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煤礦災(zāi)害防治技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

  
評(píng)論: 更新日期:2012年04月18日

  煤炭工業(yè)是關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),煤炭是我國(guó)的主要能源。2004年煤炭在我國(guó)一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重分別占75.6%和67.7%。"十五"期間,我國(guó)煤炭產(chǎn)量由2001年的13.8億噸已增長(zhǎng)到2005年的21.9億噸,年均增長(zhǎng)2.02億噸,保證了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要,支撐著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。與此同時(shí),國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)對(duì)煤炭需求的拉動(dòng)也帶動(dòng)了煤炭工業(yè)的迅同樣速發(fā)展。國(guó)家對(duì)煤礦安全生產(chǎn)高度重視,國(guó)務(wù)院第81次常務(wù)會(huì)議專(zhuān)門(mén)研究了煤礦安全生產(chǎn),會(huì)議指出:"煤炭行業(yè)又是高危行業(yè),高瓦斯和瓦斯突出礦井占一半左右,煤礦安全是整個(gè)工業(yè)安全生產(chǎn)工作的重中之重。"2005年全國(guó)煤礦發(fā)生的各類(lèi)災(zāi)害事故己下降到3306起,死亡5938人,百萬(wàn)噸死亡率2.81,首次下降至3以下。在2001~2004年全國(guó)每年發(fā)生各類(lèi)事故中,煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別占全國(guó)工礦企業(yè)總數(shù)的30%和40%。我國(guó)煤炭產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的31%,但事故死亡人數(shù)卻占了79%,安全生產(chǎn)水平存在很大差距。煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻還表現(xiàn)為職業(yè)危害嚴(yán)重,截止到2002年全國(guó)累計(jì)檢出塵肺患者58萬(wàn)余例,煤炭行業(yè)占49%左右。

  一、煤礦災(zāi)害概況

  我國(guó)煤礦自然條件差,地質(zhì)條件復(fù)雜。我國(guó)大陸是由眾多小型地塊多幕次匯聚形成的,主要煤田經(jīng)受了多期次、多方向、強(qiáng)度較大的改造。造成煤田地質(zhì)條件復(fù)雜,伴生的實(shí)災(zāi)害多。我國(guó)煤礦均為有瓦斯涌出的礦井,全國(guó)煤礦的年瓦斯涌出量在100億立方米以上。國(guó)有重點(diǎn)煤礦中,高瓦斯和突出礦井占49.8%,煤炭產(chǎn)量占42%;有煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井占87.4%;煤層具有自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井占51.3%;地質(zhì)條件復(fù)雜或極其復(fù)雜的煤礦占36%,屬簡(jiǎn)單的占23%;水文地質(zhì)條件復(fù)雜或極其復(fù)雜的煤礦占27%,屬簡(jiǎn)單的占34%。在這種復(fù)雜的地質(zhì)條件下,我國(guó)的煤礦尤其是瓦斯礦井容易發(fā)生災(zāi)事故。對(duì)我國(guó)煤礦發(fā)生的大量災(zāi)害事故進(jìn)行系統(tǒng)分析看出,頂板和瓦斯事故是我國(guó)煤礦的主要災(zāi)害事故類(lèi)型。瓦事故已成為煤礦的"第一殺手",頂板事故的發(fā)生頻率最高。

  以2005年數(shù)據(jù)為例,頂板事故起數(shù)占災(zāi)害事故總起數(shù)的52.9%,死亡人數(shù)占事故總死亡人數(shù)的33.3%。瓦斯事故的危害性和危險(xiǎn)性最大,2005年,瓦斯事故起數(shù)占12.13%,但死亡人數(shù)達(dá)到36.5%;一次死亡3人以上重特大事故中,瓦斯事故占59%;一次死亡10人以上特大事故中,瓦斯事故占69%;建國(guó)以來(lái)發(fā)生的22起一次死亡百人以上的特別重大事故中,20起為瓦斯煤塵事故,事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別占91%和94%。因此,瓦斯災(zāi)害事故防治是煤礦安全工作的重中之重。

  我國(guó)煤礦開(kāi)采深度平均每年增加10~20米,隨采深的增加,地應(yīng)力、瓦斯壓力、地溫也越來(lái)越高,煤自然災(zāi)害的威脅逐步加重,治理的難度也越來(lái)越大。煤層瓦斯壓力平均每年增加0.1~0.3兆帕,絕對(duì)瓦斯涌出量每年增加15億立方米左右。例如45戶(hù)重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)中高瓦斯和突出礦井的比例2005年比2004年增加了10%?;茨系V區(qū)的絕對(duì)瓦斯涌出量由1997年的473m3/min增加到2005年的1000m3/min左右,近三年已有3處礦井升級(jí)為突出礦井。此外,受沖擊地壓和熱害威脅的礦井也增多,己有102處礦井發(fā)生過(guò)程度不同的沖擊地壓,并有70多處礦井存在熱害威脅。

  隨著煤炭工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變,煤礦生產(chǎn)方式和結(jié)構(gòu)發(fā)生了大的變化。生產(chǎn)機(jī)械化程度的大幅度提高,高產(chǎn)高效礦井生產(chǎn)集中化程度的不斷增強(qiáng)。這種新的生產(chǎn)方式也出現(xiàn)了一些新的安全問(wèn)題,礦井瓦斯涌出量增大,采掘工作面產(chǎn)塵強(qiáng)度劇增,對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。也就是說(shuō),煤礦開(kāi)采自然條件變化、生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和變革都會(huì)不斷對(duì)煤礦安全保障技術(shù)提出新的更高的要求。針對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的實(shí)際需求,在國(guó)家的支持和引導(dǎo)下,"九五"、"十五"期間都開(kāi)展了以瓦斯防治技術(shù)為重點(diǎn)的科技攻關(guān),取得了系列科技成果。為煤礦災(zāi)害防治奠定了良好基礎(chǔ)。

  二、煤礦安全技術(shù)的進(jìn)展

  我國(guó)煤礦生產(chǎn)的發(fā)展與煤礦安全技術(shù)的進(jìn)步密不可分,煤礦安全技術(shù)進(jìn)展不斷支持著煤礦生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)水平的提高,對(duì)煤炭工業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠的能源保障起到重要作用。在國(guó)家發(fā)改委、科技部的支持下,原煤炭工業(yè)部、國(guó)家煤炭工業(yè)局、國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局先后組織了"九五""十五"煤礦安全技術(shù)科技攻關(guān)。充分發(fā)揮煤科總院、中國(guó)礦大等高校、科研院所和示范礦區(qū)煤礦企業(yè)的整體優(yōu)勢(shì),以產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的方式,在平頂山煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司、陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司、芙蓉礦務(wù)局和淮南礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司所屬礦井進(jìn)行了科技攻關(guān)研究。本著瓦斯災(zāi)害治理示范礦井建設(shè)和煤礦安全關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)相結(jié)合的宗旨,圍繞兩個(gè)礦區(qū)瓦斯災(zāi)害防治的實(shí)際需要,"九五"期間在平頂山礦區(qū)開(kāi)展了"改善煤礦安全狀況綜合配套和關(guān)鍵技術(shù)研究"。"十五"期間在淮南礦區(qū)開(kāi)展了"礦山重大瓦斯煤塵爆炸事故預(yù)防與監(jiān)控技術(shù)研究"。通過(guò)科技攻關(guān)一是建立"平頂山礦區(qū)"和"淮南礦區(qū)"兩個(gè)瓦斯綜合治理技術(shù)示范工程;二是圍繞制約煤礦安全生產(chǎn)的部分關(guān)鍵技術(shù),集中攻關(guān),研究解決具有共性意義的瓦斯防治、防滅火、礦井通風(fēng)、粉塵控制和應(yīng)急救援等方面的關(guān)鍵技術(shù)。

  "九五"科技攻關(guān)研究取得了一系列成果。在瓦斯防治技術(shù)方面,建立了綜采機(jī)掘工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法,使預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到85%;采空區(qū)瓦斯抽放和上隅角瓦斯治理技術(shù)取得突破,研制成功專(zhuān)門(mén)用于采空區(qū)埋管抽放用的菱鎂土抽放管、實(shí)時(shí)監(jiān)控抽放管內(nèi)CH4和CO濃度的監(jiān)控儀,并提出了安全抽放采空區(qū)瓦斯時(shí),對(duì)CH4和CO濃度的控制指標(biāo),研究成功既能有效抽放采空區(qū)瓦斯,又能控制自然發(fā)火的工藝技術(shù)和配套裝備。使采空區(qū)瓦斯抽出率達(dá)到7%,瓦斯超限次數(shù)減少89%;開(kāi)發(fā)的系列風(fēng)機(jī)和抽出裝置處理上隅角瓦斯后,使回風(fēng)瓦斯降低27%,單班產(chǎn)量提高50%;首次對(duì)煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行了研究并取得初步效果,根據(jù)瓦斯地質(zhì)、地應(yīng)力、突出煤特征并結(jié)合物探技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)新水平、新采區(qū)、新區(qū)段的突出危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。實(shí)際應(yīng)用的兩個(gè)采區(qū),預(yù)測(cè)無(wú)危險(xiǎn)區(qū)面積分別達(dá)到63%和52%,無(wú)危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到100%,減少措施工程量89%,回采速度提高13.5%;在防突技術(shù)方面,采掘工作面防突措施和裝備有了較大進(jìn)展,研制成功輕便型防突鉆機(jī)、采煤工作面預(yù)裂爆破成套技術(shù)取得突破、地質(zhì)雷達(dá)、電磁幅射等物探技術(shù)成功用于監(jiān)測(cè)掘進(jìn)工作面前方突出構(gòu)造,為防突技術(shù)和突出預(yù)測(cè)技術(shù)的實(shí)施提供了手段;瓦斯抽放技術(shù)和裝備取得重大突破,研制成功定向長(zhǎng)鉆孔施工工藝和強(qiáng)力鉆機(jī),成功施工了603.5m的巖石水平長(zhǎng)鉆孔和865m的煤層水平長(zhǎng)鉆孔,為抽放鄰近層瓦斯提供了技術(shù)與裝備。試驗(yàn)研究成功高抽巷抽瓦斯技術(shù),研究成功適用于高瓦斯松軟突出煤層的強(qiáng)力鉆機(jī)和順煤層瓦斯抽放技術(shù),在突出煤層中成功打出孔深超過(guò)100m、最深239.6m的順煤層鉆孔,故本煤層瓦斯預(yù)抽率大幅度提高,達(dá)到28.8~32%,為解決采煤工作面防宊和減少瓦斯涌出量提供了有力的技術(shù)手段。

  通過(guò)"十五"科技攻關(guān),瓦斯綜合治理技術(shù)又向前發(fā)展了一步。在煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)技術(shù)方面,采用瓦斯地質(zhì)方法,建立了瓦斯地質(zhì)理論與物探技術(shù)相結(jié)合的多技術(shù)(數(shù)字地震勘探、無(wú)線(xiàn)電波透視和構(gòu)造軟煤測(cè)井曲線(xiàn)識(shí)別)集成的多尺度(礦井突出區(qū)和工作面突出帶)瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)瓦斯地質(zhì)新方法。建立了由3D3C地震技術(shù)、AVO技術(shù)、地震反演技術(shù)、地震屬性分析技術(shù)、地震波形分類(lèi)技術(shù)等構(gòu)成的瓦斯富集部位探測(cè)的核心技術(shù)。采用地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃的方法,確定了活動(dòng)構(gòu)造和巖體應(yīng)力狀況對(duì)突出的影響,并劃分應(yīng)力升高區(qū)、應(yīng)力降低區(qū)和應(yīng)力梯度。為突出危險(xiǎn)區(qū)、威脅區(qū)和安全區(qū)的劃分奠定了基礎(chǔ)。采用電磁波透視技術(shù),成功研制出了探測(cè)煤層瓦斯災(zāi)害易發(fā)區(qū)的技術(shù)和裝備,建立了電磁波反射和吸收特征數(shù)據(jù)庫(kù)和地質(zhì)異常體的識(shí)別系統(tǒng)。

  在煤與瓦斯突出動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)方面,分別研究出了基于動(dòng)態(tài)瓦斯涌出規(guī)律、AE聲發(fā)射原理和電磁輻射原理的工作面突出危險(xiǎn)性連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)與裝備。建立了煤巷掘進(jìn)炮后30分鐘的噸煤瓦斯動(dòng)態(tài)涌出量指標(biāo)、瓦斯涌出變異系數(shù)指標(biāo)、炮后瓦斯涌出最大速率指標(biāo)等連續(xù)預(yù)測(cè)指標(biāo),實(shí)現(xiàn)了炮掘工作面瓦斯動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),為突出預(yù)測(cè)技術(shù)提供了一種新的方法和工藝技術(shù)。開(kāi)發(fā)出一套AE聲發(fā)射監(jiān)測(cè)突出的技術(shù)裝備,通過(guò)阻噪、隔噪、擬噪、濾噪和有效AE信號(hào)提取等途徑,使濾噪技術(shù)有了突破性進(jìn)展,研究出包括傳感器在內(nèi)的AE聲發(fā)射工藝技術(shù),為瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的預(yù)測(cè)提供了手段。通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)含瓦斯煤巖流變破壞過(guò)程中產(chǎn)生的電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度和脈沖數(shù)及其變化的研究,揭示了電磁輻射與煤與瓦斯突出、沖擊地壓影響因素間的關(guān)系,提出了臨界值法與動(dòng)態(tài)趨勢(shì)法相結(jié)合的煤巖動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警方法,開(kāi)發(fā)成功KBD7型電磁輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)儀。

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