1 引言

2021年6月10日中午，山西省忻州市代縣聶營鎮大紅才鐵礦4號井發生突水事故，13人被困在井下。截至目前為止，已經過去了整整5天，6月14日凌晨1時30分開始至8時09分，已經搜救出3名遇難者。在隨后的這一天, 還沒看到其它進展. 這個筆記簡要描述了當地下礦井發生突水時可能的遇難情形以及經驗的和理論的突水預測方法.

[應急管理] 發生突水事故, 13人被困

[應急管理] 地下采礦工作人員的定位

2 可能的遇難情形

當礦井內突然涌入大量地下水后, 水位會立即上升, 地下水通過巷道會進入到豎井, 封堵了空氣的進路. 下面顯示了一個簡單的礦井涌水示意圖.  

在這種情況下, 采礦人員可能來不及逃跑而發生遇難事故. 可能的遇難情形有如下幾種: 

(1) 碰撞致死. 當突水發生時, 水流的巨大沖擊力會把人直接拋向巷道的兩壁, 采礦巷道既不是游泳池也不像高速公路的隧道, 狹小的空間和迂回的路徑會導致人立即失去行動能力;

(2) 水淹致死. 即使上述情形沒有發生, 隨著水位的不斷升高, 人會被淹死. 特別是夾雜著大量巖粒的水流嗆入到口腔系統, 會立即阻塞呼吸系統, 導致最終被淹死.

(3) 窒息而死. 如果地下水進入到豎井(主井,副井或回風井), 一旦形成閉環系統, 沒有了空氣, 即使不被淹死, 也會慢慢因缺氧而死亡. 因此, 當遇到井下發生突水事故時, 首先應快速確定出人員所在的位置, 然后打通其最近位置的通風口, 讓空氣能夠進入到礦井中. 

3 經驗的突水預測方法

在長期的采礦實踐中, 采礦工作者總結了一些經驗方法來預測突水, 例如: ⑴ 觀察巷道壁的聚水變化; (2) 觀察溫度變化; (3) 觀察頂板淋水是否加大; (4) 觀察底板是否鼓起并有滲水現象; (5) 觀察是否出現壓力水流; (6) 聽是否有水流聲音; (7) 聞是否有氣味變化; (8) 觀察巖石的顏色是否變化. 然而, 大多數情況下, 這些經驗方法在礦井內的特殊環境內很難真正發揮出應有的作用.

4 理論的突水預測方法

突水預測的核心是估計涌入水的總量. 顯然, 一個準確的突水預測需要工程地質學家, 水文地質學家, 采礦工程師和巖石力學工程師的密切配合. 多年來, 研究者們一直在試圖建立合適的數學模型來預測突水和涌水量, 例如, Dudley W (1972)[Technique for Predicting Groundwater Inflow to a Large Underground Opening] 提出了一種預測地下水涌入空場的技術; Brown (1982)[A validated theory of underground mine flooding] 建立了一個模型研究空氣壓力隨水位上升的衰減狀況, 這個模型用來分析水位的影響, 豎井尺寸的影響以及豎井排水的影響. Singh and Reed (1988) [Mathematical modelling for estimation of minewater inflow to a surface mining operation]提出了一個數學模型估計從地面水源的涌入量; Aryafar等人(2007)[Prediction Of Groundwater Inflow And Height Of The Seepage Face In A Deep Open Pit Mine Using Numerical Finite Element Model And Analytical Solutions]使用SEEP/W軟件預測地下水的涌入量; Alvares等人(2016)[Prediction of the ?ooding of a mining reservoir in NW Spain]通過軟件FEFLOW and GRAM估計了總涌水量; Zhang等人(2019)[Modeling Rock Fracture Propagation and Water Inrush Mechanisms in Underground Coal Mine]分析了水涌的來源以及突水引起的巖石斷裂傳播過程; Ahyadi等人(2020)[Groundwater in?ow prediction using an analytical solution in the gold ore exploration tunnel of underground mine]通過建立模型預測地下水的涌入量, 以便精確設計地下排水系統.

大紅才鐵礦救援巷道