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煤炭是我国的主要能源之一,在工业化生产中有着不可替代的作用。我国对煤矿的开采,大多采用的是井下人工开采方式,相对于地面开采来说,其安全得不到保障。大多数的煤矿企业在开采煤矿的过程中,只考虑利益,忽略了安全因素,导致我国煤矿安全事故不断。突水地质灾害是导致煤矿事故的重要原因之一,因此,加强对煤矿突水灾害地质条件的分析,对于减少安全事故发生的频率,保障工作人员的人身安全以及实现企业的安全生产具有重要意义。
一、煤矿突水灾害地质条件分析
就我国煤矿的分布来说,大多煤矿地区都会受到暴雨、洪水、地下水以及江河湖泊等水源的严重威胁,很多煤矿区域的水文地质条件都比较的复杂,经常出现断裂和排水不畅等问题。大部分的煤矿区开采的深度比较大,水头压力不高,不容易排除突发水,如果发生突水灾害,就会给煤矿区带来严重的影响。煤矿突水灾害是一个比较复杂的系统,导致煤矿突水灾害的原因也是比较复杂的,概括起来主要包含以下几个方面:
(一)地质构造
煤矿区的地质构造是造成煤矿区突水灾害的主要因素。其中,煤矿区的断层构造会破坏煤层的完整性,因而就减少了煤矿底板层的抗压能力。煤矿断裂构造的出现,使得煤层底板中形成了流水通道,煤矿底板层的导水性增强,如果工作人员的工作面接近了断裂,就很有可能会导致突水灾害的发生,威胁到工作人员的人身安全。同时,由于断裂层的存在,使得煤矿区的底板层和煤层的间距缩小,隔水层的隔水功能也就得不到保障,导致突水灾害发生。
(二)含水层
诱发煤矿突水事故的原因和煤矿区的含水层因素也有关系,煤矿区含水层的含水量以及含水层水压大小都能对煤矿突水灾害产生影响。煤矿区含水层含水量的多少和发生突水的涌水量有直接的关系,含水层的含水量越多,突水的涌水量也就越多,其突水灾害也就越严重。含水层水压的大小会造成煤矿区底板突水,高层压水会导致煤层断裂或节理冲刷。因此,向煤矿区内的隔水层内渗透的水量也就越多,当高层水通过导水通道接触到煤层时,就有可能诱发突水事故。
(三)底板隔水层
煤矿区的底板隔水层是隔绝煤层和含水层的主要物质,底板隔水层的岩性组合越好、厚度越厚,其隔水功能也就越好。当底板隔水层的抗压能力大于含水层的水压时,煤矿区发生突水灾害的可能性也就越小。底板隔水层和煤层是紧挨着的,如果工作人员在开采煤矿资源的过程中,对底板造成破坏时,就会对隔水层的隔水功能造成影响,致使突水事故发生的可能性增大。
(四)人为原因
就目前来说,我国在煤矿管理水平和灾害防治能力上还比较差,存在生产技术落后、违规采煤等情况,对煤矿区的水文地质勘测程度不够,对煤矿区水文地质的调查不够全面等,这些情况的存在,使得煤矿区的突水灾害事故得不到有效的控制。
二、煤矿突水灾害防治措施
(一)断层突水防治技术
煤矿区的断层突水事故是煤矿区常见的一种灾害事故,断层事故造成工作人员工作的区域全部被淹没,或者出现煤矿井全部淹没的情况,严重威胁到工作人员的人生安全。因此,要加强对断层突水的防治措施。采用封堵设计的方法,可以有效的预防断层突水事故的发生。其主要工作原理就是将导水断裂构造进行封堵,通过打钻的方式,注浆到导水通道带。如果遇到不能确定断层、难以找到钻孔位置的情况,可以采用封堵巷道的方法,在突水的巷道中填充大量的骨料并注浆,可以大大的增强断层的牢固程度。
(二)采煤工作面突水防治技术
造成采煤工作面发生突水事故的原因,主要是因为采煤工作面和煤矿区下浮高压水的压强和煤矿区含水层的压强比较接近,或者小于含水层水压的压强,使得工作面的含水层受到矿压的作用,产生一定的破坏,造成突水事故发生。采用封堵技术对其进行封堵。在煤矿工作面可能发生突水的位置钻孔,对煤矿的塌陷区和采空区段注砂进行填充并注入浆进行加固。
(三)采用立体注浆技术
为了加快注浆堵水的速度,对矿区突水灾害进行有效的控制,在突水灾害发生以后,要根据突水发生的实际情况进行分析,分析突水灾害的特点和发生突水灾害地区的煤矿地质构造,确定一个主要探查注浆孔,然后集中人力和物力进行快速钻孔。在钻孔的过程中,要查明发生突水区域的地质构造,为下一步的钻孔提供重要的依据,然后再进行大量的注浆,将煤矿区内的导水通道堵死,再采取分段注浆的方式进行注浆。采用这种立体的注浆技术,可以有效的控制浆液的流失。
(四)加强安全管理水平
企业受到利润的趋势,一味的追求采煤效率,忽略安全生产也是造成突水灾害发生的重要原因。因此,面对这种现状,企业要提高对安全管理的重视,在采煤之前,要对煤矿区域进行详细的地质勘测,确定煤矿的地质构造和容易发生突水灾害区域的位置,及时的做好防范措施。同时,还要对工作人员强调安全的重要性,要求提高安全警惕,严格按照相关规定进行开采,提高安全生产,避免突水灾害的发生。
关键词:洪水灾害 成因 防治 对策
中图分类号:P426 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)02(c)-0133-01
造成洪水灾害的原因是多方面的,现就其中两个原因浅谈如下。
1 自然因素和人类不合理的经济活动,使生态环境遭到严重破坏,发生水土流失,引发洪水灾害
我国是全世界水土流土最严重的国家之一,我国的水土流失范围广、面积大。据全国第二次水土流失遥感调查,20世纪90年代末我国的水土流失面积达365km2。造成水土流失的原因,归纳起来无外乎自然因素和人为因素两个方面。自然因素是水土流失的潜在因素,是水土流失的客观条件,自然因素:(1)暴雨产生的径流,(2)地形地质因素,如:地面坡度、坡长、坡型等对水土流失的产生有重要影响,(3)土壤性质,疏松的土体抗冲刷能力弱,极易被冲刷。页岩、砂岩、砂页岩易于分化都会形成疏松的土体。(4)植被减少等因素导致水土流失的发生。人为因素是引起水土流失的主导因素,随着经济的迅速发展以及人口增长,对木材、燃料的需求日益增多,使森林过量砍伐而发生水土流失,我国目前森林覆盖率仅14%,经济效益使部分人淡漠了对自然环境的保护,淡漠了水土保持的意识,陡坡开荒、不合理开发等,造成严重的水土流失,使生态环境遭到破坏,加剧了洪水灾害的发生,给水土资源带来不可逆转的损失。生态环境被破坏的结果,一方面;使表层土壤,土壤在水力侵蚀下,大量流入江河、水库、湖泊,发生淤积,使河床抬高、水库容积减小、湖泊萎缩,严重影响行洪、蓄洪能力,使洪水宣泄不畅,水位上涨,造成缺提、漫坝、垮坝等灾害。另一方面;土壤颗粒间的空隙是储存水的空间,由于土壤被水带走,储水空间因此减少,增加了径流的年内变化,使枯水季节水更少,洪水季节水更多。
水土保持是防止水土流失,保护、改良和合理利用水资源,保护和提高土地生产力,以利于充分发挥水土资源的经济效益和社会效益,建立良好生态环境的综合科学技术。水土保持采取多项措施相互结合,进行水土流失治理。
工程措施:山坡防护工程,如坡改梯、山边沟、蓄水池,山沟治理工程,如沟头防护工程、各种拦沙坝,导排工程, 如排洪沟、泄水建筑,防止山洪和泥石流危害。小型水利工程,如小水库、淤地坝。拦蓄坡地径流,减轻水土流失。
林草措施:加强保护天然林、造林种草、封山育林育草、退耕还林还草、大力复垦等。森林在防洪减灾中的作用是巨大的。首先,森林可以截留一定量的降水,对雨洪具有显著的拦截作用。森林的枯枝落叶层有很大的孔隙度、透水性和持水力,能拦蓄、渗透降水,滞缓吸收径流。森林土壤有机质含量丰富,团粒结构良好,它能充分吸收径流。通过植树造林减沙、减洪至少需要几百年年时间,虽然不能在短时间内起到减沙、减洪的作用,但从长远来看,植树造林功在当代,利在千秋。因此,我们应该以认真、科学的态度对待植树造林,在经济能力范围内进行科学种植、科学管理。
农业措施:改变小地形增加地面糙率,如等高耕作。
法制措施:党和国家十分重视水土保持工作,将水土保持作为我国必须长期坚持的一项基本国策。1991年国家颁布了《中华人民共和国水土保持法》,水土保持从此走上了法制轨道。建立完善的水土保持法制体系和监督执法体系,强化预防监督,通过法律坚决遏制人为水土流失。
运用高科技:加强水土保持科学研究,不断寻求更能有效控制水土流失的措施,大力应用高新技术,提高水土保持综合治理的科技含量。吸收国外水土保持科技的先进理论、技术和先进的管理模式,快速提高我国水土保持科技水平。
其他措施:加大水土保持的投入力度,制定科学的水土保持规划,积极引进外资。
2 我国堤防防洪标准低,是造成洪水灾害发生的另一重要原因
根据中国国情,防洪应当蓄泄兼施,以蓄为主。在大江大河上游修建综合利用型水库,虽然能够分蓄洪水,调节洪峰,但我国人口众多,水库设计时,防洪库容受到移民量大的限制,在汛期洪峰相连时,水库调度困难。因此,堤防在我国防洪工程体系中占居了特殊重要的地位。我国的堤防工程防洪标准偏低,一般只有10~20年一遇,原因有:第一,我国堤防战线长,堤防工程加高加固,工程量大,相应投资也大。因此,构筑堤、坝等防洪工程以就地取材、以土石为主,难以大量采用新材料,工程质量不高,加上水利工程建设投入不足等原因,防洪标准低。第二,我国的堤防工程大多是在历史遗留下的老堤上加筑而成的,隐患多,可靠性低。第三,随着经济的持续发展和人口的不断增长,重要保护设施增加,受堤防工程保护的范围不断扩大,已有堤防防洪标准相对降低。因此,加强堤防建设,提高防洪标准,对预防洪水灾害的发生,具有重要意义。
2.1 提高防洪标准
我国有堤防26万公里,战线长,受经济能力的约束,防洪标准难以在短时间内大幅度全面提高。可根据我国国力的不断增强,逐步提高。具体设防标准应当由国民经济的发展,保护区的重要性、人口等多方面因素决定,并进行全面研究和论证,对投资进行风险评估。
2.2 制定防洪规划,加强堤防管理
按新水法的要求编制防洪规划,有利于防洪工程和防洪工程体系建设,建立现代化的防洪预测、预报系统和指挥系统。坚持综合治理和兴利与除害相结合,建设与管理结合,开发与保护并举。
2.3 加大水利投入
根据我国的经济实力,不断加大并稳定、持续地投入,特别是加大水利科技的投入。
2.4 大力发展水利科技
坚持依靠科技,采用先进技术、新工艺。如:水情预报技术,信息管理技术、防洪决策技术等。
2.5 法制建设
1998年1月1日《中华人民共和国防洪法》颁布实施,使我国的防洪建设有法可依。根据《防洪法》制定相应的配套法规,以法律形式明确防洪工程体系在水利建设、水利建设在国民经济建设和基础产业建设中的投资比例。
2.6 加强洪水风险研究
加强洪水风险的研究,为决策科学化提供依据。在洪水风险中求发展,是我国的基本国情,这就需要对洪水风险的区域分布进行广泛深入的调查和研究,因地制宜采取有效的减灾措施。
参考文献
【关键词】矿井水 防治 措施 技术
中图分类号:O741+.2 文献标识码:A 文章编号:
目前,我国矿产以井工开采为主,为了确保井下安全生产,必须排出大量的矿井水。直接排放矿井水不仅造成水资源浪费,而且也会对环境造成很大污染。煤矿企业在追求煤炭资源经济效益的同时,常常以损害环境价值为代价,甚至引起的环境价值损失以及治理和恢复环境所需要的投入远远大于开采利用煤炭资源所带来的经济产出。
存在的问题
1、矿井水中主要含有以煤屑为主的悬浮物,特点为色黑、加药后形成的矾花结构松散、沉降速度慢等。许多含悬浮物矿井水处理工程,投入运行后设计水量和水质达不到设计要求,主要是由于反应不充分、平流或斜管沉淀池表面负荷取值较大所致。另一方面,提升泵、供水泵、加药设备、消毒设备、控制系统和附属建筑物等均按设计处理水量设计,造成工程投资的巨大浪费。
2、由于不同煤矿的矿井水中所含悬浮物的浓度差异较大,所以投加混凝剂种类和数量也不同。混凝药剂选择和投加不当,使煤矿矿井水处理后达不到预期效果。再者由于不能及时对进水和出水水质、处理流量、加药量、水池液位等进行监控,许多矿井水处理工程只有水泵和简易的加药装置,而矿井水处理后的水量和水质无法得到保证。
3、煤矿井下生产使用的采掘机械需要使用乳化油和机油,而油类物质进入矿井水中,采用常规混凝、斜管沉淀和过滤技术不能有效去除,因此又增加了新的污染。
二、矿井水的利用
矿井水一方面是地质灾害之一, 严重威胁矿井安全生产, 另一方面也是宝贵的淡水资源, 有着很大的开发利用价值。老虎台矿的矿井水防治工作已经实施由被动防治向“防用结合”的主动防治方向转移, 将矿井水资源化, 纳入矿井资源开发利用管理范畴, 变水害为水利, 建立矿井水可持续利用管理模式, 充分发挥淡水作为商品的经济价值,确立资源节约型发展战略, 做到了有效防治与合理利用相结合。
利用矿井水的意义:水作为人民生活及企业生产的命脉作用越来越受到重视,水资源不断减少,城市供水形势已十分严峻,节水已刻不容缓,挖掘企业自身潜力,合理利用水资源,已是企业当前和长远的一项大事,寻找和开发新的水源, 对缓解企业用水紧张局势,降低生产成本具有十分重要的战略意义。矿井水净化利用,不仅减少了环境污染,而且节约了大量水资源,同时为企业创造了可观的经济效益,实现了环境效益、社会效益、经济效益的统一。通过矿井水的综合利用,解决了矿区供水不足的问题,有效地利用了矿井水资源,节省了水资源费、环保费等项费用,社会效益和经济效益较为显著。
2、矿井水的综合利用:煤矿矿井水经过水处理之后,其利用途径绝大多数是用于矿区及其矿区周边农村生产生活,主要分为生活用水、生产用水、井下工业用水、煤炭加工用水、农业灌溉用水等。其中生活用水包括城市生活用水、矿区生活用水(生活杂用水如冲洗用水、消防用水、浴室用水等和生活饮用水)和矿区周边农村生活用水。井下工业包括配乳化液、防尘(包括煤层注水、工作面回采洒水、掘进洒水、装运点洒水、运输机洒水等)、灭火灌浆、运输机保养、空气调节、设备冷却(包括冷冻机房、温度调节器、瓦斯抽放等)。煤炭加工用水包括选煤厂用水、洗煤补充用水、机修厂用水等。另外,经处理后的矿井水达到了选煤生产、电厂冷却用水和工业广场清洁撒水的标准,可用于选煤生产和电厂冷却用水,沉淀物经选煤厂压滤回收,还可与选煤厂煤泥一同供煤泥锅炉发电。
三、矿井水的防治
1、矿井水防治遵循的原则
(1)制定防治水工程计划前,应进行大量的实际调查和必要的预测工作,摸清来龙去脉,掌握变化规律。(2)坚持防治与利用结合、井下与地表结合、眼前与长远结合、多种方法结合、综合考虑的治水方针。(3)矿井工程布置,应按照矿井的开拓程序及速度,结合地形自然条件,采用由近到远、由线到面、由低到高、先重点后一般、因地制宜、因陋就简、就地取材等原则。
2、矿井水的防治措施:就矿井防治水措施而言,开采急倾斜煤层与开采缓倾斜煤层是相同的,通常矿井的防治水措施可分为矿井防水和矿井排水两大类。前者利用各种方法不让水流入矿井或减少其流量,是一种积极措施;后者利用巷道排水沟、水仓、水泵及其排水管路来排除矿井水,是一种消极措施。矿井防水不仅可以解决许多矿井排水不能解决的问题,减少矿井涌水量,节约排水费用,降低原煤生产成本,而且能为采掘工程创造安全、有利的劳动条件,提高劳动生产率,防止一切偶然事故的发生。
1、地面水防治:地面水的防治就是防止井田范围内的河流、暴雨、山洪等水体通过井筒、地表钻孔、塌陷坑、裂隙、小窑等灌入井下。因此,在防治时采用井口标高设在历年最高洪水位以上,对地表水采用疏导方法,对透水通道采取填塞办法。根据各煤矿多年积累的经验,地表水防治措施主要有:第一、“拦”对可能灌入井下的地面水流,采用拦截在井田之外。第二、“导”,对位于山麓矿区或山前平原的矿井,为防止山洪流入矿区,进行挖掘山坡截水沟及排洪沟,把山洪疏导至井田之外。第三、“填”,在雨季前将可能向井下灌水的地表裂缝、塌陷坑、小窑井填实,如果填实陷坑工程量太大,可在陷坑周围挖环形截水沟,阻拦地表水流入陷坑。总之,地面防治水措施,必须根据地形、水文和气象条件等加以合理选择,有时还可将几种措施综合使用。
矿井防水技术:煤矿防治水工作是建立在弄清水文地质情况的基础上的,按照当前与长远、局部与整体、地面防治与井下防治、防治与利用相结合的原则,根据不同的水文地质条件,分别采取防、疏、堵、截的方法予以防治。防治水规划是矿区整体性防治水工程,规模大、工期长、分期分批逐年进行施工。应包括: 矿区水文地质概况及存在问题和查情水文地质条件;防地面洪水、内涝设井下防水设施、防水煤岩柱、疏导放水降压、切断或减少补给量、注浆封堵突水点。矿井防水分为地面防水和井下防水。地面防水的方法有: 将河流改道从而防止地表水的渗入,通过铺整河床、修筑人工河床将雨季涌水量减少、用黏土或水泥填堵进水通道、挖沟排洪及排除常年塌陷积水。在地面水防治工程中必须掌握矿区附近地形条件,掌握地面河流、河渠和有关水利工程分布及受水面积和低洼地带的分布地带,掌握当地上游地区历年降水量及周期性资料,根据实际情况制定出疏、防、排等相结合的防洪措施。井下防水主要是预防井下突然涌水的应急措施,有防水闸门、防水墙和防水煤柱等。
结束语
必须建立一套严格科学的管理制度和方法,使煤矿生产与环境保护同步规划、同步实施、同步发展,使煤矿环境管理科学化、制度化。依靠科学,加快煤炭开采及转化利用中环保技术的研发,用先进的技术措施和环保设备对煤矿环境污染和破坏进行防治。加强环境教育与宣传,使每个公民都具有保护环境的良好意识,从而达到人人保护环境、重视环境建设的良好局面。矿井防治水措施很多,应遵循防治水原则,坚持治水方针,因地制宜,科学合理地确定适合本矿井采区的防治水措施,是消除矿井水对煤矿生产影响的关键,不能生搬硬套,否则达不
到预期目的。
参考文献:
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[2]桑义敏.饮用水氯化消毒及其副产物的控制对策[J].水处理技术,2006,14(1):1-4.
1. 建国以来水旱灾害情况
1.1 旱灾
干旱呈现为春旱和伏旱,尤以春旱最重。旱灾持续时间长、影响范围广、发展蔓延快、灾害损失重。建国以来,承德县的干旱发生总次数是29年次,平均3年2旱,其中严重干旱和特大干旱平均每10年中发生5—7年次,最为严重的1999年的特大旱灾, 7-8月份降雨量仅47.3毫米, 7条主要河流全部断流,地下水位下降1-3米,全县有8.5万人、15万头大牲畜发生饮水困难。农作物受灾面积54万亩,绝收32万亩,直接经济损失达到3亿元。旱灾严重影响全县工农业生产发展和人民群众生产生活,是承德县自然灾害中最严重的灾害。
1.2 水灾
水灾多发生在7、8月份,频率较多,多为局部暴雨山洪,历时短、汇流快、冲刷严重,地表土层流失,水冲沙压,甚至毁堤决坝。建国以来,全县共发生较大水灾38年次,发生频率为69%,其中全县性普遍受灾10次,占总数的28%。1994年7月11日至13日,承德县遭受特大暴雨和洪水的袭击,滦河、老牛河、武烈河、白河、白马河、柳河、暖儿河、乱水河等河水猛涨,来势凶猛,沿河两岸损失惨重,根据洪痕推算均已超过三十年一遇洪水,滦河洪峰流量3000米/秒,几十年农田基本建设成果如渠道、堤坝、水利设施被冲毁,水电站遭受严重破坏,人畜饮水地下管道等设施被冲断冲垮,8座病、险水库更是雪上加霜。全县26个乡镇,421个行政村均遭受不同程度灾害,造成直接经济损失2804.15万元。
2.水旱灾害的成因及特点
2.1 水旱灾害的成因
2.1.1 降水分布不均
一是降水在年际、年内分布不均。年降水变率较大,多雨年与少雨年水量相差4-6倍,年际变化振幅高达500毫米,如下板城1978年降水量为827.1毫米,而1971年仅362.7毫米;年际降雨不均使河流的径流量变化很大。降水在年内变化主要受季节影响,全年70%以上的降水集中在汛期的6-9月份,其余月份降水量则相对偏少。二是降水在地域内分布不均。全县以中部的头沟、双峰寺一带为少雨区向东、西、南延伸递增,西南部的金厂、白旗一带年降水量在800毫米以上,是雨量最多的地区,北部的三家、磴上一带雨量明显减少。
2.1.2 地形复杂多变,水土流失较严重。
承德县山地和丘陵面积567万亩,占全县总面积的94.6%,25o以上坡地面积达到全县总面积的70%,实有林地302万亩,森林覆盖率50.4%。由于地形复杂多样,谷陡流急,山体多由片麻岩、沙砾岩组成,水土涵蓄能力极低,加上垦荒、放牧、采矿等人为原因,使土层减薄,裸岩增加,水土流失现象较严重。全县现有水土流失面积2247.4平方公里,其中轻度侵蚀1056平方公里,中度侵蚀1078平方公里,强度侵蚀113.4平方公里。全县年均流失自产地表水34977立方米,年均冲走表土254万吨,。
2.1.3 蓄水工程调控能力低
全县现有小型水库24座,塘坝44座,总蓄水量1500多万立方米。由于年久失修,大部分水库和塘坝存在着不同程度的病险,通过近两年的水库除险加固有15座水库和10座塘坝能够正常蓄水,蓄水量不足500万立米。全县1700多公里防洪坝受多方面因素影响,建设标准低、超年限使用,防护能力大大降低。机井、渠道等灌溉工程数量少、标准低、配套设施不全。全县水利工程可控制灌溉面积10万余亩,而其余40多万亩耕地只能靠天收,防灾能力十分低下。
2.1.4 群众防灾减灾意识相对淡薄,自救能力低
群众对于水旱灾害缺乏应对知识,蓄水工程少,对抗击及预防水旱灾害比较迟缓,依然存在着等、靠、要思想;在水土流失范围内垦荒、放牧人为破坏水土流失现象较多;水利设施丢失、损坏现象时有发生,人为破坏生态环境和水利设施现象严重。
3 . 水旱灾害的防治对策
3.1 加强防灾减灾工作的组织领导。
树立“以防为主、常备不懈”的思想。各级政府成立防灾减灾组织机构,明确各级各部门职责,分工协作,抓好责任落实;搞好宣传发动,提高认识,克服麻痹思想和侥幸心理,进一步加强防汛抢险队伍和抗旱服务体系建设,防患于未然;注重对灾害的研究指导,制定完善各类防灾预案,提前落实人、财、物等各项工作的
落实,作好物资储备和供应,最大限度的减少灾害损失。
3.2 加快水土流失治理,改善生态环境。
坚持以小流域为单元,实行山、水、林、田、路全面规划,综合治理,在治理中坚持开发与治理相结合,工程措施与生物措施相结合,蓄水保土与耕作措施相结合,农民脱贫致富与改善生态环境相结合的人与自然相和谐的治水保土方针,坚持先上游后下游,先坡面后沟道,沟坡兼治,在25°以上坡耕地逐步还林还草,重点区进行封山育林,提高林草覆盖率,集中治理、连续治理的原则,真正形成综合治理立体开发全方位防护体系,达到涵水保土、提高抗御自然灾害的能力。
3.3 加强水利工程建设与管理,构筑高标准的防洪抗旱体系。
对现有的水库、塘坝、防洪坝以及机井、沟渠等水利工程进行加固维修,提高现有设施的防洪和抗旱能力,结合产权制度改革明确专人管理,确保工程发挥最大效益;加快水利工程建设力度,以在主要行洪河道建设一批水库、防洪坝等骨干性控制工程为主,拦蓄洪水;大力推广以集雨水窖为重点的雨水集蓄工程和以低喷灌为主的节水工程建设,因地制宜增加抗旱水源,节约用水,提高抵御旱灾能力。
3.4 加大科技含量,以科技进步推动水旱灾害防治工作。
依靠科技加强水旱情预测系统建设,完善气象服务网络,强化通讯联络,确保水旱情及时准确传递。对雨情、旱情、工情进行系统分析,优化调度,为防灾减灾提供科学依据,用科学的预测方法指导灾害防治工作。尤其是在抗旱工作上要大力推广喷、滴、微灌技术,适当开展人工增雨作业,并结合农业产业结构调整,提高农业综合抗旱能力。
3.5 加大投入力度,广泛吸纳资本。
加大招商引资力度,搞好项目谋划和包装,努力争取上级资金;建立健全资金配套制度,保证地方投入足额到位;搞好一事一议,积极动员群众投入,引导群众投资投劳;制定优惠政策,广开筹资渠道,鼓励引导社会资金投入;大力开发利用现有水利资源,盘活水利资产,开辟“以水养水”的资金使用渠道。
[关键词]瞬变电磁法物探;突水;超前探;矿井水害探防
中图分类号:P631.325 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)36-0594-01
1 矿井瞬变电磁勘探技术
1.1 瞬变电磁勘探概述
在矿井防治水勘探方法中,瞬变电磁勘探具有数据采集工作量小,探测设备轻便,抗干扰,工作效率高,定位方向性好等特点,被广泛用于矿井水文探查工作中。近年来,恒源煤矿通过采用瞬变电磁法勘探,对煤层顶底板富水区进行有目的探测,查明了顶底板富水区的范围、强度,根据不同深度切面的富水异常分布情况,判断出了富水异常的上下联通情况,从而确定出导水通道,并推断出相对富水量,结合采前钻探,查明了富水区的赋水性,杜绝了顶底板水害治理的盲目性,做到了有的放矢,从而使煤层顶底板水害防治工作上了一个新的水平。
1.2 瞬变电磁法勘探的基本原理
瞬变电磁法或称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods),简称TEM,它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场,在一次脉冲电磁场间歇期间,利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
在导电率为σ、导磁率为的均匀各向同性大地表面铺设面积为S的矩形发射回线,在回线中供以阶跃脉冲电流
其中:(1)
在电流断开之前,发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场(如图1所示)。在t=0时刻,将电流突然断开,由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中,并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场,使空间的磁场不会即刻消失。由于介质的热损耗,直到将磁场能量消耗完毕为止(见图2)。这便是大地中的瞬变电磁过程场,伴随这一过程场存在的电磁场就是大地的瞬变电磁场。
由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多,当一次电流断开时,一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围地表各点,因此,
最初激发的感应电流局限于地表。地表各处感应电流的分布也是不均匀的,在紧靠发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强。随着时间的推移,地下的感应电流便逐渐向下、向外扩散,其强度逐渐减弱,分布趋于均匀。研究结果表明,任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。在发射电流刚关断时,该环状线电流紧挨发射回线,与发射回线具有相同的形状。随着时间推移,该电流环向下、向外扩散,并逐渐变形为圆电流环。等效电流环象从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”,因此,人们将地下涡旋电流向下、向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”(如图3所示)。
“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为:
1.3 瞬变电磁法勘探基本工作方法
在地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈,从而在其周围空间产生一次磁场,并在地下导电岩矿体中产生感应电流。断电后,感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分,衰减快,趋肤深度小; 而晚期成分则相当于频率域中的低频成分,衰减慢,趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律,可得到不同深度的地电特征。感应电流呈环带分布,涡流场极大值最先位于紧靠发射回线的表岩层,随着时间的推移,该极大值沿着岩层呈47?角的锥形面向外移动,强度逐渐减弱。
1.4 井下施工
井下实际探测过程中,根据探测要求确定探测点距为2~10m,对异常区段可以加密探测。发射线框和接收线框为匝数不等,且完全分离的两个独立线框,将线框对准要探测的目的岩层方向,根据勘探任务的需要和巷道实际情况,改变线框的大小和匝数,可以探测不同的深度,因受井下空间的限制,探测线圈受限,井下最大勘探深度在100m左右。利用瞬变电磁仪与线框相接,对数据进行自动采集、记录和存储。在实际资料的解释中,结合岩石电性和具体地质及水文地质条件进行综合性分析,从而判断出探测区段的富、含水性,勘查出富水异常区。
2、水害防治方式及理念由“治”到“防”的转换
采用瞬变电磁勘探技术手段以后,带来了水害防治方式及理念的转变。在采用瞬变电磁勘探技术手段以前,由于探测异常水体技术手段的限制,很难提前发现造成突水的突水水源及导水通道,只能是加强突水灾害发生后的水害 “治”理;采用瞬变电磁勘探技术手段以后,能够提前发现造成突水的突水水源及导水通道,提前封堵造成突水的导水通道,化解了突水威胁,由原先的“治理突水”,转变为现在的“防止突水”,防治水工作实现了由被动的“治”,转变为主动的“防”,大大地减少了突水灾害造成的损失,取得了更好的水害防治效果,实现了防治水工作理念的突破。
3、取得的经济及社会效益
通过采用瞬变电磁勘探技术手段,矿井年平均突水次数减少了4.8次,自采用该项技术9年来,未发生一起造成淹井、淹面及淹巷的突水事故,矿井防治水安全水平得到了显著加强,经测算:每年仅减少突水节约的排水费用,就多达上百万元,加上突水次数减少,大大地减轻了对生产的影响。
4、推广应用价值
矿井各类水害齐全,井下生产均面临着松散层底含水、煤层顶底板砂岩裂隙水、煤层底板灰岩水、断层带水及陷落柱导水等突水威胁。通过实施井下瞬变电磁勘探,能有效地查出本矿井下面临的水害威胁,为水害治理提供准确定位,实现水害防治工作由被动的“治”,转变为主动的“防”煤矿治水理念上的转换,实现了防治水工作理念上的新突破。
参考文献
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[3] 赵益晨.无线电坑道透视技术在高阳矿的应用效果[J]。煤矿现代化,2005,(03).
庞迎春
[摘要]本文在详细分析杨庄矿水害因素的基础上,介绍了高精度、自动化、网络化及运行可靠的矿井水害监测预警系统的建立、组成及应用现状,该系统的建立为探测潜在的煤矿水害隐患提供了强有力的分析和预警手段。
关键词:预警系统,多参数动态监测,水害防治
水害是煤矿开采中常见的一种灾害,一旦发生事故,往往具有突发性和极大的危害性,不仅影响生产、造成经济损失,而且易发生重大伤亡事故。煤矿水害是制约我国煤炭行业健康发展的灾害之一,严重威胁煤矿安全生产和矿工生命安全。随着煤炭工业的迅速发展,煤炭资源开采深度及强度不断加大,高产高效的生产管理方式对矿井水害防治安全技术的要求越来越高。
杨庄煤矿是一个水文地质条件极复杂的矿井,充水水源众多,底板灰岩水、老空水、松散层孔隙水和地表水体均威胁矿井安全生产。开采范围内有6个正在开采的小煤矿,这些小煤矿均在井田浅部煤层露头处,开采杨庄矿遗留的残余块段。小煤矿水文地质基础工作薄弱,一旦发生突水灾害,将严重威胁杨庄矿财产和生命安全。如果在这个煤矿水害发生之前或初期能够及时发现并采取措施,就能避免水害或减少水害的损失。
1 矿井主要的水患因素及防治措施
1.1 主要的水患因素
矿井可采煤层为3、4、5、6煤层,其中5、6煤为主要可采煤层,3、4煤为局部可采煤层。根据矿井水文地质条件,结合开采过程中矿井突水情况分析,矿井水害类型复杂,主要水害有:地表水、5煤顶底板砂岩裂隙及岩浆岩水,6煤顶底板砂岩裂隙水、太原组及奥陶系石灰岩岩溶裂隙水、断层及裂隙带导水、老塘水害及封闭不良钻孔水害、相邻小煤矿采空区水害。其中6煤底板灰岩水和5煤顶板火成岩水威胁更为突出。
(1)地表水体
杨庄矿井田河流水系发达,有雷河、闸河、老濉河,还有东、西和乾隆湖3个大的塌陷积水区,积水总量2180万m3以上。小煤矿开采范围处于塌陷积水区以下,河流边缘,历史最高洪水位+32.7m,存在汛期地表水体倒灌的可能。
(2)新生界松散层水
杨庄矿属于新生界松散层覆盖的全隐伏矿井,松散层孔隙含水层含水丰富,是农业灌溉的主要水源,浅部开采时均留设了防水安全煤岩柱。
(3)6煤底板太灰水
6煤底板太灰含水层,特别是上段1~4使矿井开采的主要含水层(段)由于其富水性较强,因与奥灰含水层有水力联系,水量大,水压高,对矿井安全生产危害较大。
(4)老塘水
地方煤矿基本上是在开采杨庄矿报废采区的遗留煤柱,属老区复采。由于采区封闭时间长,积水情况不清,一旦接近或揭穿积水区,将发生透水事故。
1.2 水害防治措施
针对杨庄煤矿的水患特点,结合有关规程规范和以往矿井防治水经验,解决矿区水害隐患的措施的关键是:
(1)查明充水条件,采取合理有效的水害防治措施。特别是防治和杜绝小煤窑水害。
(2)建立健全矿井水害监测预警系统,做到对水害事故早发现、早预报、早防治。
2 矿井水害监测预警系统的建立
2.1 水害监测预警系统的提出
我们知道,煤矿水害是煤矿建设开发过程中,不同形式、不同水源的水通过某种途径进入矿坑,并给煤矿建设和生产带来不利影响和灾害的过程和结果。如果在这个过程的初期能够及时发现并采取措施,就能避免水害或减少水害的损失。随着矿井的开采层位越来越深,矿井水文地质条件也变的越来越复杂,时常会发生矿井突水或透水事件,不但给矿工生命安全和国家财产带来严重危害,而且地下水已成为威胁煤矿安全生产的重要因素。因此,对煤矿地下水的实时监测和预警、预报显得尤为重要,对指导矿井生产和矿井水害的防治具有十分重要的意义。
经过调研,杨庄矿与西安科技大学合作设计了水文监测系统的总体方案,提出了建立一个以集团公司为高层、矿务局等二级实体为中层、各生产矿井为基层的多层次分布式水文多参数监测及水害预警系统,在整个集团公司建立统一标准的水文数据库系统,实现水文参数的动态监测预警和网络共享。
2.2 水害监测预警系统的原理
监测预警是指通过相关技术及仪器提前发现某一警素的隐患,并把该警情传送至安全管理部门,经相关分析及判断预报不正常状态的时空范围或危害程度,并采取相应防范措施。简单的说,监测预警系统即是基于一定的预警原理,以期完成预警任务而建立的一套完整系统。
矿井工作面水害的形成和产生都有一个发展的变化过程,不同的阶段都有其相对应的先兆。矿井水害监测预警系统是煤矿水害预测预报中的一项重要工作,是一种多信息监测突水条件产生、变化的系统。可以对控制和影响产生突水的关键因素进行实时监控和分析,对水害的发生进行预报和预警,提早启动应急预案,从而避免突发性灾害事故的发生。
根据杨庄矿的开采情况和小煤矿的分布情况,设立合理的水文观测点及观测量,采用先进的传感器技术和数据通讯技术,以企业内部网为平台,建立一个精度高、实时性强、运行可靠、自动化程度高,能够连续长期测量并利用计算机分析、辅助决策的,适用地面及井下各种水文参数(水位、水压水温,管道流量,明渠流量等)的利用局域网进行数据传输的的水文监测系统,及时掌握地下水动态,保障煤矿的安全、正常生产。
2.3 水害监测预警系统的组成
2.3.1 水文监测点的设置
在传统的监测方法中,对于井上、井下的水文观测孔通常是采用人工测量记录的方法掌握水位(水压)的变化情况;对于管道流量、明渠流量的测量也是采用人工携带仪器进行实地测量的方法。这种监测方法不能随时取得监测数据,而且借助人工来实现数据的记录和管理,使得工作量极为巨大,不但容易出现错误造成管理上的混乱,而且采集数据的统计和分析十分繁琐。水害监测预警系统会大大提高工作精度,减少繁杂重复的劳动。
水文监测点设置的原则:①能够反映矿井的水文动态(水压、流量、水温);②对有小煤矿透水威胁的部位进行重点监测;③能够监测或计算出全矿井每条巷道的涌水量。根据以上原则在地面上设置4个水文长观孔,井下设置2个水压水温观测孔,10个明渠流量、水温观测点,如图1所示。观测点覆盖了正在生产的3个水平,随着四水平的开采,可以扩展观测点。
2.3.2 水害监测预警处理系统
水害监测预警系统由硬件系统和软件系统组成。系统的硬件部分研究内容主要有:传感器、遥测分站、传输系统(无线及有线方式)和水文监测主站等;系统的软件部分研究内容主要有:水文数据的实时采集、组织与数据库建立、水文数据分析处理(如对数据进行校正、异常值分析、信息统计查询、图表的浏览打印等)、数据以及智能预测预警功能的实现。
1、硬件系统和软件系统
矿井水害监测预警系统由硬件系统和软件系统组成。系统的硬件部分主要包括传感器、遥测分站、传输系统(无线及有线方式)和水文监测主站等;系统的软件包括水文数据的实时采集、组织与数据库建立、水文数据分析处理、数据以及智能预测预警功能的实现。
图1 井下水文观测点设置示意图
2、水害监测预警系统体系结构
该系统采用物理三层结构,分别称为数据采集层(各种监测分站),数据处理层(实时监测主站),水文数据库及网络层,如图2所示。
该系统的三层结构中,可以采用组合的方式构成独立运行的系统模式,能够构建的系统模式如下:①基层系统;②基层系统+中层系统;③基层系统+高层系统;④基层系统+中层系统+高层系统。每种系统模式都可独立运行。采用如此的系统模型使该项目的研究成果可以适应各种组织结构。
图2 水害监测预警系统网络结构图
3、基层系统组成拓扑结构
该系统分为矿井井上和井下两部分,采用树状星型网络拓扑结构。井上部分为地面水文长观孔的水位、水温监测,地面水位水温遥测自动记录混合分站采集水位和水温数据,通过GSM网络将数据传送到主站微机,进行数据处理。井下部分利用水文监测分站进行数据采集,通过环型以太网将数据传输到地面监测中心站,经过中心站的预处理存入水文数据库中,采用多用户的SQL-SERVER数据库管理系统作为系统的开发平台,利用水文数据软件,通过局域网或广域网就可对水文数据进行查询、统计、浏览,使相关领导及专业技术人员能够及时掌握水文动态,指导煤矿的安全生产。
2.3.3 水害监测预警系统软件功能及实现
水害监测预警系统软件由实时数据采集处理软件和水文数据网络软件两部分组成。实现水文数据的实时采集、组织与数据库建立、水文数据分析处理、数据以及智能预测预警。
(1)实时数据采集处理软件的功能
①数据的实时采集列表显示;②数据的可视化处理,包括曲线、报表分析等;③智能预警功能,采用多参数综合预警、极值预警、趋势预警等。
(2)水文数据网络软件的功能
通过水文数据的网络浏览、水文数据的图形显示及水文数据的图形报表生成,使煤矿水文参数信息在企业局域网内实时和共享。
(3)高级目标
实现集团公司(高层)、煤业公司(中层)、生产矿井(基层)等多层次网络互联,按照分层架构设计系统结构,实现水文监测信息的集团公司内部共享。甚至推广到全省信息共享。
2.4 水害监测预警系统特点
1、常规监测系统的弊端
随着计算机技术的不断发展及其在实际中的广泛应用,处理矿井水文信息的思路和方法也在不断更新。国内外监测设备与系统,从应用于煤矿安全生产的实际需要来看存在以下问题:
(1)国外产品针对的是常规的地下水监测,不适应国内煤矿企业防治水的要求;
(2)国内产品监测参数比较单一,有的只能测水位;
(3)测量范围有限、精度不高;
(4)供电方式单一,不能方便的在野外恶劣环境使用;
(5)实时性差、无法满足煤矿工作人员及时掌握地下水各种参数的变化情况;
(6)软件分析处理能力弱、无法直观的反映地下水水位变化趋势,不能做到智能预测、预警。
2、本监测系统的特点
(1)可监测水位、水压、水温和水流量等有关水文的多个观测参数,改变了传统系统只能对地下水位进行监测的历史。
(2)采用软件自复位和硬件看门狗技术,系统在无人值守情况下能够自动、可靠地运行;监测数据可通过通讯网络自动传输到控制主机,也可以记录于本地仪器内,本地仪器内存可以保存七千多组数据。
(3)分站监测数据可采用有线或无线数据收发装置传输到主机系统,这样既适用于地表地下水资源的监测预警,也适用于地下水资源的合理开发和有效利用以及矿井水害防治。
(4)设计实现了多参数水文动态监测智能预警系统软件,该软件对于采集的水文信息采用多种方法以表格、曲线、报表、图形等方式实现数字的动态显示和可视化输出,并可以进行相应的编辑、打印等操作,方便了用户的直观查询与使用。
(5)利用动态网页技术实现了水文数据的网络,实现了水文数据的实时共享,方便了各相关部门用户的数据查询。
(6)利用多参数实时数据进行超限分析,实现系统的实时综合超限预警功能;提出了多测点、多参数条件下的极值突水预警方法;利用神经网络技术可根据历史数据预测水位的变化趋势,实现趋势预警,为矿区的水文动态分析提供了有力的控制与分析手段。
(7)综合应用计算机科学、水文科学、神经网络、电子技术、通讯技术、网络技术和信息处理技术,建立水文信息资源动态管理模型。
3 水害监测预警系统的应用现状
水害监测预警系统2007年在我矿投入使用以来,运行稳定可靠,应用情况良好,社会效益明显。
(1)系统实现了数据采集自动化、数据处理自动化和数据的自动化。大大提高了管理水平。
(2)系统主站及分站,性能优良,安装及使用灵活方便,能适应于矿井的恶劣环境,水位水温传感器、明渠流量传感器、管道流量传感器、水压水温传感器具有较高可靠性和稳定性。
(3)系统提供的综合超限预警方法、极值预警方法、趋势预警方法实用性强,对矿井安全生产具有重要作用。
(4)使用该系统能够及时掌握水文动态,提高了我矿水害防治能力,达到对水害事故的早发现、早预报、早防治。节约了大量人力、物力,对保障煤矿的安全、正常生产具有重要的意义。
4 结语
目前国内瓦斯类的安全监测系统应用相当广泛,技术也比较成熟,但针对水文地质工作的水文监测系统,尤其是可以采集多参数水文信息的监测系统,可以应用到煤矿生产的则比较少见。
【关键词】灾害分析 防治措施 安全生产
按照省河道管理局的统一工作安排,从2010年至2012年辽宁省水利部门在蒲河河道进行综合治理,形成景观区。在河道内相继修建了8道橡胶拦水坝,来调整河道水位。沈阳油田上游总蓄水量为1300万立方米。在美化了河道景观的同时,也增加了洪水对沈阳油田安全度汛的威胁。一旦橡胶坝出现故障,洪水就将不受控而突然加大泄流量,对沈阳油田位于河套内的岗位员工和油井生产的机泵设备都将是损坏性很大的打击,人身和财产都面临巨大损坏。因此,沈阳油田的防洪、减灾,保安全的工作艰巨而重要。
1 蒲河洪水对沈阳油田的灾害分析
依据近10年的洪水数据统计计算后,按其不同地面流量与降雨级别相结合,将洪灾预警分为三级。小~中雨及蒲河流量小于70m3/s时为三级预警,此时河水对沈阳油田油井生产及人身安全基本无影响。特殊情况下,如张屯乡下游泄洪不畅可能造成205队25号计量站的J73-553井、J75-51井井场上水0.2米,进井路面上水0.5米,此时将不启动防汛应急预案,日常生产正常组织。中到大雨及蒲河河水流量在70m3/s~90m3/s时为二级预警。此时,河滩水深0.6~0.9米,有12口井井场上水影响原油产量26.8吨。洪峰到达沈阳油田需7小时,岗位员工人身安全不受影响,可以在站内正常值班,原油外输不受影响,原油及动力液加热不受影响,需要注意的是以上油井在夜间不要去巡回检查。暴雨及蒲河河水流量为90m3/s~150m3/s时为一级防汛预警,其中90m3/s~120m3/s时河滩水深为0.9m~1.5m,有92口油井上水,水淹井产量为238吨,洪峰到达沈阳油田需5小时,此时计量站将撤离女职工和年龄大于45岁的男职工。计量站的原油加热及外输不受洪水影响。当洪水流量为120m3/s~150m3/s时,有142油井关井,关井产油370吨,河滩水深1.5m~2.0m,此时员工全部撤离到7座计量站内停止一切站外巡检工作。当出现极端的洪水流量200m3/s及以上时,河滩水深1.5m以上甚至2.0m以上。此时河套内全部油水井关井,7座计量站关站,关停全部机泵设备,值守人员在高架站内原地待命。
2 蒲河洪水灾害的防治与应急措施
2.1 基础性的保障措施
以生产运行机构为核心的防汛应急协调机构,负责具体协调指挥在防汛抢险过程中车辆、物质、通讯、电力、后勤等保障性工作。有科学、高效、切实可行的应急防汛预案和具有强大战斗力由50人组成的应急抢险队伍。在极特殊的情况下对人员或管网原油泄漏进行抢险救助以人为本,每年汛期来临之前对全体员工进行防汛度汛全员化安全教育,在全员思想中牢固树立以人为本,安全第一的理念,没有人的第一安全,其它一切安全工作都是零,都没有意义,同时为河套内井站 配备充足的防汛应急自救器材,每个井站配备一条橡胶船,8件救生衣,6个救生圈,6个警界带,20根竹竿,200米棕绳。
2.2 机电设备的保障措施
依据近10年来的洪水侵害情况,为最大限度的保障机电设备的正常运输。目前河套内的全部油水井的电控机电设备都统一安装在距地面1.6米~2.1米的金属制一体化平方上,平台为金属管材与板材焊接制成,每个平台装容面积为16平方米,可同时安装3台不同用途的机泵控制柜,平台支柱埋于地下1.1米,完全可抗击洪水冲击。
河套内全部用电器的供电电缆均由完好的铁铠电缆供电,抗外力冲击,防水不漏电,具有内部短路漏电自动断电保护功能,能最大限度的避免对人员造成电击伤。
2.3 警示引导语和实时监控措施
为保证汛期河套内的行车安全与员工巡检安全,全部公路与进井支路两侧都有高度为2.5米,间距为30米的水泥制水位警示标志杆,上面有警示反光标志和水位深度标志。在汛期标志杆以外严禁车辆人员进入。充分发挥监控器材的作用,在蒲河桥头、沈3计均有24小时监控拍照设备,并带有夜视红外功能。在人员无法到达现场的条件下,可以实时将现场洪水变化情况传回防汛指挥中心,为下步决策提供科学的依据。
2.4 科学预警,为防灾减灾提供充分保障
为了给油区提供充足的启动防汛应急预案,做好迎击洪水的准备工作。首先在蒲河上游唯一的控制性水库棋盘山水库设立24小时畅通的联系点,时时掌握棋盘山水库的库容及水位变化。准确掌握棋盘山水库出库流量的变化。换算出出库流量与油区内蒲河水位变的关联曲线。既棋盘山水库出库流量每增减10m3/s,油区内蒲河水位相应增减的海拔高度及绝对高度。其次在蒲河中段设立裕国水文观测站。水文观测站可为油区提供5-6小时的预警时间,水文站的蒲河断面流量及流速对油区预警提供的水文数据更准确,更有指导性。蒲河断面的水流量Q=棋盘山水库出库流量Q1+沿途62Km地面径流Q2(既实时降雨量产生的地面径流)。
2.5 统筹大局,做好组织协调工作
油区的蒲河上游有8道调控蒲河水位的橡胶坝,每道橡胶坝间的库容都高达50-80万立方米。如发生垮坝等不可控的洪水下泄,那对油区将是毁灭性的打击。为此,专门设立油地水利协调机构,全权负责与沈阳市于洪区河道部门协调汛期水位管控工作。按照协议规定,在每年7月18日至8月20日,蒲河橡胶坝原则上按库容下线运行,尽量降低橡胶坝内水位。
2.6 科学调配电网控制,提高油井生产时率
通过调整电网分线路控制,在河坝外加装控制闸刀。将地势基本相同,河水绝对高度相对一致的油井统一由一条高压线路供送电。进而杜绝统一送停电,进而最大限度的提高油井生产时率,最大限度的减小因洪水造成的经济损失。
3 结论
通过科学管控,制定切实可行的防汛应急预案,做好充分的度汛准备工作。人的主观意识高度重视防汛工作。在物资上充分的保障工作,科学调度。洪水对油田生产造成的灾害损失可以减少,甚至是避免的。减灾防灾工作时可以做到万无一失的。
参考文献
[1] 向立云. 洪水管理的基本原理[J]. 水利发展研究, 2007(07)
关键词:高速公路;地质灾害;隧道涌水突泥
0.引言
随着我国高速公路建设迅速发展,其施工技术也不断提高,但是在我国目前的技术经济条件下施工,不良地质条件是施工中最大的制约因素[1]。因此,加强对隧道涌水突泥的研究,对保障施工安全、加快施工进度、节约施工成本,均有十分重要的意义。
1.涌水突泥灾害的发生简况
(应介绍本隧道原设计地质情况及简单概述施工情况,如哪个端口进洞,采用什么施工方法,初支结构参数等)厦成高速公路东孚隧道,下穿厦深铁路东孚编组站,路线总长40.235km,路基宽度33.5m,施工方式利用“中继法顶进工艺”,从出口进洞,即由大里程向小里程施工,初支支护参数为S3。隧址区岩层主要为石灰岩,占隧道围岩的70%左右,岩溶发育,尤其是地表浅部溶蚀洼地、落水洞、漏斗成片出现,再加上隧址区处于向斜地质构造,容易导致地下水汇集,且汇集的地下水形成岩溶水增大了隧道施工的难度。
2013年10月8日上午9:00**隧道左洞掌子面里程施工至ZK22+707。在中导开挖过程中,ZK22+723线路左侧上台阶拱脚处发生涌水,引起线路左侧ZK22+723-ZK22+728段拱脚至拱顶范围初支变形。现场监控量测显示2小时内拱顶变形为5mm,上、中导接头处变形为7mm,且涌水量持续较大。本隧道因掌子面涌水引起初支结构变形。(注:本隧道是否从出口进洞,即由大里程向小里程施工,否则掌子面和中导里程有问题)
2013年11月12日,A2合同段天成山隧道左线掌子面施工至ZK22+663,掌子面均为砂土状全―强风化花岗岩,左侧出现涌水。下午17:15开始,掌子面涌水量明显增大,18:46初支喷砼开始出现裂缝,拱顶掉块严重,拱架出现变形,现场及时加强锁脚支护。19:26开始,拱架变形加大,为确保安全,下达指令要求人员及机械设备撤离,而后初支完全剥落并垮塌,出现涌水突泥现象,涌水量约达40m3/h。20:00通过现场观察判定,ZK22+663―ZK22+668段钢拱架已完全压垮,突泥量约50m3/h。
2 抢险处治方案
2.1制定方案
由于事故发生后,现场堆积了大量的坍塌渣体,无法开展处治的良好施工工作。因此,根据现场踏勘的实际情况,针对该隧道的地质特征及前期的涌水特征作出了全面分析,并结合以往大规模涌水突泥事故后围岩能暂时自稳的工程经验,制定了相应的处理方案。具体原则为:1、加强大管棚结合小导管的超前及径向支护措施;2、调整围岩级别、加强初支支护参数(S3变为S5b);3、初支背后及涌泥处加注双液浆,加强堵水效果;4、洞内增加临时支护棚架,缩短二衬至掌子面步距。施工过程中严格遵守“管超前、短进尺、强支护、勤量测”,必要时掌子面喷砼封闭,防止突水涌泥扩大,增强整体稳定性。
2.2监测
对初支拱架变形部位进行不间断变形监控量测,监控量测数据每2小时一次,如发生突变应立即上报。加强监控量测,及时反馈量测数据信息,实时密切监视突泥区状况,并做好相关警戒通报。
2.3加固
第一,加强超前支护:在隧道进口段设置管棚超前支护,分别在ZK22+732、ZK22+728、ZK22+723往小里程范围对左右两侧各打入3排管棚进行加固,管棚采用长度12m的φ89×5mm钢管,外插角约30°,单侧每排6根,及时进行注浆加固(管棚设置位置需进一步明确)。第二,回填注浆,稳固围岩:对ZK22+732~715段初支结构及背后围岩径向采用φ50×4mm长度5m的钢花管,按环向50cm、纵向100cm的间距梅花形布置进行注浆加固。对拱腰45°以上采用超前加固,45°以下为锁脚加固。所有钢花管均进行注浆,采用水玻璃双液注浆法,适当提高注浆压力,注浆应缓慢进行,注浆压力不宜超过1.0MPa(可考虑采用水玻璃注浆措施)。第三,加强锁脚及初支参数:为避免突泥区附近拱架继续变形,确保已施做初支结构的稳定,对ZK22+700~ZK22+670段加强锁脚,每榀拱架两侧拱脚斜向下补打两根4m长φ76×5mm钢管加强锁脚,其余部位增设4m长φ25药卷锚杆加强锁脚,每组4根,环向间距150cm,纵向间距100cm。在ZK22+700~ZK22+675采用12米长φ76×5mm钢管拱部增设伞状棚架支护,纵向间距4m,环向间距1m。
2.4封堵
首先,先对少量出水的钢管压注水泥-水玻璃双液浆堵水,出水量大的钢管先作为泄水通道,待二衬施工前再注浆封堵。其次,采用强支护穿越突泥区,在ZK22+673与ZK22+671处上半断面各设置一排20米长φ108×6mm钢花管进行管棚支护,环向间距40cm,压注水泥-水玻璃双液浆堵水。
2.5排水
对ZK22+723-ZK22+735段阶按全幅宽度反压回填至上台阶底面。回填前必须对炮眼内安装的全部引线和炸药拆除干净。待突泥区稳定后,采用透水性材料(片块石)对上台阶突泥区进行反压回填,防止突泥区再次扩大。
3 对治理方法的体会
第一,严格执行安全施工原则,加强对施工的监控。在掌子面和初期支护刚建成的区域,必须重点做好施工前期的地质勘察和水文地质分析以及超前探水等工作。施工中期要加强水量、水压、降雨量的监测工作,规范地质预报和水量、水压、降雨量的监测工作,严格执行安全施工制度以保障施工人员人身安全。完善健全安全监控和预警体系善,保证掌子面有视频监控以及报警系统,确保急逃生等系统的工作正常[2]。应配齐专职安全人员,加强安全教育培训,进行防灾逃生演练。
第二,采用大管棚超前支护,坚持支护紧跟原则。涌水突泥灾害具有突发性的特点,但在出现大规模的涌泥之后,一般会有一段暂时的稳定期,因此,应抓住时机,在涌水段开挖后,下台阶、仰拱及二衬施工应及时、抓紧跟进,必须抓住时机及时处治施工,以形成完整的大管棚超前支护结构[3]。
第三,准备充足的物质,做好灾害预防工作。在地质灾害发生后,应不惜一切代价确保既定处治方案中所需的机械、材料的正常供应及应有储备,以保障满足全天候应急抢险供给。为治理涌水突泥地质灾害做好充分的准备工作,为其创造良好的施工条件,以保证正常施工进度。
第四,以堵为主,堵排结合。为避免高速公路隧道围岩壁继续变形破坏,导致塌穴增大,必须对坍塌周边的围岩进行加固处理。为避免因多种情况再次发生坍方,必须封堵涌出口。为降低水压,减轻支护结构所承受的水压力,必须制定有效的排水措施[4]。对于充填物坍落的地段,应采取清淤释能降压的方案,使用大型挖掘机将堆积物运出。高度重视隧道释能降压技术在高速公路隧道施工中的运用。
第五,优化施工方案,提高安全管理水平。在启动抢险机制的同时,针对不同级别的涌水突泥地质灾害,必须依据现场施工不同的特点和环境,制定相应的科学、合理、安全、快速的治理方案。工程项目部应加强并落实领导带班,安排专人观测现场动态,拟定完善的应急处治预案,加强项目管理人员应对突发事件的培训,提高应对突发事件的安全管理水平。确保遇险时能立即按预案撤人并能及时、有效地组织应急抢险。
4.结语
涌水突泥是高速公路隧道施工过程中影响巨大的工程地质灾害,导致涌水突泥地质灾害的原因诸多,如果施工中处治措施不当,不但危及隧道施工安全,加剧隧道施工难度,影响隧道施工进度,还可能会在隧道建成后严重地影响地表环境,造成不必要的经济损失。因此,必须加强监测与预防,设置合理的施工条件,对涌水突泥地质灾害综合治理,但具体的治理方案要在具体的工作当中依据施工现场制定。
参考文献:
[1]康勇,杨春和,张朋,浅埋岩溶隧道灾变机制及其防治[J],岩石力学与工程学报,2010,29(1):149-154
[2]杨冬梅,张朋,云雾山隧道浅埋岩溶段突泥塌方灾害快速治理方法研究[J],西部探矿工程,2008,10:192-193