我國煤礦安全技術(shù)的科學(xué)研究

1、我國煤礦安全技術(shù)的科學(xué)研究摘要概述了“八五”、“九五”期間我國煤礦安全技術(shù)科學(xué)研究取得的新成果，包括瓦斯、煤與瓦斯突出、粉塵、火災(zāi)、爆炸的防治技術(shù)，并對近期煤礦安全技術(shù)的科研工作提出建議。關(guān)鍵詞煤礦安全技術(shù)新成果科學(xué)研究1 前言我國煤炭工業(yè)經(jīng)過半個世紀(jì)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(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，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?？傮w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(yù)計在21世紀(jì)中葉煤炭在一次能源中仍將占45%-50%。所以煤炭

2、仍是事關(guān)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)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(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(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;同時煤

3、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)測及礦井瓦斯涌出量的預(yù)測技術(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)測方法，實現(xiàn)了從含量測定、涌出量預(yù)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(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)8085%。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(yù)裂控制爆破強化抽放本層瓦斯的綜合抽放技術(shù)等，使

4、工作面瓦斯抽放率提高20%。水泥擴孔技術(shù)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0.61.0倍。2.2 煤與瓦斯突出防治技術(shù)我國的防突技術(shù)經(jīng)歷了安全防護、防治技術(shù)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(xì)則，把我國防突技術(shù)總結(jié)為：預(yù)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(shù)提高到世界領(lǐng)先水平。(風(fēng)險管理世界網(wǎng)-安全員之家)煤與瓦斯突出預(yù)測技術(shù)：完善了采掘工作面鉆孔方式的突出預(yù)測指標(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的ATY

5、、WTC預(yù)測儀。經(jīng)在50個局礦的推廣應(yīng)用，已安全掘進(jìn)突出煤層15萬多米巷道，不突出預(yù)報準(zhǔn)確率達(dá)100%，突出預(yù)報準(zhǔn)確率達(dá)6070%，其防災(zāi)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(biāo)的非接觸式預(yù)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(dá)等物探技術(shù)，對突出煤層的區(qū)域性預(yù)測，進(jìn)行了初步試驗。防突技術(shù)在改進(jìn)、完善、提高開采保護層、預(yù)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(shù)措施外，重點研究了機采、機掘工作面的防突技術(shù)，建立了一套突出區(qū)域預(yù)測、長鉆孔控制預(yù)裂爆破、水力疏松

6、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(jìn)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(shù);“九五”期間研制了QFZ-22型輕便防災(zāi)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(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)測預(yù)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(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)一步完善和加強煤層注水，實

7、施長鉆孔深封孔技術(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，對采煤機采煤產(chǎn)生的粉塵實施含塵風(fēng)流控制。高壓水外噴霧降塵技術(shù)，對液壓支架、放煤口實施自動控制水噴霧降塵技術(shù)，較好地降低了粉塵濃度。機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，重點開發(fā)了布袋除塵器，其處理風(fēng)量達(dá)到230250m3/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

8、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(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)測和實時監(jiān)測、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)測方面：通過對無煙煤、煙煤、褐煤有代表性的煤樣進(jìn)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(biāo)。同時研制了火災(zāi)束管檢測系統(tǒng)及與之配套的礦用火災(zāi)多

9、參數(shù)色譜儀、火災(zāi)氣體及溫度傳感器。為克服長距離束管存在預(yù)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(zāi)預(yù)測系統(tǒng)，即由束管將被測氣體送至井下分站，由各火災(zāi)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(jìn)行集中的實時監(jiān)控和預(yù)報。為適應(yīng)綜采工作而設(shè)備多且昂貴的條件，以氮氣為主的隋氣防滅火技術(shù)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(shù)。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(yīng)及時科學(xué)地測定采區(qū)的氧化、自熱、窒息三帶的分布，通

10、過注氮使自熱帶的氧氣濃度降至1012%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(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(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)被動式隔爆水槽、水袋的性能、吊掛工藝及布置方式，改進(jìn)

11、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2024m)且安裝移動方便。BJK-S型自動抑爆系統(tǒng)可實現(xiàn)遠(yuǎn)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(shè)備的斷電;可將瓦斯燃燒、弱爆炸等就地?fù)錅?，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(dǎo)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(yīng)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(guān)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

12、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1.051.2，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7080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(jìn)煤礦安全

13、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展;國家煤礦安全技術(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。針對我國煤礦安全狀況和煤礦安全技術(shù)的難點，建議在以幾方面重點組織科技攻關(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，全國煤層氣儲量達(dá)3035萬億m3，但我國多為低透氣性煤層，因此，對超前規(guī)?；?、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)?；?、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)試驗點，建議國家對災(zāi)害治理、變害為寶的科技項目和產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目應(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(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)檢測技術(shù)，減少粉塵產(chǎn)生和高效經(jīng)濟、便利的除塵技術(shù)與裝備。(3)重大火災(zāi)的防治技術(shù)。隨著礦井機械化和自動