矿井重大安全风险辩识评估及应用

郭 斌，郭 可

（陕西有色榆林煤业有限公司，陕西 榆林 719000）

1 煤矿基本概况

1.1 煤层概况

杭来湾井田四周井田属于陕西榆神矿区一期规划区，井田呈北东－南西向（48°～318°）展布。系一套河湖交替相含煤沉积，根据岩石组合、含煤特征、旋回结构等，进一步划分为四个段。其中第三段含3号、4-1号、4-2号煤层，第二段含5号、6号、7号煤层，第一段含8号、9号煤层。据钻孔统计，单孔含煤层8～16层，可采煤层累加厚度7.28～14.16 m，平均10.64 m；据区内所有穿透整个延安组的钻孔统计，单孔可采煤含煤率3.66%～4.10%，平均3.94%。平面上，煤层累加厚度、单孔可采煤含煤率等，矿区东北部明显大于南西部；这与3号主煤层厚度变化规律基本一致，说明区内延安组煤层累加厚度、单孔可采煤含煤率等的变化，3号煤层起决定作用。延安组9层具对比意义的煤层中，含可采煤层6层，全区可采，是区内主采煤层；3－1号、8号煤层厚度虽不大，但稳定性好，属次要可采煤层；4－1号、5号、7号煤层局部可采，其它煤层仅个别点可采[1]。

由杭来湾煤矿3号煤层为稳定煤层，3-1和8号煤层为较稳定煤层，4-1、5、7号煤层均属于不稳定煤层划分，煤层稳定程度类型属于简单[2]。

1.2 采煤方法简介

3号煤301盘区采用倾斜分层大采高复合假顶综合机械化采煤法开采；工作面装备175台JOY-RS198型液压支架，在胶运顺槽超强压力段装备单排单体支柱，回风顺槽装备两台ZT5000/26/40型超前支架。工作面配备一台LWS775型采煤机，一套AFC3×1000型刮板输送机等设备。

2 矿井主要灾害辨识

2.1 水灾灾害

水文地质类型为复杂型，矿井最大涌水量大约为1 060 m3/h。根据矿井水文地质报告，对矿井充水水源辨识如下：

1）直接充水水源。杭来湾煤矿目前开采的3号煤层，其煤层顶板直罗组底部“七里镇砂岩”及延安组第四段底部“真武洞砂岩”，是矿井充水的主要来源。钻孔揭露“七里镇砂岩”段时，最大值可达1 m3/h，含水层裂隙发育程度较高。根据回风斜井掘进资料，揭露砂岩层时掘进面潮湿，具有明显的含水特性[3]。

2）间接充水水源。研究区内第四系松散层稳定水位深度为2.90～18.35m，稳定水位标高介于1231.72～1 263.37 m，属潜水类型，补给主要为大气降水、区域性侧向补给及沙漠凝结水补给，受降雨影响，区域内地下水位年变幅为1.0~3.0 m。

3）其他充水水源。矿井周边生产矿井榆树湾煤矿、薛庙滩煤矿采空区及积水位置、范围、积水量清楚；其余大梁湾煤矿、沙炭湾煤矿、十八墩煤矿采空区面积及积水情况不详，但其距煤矿近5年开采区域均较远，其积水不威胁矿井安全。矿井西北角分布一废弃小煤矿－南洼煤矿，该矿原采矿许可证范围分别属于金鸡滩井田（原证北部）和杭来湾井田（原证南部），在煤矿刚建成进行试采时，恰遇煤矿整顿，于2000年后被关闭。根据调查资料显示，该煤矿虽建设至竖井见煤（3号主煤层），但由于煤矿开采时间短，形成的采空区极其有限，再加之关闭时间较久远，以前无井下测量资料，目前无法进行井下测量。因此，该废弃老窑采空区范围、位置、积水情况等无法准确确定。但其据煤矿近5年开采区较远，对煤矿开采影响不大。

2.2 火灾灾害

3号煤层属I类容易自燃煤层。根据西安科技大学2018年5月出具的《杭来湾煤矿3号煤层自然发火规律及预测预报技术研究验收报告》，现采3号煤层，实际最短自然发火期52 d[4]。

自建矿以来没有出现瓦斯突出、喷出等现象。井下瓦斯主要来自开采煤层的自然释放，因为矿井主采煤层埋藏浅，裂隙发育等，属于低变质煤，瓦斯含量小，但是瓦斯对井下采掘作业仍有一定影响。井下二氧化碳主要来自防爆车辆尾气排放，其次来源于开采煤层的自然释放。鉴定结果为低瓦斯矿井[5]。

2.3 煤尘灾害

3号煤层煤尘爆炸实验可得出火焰长度大于400 mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为50%，煤尘具有爆炸危险性。

2.4 顶板灾害

杭来湾煤矿及周边矿井建矿以来未发生煤爆、岩爆等矿井冲击地压表现及特征。杭来湾煤矿冲击地压危险性属于无冲击危险。

3 主要灾害的评价

3.1 水灾灾害评价

水安全风险辨识:掘进、回采工作面范围内地面勘探钻孔封堵不良，存在溃水溃沙风险；采空区积水过多，存在水淹矿井风险；30110工作面回采期间，采空区涌水，工作面可能发生水灾；30202胶辅运顺槽及切眼掘进工作面靠近井田边界时，存在老空区透水风险。

3.2 火灾灾害评价

火安全风险辨识：井下堆煤、遗煤超过自然发火期，可能引发火灾。；井下充填密闭使用高分子材料，可能引发火灾；掘进工作面过地质构造带高冒区处，可能存在煤层自然发火风险；带式输送机运输期间，存在磨损发火、断带风险。

3.3 煤尘灾害评价

煤尘安全风险辨识：30110、30201综采工作面煤机割煤时，工作面及回风巷存在煤尘堆积、超限的风险；储煤场内装、卸煤作业时易产生煤尘，存在煤尘超限风险。

3.4 顶板灾害评价

顶板安全风险辨识:30110、30201综采工作面回采期间机头大面积悬顶，顶板垮落时，存在飓风伤人的风险；30110、30201综采工作面机尾超前压力段正、副帮压力较大，存在大面积溃帮或冒顶风险；切眼大断面掘进时，存在大面积冒顶风险；回撤通道处于低位的永久密闭外顶板，由于水位太高，长期浸泡，存在离层、冒顶风险；井下立交施工，存在冒顶片帮风险；30110、30201综采工作面回采过程中，煤壁易发生片帮风险；末采时主回撤通道垛式支架未按设计要求支护或支护质量不合格，存在冒顶风险；回采工作面回撤时液压支架回撤顺序不合理，存在冒顶风险；回采工作面安装时顶板支护不及时，存在冒顶风险；30110、30201综采工作面过地质钻孔时，存在冒顶片帮风险。

3.5 风险评估

采用作业条件危险性分析法，危险性D＝L×E×C，其中，L为事故发生的可能性，E为暴露于危险环境的频繁程度，C为事故产生的后果。D值不小于320，确定为重大风险；D值介于160～320，则为较大风险；D值介于70～160，定为一般风险；D值小于70，确定为低等风险。通过对风险点进行辨识评估，确定重大风险6项。其中重大安全风险包括：一是采空区积水过多，存在水淹矿井风险。30202胶辅运顺槽及切眼掘进工作面靠近井田边界时，存在老空区透水风险；30110、30201综采工作面回采期间，采空区涌水，工作面可能发生水灾；二是30110、工作面回采、封闭期间，可能发生煤层自然发火的风险。三是30110、30201综采工作面煤机割煤时，工作面及回风巷可能存在煤尘堆积、超限的风险。四是30201综采工作面初采期大面积悬顶，30110、30201综采工作面回采期间机头大面积悬顶，顶板垮落时，存在飓风伤人的风险。

4 灾害的预防措施

4.1 水灾灾害预防主要措施

1）采空区积水过多，存在水淹矿井风险。工程技术措施：构筑厚度为4 m的永久防水防火密闭墙，工程质量符合规定要求；在回撤通道每个密闭设置1个水位计，每班观测密闭墙水位，发现密闭水位过高及时疏放采空区积水，确保采空区积水低水位运行。

2）30110、30201综采工作面回采期间，采空区涌水，工作面可能发生水灾。工程技术措施：工作面回采期间，按照工作面预测的最大涌水量的2倍设置相应能力的排水泵、排水管路和配电设备，并确保其可靠运行。按规定检查、维护排水泵房设备。

3）30202胶辅运顺槽及切眼掘进工作面靠近井田边界时，存在老空区透水风险。工程技术措施：工作面掘进前，根据物探、钻探和二维地震勘探资料，查明工作面掘进范围内水害威胁因素；掘进工作面接近井田边界附近时，严格执行探放水排除老空区透水威胁。严格按照执行“停止、允许掘进单”制度，留足足够的安全距离，严禁冒险掘进。

4.2 火灾灾害预防主要措施

30110工作面回采、封闭期间，可能发生煤层自然发火的风险。

工程技术措施：综采工作面推进速度大于4.5 m/d；每周对密闭内外气体成份及密闭质量进行检查；在综采工作面回风隅角、密闭区建立自然发火观测点，预测预报出现CO体积浓度超过24×10-6，温度超过26℃时立即采取措施处理；采取自然火灾束管监测系统、安全监测监控系统、光纤测温监测系统对自然发火进行监控；出现CO浓度短时间内显著升高，加强采空区注氮、灌浆等综合防灭火措施；注氮量1 024.2 m3/h，灌浆量162 m3/d，喷洒阻化剂工作面每循环1.57 m3。

4.3 煤尘灾害预防主要措施

30110、30201综采工作面煤机割煤时，存在煤尘堆积、超限的风险。工程技术措施：防尘罩、喷雾装置完好可靠；进风巷道设置风流净化水幕，回风巷道设置降尘水幕，水幕完好可靠，生产期间全部开启喷雾降尘；定期检查维护降尘装置，确保降尘装置完好可靠；割煤时必须喷雾降尘；连采机、锚杆机配备除尘器，并确保其完好可靠；进风巷道设置风流净化水幕，回风巷道设置降尘水幕，生产期间全部开启喷雾降尘；定期检查维护降尘装置，确保降尘装置完好可靠。

4.4 顶板灾害预防主要措施

30201综采工作面初采大面积悬顶，30110、30201综采工作面回采期间机头大面积悬顶，顶板垮落时，存在飓风伤人的风险。

采取工程技术措施：制定初采顶板管控专项强制放顶措施，确保采空区顶板随采随冒。