我國(guó)煤礦安全技術(shù)的研究與發(fā)展

 1 前　言 

我國(guó)煤炭工業(yè)經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已成為世界第一產(chǎn)煤大國(guó)。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(shù)的發(fā)展，故造成了煤炭供大于求的局面。據(jù)專家預(yù)測(cè)，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(huì)上升。總體來講，我國(guó)屬于貧油富煤國(guó)家，煤炭在國(guó)家的能源結(jié)構(gòu)中呈剛性變化，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)中葉煤炭在一次能源中仍將占45％－50％。所以煤炭仍是事關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。 

我國(guó)煤炭資源豐富，而煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)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(fù)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(shù)問題。 

煤礦安全生產(chǎn)是關(guān)系到國(guó)家財(cái)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(jiān)持“安全第一，預(yù)防為主”的方針，在“綜合治理，總體推進(jìn)”的正確思想指引下，大力開展煤炭生產(chǎn)安全技術(shù)的科學(xué)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(yīng)用。 

2 煤礦安全技術(shù)的科學(xué)研究 

2.1 瓦斯防治技術(shù) 

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(shí)煤礦瓦斯大量地排入大氣，增大了大氣層的溫室效應(yīng)，惡化了氣象條件。 

煤田煤層瓦斯含量的預(yù)測(cè)及礦井瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)技術(shù)：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(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了從含量測(cè)定、涌出量預(yù)測(cè)，到礦井瓦斯地質(zhì)繪圖的微機(jī)化、自動(dòng)化和規(guī)范化，其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)80～85％。 

瓦斯抽放技術(shù)：煤層瓦斯抽放是礦井瓦斯的治本措施，在“八五”、“九五”期間，實(shí)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(qiáng)化抽放瓦斯方法及工藝裝備，試驗(yàn)成功200－500m巖石水平長(zhǎng)鉆孔抽鄰近層的瓦斯，煤層水平（250m）長(zhǎng)鉆孔及預(yù)裂控制爆破強(qiáng)化抽放本層瓦斯的綜合抽放技術(shù)等，使工作面瓦斯抽放率提高20％。水泥擴(kuò)孔技術(shù)是利用鉆機(jī)通過鉆桿、鉆頭沿鉆孔噴出高壓水射流，以旋轉(zhuǎn)式切割擴(kuò)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(shù) 
我國(guó)的防突技術(shù)經(jīng)歷了安全防護(hù)、防治技術(shù)措施和綜合防治階段。1988年制定并頒布實(shí)施的《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》，把我國(guó)防突技術(shù)總結(jié)為：預(yù)測(cè)、防突措施、效果檢驗(yàn)和安全防護(hù)措施的四位一體，經(jīng)過“八五”、“九五”期間的深化，將我國(guó)的防突技術(shù)提高到世界領(lǐng)先水平。 

煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)技術(shù)：完善了采掘工作面鉆孔方式的突出預(yù)測(cè)指標(biāo)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(xiǎn)的ATY、WTC預(yù)測(cè)儀。經(jīng)在50個(gè)局礦的推廣應(yīng)用，已安全掘進(jìn)突出煤層15萬多米巷道，不突出預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)100％，突出預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)60～70％，其防災(zāi)工程量減少50％。 

研究了以測(cè)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(biāo)的非接觸式預(yù)測(cè)方法，并開發(fā)出KJ54型安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備環(huán)境監(jiān)測(cè)與突出危險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。另外利用無線電波透視、天然電磁輻射、地質(zhì)雷達(dá)等物探技術(shù)，對(duì)突出煤層的區(qū)域性預(yù)測(cè)，進(jìn)行了初步試驗(yàn)。 

防突技術(shù)在改進(jìn)、完善、提高開采保護(hù)層、預(yù)抽煤層瓦斯、超前排放鉆孔、深孔松動(dòng)爆破和水力沖孔等技術(shù)措施外，重點(diǎn)研究了機(jī)采、機(jī)掘工作面的防突技術(shù)，建立了一套突出區(qū)域預(yù)測(cè)、長(zhǎng)鉆孔控制預(yù)裂爆破、水力疏松相結(jié)合的綜采工作面防突工藝；在機(jī)掘工作面重點(diǎn)研究了與掘進(jìn)機(jī)形成機(jī)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(shù)；“九五”期間研制了QFZ－22型輕便防災(zāi)鉆機(jī)，集強(qiáng)力鉆孔與防卡鉆功能于一體，是實(shí)施超前排放鉆孔的高效、輕便鉆機(jī)。對(duì)地質(zhì)構(gòu)造破壞帶和嚴(yán)重突出礦井。提高了整套綜合治理突出技術(shù)，在四位一體的防突措施基礎(chǔ)上，發(fā)展為合理采掘部署、突出預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、防突措施、措施的效果檢驗(yàn)、安全防護(hù)措施的五步配套綜合防突體系。 

2.3 粉塵防治技術(shù) 

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(guān),防降塵技術(shù)有較大發(fā)展。 

綜采工作面的防塵技術(shù)：進(jìn)一步完善和加強(qiáng)煤層注水，實(shí)施長(zhǎng)鉆孔深封孔技術(shù)；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(duì)采煤機(jī)采煤產(chǎn)生的粉塵實(shí)施含塵風(fēng)流控制。高壓水外噴霧降塵技術(shù)，對(duì)液壓支架、放煤口實(shí)施自動(dòng)控制水噴霧降塵技術(shù)，較好地降低了粉塵濃度。 

機(jī)掘工作面的除塵技術(shù)：改進(jìn)和完善了系列濕式除塵器的技術(shù)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(diǎn)開發(fā)了布袋除塵器，其處理風(fēng)量達(dá)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(dá)99.5％和95.5％，不足的是體積較大，制造成本較高。對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)開發(fā)了氣流循環(huán)除塵裝置.用密閉罩將轉(zhuǎn)載點(diǎn)塵源與外界內(nèi)流場(chǎng)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(yù)荷電噴霧降塵新技術(shù)。 

為強(qiáng)化和規(guī)范呼吸性粉塵的檢測(cè)，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(guó)際曲線，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)長(zhǎng)周期定點(diǎn)呼吸性粉塵采樣器的空白。 

2.4 礦井火災(zāi)防治技術(shù) 

開采易自燃煤層的高產(chǎn)高效工作面，火災(zāi)的威脅和危害更大。在“八五”、“九五”期間將火災(zāi)的預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、高效潔凈的防滅火工藝技術(shù)作為攻關(guān)內(nèi)容。 

在火災(zāi)預(yù)測(cè)方面：通過對(duì)無煙煤、煙煤、褐煤有代表性的煤樣進(jìn)行自燃的模擬試驗(yàn)，研究得出煤樣在低溫氧化、加速氧化自熱期、激烈氧化三個(gè)階段能區(qū)分開的靈敏氣體指標(biāo)。同時(shí)研制了火災(zāi)束管檢測(cè)系統(tǒng)及與之配套的礦用火災(zāi)多參數(shù)色譜儀、火災(zāi)氣體及溫度傳感器。為克服長(zhǎng)距離束管存在預(yù)報(bào)滯后、管內(nèi)積水、難維護(hù)的弱點(diǎn)，研制了束管與電測(cè)相結(jié)合的經(jīng)濟(jì)型火災(zāi)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，即由束管將被測(cè)氣體送至井下分站，由各火災(zāi)氣體傳感器將所測(cè)到的電信號(hào)參數(shù)直接輸送至地面監(jiān)控室，在地面進(jìn)行集中的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)報(bào)。 

為適應(yīng)綜采工作而設(shè)備多且昂貴的條件，以氮?dú)鉃橹鞯乃鍤夥罍缁鸺夹g(shù)得到迅猛發(fā)展。國(guó)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(shù)。礦用制氮機(jī)組有地面移動(dòng)式變壓吸附KYZD－800型，井下移動(dòng)式變壓吸附JXZD－400型及井下移動(dòng)式膜分離機(jī)組MD－350型等。對(duì)回采工作面的注氮防滅火，應(yīng)及時(shí)科學(xué)地測(cè)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(shí)施隋氣防滅火過程中，應(yīng)采取綜合措施降低防滅火區(qū)域的漏風(fēng)，以提高隋氣防滅火的效果。 

2.5 瓦斯煤塵爆炸防治技術(shù) 

瓦斯爆炸、瓦斯煤塵爆炸仍是煤礦最重大的事故。我國(guó)建立了自己的大型實(shí)際規(guī)模爆炸巷道及試驗(yàn)基地，開展了各種粉塵的爆炸機(jī)理、特性及防隔爆措施的試驗(yàn)研究，在對(duì)我國(guó)主要煤田的煤塵樣爆炸特性試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)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(jī)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(jìn)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(jìn)一步完善和改進(jìn)被動(dòng)式隔爆水槽、水袋的性能、吊掛工藝及布置方式，改進(jìn)后的XGS型隔爆水棚也能隔絕弱爆炸的傳播，擴(kuò)大了隔爆的有效范圍（距爆源20～24m）且安裝移動(dòng)方便。BJK－S型自動(dòng)抑爆系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離對(duì)機(jī)掘工作面或有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的瓦斯、煤塵濃度、沉積煤塵強(qiáng)度連續(xù)監(jiān)控、超限報(bào)警并控制作業(yè)設(shè)備的斷電；可將瓦斯燃燒、弱爆炸等就地?fù)錅纾行У乜刂仆咚姑簤m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(dǎo)爆索爆破噴撒水質(zhì)抑爆劑，最佳水霧形成時(shí)間小于150ms，水霧存在時(shí)間超過500ms，具有良好的成霧性能和日常維護(hù)工作量小、安裝應(yīng)用方便的優(yōu)點(diǎn)。 

3 對(duì)煤礦安全科技工作的幾點(diǎn)建議 

如前所述，在黨和國(guó)家的關(guān)懷下，煤礦安全科技工作取得長(zhǎng)足的發(fā)展，其整體科技水平與國(guó)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(guó)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(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦為1.05～1.2，全國(guó)平均（含國(guó)有、鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦）為4.3；而同期，美國(guó)為0.09，波蘭為0.44，德國(guó)為0.34，印度為0.74。 

我國(guó)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(xiǎn)的礦井；90％為瓦斯（含瓦斯煤塵）爆炸事故。全國(guó)煤礦現(xiàn)累計(jì)塵肺病人20萬。每年因事故及塵肺而帶來的經(jīng)濟(jì)損失約為30億元，總體來講行業(yè)的安全狀況不容樂觀。 

國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局及直屬機(jī)構(gòu)的建立，是國(guó)家為實(shí)現(xiàn)煤礦安全狀況根本好轉(zhuǎn)的重大舉措，也將促進(jìn)煤礦安全科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；國(guó)家煤礦安全技術(shù)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(jìn)程。 

針對(duì)我國(guó)煤礦安全狀況和煤礦安全技術(shù)的難點(diǎn)，建議在以下幾方面重點(diǎn)組織科技攻關(guān)： 

（l）瓦斯超前治理與區(qū)域瓦斯資源開發(fā)技術(shù)。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(guó)煤層氣儲(chǔ)量達(dá)30～35萬億m3，但我國(guó)多為低透氣性煤層，因此，對(duì)超前規(guī)模化、高效率的瓦斯抽放技術(shù)進(jìn)行科技攻關(guān)，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(guān)試驗(yàn)點(diǎn)，建議國(guó)家對(duì)災(zāi)害治理、變害為寶的科技項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目應(yīng)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(shù)。粉塵是煤炭生產(chǎn)中另一個(gè)突出的安全問題，也是作業(yè)場(chǎng)所的工業(yè)衛(wèi)生問題。把呼吸性粉塵的綜合治理技術(shù)納入新一輪的攻關(guān)內(nèi)容。攻關(guān)的內(nèi)容包括：礦井呼吸性粉塵的連續(xù)檢測(cè)技術(shù)，減少粉塵產(chǎn)生和高效經(jīng)濟(jì)、便利的除塵技術(shù)與裝備。 
（3）重大火災(zāi)的防治技術(shù)。隨著礦井機(jī)械化和自動(dòng)化程度的提高，重大火災(zāi)的威脅顯得更為突出，對(duì)隱蔽火災(zāi)的預(yù)測(cè)與定位技術(shù)，防止運(yùn)輸膠帶等火災(zāi)的蔓延及滅火技術(shù)，災(zāi)害氣體產(chǎn)物對(duì)礦井風(fēng)流的影響等列項(xiàng)進(jìn)行研究，利用火災(zāi)試驗(yàn)巷道和計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，在理論和實(shí)用技術(shù)上要有較大突破。 
（4）應(yīng)重點(diǎn)解決瓦斯、火災(zāi)等有害氣體檢測(cè)元件，達(dá)到長(zhǎng)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(fēng)設(shè)備、安全工程裝備。 
（5）為安全監(jiān)察建立完善的技術(shù)保障和技術(shù)支撐體系，加強(qiáng)基礎(chǔ)和檢測(cè)技術(shù)的研究。