5人。

        (2)水害事故區(qū)域分布呈現(xiàn)新的特點。2019-2021年水害事故地區(qū)分布如圖4所示。由圖4可以看出,新疆、青海等省(區(qū))水害事故凸顯;地質(zhì)條件復雜的河南、四川、湖南等省水害事故占比也較大。2021年發(fā)生的4起煤礦水害事故中有3起發(fā)生在西北地區(qū),這與當?shù)氐臍夂蚝偷刭|(zhì)條件有關(guān)系,煤礦水害防范意識和措施還有待于提高。

        圖4 2019-2021年水害事故地區(qū)分布

        (3)事故救援難度普遍較大。根據(jù)國家礦山安監(jiān)局的有關(guān)報道,在2021年的水害事故中,搶險救援均持續(xù)較長時間,事故救援難度普遍較大,比如新疆豐源煤礦事故歷時35 d,陜西郝家梁煤礦事故歷經(jīng)37 d后才搜尋出5名遇難人員,四川大楓樹煤礦歷經(jīng)30 d,仍未搜尋到遇險人員。

        (4)洪水倒灌涉險事故突出。2019-2021年共發(fā)生洪水倒灌類事故7起,其中涉險事故5起,從地域上看,河南發(fā)生4起、四川發(fā)生2起、重慶發(fā)生1起。盡管未發(fā)生重大人身傷亡事故,但此類事故集中頻發(fā)還需引起足夠重視。

        2 事故發(fā)生原因分析

        2.1 水文地質(zhì)條件不清

        部分煤礦企業(yè)存在技術(shù)管理不規(guī)范、地質(zhì)資料不全等問題,礦區(qū)周邊停產(chǎn)關(guān)閉的煤礦大都沒有留下相關(guān)圖紙、臺賬等水文地質(zhì)資料,有的煤礦留下的資料與現(xiàn)場施工情況完全不一致。一些礦區(qū)水文地質(zhì)勘探水平偏低、勘探工作嚴重不足。同時,由于隱蔽致災(zāi)因素普查不落實,治理不重視,預測預報水平嚴重偏低,從而造成水害事故。在新疆豐源煤礦事故中,在隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素普查不到位、采區(qū)及周邊水文地質(zhì)情況沒有完全掌握、相鄰煤礦老空積水情況不明的情況下,便將鄰近工作面劃為可采區(qū)域,導致事故發(fā)生;廣西環(huán)江下金煤礦開采歷史較長,采空區(qū)和老巷道較多,在沒有詳細掌握舊巷分布的情況下違法違規(guī)施工,導致透水事故發(fā)生;四川杉木樹煤礦發(fā)生事故前,礦井平均涌水量較大,且礦井周邊存在大量相鄰煤礦采(老)空水,采(老)空水范圍、積水量均未查清,并且未經(jīng)過充分論證,仍將礦井水文地質(zhì)類型劃分為中等,從而導致發(fā)生透水事故。

        2.2 探放水措施落實不到位

        《煤礦安全規(guī)程》和《煤礦防治水規(guī)定》(以下簡稱《規(guī)程》和《規(guī)定》)要求,對于采掘工作面受水害影響的礦井,應(yīng)當堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則;對于水文地質(zhì)條件復雜、極復雜的礦井,也做出了加強探放水措施的相關(guān)規(guī)定。由2019-2021年水害事故的分析發(fā)現(xiàn),發(fā)生事故煤礦的掘進工作面大都沒有按照《規(guī)定》進行探放水,或者探放水的工程不夠。新疆豐源煤礦事故中,探放水設(shè)計照抄照搬,未按《規(guī)程》和《規(guī)定》的相關(guān)要求設(shè)計鉆孔,設(shè)計編制滯后于探放水作業(yè),在施工中探放水與掘進同步進行,嚴重違反規(guī)定;廣西環(huán)江下金煤礦也存在類似情況,在設(shè)計中已經(jīng)明確巷道掘進方向有采空區(qū),且老空積水情況不明,《規(guī)定》中要求探水鉆孔要打到采空區(qū),可在實際施工中并未打探水鉆孔。

        2.3 物探代替鉆探致使探放水工程量不足

        部分煤礦對“探”的理解發(fā)生很大偏差,他們將經(jīng)過驗證的物探結(jié)果直接用于老空水探查。有的煤礦甚至用探煤鉆孔代替探水鉆孔,造成探放水鉆孔嚴重不足,引發(fā)水害事故。目前,國內(nèi)外地球物理勘探設(shè)備在煤系地層中探查礦井水文地質(zhì)條件尚無法達到生產(chǎn)要求的精度。如果將物探代替鉆探或部分代替鉆探將導致探水鉆孔工程量不足,漏掉對老空積水區(qū)的探查。山西長治西故縣煤業(yè)公司事故中,物探結(jié)果已經(jīng)表明在發(fā)生事故的地點附近有低阻異常區(qū)域,懷疑有采空區(qū)存在,但該礦仍然組織施工,未通過鉆探等方法進行驗證,導致事故發(fā)生。

        2.4 違法違規(guī)組織開采

        在劃定礦界煤柱的情況下,為了擴大礦井儲量,采出更多的煤炭,一些企業(yè)特別是小煤礦非法開采煤柱,甚至越界盜采而進入采空區(qū),導致水害事故發(fā)生。山西西故縣煤業(yè)公司事故中,在沒有編制相關(guān)設(shè)計、規(guī)程和安全技術(shù)措施的情況下,非法組織開采,而且采用巷道式采煤,以掘代采,嚴重違法違規(guī);湖南源江山煤礦事故中,超深越界開采周邊煤礦的資源,通過篡改施工數(shù)據(jù)和圖紙等方式逃避檢查,隱瞞非法行為。另外,《規(guī)程》明確要求,礦井探放水工作應(yīng)當使用專用鉆機、由專業(yè)人員和專職隊伍進行設(shè)計和施工,但研究發(fā)現(xiàn)有些煤礦不符合“三?!币?,并沒有配備探水專用鉆機,也沒有探放水專職人員和專業(yè)隊伍。

        2.5 透水征兆重視不夠

        通過分析2019-2021年水害事故還發(fā)現(xiàn),有些事故在發(fā)生前已經(jīng)出現(xiàn)透水征兆,但個別煤礦不夠重視以及專業(yè)人員結(jié)構(gòu)不健全、不懂得相關(guān)征兆等原因,仍然組織生產(chǎn)導致事故發(fā)生。新疆豐源煤礦事故發(fā)生前,已經(jīng)有技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)淋水、短探孔出水、煤壁掛汗等典型透水征兆,但未引起足夠重視,依然組織生產(chǎn),人員也沒有撤出,在掘進施工中導通老空水發(fā)生事故;陜西郝家梁煤礦在事故發(fā)生前也出現(xiàn)了架前漏矸,架后掉紅土塊等現(xiàn)象;青海柴達爾煤礦事故發(fā)生前也有征兆,工作面發(fā)生了多次冒頂,出現(xiàn)潰水、潰砂現(xiàn)象,工作面施工人員發(fā)現(xiàn)后向上級舉報,但礦方?jīng)]有理睬,仍組織生產(chǎn),最終導致事故發(fā)生。

        2.6 應(yīng)對極端天氣能力薄弱

        一些煤礦雨季“三防”措施落實不到位,防排水系統(tǒng)不完善。2021年河南省遭遇歷史罕見特大暴雨,發(fā)生嚴重洪澇災(zāi)害,7月20日至28日接連發(fā)生4起涉險事故,大部分煤礦都未按規(guī)定配備防排水系統(tǒng),排水設(shè)施配備不足。四川大楓樹煤礦特大暴雨后洪水倒灌,堵塞逃生通道,礦工未及時撤出;同時,事故也存在人為因素,事故發(fā)生前,相關(guān)責任人已經(jīng)接到暴雨預警,但未通知值班人員,沒有執(zhí)行停產(chǎn)撤人指令,違法違規(guī)組織入井進行抽水作業(yè),導致2名水泵司機被困失聯(lián)。

        3 安全、技術(shù)與管理問題分析

        3.1 探測技術(shù)與裝備的準確性、實用性不夠

        近年來我國礦井常用的水文地質(zhì)物探設(shè)備的國產(chǎn)化率大大提高,采樣方法和數(shù)據(jù)處理方法也進一步完善,但探查精度和抗干擾能力并沒有提高。探查煤礦水情的準確性嚴重不足,導致探測結(jié)論存在誤導現(xiàn)象。目前國有大中型煤礦都建立了專門探水隊伍、購買了探水鉆機,開展頂板、底板和掘進工作面超前探水工作,對企業(yè)探查老空積水發(fā)揮了較大作用。但由于鉆探速度慢、工程量大、工期長,嚴重影響掘進速度,使得許多煤礦在急功近利的思想驅(qū)使下,不采用鉆探工程,或者偷工減料,減少鉆孔數(shù)量,使得探查老空積水的工程量不足。

        3.2 礦井水害監(jiān)測預警技術(shù)還不成熟

        準確的水害預警不僅能為掘進工作面的工作人員提供逃生時間,還可以為身處礦井深處(例如暗斜井或下山掘進工作面)的工作人員提供逃生機會。但一直以來,我國對老空透水預警技術(shù)研究較少,沒有可靠的預警技術(shù)和設(shè)備,無法實現(xiàn)有效的預測預報。據(jù)調(diào)查和觀測,老空區(qū)水害實質(zhì)上具有細微的前兆,例如存在微弱的滲流和硫化氫氣體等化學征兆,可以開展針對化學特點進行預警的相關(guān)理論和技術(shù)研究。

        3.3 救援技術(shù)不規(guī)范、救援設(shè)備不配套

        我國現(xiàn)有快速鉆進等救援裝備和設(shè)備費用較高,使用不便捷,一些大型救援設(shè)備因距離太遠,加上交通不便,不能及時到達災(zāi)區(qū),造成救災(zāi)速度慢、效率低。地面大直徑救援鉆孔是煤礦事故救援的有效方式之一,但相關(guān)技術(shù)和裝備還需要進一步發(fā)展完善。現(xiàn)有水閘門因為不可移動,或因障礙物無法自動關(guān)閉而起不到作用。從近3年事故救援情況看,有些設(shè)備很少用或不用,在救援中未發(fā)揮應(yīng)有的作用。

        3.4 監(jiān)管監(jiān)察技術(shù)力量薄弱

        由于煤礦事故多發(fā),煤監(jiān)部門采取了多種方法對煤礦、特別是對整合煤礦和發(fā)生傷亡事故的企業(yè)進行了監(jiān)管,主要的監(jiān)督方法是依據(jù)國家《規(guī)程》和《規(guī)定》,對煤礦防治水工程進行審批和監(jiān)督,并委派專門人員駐礦盯守。但據(jù)調(diào)查,駐礦盯守人員大多沒有經(jīng)過正規(guī)院校培養(yǎng),沒有監(jiān)管的技術(shù)能力,難以及時發(fā)現(xiàn)煤礦越界開采的弄虛作假行為。

        4 事故防范的對策建議

        4.1 加大對水文地質(zhì)管理的監(jiān)管監(jiān)察力度

        對于生產(chǎn)礦井,要進一步強化煤礦水文地質(zhì)管理的基礎(chǔ)性工作,開展隱蔽性致災(zāi)因素勘查,規(guī)范、完善水文地質(zhì)圖紙和臺賬,加大監(jiān)管監(jiān)察力度,提高煤礦防治水基礎(chǔ)資料的準確性、完整性;對于整合煤礦,應(yīng)嚴格根據(jù)其水文地質(zhì)條件,合理準確地劃分煤礦水文地質(zhì)類型,對水文地質(zhì)條件中等及以上的煤礦,應(yīng)請有資質(zhì)的單位進行水害治理設(shè)計。各生產(chǎn)煤礦和在建煤礦要和相鄰煤礦保持業(yè)務(wù)聯(lián)系,定期和相鄰煤礦交換圖紙,保證資料及時更新,防止誤揭采礦積水區(qū)。

        4.2 監(jiān)督煤礦主體嚴格落實探放水措施

        要針對轄區(qū)內(nèi)水害狀況有針對性地開展監(jiān)管監(jiān)察工作,如防治水工程布置、程序、技術(shù)人員配置,探放水技術(shù)和設(shè)備等是否符合《規(guī)程》和《規(guī)定》中的要求。特別是防治水技術(shù)人員配置如果不符合要求,是否委托中間機構(gòu)執(zhí)行,探放水制度和應(yīng)急預案是否有效,水害防治措施是否落實等。根據(jù)隱蔽致災(zāi)因素普查的結(jié)果,實施水害可采區(qū)、緩采區(qū)、禁采區(qū)分區(qū)管理,嚴格落實“三專兩探一撤”措施,緩采區(qū)要組織編制探查設(shè)計,查明隱患,提出治理措施并經(jīng)過論證后,才可將緩采區(qū)轉(zhuǎn)為可采區(qū),對于采取措施后仍然無法保證施工安全的,要將該區(qū)域設(shè)為禁采區(qū),禁止在該區(qū)域進行采掘施工。

        4.3 研究制定應(yīng)對極端天氣的防范技術(shù)措施

        近3年洪水倒灌事故及涉險事故頻發(fā),尤其是西北地區(qū),要加強雨季防范洪水倒灌技術(shù)措施,要將可能與地表連接的地方封閉或采取相應(yīng)措施,有效阻擋地表水涌入礦井。位于山區(qū)的煤礦,要注意防范暴雨引發(fā)的山體滑坡,應(yīng)在危險區(qū)域設(shè)置堅實且有排水孔的墻。要嚴格按照《規(guī)程》規(guī)定設(shè)置水倉,配備足夠的水泵,嚴格落實三防工作,保證排水設(shè)備、供電裝置的穩(wěn)定運行。同時要加強安全監(jiān)察、氣象、國土、海洋等部門的協(xié)調(diào)聯(lián)動,建立和完善自然災(zāi)害引發(fā)生產(chǎn)安全事故的預報、預警和預防機制。

        4.4 加強防治水專業(yè)人才隊伍建設(shè)

        在水文地質(zhì)條件復雜、受老空水威脅的煤礦,應(yīng)配備正規(guī)院校畢業(yè)的防治水技術(shù)人員或委托具備此類資質(zhì)的機構(gòu)為其進行防治水技術(shù)服務(wù)。建立防治水專業(yè)人員培訓制度,培養(yǎng)更多探放水專業(yè)技工,彌補我國目前探放水技術(shù)工人的不足,保障井下探放水工程質(zhì)量。從事煤礦水害監(jiān)管監(jiān)察的工作人員應(yīng)取得與煤礦防治水相關(guān)的工程師證,或正規(guī)院校畢業(yè)的學歷證明,同時還要附加煤礦防治水工作經(jīng)驗證明,對專業(yè)技術(shù)人員不足的監(jiān)管監(jiān)察部門,應(yīng)積極聘請專家,依靠專家的技術(shù)經(jīng)驗開展相關(guān)監(jiān)管監(jiān)察工作。

        4.5 不斷提高事故救援技術(shù)及裝備水平

        進一步提高救援速度和效果,建立國家級水害救援中心和省級、市級和礦區(qū)級水害救援分中心,各分中心應(yīng)能夠滿足《煤礦安全規(guī)程》對救援隊伍的要求。支助排水和救援設(shè)備研發(fā)機構(gòu)和企業(yè),支持新技術(shù)、新材料和新工藝應(yīng)用,鼓勵性能可靠、使用輕便、經(jīng)久耐用、拆裝方便的潛水泵等配套設(shè)備研發(fā)[8]。加強專職化和集中化救援隊伍建設(shè),培養(yǎng)一批能夠操作先進救援設(shè)備、技術(shù)過硬的快速反應(yīng)救援人才,組織省級、市級政府分管安全的領(lǐng)導干部和企業(yè)安全高管進行救援指揮技術(shù)培訓,掌握指揮設(shè)備運用和救援程序。

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