綜述我國(guó)煤礦安全技術(shù)的研究與發(fā)展

摘要:概述了"八五","九五"期間我國(guó)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(duì)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

前言
   我國(guó)煤炭工業(yè)經(jīng)過(guò)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(lái),由于煤炭生產(chǎn)總量過(guò)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(lái)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"世紀(jì)中葉煤炭在一次能源中仍將占'$23$%2.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(wèn)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(wèn)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(lái)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(kāi)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.

煤礦安全技術(shù)的科學(xué)研究

一、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.

   1。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)-%23-$2.

   2。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"%%3$%%4巖石水平長(zhǎng)鉆孔抽鄰近層的瓦斯,煤層水平("$%4)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"%2.水泥擴(kuò)孔技術(shù)是利用鉆機(jī)通過(guò)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%513!5%倍.

  3。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.!/--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(guò)"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.
  4。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(lái)綜合判斷煤層突
出危險(xiǎn)的,*6,7*8預(yù)測(cè)儀.經(jīng)在$%個(gè)局礦的推廣應(yīng)用,已安全掘進(jìn)突出煤層!$萬(wàn)多米巷道,不突出預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)!%%2,突出預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)1%23#%2,其防突工程量減少$%2.研究了以測(cè)定,9聲發(fā)射事件,瓦斯涌出狀態(tài)和煤壁溫度變化等指標(biāo)的非接觸式預(yù)測(cè)方法,并開(kāi)發(fā)出:;$'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(wú)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(kāi)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"期間研制了型輕便防突鉆機(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.

  二、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(wèn)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(kāi)發(fā)了水泥砂漿封孔泵,解決了封孔難的問(wèn)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%$年來(lái),為有效地控制呼吸性粉塵,重點(diǎn)開(kāi)發(fā)了布袋除塵器,其處理風(fēng)量達(dá)到!*$+!#$!,-./,工作阻力!$0*12,總粉塵和呼吸性粉塵的除塵效率分別達(dá)334#5和3#4#5,不足的是體積較大,制造成本較高.對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)開(kāi)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6('型呼吸性粉塵采樣器,可連續(xù)工作
07,分離效能符合89:;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.

二、礦井火災(zāi)防治技術(shù)

  開(kāi)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(guò)對(duì)無(wú)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(kāi)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)綜采工作面設(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)0$$型,井下移動(dòng)式變壓吸附 @(>)A$$型及井下移動(dòng)式膜分離機(jī)組9>)*#$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(guò)注氮使自熱帶的氧氣濃度降至%$5+%!5以下,加速自熱帶向窒息帶轉(zhuǎn)化.在實(shí)施隋氣防滅火過(guò)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.

  三、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(kāi)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(kāi)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(wèn)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@BC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D距爆源!$+!A-E且安裝移動(dòng)方便.8 <)C型自動(dòng)抑爆系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離對(duì)機(jī)掘工作面或有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的瓦斯,煤塵濃度,沉積煤塵強(qiáng)度連續(xù)監(jiān)控,超限報(bào)警并控制作業(yè)設(shè)備的斷電;可將瓦斯燃燒,弱爆炸等就地?fù)錅?有效地控制瓦斯煤塵爆炸.近年開(kāi)發(fā)的=8F型無(wú)電源觸發(fā)式抑爆裝置,采用光電器導(dǎo)爆索爆破噴撒水質(zhì)抑爆劑,最佳水霧形成時(shí)間小于%#$-G,水霧存在時(shí)間超過(guò)#$$-G,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).

四、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&%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(wàn)噸死亡率來(lái)比較:近&%年,我國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦為&'%$(&'",全國(guó)平均)含國(guó)有,鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦*為+'!;而同期,美國(guó)為%'%,,波蘭為%'++,德國(guó)為%'!+,印度為%'#+.我國(guó)煤礦每年發(fā)生死亡&%人以上的重特大事故約有#%(-%起,其中-$.發(fā)生在高瓦斯或有突出危險(xiǎn)的礦井;,%.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"%萬(wàn),每年因事故及塵肺而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失約為!%億元,總體來(lái)講行業(yè)的安全狀況不容樂(lè)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):

  1。瓦斯超前治理與區(qū)域瓦斯資源開(kāi)發(fā)技術(shù)

瓦斯給煤礦安全帶來(lái)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)!%(!$萬(wàn)億!,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(kāi)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(wèn)題,也是作業(yè)場(chǎng)所的工業(yè)衛(wèi)生問(wèn)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(kāi)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.

作者簡(jiǎn)介:蔣時(shí)才 男,教授級(jí)高級(jí)工程師,博士生導(dǎo)師,中國(guó)礦大,重慶大學(xué)兼職博士生導(dǎo)師.年畢業(yè)于阜新礦院.第五屆煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)常務(wù)委員,中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦安全專委會(huì)副主任,現(xiàn)任煤炭科學(xué)研究總院重慶分院黨委書記,副院長(zhǎng)