我国煤矿安全技术的研究与发展

 1 前　言 

我国煤炭工业经过半个世纪的发展，已成为世界第一产煤大国。近十年来，由于煤炭生产总量过大、能源结构多样化及高效节能技术的发展，故造成了煤炭供大于求的局面。据专家预测，到2025年以后，由于石油、天然气资源的减少，煤炭在世界能源中的地位还会上升。总体来讲，我国属于贫油富煤国家，煤炭在国家的能源结构中呈刚性变化，预计在21世纪中叶煤炭在一次能源中仍将占45％－50％。所以煤炭仍是事关国民经济可持续发展的基础产业。 

我国煤炭资源丰富，而煤层赋存条件、地质构造复杂，自然发火、高瓦斯、煤与瓦斯突出煤层多，致使煤矿生产中安全问题复杂化，而且，随着采掘深度的加大，高产高效矿井的发展，煤矿又面临着许多新的安全技术问题。 

煤矿安全生产是关系到国家财产和矿工生命的大事，历来受到党和政府的高度重视。煤炭工业坚持“安全第一，预防为主”的方针，在“综合治理，总体推进”的正确思想指引下，大力开展煤炭生产安全技术的科学研究，尤其是在“八五”、“九五”期间取得了新的研究成果，并在煤矿得到推广应用。 

2 煤矿安全技术的科学研究 

2.1 瓦斯防治技术 

煤矿瓦斯的危害主要表现在瓦斯窒息和爆炸事故方面；同时煤矿瓦斯大量地排入大气，增大了大气层的温室效应，恶化了气象条件。 

煤田煤层瓦斯含量的预测及矿井瓦斯涌出量的预测技术：研究了地勘钻孔瓦斯解吸与影响因素，确立了统一的较完善的煤层瓦斯含量、矿井瓦斯涌出量的预测方法，实现了从含量测定、涌出量预测，到矿井瓦斯地质绘图的微机化、自动化和规范化，其预测准确率达80～85％。 

瓦斯抽放技术：煤层瓦斯抽放是矿井瓦斯的治本措施，在“八五”、“九五”期间，实施了本层、邻近层、穿层、采空区瓦斯抽放。研究了综采工作面超前强化抽放瓦斯方法及工艺装备，试验成功200－500m岩石水平长钻孔抽邻近层的瓦斯，煤层水平（250m）长钻孔及预裂控制爆破强化抽放本层瓦斯的综合抽放技术等，使工作面瓦斯抽放率提高20％。水泥扩孔技术是利用钻机通过钻杆、钻头沿钻孔喷出高压水射流，以旋转式切割扩孔，其效果十分明显，单孔抽瓦斯量提高0.6～1.0倍。 

2.2 煤与瓦斯突出防治技术 
我国的防突技术经历了安全防护、防治技术措施和综合防治阶段。1988年制定并颁布实施的《防治煤与瓦斯突出细则》，把我国防突技术总结为：预测、防突措施、效果检验和安全防护措施的四位一体，经过“八五”、“九五”期间的深化，将我国的防突技术提高到世界领先水平。 

煤与瓦斯突出预测技术：完善了采掘工作面钻孔方式的突出预测指标和临界值确定方法，研制成功以钻屑瓦斯解吸特性和钻屑量来综合判断煤层突出危险的ATY、WTC预测仪。经在50个局矿的推广应用，已安全掘进突出煤层15万多米巷道，不突出预报准确率达100％，突出预报准确率达60～70％，其防灾工程量减少50％。 

研究了以测定AE声发射事件、瓦斯涌出状态和煤壁温度变化等指标的非接触式预测方法，并开发出KJ54型安全监测系统。该系统具备环境监测与突出危险实时监测的功能。另外利用无线电波透视、天然电磁辐射、地质雷达等物探技术，对突出煤层的区域性预测，进行了初步试验。 

防突技术在改进、完善、提高开采保护层、预抽煤层瓦斯、超前排放钻孔、深孔松动爆破和水力冲孔等技术措施外，重点研究了机采、机掘工作面的防突技术，建立了一套突出区域预测、长钻孔控制预裂爆破、水力疏松相结合的综采工作面防突工艺；在机掘工作面重点研究了与掘进机形成机械、液压、操作为一体的全液压防突钻孔、割槽装置及工艺技术；“九五”期间研制了QFZ－22型轻便防灾钻机，集强力钻孔与防卡钻功能于一体，是实施超前排放钻孔的高效、轻便钻机。对地质构造破坏带和严重突出矿井。提高了整套综合治理突出技术，在四位一体的防突措施基础上，发展为合理采掘部署、突出预测预报、防突措施、措施的效果检验、安全防护措施的五步配套综合防突体系。 

2.3 粉尘防治技术 

随着综采、综掘、高产高效工作面的发展，煤矿粉尘污染问题更为突出,经“八五”期间的科技攻关,防降尘技术有较大发展。 

综采工作面的防尘技术：进一步完善和加强煤层注水，实施长钻孔深封孔技术；开发了水泥砂浆封孔泵，解决了封孔难的问题，提高了煤层注水降尘的效果，对采煤机采煤产生的粉尘实施含尘风流控制。高压水外喷雾降尘技术，对液压支架、放煤口实施自动控制水喷雾降尘技术，较好地降低了粉尘浓度。 

机掘工作面的除尘技术：改进和完善了系列湿式除尘器的技术特性，提高了除尘效率。近10年来，为有效地控制呼吸性粉尘，重点开发了布袋除尘器，其处理风量达到230～250m3/min,工作阻力2083Pa，总粉尘和呼吸性粉尘的除尘效率分别达99.5％和95.5％，不足的是体积较大，制造成本较高。对转载点开发了气流循环除尘装置.用密闭罩将转载点尘源与外界内流场隔离，在罩内引射气流循环除尘。为提高水喷雾降尘的效果。研究了声波雾化、磁化水、预荷电喷雾降尘新技术。 

为强化和规范呼吸性粉尘的检测，在“九五”期间研制出AZF型呼吸性粉尘采样器，可连续工作8h，分离效能符合BMRC国际曲线，填补了国内长周期定点呼吸性粉尘采样器的空白。 

2.4 矿井火灾防治技术 

开采易自燃煤层的高产高效工作面，火灾的威胁和危害更大。在“八五”、“九五”期间将火灾的预测和实时监测、高效洁净的防灭火工艺技术作为攻关内容。 

在火灾预测方面：通过对无烟煤、烟煤、褐煤有代表性的煤样进行自燃的模拟试验，研究得出煤样在低温氧化、加速氧化自热期、激烈氧化三个阶段能区分开的灵敏气体指标。同时研制了火灾束管检测系统及与之配套的矿用火灾多参数色谱仪、火灾气体及温度传感器。为克服长距离束管存在预报滞后、管内积水、难维护的弱点，研制了束管与电测相结合的经济型火灾预测系统，即由束管将被测气体送至井下分站，由各火灾气体传感器将所测到的电信号参数直接输送至地面监控室，在地面进行集中的实时监控和预报。 

为适应综采工作而设备多且昂贵的条件，以氮气为主的隋气防灭火技术得到迅猛发展。国内主要采用中空纤维膜分离和碳分子筛变压吸附分离制氮工艺技术。矿用制氮机组有地面移动式变压吸附KYZD－800型，井下移动式变压吸附JXZD－400型及井下移动式膜分离机组MD－350型等。对回采工作面的注氮防灭火，应及时科学地测定采区的氧化、自热、窒息三带的分布，通过注氮使自热带的氧气浓度降至10～12％以下，加速自热带向窒息带转化在实施隋气防灭火过程中，应采取综合措施降低防灭火区域的漏风，以提高隋气防灭火的效果。 

2.5 瓦斯煤尘爆炸防治技术 

瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸仍是煤矿最重大的事故。我国建立了自己的大型实际规模爆炸巷道及试验基地，开展了各种粉尘的爆炸机理、特性及防隔爆措施的试验研究，在对我国主要煤田的煤尘样爆炸特性试验研究的基础上，开展了瓦斯、煤尘共存条件下爆炸特性的研究，着重探讨了采掘机械的切齿摩擦火花引燃引爆瓦斯煤尘问题，初步提出了改进切齿结构与材质等防止切割摩擦火花引爆的综合措施。 

进一步完善和改进被动式隔爆水槽、水袋的性能、吊挂工艺及布置方式，改进后的XGS型隔爆水棚也能隔绝弱爆炸的传播，扩大了隔爆的有效范围（距爆源20～24m）且安装移动方便。BJK－S型自动抑爆系统可实现远距离对机掘工作面或有爆炸危险场所的瓦斯、煤尘浓度、沉积煤尘强度连续监控、超限报警并控制作业设备的断电；可将瓦斯燃烧、弱爆炸等就地扑灭，有效地控制瓦斯煤尘爆炸近年开发的YBW型无电源触发式抑爆装置，采用光电器导爆索爆破喷撒水质抑爆剂，最佳水雾形成时间小于150ms，水雾存在时间超过500ms，具有良好的成雾性能和日常维护工作量小、安装应用方便的优点。 

3 对煤矿安全科技工作的几点建议 

如前所述，在党和国家的关怀下，煤矿安全科技工作取得长足的发展，其整体科技水平与国外的差距正在缩小。煤矿的安全状况与10年前相比，也大有好转，但与国外的差距仍较大，以煤炭生产的百万吨死亡率来比较：近10年，我国国有重点煤矿为1.05～1.2，全国平均（含国有、乡镇煤矿）为4.3；而同期，美国为0.09，波兰为0.44，德国为0.34，印度为0.74。 

我国煤矿每年发生死亡10人以上的重特大事故约有70～80起，其中85％发生在高瓦斯或有突出危险的矿井；90％为瓦斯（含瓦斯煤尘）爆炸事故。全国煤矿现累计尘肺病人20万。每年因事故及尘肺而带来的经济损失约为30亿元，总体来讲行业的安全状况不容乐观。 

国家煤矿安全监察局及直属机构的建立，是国家为实现煤矿安全状况根本好转的重大举措，也将促进煤矿安全科学技术的发展；国家煤矿安全技术工程研究中心的筹建，也将加快煤矿安全科技成果的商品化、产业化的进程。 

针对我国煤矿安全状况和煤矿安全技术的难点，建议在以下几方面重点组织科技攻关： 

（l）瓦斯超前治理与区域瓦斯资源开发技术。瓦斯给煤矿安全带来极大的威胁，但又是洁净的能源和化工原料，集利害于一体，全国煤层气储量达30～35万亿m3，但我国多为低透气性煤层，因此，对超前规模化、高效率的瓦斯抽放技术进行科技攻关，为高瓦斯矿井提供安全生产条件，并为瓦斯规模化、商业化的开发利用创造条件。拟将晋城新区作为科技攻关试验点，建议国家对灾害治理、变害为宝的科技项目和产业发展项目应给予资金投入的倾斜和优惠的扶持政策。 
（2）粉尘治理技术。粉尘是煤炭生产中另一个突出的安全问题，也是作业场所的工业卫生问题。把呼吸性粉尘的综合治理技术纳入新一轮的攻关内容。攻关的内容包括：矿井呼吸性粉尘的连续检测技术，减少粉尘产生和高效经济、便利的除尘技术与装备。 
（3）重大火灾的防治技术。随着矿井机械化和自动化程度的提高，重大火灾的威胁显得更为突出，对隐蔽火灾的预测与定位技术，防止运输胶带等火灾的蔓延及灭火技术，灾害气体产物对矿井风流的影响等列项进行研究，利用火灾试验巷道和计算机模拟仿真技术，在理论和实用技术上要有较大突破。 
（4）应重点解决瓦斯、火灾等有害气体检测元件，达到长寿命、高稳定、高可靠。研制开发高效、节能、高可靠性的通风设备、安全工程装备。 
（5）为安全监察建立完善的技术保障和技术支撑体系，加强基础和检测技术的研究。