綜述我國煤礦安全技術(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

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(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(yù)計在"世紀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"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.

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)測準確率達-%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"%%3$%%4巖石水平長鉆孔抽鄰近層的瓦斯,煤層水平("$%4)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,使工作面瓦斯抽放率提高"%2.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%513!5%倍.

  3。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.!/--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(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.
  4。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,*6,7*8預(yù)測儀.經(jīng)在$%個局礦的推廣應(yīng)用,已安全掘進突出煤層!$萬多米巷道,不突出預(yù)報準確率達!%%2,突出預(yù)報準確率達1%23#%2,其防突工程量減少$%2.研究了以測定,9聲發(fā)射事件,瓦斯涌出狀態(tài)和煤壁溫度變化等指標的非接觸式預(yù)測方法,并開發(fā)出:;$'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(shù),對突出煤層的區(qū)域性預(yù)測,進行了初步試驗.

   防突技術(shù)在改進,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(shù);"九五"期間研制了型輕便防突鉆機,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(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.

  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):進一步完善和加強煤層注水,實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%$年來,為有效地控制呼吸性粉塵,重點開發(fā)了布袋除塵器,其處理風量達到!*$+!#$!,-./,工作阻力!$0*12,總粉塵和呼吸性粉塵的除塵效率分別達334#5和3#4#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(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.

二、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(zāi)束管檢測系統(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,在地面進行集中的實時監(jiān)控和預(yù)報.

  為適應(yīng)綜采工作面設(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)0$$型,井下移動式變壓吸附 @(>)A$$型及井下移動式膜分離機組9>)*#$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,通過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,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@BC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D距爆源!$+!A-E且安裝移動方便.8 <)C型自動抑爆系統(tǒng)可實現(xiàn)遠距離對機掘工作面或有爆炸危險場所的瓦斯,煤塵濃度,沉積煤塵強度連續(xù)監(jiān)控,超限報警并控制作業(yè)設(shè)備的斷電;可將瓦斯燃燒,弱爆炸等就地撲滅,有效地控制瓦斯煤塵爆炸.近年開發(fā)的=8F型無電源觸發(fā)式抑爆裝置,采用光電器導(dǎo)爆索爆破噴撒水質(zhì)抑爆劑,最佳水霧形成時間小于%#$-G,水霧存在時間超過#$$-G,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.

四、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),但與國外的差距仍較大,以煤炭生產(chǎn)的百萬噸死亡率來比較:近&%年,我國國有重點煤礦為&'%$(&'",全國平均)含國有,鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦*為+'!;而同期,美國為%'%,,波蘭為%'++,德國為%'!+,印度為%'#+.我國煤礦每年發(fā)生死亡&%人以上的重特大事故約有#%(-%起,其中-$.發(fā)生在高瓦斯或有突出危險的礦井;,%.為瓦斯)含瓦斯煤塵*爆炸事故.全國煤礦現(xiàn)累計塵肺病人"%萬,每年因事故及塵肺而帶來的經(jīng)濟損失約為!%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(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,建議在以下幾方面重點組織科技攻關(guān):

  1。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!%(!$萬億!,但我國多為低透氣性煤層,因此,對超前規(guī)模化,高效率的瓦斯抽放技術(shù)進行科技攻關(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化程度的提高,重大火災(zāi)的威脅顯得更為突出,對隱蔽火災(zāi)的預(yù)測與定位技術(shù),防止運輸膠帶等火災(zāi)的蔓延及滅火技術(shù),災(zāi)害氣體產(chǎn)物對礦井風流的影響等列項進行研究,利用火災(zāi)試驗巷道和計算機模擬仿真技術(shù),在理論和實用技術(shù)上要有較大突破.

  4。應(yīng)重點解決瓦斯,火災(zāi)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(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,加強基礎(chǔ)和檢測技術(shù)的研究.

作者簡介:蔣時才 男,教授級高級工程師,博士生導(dǎo)師,中國礦大,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)委員會常務(wù)委員,中國煤炭學(xué)會煤礦安全專委會副主任,現(xiàn)任煤炭科學(xué)研究總院重慶分院黨委書記,副院長