我國煤礦安全技術的研究與發(fā)展

 1 前　言 

我國煤炭工業(yè)經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，已成為世界第一產(chǎn)煤大國。近十年來，由于煤炭生產(chǎn)總量過大、能源結(jié)構(gòu)多樣化及高效節(jié)能技術的發(fā)展，故造成了煤炭供大于求的局面。據(jù)專家預測，到2025年以后，由于石油、天然氣資源的減少，煤炭在世界能源中的地位還會上升。總體來講，我國屬于貧油富煤國家，煤炭在國家的能源結(jié)構(gòu)中呈剛性變化，預計在21世紀中葉煤炭在一次能源中仍將占45％－50％。所以煤炭仍是事關國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基礎產(chǎn)業(yè)。 

我國煤炭資源豐富，而煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造復雜，自然發(fā)火、高瓦斯、煤與瓦斯突出煤層多，致使煤礦生產(chǎn)中安全問題復雜化，而且，隨著采掘深度的加大，高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，煤礦又面臨著許多新的安全技術問題。 

煤礦安全生產(chǎn)是關系到國家財產(chǎn)和礦工生命的大事，歷來受到黨和政府的高度重視。煤炭工業(yè)堅持“安全第一，預防為主”的方針，在“綜合治理，總體推進”的正確思想指引下，大力開展煤炭生產(chǎn)安全技術的科學研究，尤其是在“八五”、“九五”期間取得了新的研究成果，并在煤礦得到推廣應用。 

2 煤礦安全技術的科學研究 

2.1 瓦斯防治技術 

煤礦瓦斯的危害主要表現(xiàn)在瓦斯窒息和爆炸事故方面；同時煤礦瓦斯大量地排入大氣，增大了大氣層的溫室效應，惡化了氣象條件。 

煤田煤層瓦斯含量的預測及礦井瓦斯涌出量的預測技術：研究了地勘鉆孔瓦斯解吸與影響因素，確立了統(tǒng)一的較完善的煤層瓦斯含量、礦井瓦斯涌出量的預測方法，實現(xiàn)了從含量測定、涌出量預測，到礦井瓦斯地質(zhì)繪圖的微機化、自動化和規(guī)范化，其預測準確率達80～85％。 

瓦斯抽放技術：煤層瓦斯抽放是礦井瓦斯的治本措施，在“八五”、“九五”期間，實施了本層、鄰近層、穿層、采空區(qū)瓦斯抽放。研究了綜采工作面超前強化抽放瓦斯方法及工藝裝備，試驗成功200－500m巖石水平長鉆孔抽鄰近層的瓦斯，煤層水平（250m）長鉆孔及預裂控制爆破強化抽放本層瓦斯的綜合抽放技術等，使工作面瓦斯抽放率提高20％。水泥擴孔技術是利用鉆機通過鉆桿、鉆頭沿鉆孔噴出高壓水射流，以旋轉(zhuǎn)式切割擴孔，其效果十分明顯，單孔抽瓦斯量提高0.6～1.0倍。 

2.2 煤與瓦斯突出防治技術 
我國的防突技術經(jīng)歷了安全防護、防治技術措施和綜合防治階段。1988年制定并頒布實施的《防治煤與瓦斯突出細則》，把我國防突技術總結(jié)為：預測、防突措施、效果檢驗和安全防護措施的四位一體，經(jīng)過“八五”、“九五”期間的深化，將我國的防突技術提高到世界領先水平。 

煤與瓦斯突出預測技術：完善了采掘工作面鉆孔方式的突出預測指標和臨界值確定方法，研制成功以鉆屑瓦斯解吸特性和鉆屑量來綜合判斷煤層突出危險的ATY、WTC預測儀。經(jīng)在50個局礦的推廣應用，已安全掘進突出煤層15萬多米巷道，不突出預報準確率達100％，突出預報準確率達60～70％，其防災工程量減少50％。 

研究了以測定AE聲發(fā)射事件、瓦斯涌出狀態(tài)和煤壁溫度變化等指標的非接觸式預測方法，并開發(fā)出KJ54型安全監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備環(huán)境監(jiān)測與突出危險實時監(jiān)測的功能。另外利用無線電波透視、天然電磁輻射、地質(zhì)雷達等物探技術，對突出煤層的區(qū)域性預測，進行了初步試驗。 

防突技術在改進、完善、提高開采保護層、預抽煤層瓦斯、超前排放鉆孔、深孔松動爆破和水力沖孔等技術措施外，重點研究了機采、機掘工作面的防突技術，建立了一套突出區(qū)域預測、長鉆孔控制預裂爆破、水力疏松相結(jié)合的綜采工作面防突工藝；在機掘工作面重點研究了與掘進機形成機械、液壓、操作為一體的全液壓防突鉆孔、割槽裝置及工藝技術；“九五”期間研制了QFZ－22型輕便防災鉆機，集強力鉆孔與防卡鉆功能于一體，是實施超前排放鉆孔的高效、輕便鉆機。對地質(zhì)構(gòu)造破壞帶和嚴重突出礦井。提高了整套綜合治理突出技術，在四位一體的防突措施基礎上，發(fā)展為合理采掘部署、突出預測預報、防突措施、措施的效果檢驗、安全防護措施的五步配套綜合防突體系。 

2.3 粉塵防治技術 

隨著綜采、綜掘、高產(chǎn)高效工作面的發(fā)展，煤礦粉塵污染問題更為突出,經(jīng)“八五”期間的科技攻關,防降塵技術有較大發(fā)展。 

綜采工作面的防塵技術：進一步完善和加強煤層注水，實施長鉆孔深封孔技術；開發(fā)了水泥砂漿封孔泵，解決了封孔難的問題，提高了煤層注水降塵的效果，對采煤機采煤產(chǎn)生的粉塵實施含塵風流控制。高壓水外噴霧降塵技術，對液壓支架、放煤口實施自動控制水噴霧降塵技術，較好地降低了粉塵濃度。 

機掘工作面的除塵技術：改進和完善了系列濕式除塵器的技術特性，提高了除塵效率。近10年來，為有效地控制呼吸性粉塵，重點開發(fā)了布袋除塵器，其處理風量達到230～250m3/min,工作阻力2083Pa，總粉塵和呼吸性粉塵的除塵效率分別達99.5％和95.5％，不足的是體積較大，制造成本較高。對轉(zhuǎn)載點開發(fā)了氣流循環(huán)除塵裝置.用密閉罩將轉(zhuǎn)載點塵源與外界內(nèi)流場隔離，在罩內(nèi)引射氣流循環(huán)除塵。為提高水噴霧降塵的效果。研究了聲波霧化、磁化水、預荷電噴霧降塵新技術。 

為強化和規(guī)范呼吸性粉塵的檢測，在“九五”期間研制出AZF型呼吸性粉塵采樣器，可連續(xù)工作8h，分離效能符合BMRC國際曲線，填補了國內(nèi)長周期定點呼吸性粉塵采樣器的空白。 

2.4 礦井火災防治技術 

開采易自燃煤層的高產(chǎn)高效工作面，火災的威脅和危害更大。在“八五”、“九五”期間將火災的預測和實時監(jiān)測、高效潔凈的防滅火工藝技術作為攻關內(nèi)容。 

在火災預測方面：通過對無煙煤、煙煤、褐煤有代表性的煤樣進行自燃的模擬試驗，研究得出煤樣在低溫氧化、加速氧化自熱期、激烈氧化三個階段能區(qū)分開的靈敏氣體指標。同時研制了火災束管檢測系統(tǒng)及與之配套的礦用火災多參數(shù)色譜儀、火災氣體及溫度傳感器。為克服長距離束管存在預報滯后、管內(nèi)積水、難維護的弱點，研制了束管與電測相結(jié)合的經(jīng)濟型火災預測系統(tǒng)，即由束管將被測氣體送至井下分站，由各火災氣體傳感器將所測到的電信號參數(shù)直接輸送至地面監(jiān)控室，在地面進行集中的實時監(jiān)控和預報。 

為適應綜采工作而設備多且昂貴的條件，以氮氣為主的隋氣防滅火技術得到迅猛發(fā)展。國內(nèi)主要采用中空纖維膜分離和碳分子篩變壓吸附分離制氮工藝技術。礦用制氮機組有地面移動式變壓吸附KYZD－800型，井下移動式變壓吸附JXZD－400型及井下移動式膜分離機組MD－350型等。對回采工作面的注氮防滅火，應及時科學地測定采區(qū)的氧化、自熱、窒息三帶的分布，通過注氮使自熱帶的氧氣濃度降至10～12％以下，加速自熱帶向窒息帶轉(zhuǎn)化在實施隋氣防滅火過程中，應采取綜合措施降低防滅火區(qū)域的漏風，以提高隋氣防滅火的效果。 

2.5 瓦斯煤塵爆炸防治技術 

瓦斯爆炸、瓦斯煤塵爆炸仍是煤礦最重大的事故。我國建立了自己的大型實際規(guī)模爆炸巷道及試驗基地，開展了各種粉塵的爆炸機理、特性及防隔爆措施的試驗研究，在對我國主要煤田的煤塵樣爆炸特性試驗研究的基礎上，開展了瓦斯、煤塵共存條件下爆炸特性的研究，著重探討了采掘機械的切齒摩擦火花引燃引爆瓦斯煤塵問題，初步提出了改進切齒結(jié)構(gòu)與材質(zhì)等防止切割摩擦火花引爆的綜合措施。 

進一步完善和改進被動式隔爆水槽、水袋的性能、吊掛工藝及布置方式，改進后的XGS型隔爆水棚也能隔絕弱爆炸的傳播，擴大了隔爆的有效范圍（距爆源20～24m）且安裝移動方便。BJK－S型自動抑爆系統(tǒng)可實現(xiàn)遠距離對機掘工作面或有爆炸危險場所的瓦斯、煤塵濃度、沉積煤塵強度連續(xù)監(jiān)控、超限報警并控制作業(yè)設備的斷電；可將瓦斯燃燒、弱爆炸等就地撲滅，有效地控制瓦斯煤塵爆炸近年開發(fā)的YBW型無電源觸發(fā)式抑爆裝置，采用光電器導爆索爆破噴撒水質(zhì)抑爆劑，最佳水霧形成時間小于150ms，水霧存在時間超過500ms，具有良好的成霧性能和日常維護工作量小、安裝應用方便的優(yōu)點。 

3 對煤礦安全科技工作的幾點建議 

如前所述，在黨和國家的關懷下，煤礦安全科技工作取得長足的發(fā)展，其整體科技水平與國外的差距正在縮小。煤礦的安全狀況與10年前相比，也大有好轉(zhuǎn)，但與國外的差距仍較大，以煤炭生產(chǎn)的百萬噸死亡率來比較：近10年，我國國有重點煤礦為1.05～1.2，全國平均（含國有、鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦）為4.3；而同期，美國為0.09，波蘭為0.44，德國為0.34，印度為0.74。 

我國煤礦每年發(fā)生死亡10人以上的重特大事故約有70～80起，其中85％發(fā)生在高瓦斯或有突出危險的礦井；90％為瓦斯（含瓦斯煤塵）爆炸事故。全國煤礦現(xiàn)累計塵肺病人20萬。每年因事故及塵肺而帶來的經(jīng)濟損失約為30億元，總體來講行業(yè)的安全狀況不容樂觀。 

國家煤礦安全監(jiān)察局及直屬機構(gòu)的建立，是國家為實現(xiàn)煤礦安全狀況根本好轉(zhuǎn)的重大舉措，也將促進煤礦安全科學技術的發(fā)展；國家煤礦安全技術工程研究中心的籌建，也將加快煤礦安全科技成果的商品化、產(chǎn)業(yè)化的進程。 

針對我國煤礦安全狀況和煤礦安全技術的難點，建議在以下幾方面重點組織科技攻關： 

（l）瓦斯超前治理與區(qū)域瓦斯資源開發(fā)技術。瓦斯給煤礦安全帶來極大的威脅，但又是潔凈的能源和化工原料，集利害于一體，全國煤層氣儲量達30～35萬億m3，但我國多為低透氣性煤層，因此，對超前規(guī)?；⒏咝实耐咚钩榉偶夹g進行科技攻關，為高瓦斯礦井提供安全生產(chǎn)條件，并為瓦斯規(guī)模化、商業(yè)化的開發(fā)利用創(chuàng)造條件。擬將晉城新區(qū)作為科技攻關試驗點，建議國家對災害治理、變害為寶的科技項目和產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目應給予資金投入的傾斜和優(yōu)惠的扶持政策。 
（2）粉塵治理技術。粉塵是煤炭生產(chǎn)中另一個突出的安全問題，也是作業(yè)場所的工業(yè)衛(wèi)生問題。把呼吸性粉塵的綜合治理技術納入新一輪的攻關內(nèi)容。攻關的內(nèi)容包括：礦井呼吸性粉塵的連續(xù)檢測技術，減少粉塵產(chǎn)生和高效經(jīng)濟、便利的除塵技術與裝備。 
（3）重大火災的防治技術。隨著礦井機械化和自動化程度的提高，重大火災的威脅顯得更為突出，對隱蔽火災的預測與定位技術，防止運輸膠帶等火災的蔓延及滅火技術，災害氣體產(chǎn)物對礦井風流的影響等列項進行研究，利用火災試驗巷道和計算機模擬仿真技術，在理論和實用技術上要有較大突破。 
（4）應重點解決瓦斯、火災等有害氣體檢測元件，達到長壽命、高穩(wěn)定、高可靠。研制開發(fā)高效、節(jié)能、高可靠性的通風設備、安全工程裝備。 
（5）為安全監(jiān)察建立完善的技術保障和技術支撐體系，加強基礎和檢測技術的研究。