林起火山梁型鋁礦開采致災(zāi)暴雨淹井原因分析

林起火山梁型鋁礦開采致災(zāi)暴雨淹井原因分析

1暴雨大力大力生產(chǎn),發(fā)生嚴(yán)重連鎖反應(yīng)的重大事故林氏鋁礦是中國唯一的斜伏鋁礦開采礦床。由于礦區(qū)巖溶發(fā)育,地質(zhì)勘探程度不夠,巖溶發(fā)育情況沒有完全掌握,加之設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)單位無鋁土礦地下開采方面的經(jīng)驗,從1987年5月開工建設(shè),1994年初投產(chǎn)至今,先后已發(fā)生3次淹井事故,其中兩次是降暴雨造成淹井。第一次暴雨淹井發(fā)生在1991年7月初,基建時期施工1290中段運輸平巷時,由于當(dāng)時井下只有施工設(shè)備,搶救及時未造成大的經(jīng)濟(jì)損失。第二次暴雨淹井事故發(fā)生在1996年7月2日,1332水平Ⅰ號平峒開采快結(jié)束,1290中段南翼采場在進(jìn)行最后兩個采場的開采。此次淹井事故造成1240、1290兩中段生產(chǎn)設(shè)備全部被淹,直接經(jīng)濟(jì)損失近百萬元,影響1290中段采場生產(chǎn)3個月。暴雨淹井已成為林歹鋁礦正常生產(chǎn)的安全隱患,每年都可能發(fā)生,必須引起生產(chǎn)單位的高度重視,采取措施予以防治。否則,將再次發(fā)生暴雨淹井事故造成重大經(jīng)濟(jì)損失。2地表雨水滲透通道筆者對兩次暴雨淹井事故作過調(diào)查分析,認(rèn)為造成暴雨淹井客觀方面有三個因素。其一是礦區(qū)東面地表無散水條件,大面積聚集雨水,并沿山溝橫穿礦區(qū),涌進(jìn)1號、2號平峒口或峒口附近的民采峒進(jìn)入坑內(nèi),并經(jīng)采場進(jìn)入1290中段,最后通過泄水井流到1240水平。其二是采礦崩落塌陷松動帶、溶洞、斷層破碎帶構(gòu)成了地表雨水滲透通道,雨水直接進(jìn)入坑內(nèi)采場和平巷。其三是井下排水設(shè)備能力有限,不能解決暴發(fā)性的涌水問題。主觀方面的原因是沒有任何應(yīng)急措施,特別是1996年7月2日淹井事故,若采取應(yīng)急措施是可以避免淹井發(fā)生的。2.1區(qū)地面雨水主要進(jìn)出入礦礦區(qū)地形見圖1。圖1中連接南、北風(fēng)井及斜井的實線為1290中段主平巷在地形圖上的對應(yīng)位置。采礦區(qū)的縱向范圍即為南、北風(fēng)井之間的礦體。圖中箭頭所指方向為地表水流向。從圖1上可看出,礦體所在山脊梁間形成了一長條形匯水帶。粗略計算匯水區(qū)的面積為1000m×300m=30萬m2。其聚集的雨水沿箭頭所指的方向分三處橫穿流過礦區(qū)。其中有兩處是經(jīng)過采礦崩落塌陷松動帶,即1號平峒、北峒口外面的沖溝位置;另一處雖不經(jīng)過塌陷松動帶,但它離2號平峒南口不足10m遠(yuǎn)。礦區(qū)東面地表雨水流經(jīng)塌陷松動區(qū)時要滲透一部分到1290中段。若下暴雨出現(xiàn)山洪時,1號、2號平峒口大量進(jìn)水,通過采空區(qū)進(jìn)入1290中段。8號露天已開采完成的V形凹陷采空區(qū)又是一個不小的積雨槽,其雨水通過1號平峒采空區(qū)全部進(jìn)入1號平峒,往下又流到1290中段平巷。1290中段平巷內(nèi)的水主要通過泄水井和泄水鉆孔流到下中段1240水平。1290中段水量過大時,則有一部分流到豎井井筒內(nèi)。井底排水泵被淹后,井底的水逐漸上升至1240水平。1240水平的水流入水倉內(nèi)被水泵排除。2.2直接滲透嚴(yán)重的表土流失2.2.1充填物與混凝土巷道1240及1290中段有數(shù)十個大小不等的溶洞連通第四紀(jì)表土層,有幾個長年出水,有的在雨季才冒水,有的溶洞充填物正在冒落,充填物落空后就變成流水管道。1290中段南翼運輸巷中的4～11號溶洞帶,給基建施工帶來了很大麻煩。施工時共處理溶洞充填物4184m3,充填物主要是泥夾石。因含水量較大,處理相當(dāng)困難,處理時間長達(dá)9個月。通過該溶洞帶時采用了加厚鋼筋混凝土支護(hù),消耗鋼材1482kg,木材.3,木插條根?，F(xiàn)仍可見鋼筋混凝土巷道施工時受壓力作用造成的裂痕。該溶洞挖出充填物很多,松動范圍估計已波及到地表層。1240水倉斜坡道混凝土巷道因溶洞水的壓力作用出現(xiàn)了開裂、崩殼破壞。1240水倉絞車硐室有一溶洞出水壓力很大,用木塞都封堵不住?；ㄊ┕せ炷料锏罆r采用膠管引水出壁。1997年5月發(fā)現(xiàn)引水膠管被塊石堵死,溶洞水進(jìn)入混凝土巷道拱壁造成21m混凝土巷道裂縫、崩殼,最大裂縫寬3cm,水從裂縫中流出。將引水膠管疏通后,水又全部從膠管中流出。雨季時,通過溶洞流進(jìn)巷道的水量明顯增大,水質(zhì)變渾,說明溶洞與地表水連通性較好。2.2.2時冒頂、出水1290中段南翼回風(fēng)聯(lián)絡(luò)道穿過了F25大斷層破碎帶,穿過破碎帶時冒頂、出水,給基建施工帶來很大困難。在F25斷層位置,1290中段平巷離地表較近,施工中挖出方量較大,松動范圍已波及地表,因此滲透性較好。地表水滲透入破碎帶后以巷道拱壁為出水口流入巷道內(nèi)。2.2.3崩落凹陷滑動帶林歹鋁礦采用的是崩落法采礦,上下盤圍巖自然崩落充填采空區(qū)。礦體為°左右的急傾斜礦體。由于坑內(nèi)采場離地表較近,1號平峒采場頂部就是8號露天采空區(qū)底部,故圍巖崩落后在地表逐漸形成塌陷或松動帶。塌陷松動帶內(nèi)的雨水直接滲入采場。其中一部分水從放礦漏斗直接下到裝礦平巷。一部分水經(jīng)脈外天井聯(lián)絡(luò)道流到脈外天井,從脈外天井進(jìn)入中段平巷。1996年7月2日淹井,1290中段南翼1號脈外天井就是主要進(jìn)水通道。事后在其井底殘留著大量泥砂。泥砂在巷道中堆積厚度30～60cm?？梢詳喽?號脈外天井是此次淹井流入泥砂和雨水的主要通道。為分析降雨量對井下涌水量的影響,現(xiàn)引入崩落塌陷松動帶滲水量計算公式。崩落塌陷松動帶因面積大,故是雨水滲入礦坑的主要通道。暴雨通過崩落塌陷松動帶的滲水量可用下列公式計算:崩落帶面積F=(L+2hctgα)×(b+2hctgα)(1)式中h———地面平均標(biāo)高至開采中段的高度,m;式中K———滲入系數(shù),根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)結(jié)合林歹地區(qū)地形植被,覆蓋層等確定為0.7;F———崩落帶面積,m2。2.3礦井涌水量分析暴雨猛,時間長,形成山洪水,大量雨水滲入井下巷道,井下涌水量成暴發(fā)性增加,而排水設(shè)備能力有限,涌水量大大超過排水能力,具備了淹井的客觀條件。林歹鋁礦因基建施工豎井1190中段馬頭門時發(fā)生突水淹井,治水后經(jīng)探明豎井下面還有大溶洞,無法再延伸,經(jīng)上級批準(zhǔn),設(shè)計一期開采深度到1240中段。排水系統(tǒng)設(shè)置了三臺D155-30X4型水泵(流量155m3/h,揚程H=120m),泵房內(nèi)預(yù)留了1臺泵的安裝位置,1240水平設(shè)儲水倉兩個,容積共1200m3。3臺水泵設(shè)計上安排是,平常1臺水泵工作,1臺備用,1臺檢修。設(shè)備的最大排水量見表1。由表1可知,排水設(shè)備能力是有限的,只要礦坑總涌水量超過了當(dāng)時可開動設(shè)備的排水能力,就將發(fā)生設(shè)備淹沒事故。1996年7月2日淹井事故就是實證。根據(jù)二礦調(diào)度室從清鎮(zhèn)氣象站了解的信息利用公式(1)、(2)來計算1996年7月2日林歹井下的暴雨滲入量。對比暴雨滲入量與設(shè)備排水能力,可知設(shè)備能力的有限性。據(jù)清鎮(zhèn)氣象站通報的信息,7月1～3日的總降雨量為334.3mm,7月2日雨量最大,降雨量為A=224mm。采空區(qū)崩落角為70°,當(dāng)時采空區(qū)長度約為500m,采空區(qū)底部寬度約為5.5m,地面平均標(biāo)高約為1370m,開采最低標(biāo)高1290m,高差h=80m。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(1)、(2)分別計算出崩落帶面積F=35582m2,暴雨滲入量Q=5579m3/d。根據(jù)水文地質(zhì)條件計算出1290中段的礦坑最大涌水量為2318m3/d(不含暴雨通過采空區(qū)崩落帶、破碎帶滲入量)。7月2日林歹井下的總水量Q總等于暴雨滲入量加礦坑最大涌水量,即平均每小時的涌水量為329m3,當(dāng)時開動了2臺泵,其排水量為310m3/h,顯然平均涌水量已經(jīng)大于排水能力。實際當(dāng)天降雨量不是均衡的,上午稍小,下午雨量增大,到晚上8點多鐘,礦區(qū)東面聚積的雨水成洪水流入礦區(qū),1號和2號平峒口之間地帶積水深0.5m左右,1號、2號平峒進(jìn)水,豎井井筒也進(jìn)水,井下水量猛增,井下涌水量大大超過2臺泵的排水能力231m3/h,1240泵房很快被淹。排水設(shè)備被淹沒后,礦坑水只進(jìn)不出,幾個小時后就淹到1290中段。7月3日早上七點多鐘,礦坑水從1290斜井口(標(biāo)高1307水平)泄流,整個井下被淹。顯然,礦坑涌水量受降雨量和雨量集中程度影響非常大。若降雨量很大,又比較集中,則礦坑涌水量具有暴發(fā)性。排水設(shè)備吃不消,加之主觀上處理措施不力,則淹井事故必然要發(fā)生。3運輸平巷排水措施林歹鋁礦暴雨淹井的防治應(yīng)堅持“堵防結(jié)合、以防為主”的方針。“堵”就是盡可能地治理、堵塞地表雨水、泥砂滲入井巷的通道。首先,應(yīng)治理崩落塌陷、松動區(qū)內(nèi)東面積雨流經(jīng)的沖溝?？刹捎没靥钅嗤敛⒑粚?然后設(shè)置大混凝土涵管,將雨水引流出塌陷、松動帶;或砌毛石水溝,溝內(nèi)用混凝土砂漿抹面,防止雨水流過塌陷松動帶時滲漏。經(jīng)常觀察水溝是否開裂滲水,若出現(xiàn)開裂要及時修補(bǔ)。其次,封堵已開采完不再使用的1號、2號平峒南北峒口,防止雨水涌入。這兩個平峒口都是進(jìn)水的大通道,非堵不可。第三,封堵1290中段平巷內(nèi)現(xiàn)仍在冒落泥砂的大小溶洞。這些冒落泥砂的溶洞若不及時封堵,待溶洞中的泥砂冒落完后,溶洞就變成了地表雨水進(jìn)入井巷的流通管道。第四,封堵1290中段已不再使用的脈外天井,特別是南翼的1號、2號脈外天井非堵不可?！胺馈本褪侵贫A(yù)防措施和應(yīng)急方案,防止出現(xiàn)大的災(zāi)害損失。若出現(xiàn)大暴雨,井下水量大于設(shè)備排水能力,則按照如下應(yīng)急方案行事,可以避免發(fā)生淹井事故。第一,在豎井井口附近堆存細(xì)砂,并準(zhǔn)備一定數(shù)量的袋子。若豎井口工業(yè)場地積水較多時,趕緊組織人裝砂袋圍護(hù)井口,防止雨水大量從井口流入豎井內(nèi)。第二,井下涌水量大于坑內(nèi)設(shè)備排水能力時,及時關(guān)小1240中段兩個水倉的出水閘閥,讓水倉出水量小于當(dāng)時可運行設(shè)備的排水能力,同時關(guān)閉水泵房的防水門,防止水泵房內(nèi)進(jìn)水。關(guān)小水倉出水閘閥和水泵房的防水門是應(yīng)急保護(hù)水泵房的兩項重要工作,缺一不可。1996年7月2日井下涌水量大時,若生產(chǎn)單位有人知道吸水槽內(nèi)有兩個水倉出水閘閥及其作用,在關(guān)閉防水門的同時,及時關(guān)小閘閥,水泵房就不會被淹,淹井事故就不會發(fā)生。第三,井下涌水出現(xiàn)緊急情況時,變1290或1240中段巷道為臨時儲水倉蓄水,緩沖1240中段水倉的壓力。1290中段運輸平巷總長1100m,凈空間13000m3,10倍于水倉容積。充分利用中段巷道作臨時蓄水倉,能夠解決突發(fā)性涌水問題。開采1290中段采場,1240中段未形成時,可在1290中段車場三角交岔點附近適當(dāng)位置儲備應(yīng)急砂袋。在1240中段水泵房防水門關(guān)閉,水倉出水閘閥關(guān)小后,1240中段巷道內(nèi)水位上升較快時,應(yīng)封堵1290中段南北運輸巷和裝礦巷道,用其作臨時水倉蓄水,緩沖、調(diào)節(jié)流到1240水倉的水量,能有效防止水泵房被淹。開采水平下降到1240中段時,則完全可以利用防水門和水倉出水閘閥來保護(hù)水泵房不被水淹,保證水泵正常工作,逐漸排出坑內(nèi)水。若1240中段操作平臺電器設(shè)備較多,同樣可采取變巷道為臨時水倉的辦法來保護(hù)操作平臺的電器設(shè)備不被水淹,使損失減少到最小。4特殊巷道的排水措施防治暴雨淹井最徹底的辦法是改崩落法采礦為充填法采礦,避免出現(xiàn)崩落塌陷、松動帶。否則,開采1240水平以下的礦體,崩落范圍增大,暴雨淹井的問題更為突出。但改變采礦方法要與技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性結(jié)合起來考慮,目前不是首選方案。熟悉井下生產(chǎn)系統(tǒng),防范于未然