中国煤矿水文地质类型划分与特征分析.pdf

第 38 卷第 6 期煤 炭 学 报Vol. 38 No. 6 2013 年6 月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYJun. 2013 文章编号0253-9993201306-0901-05 中国煤矿水文地质类型划分与特征分析 武 强1,赵苏启2,孙文洁1,崔芳鹏1,吴 晨1 1． 中国矿业大学北京 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083;2． 国家煤矿安全监察局,北京 100713 摘 要为了落实煤矿防治水规定与煤矿安全规程之要求,根据全国 26 个省区、市调查数 据与信息,经过系统地统计和分析,笔者总结提出了我国煤矿水文地质类型划分的基本状况和特 征,并从煤矿数量、涌水量、富水系数、类型复杂程度、专门防治水机构、从业技术人员、持证探放水 工和专用探放水钻机等方面,分析了全国和各省市区煤矿的基本特点、成立、配备与保障情况,剖析 了我国四大主要聚煤区的煤矿水文地质类型特点、面临的主要水害难题和防治水组织机构与保障 措施等。 关键词煤矿;水文地质类型划分;矿井水害;聚煤区 中图分类号P641． 4 文献标志码A 收稿日期2013-01-04 责任编辑韩晋平 基金项目国家自然科学基金资助项目41272276,51174289;教育部创新团队联合资助项目IRT1085 作者简介武 强1959,男,内蒙古呼和浩特人,教授,博士。 Tel010-62314681,E-mailwuq cumtb． edu． cn Classification of the hydrogeological type of coal mine and analysis of its characteristics in China WU Qiang1,ZHAO Su-qi2,SUN Wen-jie1,CUI Fang-peng1,WU Chen1 1． State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining,China University of Mining 2． State Administra- tion of Coal Mine Safety,Beijing 100713,China AbstractIn order to implement the demands of “Rule of Mine Prevention and Cure Water Disaster” and “Coal Mine Safety Regulations”,the basic situation and characteristics of hydrogeological type classification in China’s coal mine were summarized and put forward after the systematically surveying,counting and analysing of the data and ination in 26 provinces, autonomous regions and municipalities. Meanwhile, the coal basic characteristics, establish- ment,equipments and security situation were analyzed in the whole nation and every province,city and region from the number of coal mine,water inflow,water content coefficient,complicated extent of hydrogeological type,specialized de- partments of controlling water,technical personnel,workers with certificate for water drainage and special drilling ma- chines of discharging water. The characteristics of hydrogeological type,the difficulties coming from the main water dis- aster,the organization of water prevention and control and safeguard measures in the four major coal-accumulation re- gions were also stated. Key wordscoal mine;hydrogeological type classification;mine water disaster;coal-accumulation region 煤矿防治水规定自 2009-12-01 起正式实施, 煤矿安全规程防治水部分自 2011-03-01 起施 行,这两项关于矿井防治水领域的国家技术标准和部 门规章相辅相成,加之矿井水害防治理论的发展,我 国煤矿防治水工作已大踏步地迈入了新时期[1-20]。 为进一步加强煤矿防治水基础工作,了解掌握全 国煤矿水害现状和特点,国家煤矿安全监察局于 2012 年组织开展了以省为单位的全国煤矿水文地质 类型划分结果调查统计与分析工作。 根据全国 26 个省区、市统计,截止 2012-06- 煤 炭 学 报 2013 年第 38 卷 30,全国上报煤矿总数为12 985 个,其中有11 504 个 煤矿开展了矿井水文地质类型划分。 划分的煤矿中 水文地质条件极复杂型矿井 78 个,复杂型矿井 827 个,中等型矿井 4 141 个,简单型矿井 6 458 个图 1。 全国煤矿共设有防治水机构 10 559 个,从事防 治水专业技术人员 18 748 名,持证探放水工 42 181 名,专用探放水钻机 23 828 台。 图 1 中国煤矿水文地质类型划分调查统计 Fig． 1 Classification of hydrogeological type in China’s coal mine 1 类型划分结果 根据本次全国调查统计,所有煤矿均组织开展了 水文地质类型划分的有北京、江苏、湖北和新疆 4 个 省市区;开展煤矿类型划分超过了 95 的有安徽、福 建、山东、河南、湖南、云南、陕西、甘肃 8 个省区;不到 50的有河北、宁夏、青海 3 个省区图 2,图中新疆 兵团简称兵团,图 3,4 同。 未能上报类型划分的煤 矿主要属于兼并重组、长期停产或没有开展类型划分 工作等矿井。 水文地质类型复杂和极复杂型煤矿共 905 个表 1,主要分布在山西、黑龙江、安徽、山 东、河南、湖南、重庆、四川、贵州等 9 个省区,占全国 煤矿复杂、极复杂矿井总数的 74． 3。 这些地区常 发生重特大突透水事故,是我国煤矿防治水工作 重点监管监察的省区。 图 2 各省煤矿总数及进行类型划分矿井数量的对比 Fig． 2 Total number of coal mine in every province and the number of coal mine classifying hydrogeological type 表 1 全国煤矿水文地质类型复杂和极复杂矿井统计 Table 1 Coal mines of extremely complex and complex hydrogeological type in China 地区数量/ 个 所占比 例/ 地区数量/ 个 所占比 例/ 贵 州11212． 4陕 西273． 0 山 西9310． 3湖 北202． 2 黑龙江899． 8广 西202． 2 湖 南899． 8新 疆202． 2 四 川829． 1内蒙古171． 9 河 南637． 0云 南171． 9 山 东535． 9宁 夏141． 5 安 徽455． 0辽 宁40． 4 重 庆455． 0吉 林40． 4 甘 肃303． 3江 苏40． 4 河 北273． 0福 建20． 2 江 西273． 0新疆兵团10． 1 2 矿井涌水量和富水系数特征 2． 1 矿井涌水量特征 据本次调查统计,全国近年煤矿每年实际排水量 达 71． 7 亿 m3。 煤矿排水量每年超过 2 亿 m3的省区 有河北、山西、内蒙古、黑龙江、江西、山东、河南、湖 南、重庆、四川、贵州、云南和陕西 13 个省区,约占全 国煤矿每年总排水量的 83． 2。 煤矿排水量最大的 地区达 9 亿 m3。 全国共有 61 处煤矿的矿井正常涌水量超过 1 000 m3/ h,其中河南18 处,河北11 处,山东7 处,内 蒙 6 处,黑龙江 5 处,陕西 3 处,山西、广西、重庆各 2 处,辽宁、江苏、安徽、江西、四川各 1 处。 地下开采煤 矿的矿井涌水量最大的是位于陕西省的神东锦界煤 矿,矿井正常涌水量高达 4 900 m3/ h,最大涌水量 达 5 499 m3/ h;其次是位于河南省的焦煤集团演马庄 煤矿,矿井正常涌水量为 4 500 m3/ h,最大涌水量 为 5 400 m3/ h。 露天开采煤矿最大的是位于内蒙古 东部的元宝山煤矿,矿井正常涌水量为 11 250 m3/ h, 最大涌水量为 12 500 m3/ h。 全国煤矿合计最大涌水量与正常涌水量之比为 1． 9,合计最大涌水量与正常涌水量之比≥2 的省区 包括广西、湖北、江西、重庆、贵州、湖南、四川、福建、 云南 9 个省区图 3,这些省区大部分地处南方,受 季节性降雨影响较大。 广西煤矿最大涌水量之和是 209 第 6 期武 强等中国煤矿水文地质类型划分与特征分析 正常涌水量之和的 3． 02 倍,为全国之最。 重庆三汇 二矿正常涌水量657 m3/ h,最大涌水量13 250 m3/ h, 最大涌水量是正常涌水量的 20． 2 倍;广西合煤公司 东矿斜井, 正常涌水量 1 860 m3/ h, 最大涌水量 11 500 m3/ h,最大涌水量是正常涌水量的 6． 2 倍。 图 3 煤矿最大涌水量与正常涌水量的比值 Fig． 3 The maximum and normal ratio of coal mine’s water inflow 矿井正常涌水量与最大涌水量差距越大,表明大 气降水和地表水与井下沟通越好,如南方在雨季井下 涌水量急增,矿井必须具备足够的备用排水设施,否 则,将造成淹井。 如果发生极端气候条件的暴雨洪 水,最好措施是停产撤人,暴雨之后,经过隐患排查, 再进行恢复生产。 2． 2 富水系数特征 富水系数是指生产矿井在某时期排出水量与同 一时期内煤炭产量的比值。 全国煤矿平均富水系数 为 2． 04 m3/ t,即每生产 1 t 煤需要排水 2． 04 m3。 富 水系数平均值超过 5 的省区有广西、湖北、重庆、江 西、湖南、福建、四川 7 个省区图 4。 图 4 全国煤矿富水系数 Fig． 4 Water content coefficient of coal mines 3 防治水机构和人员及设备保障分析 3． 1 防治水专门机构成立情况 据本次调查统计,全国目前共成立煤矿防治水机 构 10 559 个,平均每个矿井为 0． 92 个,表明一些矿 井至今尚未成立防治水专门机构。 每个矿井均已成 立防治水机构的有北京、河北、福建、山东、江苏 5 个 省市区;广西和陕西成立防治水机构的煤矿不到煤矿 总数的 70。 3． 2 专业技术人员配备情况 全国目前共有防治水专业技术人员 18 748 名, 平均每个煤矿配置 1． 63 名。 北京、河北、山西和山东 专业技术人员配备较多,辽宁、湖北和广西省区每个 矿井平均配备不到 1 人。 3． 3 持证探放水工配备情况 全国目前共有持证探放水工 42 181 名,平均每 个煤矿有 3． 67 名。 北京、河北、山东和河南平均每个 矿井配备的探放水工超过 10 名;福建、江西、湖北、湖 南、四川、云南、甘肃、青海、新疆及新疆建设兵团平均 每矿配备不到 2 名。 3． 4 专用探放水钻机配备情况 全国目前共有专用探放水钻机 23 828 台,平均 每个煤矿配备 2． 07 台。 北京、河北、山西和江苏每矿 配备超过 4 台;广西和甘肃平均每个矿井配备不到 1 台专用探水钻机。 4 不同聚煤区矿井水文地质类型划分特点 根据我国聚煤区的不同成煤期和水文地质特征 以及矿井充水对安全生产的危害程度,将我国煤矿区 划分为六大矿井水害区[21],即华北区、华南区、东北 区、西北区、西南区和台湾。 因西南区和台湾缺乏统 计数据,本次不作分析。 其他区域的煤矿水文地质类 型划分情况见表 2,以下是各区域具体特点的分析。 4． 1 华北石炭二叠纪煤田的岩溶-裂隙水害区 该区主要包括北京、河北、山西、内蒙古西部、江 苏、安徽、山东、河南、陕西、宁夏等 10 个省区,核定生 产能力为 281 896 万 t/ a,占全国能力的 66,是我国 主要 的 产 煤 区。 该 区 煤 矿 总 数 为 3 389 个, 其 中 2 889 个煤矿开展了矿井水文地质类型划分,占本 区煤矿总数的 85． 2,占全国类型划分矿井总数 的 25。 该区复杂和极复杂型煤矿有 340 个,占全 国复杂和极复杂型煤矿总数的 37． 6,其中全国极 复杂型矿井有一半多位于该区。 区内面临的主要水 害问题为煤层底板岩溶裂隙突水和老空透水以及矿 井排水、供水、生态环保 3 者之间的矛盾与冲突。 进行 类 型 划 分 的 煤 矿, 其 正 常 涌 水 量 为 29． 759 万 m3/ h, 居 各 水 害 区 之 首; 最 大 涌 水 量 46． 931 万 m3/ h,仅次于华南区。 区内共有 2 590 座 煤矿配备了专门防治水机构,其中复杂、极复杂型矿 井除 11 处未配备专门防治水机构之外,其余煤矿均 成立了专门防治水机构。 区内共配备防治水专业技 术人员 6 948 人、持证探放水工 23 054 名、符合规定 的专用探放水钻机 9 109 台。 309 煤 炭 学 报 2013 年第 38 卷 表 2 中国煤矿水害区的矿井水文地质类型划分统计 Table 2 Classification of hydrogeological type in China’s water disaster regions of coal mine 水害区华北区华南区东北区西北区合计 矿井数量3 3897 1631 78864512 985 类型划分矿井 数量2 8896 3621 65559811 504 核定生产能力/ 万 ta -1 281 896． 067 908.746 379． 032 248. 6428 432.3 矿井涌水量/ 万 m3h -1 正常29.75923.7457.8501.89663.25 最大46.93158.68411.7572.606119.978 类型划分结果 极复杂412521078 复杂2993899841827 中等1 5852 091375904 141 简单9643 8571 1804576 458 专门防治水机构/ 个2 5905 8961 59148210 559 防治水专业人员/ 名6 9489 2261 75581918 748 持证探放水工/ 名23 05412 7165 65675542 181 专用探放水钻机/ 台9 10911 3832 60273423 828 4． 2 华南晚二叠纪煤田的岩溶水害区 该区主要包括福建、江西、湖北、湖南、广西、重 庆、四川、贵州、云南 9 个省区,煤矿总数为 7 163 个, 其中有 6 362 个煤矿开展了水文地质类型划分,占本 区煤矿总数的 88． 8,占全国类型划分煤矿总数 的 55。 该区虽然煤矿数量占全国半数多,但核定 生产能力仅占全国的 16,为 67 908． 7 万 t/ a。 该区 煤矿突透水频繁,复杂和极复杂型矿井有 414 个,占 全国复杂和极复杂型矿井总数的 45． 7。 主要受老 空水、地表水和煤层顶、底板岩溶裂隙水等水害威胁。 煤矿正常涌水量较大,为 23． 745 万 m3/ h,最大 涌水量达 58． 684 万 m3/ h,为全国之首;煤矿突水量 也较大。 该区共有 5 896 个煤矿成立了专门防治水 机构,其中复杂、极复杂型矿井除 33 处未成立防治水 机构之外,其余均成立了专门防治水机构。 该区共有 防治水专业技术人员 9 226 人、持证探放水工 12 716 名和符合规定的专用探放水钻机 11 383 台。 4． 3 东北晚侏罗早白垩纪煤田的裂隙水害区 该区包括内蒙古东部、辽宁、吉林、黑龙江 4 个省 区,煤矿总数为1 788 个,其中有1 655 个矿井开展了 水文地质类型划分,占本区煤矿总数的 92． 6,占全 国类型划分煤矿总数的 14。 1 655 个煤矿的核定 生产能力为 46 379 万 t/ a,占全国的 11。 该区复杂和极复杂型煤矿有 100 个,占全国复杂 和极复杂型煤矿总数的 11,主要受老空水、地表水 和煤层顶板裂隙水等水害威胁,例如黑龙江省鸡西、 七台河等煤矿经常发生老空透水事故,部分煤矿受季 节性降水形成的地表汇流和第四系松散层水的威胁。 煤矿正常涌水量 7． 85 万 m3/ h, 最大涌水量 11． 757 万 m3/ h。 共有 1 591 个煤矿成立了专门防治 水机构,其中复杂、极复杂型煤矿除两处未成立专门 防治水机构之外,其余均成立了专门防治水机构。 该 区共有防治水专业技术人员 1 755 人、持证探放水 工 5 656 名和符合规定的专用探放水钻机 2 602 台。 4． 4 西北早侏罗纪煤田的裂隙水害区 该区主要包括甘肃、青海、新疆 3 个省区和新疆 兵团,煤矿总数为 645 个,其中有 598 个矿井开展了 水文地质类型划分,占本区煤矿总数的 92． 7,占全 国类型划分煤矿总数的 5,其核定生产能力为 32 248． 6 万 t/ a,占全国的 7． 5。 该区复杂和极复杂型煤矿有 51 个,占全国复杂 和极复杂型煤矿总数的 5． 6。 本区地处干旱和半 干旱区域,严重缺水,存在煤矿供水问题,总体矿井水 害威胁不大,部分煤矿存在煤层顶板裂隙水、老空水 和极端气候条件下的地表洪流充水等水害威胁。 由 于该区煤炭资源埋藏相对较浅,煤层厚度较大,生态 环境脆弱,故保水开采是实现该地区煤炭工业可持续 和谐发展的一个重要技术问题。 矿井 正 常 涌 水 量 1． 896 万 m3/ h, 最 大 涌 水 量 2． 606 万 m3/ h。 该区共有 482 各煤矿成立了专门 防治水机构,其中复杂、极复杂型煤矿除 19 处未成立 专门防治水机构之外,其余均成立了专门防治水机 构。 该区共有防治水专业技术人员 819 人、持证探放 水工 755 名和符合规定的专用探放水钻机 734 台。 5 结 论 1总结提出了我国煤矿水文地质类型划分的 基本状况和特征,重点分析了 905 个水文地质类型复 杂和极复杂型煤矿及 61 处大水煤矿的分布规律。 2从煤矿数量、涌水量、富水系数、类型复杂程 409 第 6 期武 强等中国煤矿水文地质类型划分与特征分析 度、专门防治水机构、从业技术人员、持证探放水工和 专用探放水钻机等方面,分析了全国和各省市区煤矿 的基本特点、成立、配备与保障情况。 3剖析了我国四大主要聚煤区的煤矿水文地 质类型特点、面临的主要水害难题和防治水组织机构 与保障措施等。 参考文献 [1] 国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局 ． 煤矿安全 规程[M]. 北京煤炭工业出版社,2011. 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