煤矿灾害防治技术现状与发展湘潭

煤矿灾害防治技术现状与发展

煤矿灾害防治技术现状与发展 2012年05月25日 来源： 　　煤炭工业是关系到国家经济命脉的重要基础产业，煤炭是我国的主要能源。2004年煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别占75.6％和67.7％。"十五"期间，我国煤炭产量由2001年的13.8亿吨已增长到2005年的21.9亿吨，年均增长2.02亿吨，保证了经济和社会发展的需要，支撑着国民经济的快速发展。与此同时，国民经济快速增长对煤炭需求的拉动也带动了煤炭工业的迅同样速发展。国家对煤矿安全生产高度重视，国务院第81次常务会议专门研究了煤矿安全生产，会议指出："煤炭行业又是高危行业，高瓦斯和瓦斯突出矿井占一半左右，煤矿安全是整个工业安全生产工作的重中之重。"2005年全国煤矿发生的各类灾害事故己下降到3306起，死亡5938人，百万吨死亡率2.81，首次下降至3以下。在2001～2004年全国每年发生各类事故中，煤矿事故起数和死亡人数分别占全国工矿企业总数的30％和40％。我国煤炭产量占世界总产量的31％，但事故死亡人数却占了79％，安全生产水平存在很大差距。煤矿安全生产形势严峻还表现为职业危害严重，截止到2002年全国累计检出尘肺患者58万余例，煤炭行业占49％左右。

一、煤矿灾害概况

我国煤矿自然条件差，地质条件复杂。我国大陆是由众多小型地块多幕次汇聚形成的，主要煤田经受了多期次、多方向、强度较大的改造。造成煤田地质条件复杂，伴生的实灾害多。我国煤矿均为有瓦斯涌出的矿井，全国煤矿的年瓦斯涌出量在100亿立方米以上。国有重点煤矿中，高瓦斯和突出矿井占49.8％，煤炭产量占42％；有煤尘爆炸危险的矿井占87.4％；煤层具有自然发火危险的矿井占51.3％；地质条件复杂或极其复杂的煤矿占36％，属简单的占23％；水文地质条件复杂或极其复杂的煤矿占27％，属简单的占34％。在这种复杂的地质条件下，我国的煤矿尤其是瓦斯矿井容易发生灾事故。对我国煤矿发生的大量灾害事故进行系统分析看出，顶板和瓦斯事故是我国煤矿的主要灾害事故类型。瓦事故已成为煤矿的"第一杀手"，顶板事故的发生频率最高。

以2005年数据为例，顶板事故起数占灾害事故总起数的52.9％，死亡人数占事故总死亡人数的33.3％。瓦斯事故的危害性和危险性最大，2005年，瓦斯事故起数占12.13％，但死亡人数达到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％；建国以来发生的22起一次死亡百人以上的特别重大事故中，20起为瓦斯煤尘事故，事故起数和死亡人数分别占91％和94％。因此，瓦斯灾害事故防治是煤矿安全工作的重中之重。

我国煤矿开采深度平均每年增加10～20米，随采深的增加，地应力、瓦斯压力、地温也越来越高，煤自然灾害的威胁逐步加重，治理的难度也越来越大。煤层瓦斯压力平均每年增加0.1～0.3兆帕，绝对瓦斯涌出量每年增加15亿立方米左右。例如45户重点监控企业中高瓦斯和突出矿井的比例2005年比2004年增加了10％。淮南矿区的绝对瓦斯涌出量由1997年的473m3/min增加到2005年的1000m3/min左右，近三年已有3处矿井升级为突出矿井。此外，受冲击地压和热害威胁的矿井也增多，己有102处矿井发生过程度不同的冲击地压，并有70多处矿井存在热害威胁。

随着煤炭工业经济增长方式的转变，煤矿生产方式和结构发生了大的变化。生产机械化程度的大幅度提高，高产高效矿井生产集中化程度的不断增强。这种新的生产方式也出现了一些新的安全问题，矿井瓦斯涌出量增大，采掘工作面产尘强度剧增，对矿井通风系统的可靠性提出了更高的要求。也就是说，煤矿开采自然条件变化、生产技术的进步和变革都会不断对煤矿安全保障技术提出新的更高的要求。针对煤矿安全生产的实际需求，在国家的支持和引导下，"九五"、"十五"期间都开展了以瓦斯防治技术为重点的科技攻关，取得了系列科技成果。为煤矿灾害防治奠定了良好基础。

二、煤矿安全技术的进展

我国煤矿生产的发展与煤矿安全技术的进步密不可分，煤矿安全技术进展不断支持着煤矿生产技术的进步和生产水平的提高，对煤炭工业为国民经济发展提供可靠的能源保障起到重要作用。在国家发改委、科技部的支持下，原煤炭工业部、国家煤炭工业局、国家安全生产监督管理总局先后组织了"九五""十五"煤矿安全技术科技攻关。充分发挥煤科总院、中国矿大等高校、科研院所和示范矿区煤矿企业的整体优势，以产学研相结合的方式，在平顶山煤业集团有限责任公司、阳泉煤业集团有限责任公司、芙蓉矿务局和淮南矿业集团有限责任公司所属矿井进行了科技攻关研究。本着瓦斯灾害治理示范矿井建设和煤矿安全关键技术攻关相结合的宗旨，围绕两个矿区瓦斯灾害防治的实际需要，"九五"期间在平顶山矿区开展了"改善煤矿安全状况综合配套和关键技术研究"。"十五"期间在淮南矿区开展了"矿山重大瓦斯煤尘爆炸事故预防与监控技术研究"。通过科技攻关一是建立"平顶山矿区"和"淮南矿区"两个瓦斯综合治理技术示范工程；二是围绕制约煤矿安全生产的部分关键技术，集中攻关，研究解决具有共性意义的瓦斯防治、防灭火、矿井通风、粉尘控制和应急救援等方面的关键技术。

"九五"科技攻关研究取得了一系列成果。在瓦斯防治技术方面，建立了综采机掘工作面瓦斯涌出量预测方法，使预测准确率达到85％；采空区瓦斯抽放和上隅角瓦斯治理技术取得突破，研制成功专门用于采空区埋管抽放用的菱镁土抽放管、实时监控抽放管内CH4和CO浓度的监控仪，并提出了安全抽放采空区瓦斯时，对CH4和CO浓度的控制指标，研究成功既能有效抽放采空区瓦斯，又能控制自然发火的工艺技术和配套装备。使采空区瓦斯抽出率达到7％，瓦斯超限次数减少89％；开发的系列风机和抽出装置处理上隅角瓦斯后，使回风瓦斯降低27％，单班产量提高50％；首次对煤与瓦斯突出区域预测预报技术进行了研究并取得初步效果，根据瓦斯地质、地应力、突出煤特征并结合物探技术，实现了对新水平、新采区、新区段的突出危险区进行预测预报。实际应用的两个采区，预测无危险区面积分别达到63％和52％，无危险区预测准确率达到100％，减少措施工程量89％，回采速度提高13.5％；在防突技术方面，采掘工作面防突措施和装备有了较大进展，研制成功轻便型防突钻机、采煤工作面预裂爆破成套技术取得突破、地质雷达、电磁幅射等物探技术成功用于监测掘进工作面前方突出构造，为防突技术和突出预测技术的实施提供了手段；瓦斯抽放技术和装备取得重大突破，研制成功定向长钻孔施工工艺和强力钻机，成功施工了603.5m的岩石水平长钻孔和865m的煤层水平长钻孔，为抽放邻近层瓦斯提供了技术与装备。试验研究成功高抽巷抽瓦斯技术，研究成功适用于高瓦斯松软突出煤层的强力钻机和顺煤层瓦斯抽放技术，在突出煤层中成功打出孔深超过100m、最深239.6m的顺煤层钻孔，故本煤层瓦斯预抽率大幅度提高，达到28.8～32％，为解决采煤工作面防宊和减少瓦斯涌出量提供了有力的技术手段。

通过"十五"科技攻关，瓦斯综合治理技术又向前发展了一步。在煤与瓦斯突出区域预测技术方面，采用瓦斯地质方法，建立了瓦斯地质理论与物探技术相结合的多技术（数字地震勘探、无线电波透视和构造软煤测井曲线识别）集成的多尺度（矿井突出区和工作面突出带）瓦斯突出区域预测瓦斯地质新方法。建立了由3D3C地震技术、AVO技术、地震反演技术、地震属性分析技术、地震波形分类技术等构成的瓦斯富集部位探测的核心技术。采用地质动力区划的方法，确定了活动构造和岩体应力状况对突出的影响，并划分应力升高区、应力降低区和应力梯度。为突出危险区、威胁区和安全区的划分奠定了基础。采用电磁波透视技术，成功研制出了探测煤层瓦斯灾害易发区的技术和装备，建立了电磁波反射和吸收特征数据库和地质异常体的识别系统。

在煤与瓦斯突出动态预测技术方面，分别研究出了基于动态瓦斯涌出规律、AE声发射原理和电磁辐射原理的工作面突出危险性连续监测技术与装备。建立了煤巷掘进炮后30分钟的吨煤瓦斯动态涌出量指标、瓦斯涌出变异系数指标、炮后瓦斯涌出最大速率指标等连续预测指标，实现了炮掘工作面瓦斯动态预测，为突出预测技术提供了一种新的方法和工艺技术。开发出一套AE声发射监测突出的技术装备，通过阻噪、隔噪、拟噪、滤噪和有效AE信号提取等途径，使滤噪技术有了突破性进展，研究出包括传感器在内的AE声发射工艺技术，为瓦斯动力灾害的预测提供了手段。通过连续监测含瓦斯煤岩流变破坏过程中产生的电磁辐射信号强度和脉冲数及其变化的研究，揭示了电磁辐射与煤与瓦斯突出、冲击地压影响因素间的关系，提出了临界值法与动态趋势法相结合的煤岩动力灾害预警方法，开发成功KBD7型电磁辐射连续监测仪。

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