根据甲煤矿2006年矿井地质报告所述,7#煤层直接顶板为K4石灰岩,中厚层状,富含裂隙,裂隙水发育,为裂隙水含水层。由于甲煤矿非法开采7#煤层,导致灰岩裂隙水通过裂隙通道涌入7#煤层采空范围。由于7#煤属于乙煤矿批采煤层,当乙煤矿采至甲煤矿越层附近时,极易发生采矿区突水事故,其后果不堪设想。
综上所述,在下决心治理煤矿安全隐患,杜绝重特大矿难事故的发生时,应当从煤矿采矿权设置、采矿权人实际开采活动范围的合法性界定上下功夫,采用多种勘探手段查明已被整合煤矿实际开采范围,进行煤矿安全隐患治理。只有这样,才能在煤矿安全生产方面,抓住煤矿事故根源,杜绝事故发生,否则只能是头痛医头,脚痛医脚,不能实现我省煤矿安全生产根本性好转。
2 资源整合后矿区水害探测的研究内容
在未对煤炭资源进行整治之前,由于不同时期管理的具体要求和技术条件的限制,不同的地区采用的坐标系不同等等,造成了矿业权登记的坐标位置与矿业权实际位置的误差,产生了矿界交叉;另外、受国家鼓励发展乡镇矿山企业政策的影响、对矿产资源批采实行了分层、分矿种发证。因此,在煤炭采矿权在设置中存在着位置交叉、重叠、交叉重叠等问题,造成了滥采滥挖的情况比较严重,特别是无证开采的小煤窑对资源的破坏最为严重。在进行煤矿整理规范化后,禁止了滥采滥挖,但以留下了许多老窑采空区,老窑采空区随着时间的推移,位置和破坏的程度很难确定,给煤矿的开采带来了很大的隐患。老窑水就是一个最明显的例子。老窑水一般分布在老矿山的浅部,它具有三个方面充水特点:(1)老窖水以静储量为主,静储量与采空区分布范围有关。(2)老窖水为多年积水,水循环条件差,水中含有大量H2S 气体,并多为酸性水,有较强的腐蚀性。(3)老窑突水一般水势迅猛,硫化氢气体危害性大。因此,资源整合后矿区水害防治技术研究的内容和需要解决的关键技术问题,随之而发生了明显的变化。
1. 根据国家安全生产监督管理总局发布的《煤矿防治水规定》和《矿区水文地质工程地质勘探规范》,对现有水文地质资料不能满足生产建设的矿区或者矿井进行专项水文地质补充调查。矿区或者矿井未进行过水文地质调查或者水文地质工作程度较低的,应当进行补充水文地质调查。进行补充水文地质调查的具体对象是:一个具有相对独立补给、径流、排泄条件的水文地质单元内所有矿区。
2. 矿井充水条件分析,是矿床水文地质学重要研究内容之一,也是矿井水文地质工作的重要环节之一,它包括三个方面:一是充水水源;二是充水通道;三是充水强度。根据充水条件特征,可将矿井充水条件分析划分为:自然充水条件分析和人为充水条件分析。
3. 对矿区水文地质条件重新做出评价。矿井水文地质条件主要包括如下5个方面:(1)含水层、隔水层的结构及空间展布规律;(2)地下水的补给、径流及排泄条件;(3)不同含水层及同一含水层地下水水化学特征及分区特征;(4)地下水动态及均衡特征;(5)矿井涌水量大小。矿井水文地质条件有着丰富的内涵,是做好矿井水文地质工作的基础。
4. 评价结果及应用
(1)建立水文地质概念模型。矿井充水条件的立体模型,它主要回答什么地方有水?水怎么来?可能来多少水?第一、需要搞清边界断层及井田内主要断层的控水作用;第二、通过放水试验搞清主要充水含水层的富水性分区特征,最好能给出富水性分区图;第三、含隔水层厚度及其空间结构能够通过数字立面图来展示,地下水实现体视化,建立水害数字平台。
(2)使用好矿井充水性图。矿井充水性图是日常矿井井水文地质工作的基础性图件,是矿井水情水害分析和信息交流的平台,为了充分反映矿井的充水特点,要求对新揭露的涌水点要及时填绘在图上,并配有分析性说明文字。同时,尽可能将不同采区、不同煤层揭露的地下水信息相互对比分析研究,提出在信息显示上能够得到相互验证的矿井充水立体数字模型。
(3)划分矿井水文地质类型。在矿井水文地质条件研究的基础上,指出矿井开采的主要水害问题,划分矿井水文地质类型(简单、中等、复杂、极复杂),阐明水害要素(水源、通道)随着开采深度增加、采场面积扩大有利和不利的转化方向及变化趋势。在条件具备的情况下,对水害威胁程度或水文地质条件复杂程度做进一步分区,在条件暂不具备的情况下,指出水文地质补充勘探的方向。以上述分区为基础,对不同分区还应投入的勘探工程以进一步查清条件做出说明。
4 需要解决的关键性技术问题
采空区探测问题是解决整合后矿区水害问题的关键技术。在采空区探测问题上,过去一直沿用瞬变电磁法、直流电法和地震勘探等手段进行采空区水害探测。由于受技术手段和煤层屏蔽现象所干扰,在采空区探测问题上,目前只能探测离地表近的一层煤层的采空区分布范围,对多层煤层因开采形成的采空区及其分布范围,在技术手段上还不能解决此类问题。为了研究解决该问题,笔者认为应从三个方面着手:
1.利用山西省煤炭资源整合前矿权设置中存在的交叉重叠问题,分析矿权人非法越层越界开采行为的可能性及范围,如甲乙煤矿批采深度重叠平面图1-2中7#煤层大致开采范围,充分说明了资源整合前矿权人存在非法越层开采煤层的问题,造成资源整合后整合矿区内存在一定数量的隐伏采空区问题。
2.在采空区实地调查和分析研究的基础上,确立资源整合后采空区探测重点目标。
3.利用三维地震、瞬变电磁法、直流电法和钻探等手段进行综合勘探和验证。
5 结论与建议
根据国内外同类项目研究动态,目前我国在整合矿区水害探测关键技术方面已具备可行性,具体体现在以下两个方面:
1.2009年—2010年山西已完成了全省矿业权实地核查工作,共有601对矿权存在交叉问题,占全省矿权总数的8.04%,其中煤矿与煤矿有428对,非煤矿与非煤矿有127对,探矿权与探矿权有46对。为资源整合后矿区查明采空区(包括隐伏采空区)提供了详实的基础资料。
2.矿山采空区灾害风险评估技术的诞生,为资源整合矿区水害探测提供了强有力的技术支撑。过去,在采空区水害探测方面通常采用的是电法、地震等物理勘探方法,由于受技术和地形等其他条件的制约,采空区位置、规模与矿山采掘取得的资料有一定误差。另外对于位于同一位置上的多层煤层采空区,受煤层界面的屏蔽性,一般只能探测到最上一层煤层采空区的位置及规模,对于下伏煤层采空区的探测则效果不太明显。矿山采空区灾害风险评估技术采用电磁法、微重力法、弹性波法等综合物探方法结合钻孔激光扫描技术,可准确掌握隐伏采空区的空间形态;采用卫星遥感和高精度GPS测量技术,可建立三维地质模型,通过数值模拟定量计算和GIS综合分析,评估采空区稳定性和塌陷区影响区域,划分危险等级。虽然该成果适用于金属非金属地下矿山,但是为煤炭资源整合后矿区水文地质单元内的水文地质条件的普查和勘探提供了较为可靠的技术手段,同时对整合后矿区内水害探测方法的研究具有借鉴意义。
建议:国家安全生产监督部门应把整合矿区水害探测技术作为科研项目进行详细论证,进行技术手段整合,研究整合矿区水害分布类型,为制定切实可行的防治方案提供可靠的资料。
作者简介:吴杨云,男,山西新绛人,地质工程师,注册安全工程师,主要从事煤矿安全和地质勘探安全研究。