可行性研究報(bào)告中礦井水文地質(zhì)類型和瓦斯等級(jí)的確定

王和德

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

礦井水和瓦斯是礦井安全生產(chǎn)的重要隱患，必須從設(shè)計(jì)咨詢開始，從源頭上明確等級(jí)、按照規(guī)定采取措施，才能更有效的保證礦井安全生產(chǎn)?？尚行匝芯繄?bào)告是正確確定礦井水文地質(zhì)類型和瓦斯等級(jí)、并按照相應(yīng)規(guī)范、規(guī)定制定安全措施的重要階段。因此，如何在可行性研究報(bào)告中正確分析計(jì)算、確定礦井的水文地質(zhì)類型和瓦斯等級(jí)，對(duì)于礦井的初步設(shè)計(jì)中細(xì)化、量化安全措施和以后在建設(shè)生產(chǎn)中認(rèn)真執(zhí)行安全措施、以保證礦井的安全生產(chǎn)至關(guān)重要[1-3]。近幾年，在可行性研究報(bào)告編制中對(duì)于礦井水文地質(zhì)類型和瓦斯等級(jí)的確定中存在一些模糊的概念，以至于出現(xiàn)等級(jí)確定錯(cuò)誤，導(dǎo)致設(shè)計(jì)返工或已施工工程廢棄等嚴(yán)重后果。本文試圖進(jìn)一步明確相應(yīng)概念并將其更準(zhǔn)確地用于設(shè)計(jì)咨詢中。

1 可行性研究報(bào)告中礦井水文地質(zhì)類型的確定

1.1 礦井水文地質(zhì)勘探類型的劃分和涌水量預(yù)算

在可行性研究報(bào)告中礦井水文地質(zhì)類型的確定方面易產(chǎn)生模糊概念的部分大多源自于礦井井田地質(zhì)勘探報(bào)告中對(duì)于礦井水文地質(zhì)勘查類型的定性和《礦井防治水細(xì)則》[4]中規(guī)定。

礦井可行性研究報(bào)告的主要地質(zhì)依據(jù)為礦井井田地質(zhì)勘探報(bào)告，井田地質(zhì)勘探報(bào)告中一般都有關(guān)于礦井水文地質(zhì)勘探類型的界定、全礦井或先期開采地段涌水量的預(yù)算。根據(jù)《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》[5]，礦井水文地質(zhì)勘查類型按直接充水含水層含水空間特征，劃分為以孔隙含水層為主、以裂隙含水層為主和以巖溶含水層為主的礦床等三類；按直接充水含水層的富水性及補(bǔ)給條件，把各類礦床劃分為水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、中等和復(fù)雜的礦床等三型。而礦井涌水量的預(yù)算則主要是根據(jù)井田水文地質(zhì)特征，分析邊界條件和礦井充水方式，合理選擇參數(shù)及計(jì)算方法，預(yù)算礦井第一水平和礦井的正常和最大涌水量。礦井涌水量預(yù)測(cè)方法[6]一般多采用水文地質(zhì)比擬法、大井法[7]、解析法、數(shù)值法等方法確定，估算礦井最大涌水量多為正常涌水量的1.5倍左右。

1.2 礦井水文地質(zhì)類型的確定

首先應(yīng)明確井田地質(zhì)勘探報(bào)告中的水文地質(zhì)類型針對(duì)的是勘探類型，僅為滿足井田地質(zhì)勘查程度過(guò)程中的水文地質(zhì)勘查工程量而使用，而不是對(duì)礦井水文地質(zhì)類型的確定[8]。所預(yù)算的礦井正常和最大涌水量也非礦井可行性研究報(bào)告中的設(shè)計(jì)礦井涌水量。

礦井水文地質(zhì)類型的確定在礦井可行性研究報(bào)告中主要用于對(duì)礦井防治水設(shè)計(jì)的需要。主要依據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》，其中明確規(guī)定，礦井水文地質(zhì)類型的劃分是根據(jù)井田內(nèi)受采掘破壞或者影響的含水層及水體、井田及周邊老空水分布情況、礦井涌水量、突水量、開采受水害影響程度和防治水工作難易程度，將礦井水文地質(zhì)條件劃分為簡(jiǎn)單、中等、復(fù)雜和極復(fù)雜4種類型(共八個(gè)條件)。其中對(duì)新建或改擴(kuò)建礦井一般情況而言，含水層的單位涌水量、礦井的正常涌水量和礦井是否具有巖溶含水層突水威脅是確定礦井水文地質(zhì)條件類型的主要條件。

礦井可行性研究報(bào)告中將井田地質(zhì)勘探報(bào)告中的礦井水文地質(zhì)勘查類型和礦井涌水量的預(yù)測(cè)[9]作為重要參考，并對(duì)比《煤礦防治水細(xì)則》確定礦井水文地質(zhì)類型。實(shí)際可行性研究報(bào)告中遇到的很多情況是“有可能地質(zhì)勘探報(bào)告中確定的礦井水文地質(zhì)勘探類型為裂隙充水含水層、水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單或中等的礦床，而按照礦井正常涌水量對(duì)比《煤礦防治水細(xì)則》則超過(guò)了簡(jiǎn)單或中等類型的情況，如礦井正常和最大涌水量分別為180m/h

應(yīng)注意的是：一是確定礦井涌水量時(shí)應(yīng)在井田地質(zhì)勘探報(bào)告預(yù)算正常涌水量基礎(chǔ)上，再考慮井下消防灑水和灌漿后的析出水量；二是如果礦井存在巖溶含水層威脅時(shí)，當(dāng)突水系數(shù)普遍大于0.06以上時(shí)，應(yīng)考慮參照《煤礦防治水細(xì)則》中的有關(guān)規(guī)定，從礦井突水對(duì)礦井安全生產(chǎn)可能造成重大威脅因素考慮，直接將礦井水文地質(zhì)類型確定為中等或中等以上類型。

案例一：陜西某礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1000萬(wàn)t/a，井田地質(zhì)勘探報(bào)告中明確井田水文地質(zhì)勘探類型屬二類一型，即以碎屑巖裂隙含水層充水為主的水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床。但可行性研究報(bào)告根據(jù)礦井正常涌水量912m3/h，最大涌水量1098m3/h對(duì)比《煤礦防治水細(xì)則》的規(guī)定，確定礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜型。

案例二：山西某礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬(wàn)t/a，可采煤層為3號(hào)、15 號(hào)煤層，由于3號(hào)、15號(hào)煤層底板標(biāo)高均低于奧灰水水頭標(biāo)高，其突水系數(shù)分別為0.040～0.117MPa/m，以及大部分地段突水系數(shù)大(均大于0.10MPa/m)，故將礦井水文地質(zhì)勘查類型劃分為復(fù)雜型。但可行性研究報(bào)告在考慮了井筒淋水、井下消防灑水等因素后，取礦井正常和最大涌水量分別為270m3/h、500m3/h。雖然按《煤礦防治水細(xì)則》中的礦井涌水量，礦井水文地質(zhì)類型只能確定為中等，但考慮到礦井主采煤層的受奧灰水威脅情況，確定礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型。

1.3 礦井水害的防治

牢固樹立以人為本，安全發(fā)展的理念，堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的方針，根據(jù)現(xiàn)行《煤礦安全規(guī)程》和《煤礦防治水細(xì)則》的相關(guān)規(guī)定[10]，在礦井可行性研究報(bào)告中正確確定礦井水文地質(zhì)類型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一系列防排水設(shè)施、配備相應(yīng)機(jī)構(gòu)、人員與防排水設(shè)備，對(duì)于水文地質(zhì)類型復(fù)雜、極復(fù)雜的礦井，還應(yīng)當(dāng)在井底車場(chǎng)周圍設(shè)置防水閘門或者另外安設(shè)排水能力不小于礦井最大涌水量的潛水泵排水系統(tǒng)。此外，在礦井可行性研究報(bào)告的安全等相關(guān)章節(jié)中尚應(yīng)體現(xiàn) “預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的煤礦防治水十六字原則，以及落實(shí) “探、防、堵、疏、排、截、監(jiān)”[11]的煤礦防治水安全措施。

2 可行性研究報(bào)告中瓦斯等級(jí)的確定

2.1 礦井瓦斯等級(jí)的確定

根據(jù)《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》，井田地質(zhì)勘探報(bào)告中應(yīng)該根據(jù)詳查階段確定的井田沼氣分帶(一般的按照二氧化碳-氮?dú)鈳?、氮?dú)?沼氣帶、沼氣帶等分帶)選擇鉆孔瓦斯采樣點(diǎn)，對(duì)可采煤層瓦斯煤樣作工業(yè)分析，測(cè)定瓦斯成分和含量。井田地質(zhì)勘探報(bào)告中一般應(yīng)按規(guī)定提出鉆孔瓦斯含量資料，也有的根據(jù)資料分析后直接給出礦井瓦斯等級(jí)的情況。

對(duì)于可行性研究報(bào)告中礦井瓦斯等級(jí)的確定，有些可直接根據(jù)井田地質(zhì)勘查報(bào)告中給出的沼氣分帶和鉆孔瓦斯煤樣確定礦井瓦斯等級(jí)。如地質(zhì)勘探報(bào)告中確定的沼氣分帶為二氧化碳-氮?dú)鈳?、而鉆孔瓦斯含量普遍很低的情況下可直接確定為礦井為低瓦斯礦井。但大多數(shù)情況下應(yīng)根據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》[12](AQ 1018—2006)采用分源預(yù)測(cè)法[13，14]計(jì)算確定，在可行性研究報(bào)告中應(yīng)采用各可采煤層的最大瓦斯涌出量計(jì)算礦井掘進(jìn)工作面、采煤工作面和全礦井瓦斯涌出量。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)比《煤礦瓦斯等級(jí)鑒定辦法》(煤安監(jiān)技裝〔2018〕9號(hào))[15]規(guī)定的非突出礦井高、低瓦斯礦井劃分標(biāo)準(zhǔn)：礦井相對(duì)瓦斯涌出量大于 10m3/t；礦井絕對(duì)瓦斯涌出量大于 40m3/min；礦井任一掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于 3m3/min； 礦井任一采煤工作面相對(duì)瓦斯涌出量大于5m3/t。滿足上述任一條件的均為高瓦斯礦井，其余為低瓦斯礦井。很多情況下，井田地質(zhì)勘探報(bào)告提供的是二氧化碳-氮?dú)鈳А⒌獨(dú)?沼氣帶，鉆孔瓦斯含量也并不高，但由于工作面單產(chǎn)高，有可能計(jì)算后工作面或全礦井瓦斯涌出量會(huì)超出上述規(guī)定而使礦井瓦斯等級(jí)升級(jí)為高瓦斯礦井。

案例：陜西某煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為300萬(wàn)t/a，可采為4號(hào)、5號(hào)煤層，配備2 個(gè)回采工作面和6個(gè)掘進(jìn)工作面保證礦井設(shè)計(jì)產(chǎn)量。井田地質(zhì)勘探報(bào)告測(cè)定4號(hào)煤層的甲烷最高成分為96.92%，最高含量7.14mL/g.daf；5號(hào)煤層的甲烷最高成分為98.15%，最高含量9.80mL/g.daf。瓦斯測(cè)試成果顯示瓦斯分帶以氮?dú)庖徽託鈳Ш驼託鈳橹?。根?jù)調(diào)查，與本區(qū)相鄰的多個(gè)生產(chǎn)礦井均屬低瓦斯礦井，地質(zhì)勘查報(bào)告未確定礦井瓦斯含量及等級(jí)。

礦井可行性研究報(bào)告中根據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》采用分源預(yù)測(cè)法進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為：4號(hào)煤、5號(hào)煤回采工作面瓦斯涌出量分別為2.45m3/t、5.65m3/t，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量分別為3.92m3/min、4.86m3/min，礦井相對(duì)和絕對(duì)涌出量分別為10.63m3/t、73.82m3/min，對(duì)比《煤礦瓦斯等級(jí)鑒定辦法》，確定礦井為高瓦斯礦井。

2.2 礦井瓦斯的抽采

瓦斯等級(jí)的確定是礦井和采區(qū)通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯抽放及瓦斯管理的依據(jù)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施設(shè)計(jì)審查和竣工驗(yàn)收規(guī)范(AQ 1055—2008)》、《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦建設(shè)瓦斯防治工作若干意見的通知(國(guó)辦發(fā)〔2011〕26號(hào))》等相關(guān)文件規(guī)定：高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井，必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時(shí)抽放瓦斯系統(tǒng)：要做到先抽后采、抽采達(dá)標(biāo)。在可行性研究報(bào)告中應(yīng)對(duì)瓦斯抽采方案進(jìn)行細(xì)化、量化，以便在編制初步設(shè)計(jì)安全專篇時(shí)，按照《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》(AQ 1027—2006)等有關(guān)規(guī)定，對(duì)該項(xiàng)目可行性研究報(bào)告中提出的瓦斯抽采方案進(jìn)行細(xì)化、量化，完成瓦斯抽采初步設(shè)計(jì)。

3 結(jié) 論

1)礦井井田地質(zhì)勘探報(bào)告中的水文地質(zhì)類型為地質(zhì)勘查類型并非為井田水文地質(zhì)類型。礦井可行性研究報(bào)告中在確定礦井水文地質(zhì)類型時(shí)應(yīng)將井田地質(zhì)勘探報(bào)告中的礦井水文地質(zhì)勘查類型和預(yù)測(cè)的礦井涌水量為基礎(chǔ)，對(duì)比《煤礦防治水細(xì)則》的規(guī)定確定礦井水文地質(zhì)類型。

2)非突出礦井的瓦斯等級(jí)的確定多數(shù)情況下應(yīng)根據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》，采用分源預(yù)測(cè)法計(jì)算出任一掘進(jìn)、采煤工作面和全礦井的瓦斯涌出量，對(duì)比《煤礦瓦斯等級(jí)鑒定辦法》規(guī)定的高、低瓦斯礦井劃分標(biāo)準(zhǔn)確定礦井瓦斯等級(jí)。