煤礦災害防治技術現狀與發展
煤炭工業是關係到國家經濟命脈的重要基礎產業，煤炭是我國的主要能源。2004年煤炭在我國一次能源生產和消費結構中的比重分別占75.6％和67.7％。“十五”期間，我國煤炭產量由2001年的13.8億噸已增長到2005年的21.9億噸，年均增長2.02億噸，保證了經濟和社會發展的需要，支撐著國民經濟的快速發展。與此同時，國民經濟快速增長對煤炭需求的拉動也帶動了煤炭工業的迅速發展。國家對煤礦安全生產高度重視，國務院第81次常務會議專門研究了煤礦安全生產，會議指出，“煤炭行業又是高危行業，高瓦斯和瓦斯突出礦井占一半左右，煤礦安全是整個工業安全生產工作的重中之重。”國家安全生產監督管理總局、國家煤礦安全監察局加強了監察的力度，使煤礦安全生產狀況總體穩定，並趨於好轉。具體表現為02manbetx.com 發生起數和死亡人數逐年下降。2005年全國煤礦發生的各類災害02manbetx.com 己下降到3306起，死亡5938人，百萬噸死亡率2.81，首次下降至3以下。由於我國正處於經濟和社會的轉型期，生產力發展水平不均衡，安全生產基礎工作薄弱，與經濟高速發展的矛盾越來越突出，尤其是煤炭工業。主要表現為生產02manbetx.com 總量居高不下，煤礦安全生產形勢依然嚴峻。2001～2004年全國每年發生各類02manbetx.com 80萬起以上，死亡人數超過13萬，其中02manbetx.com 起數和死亡人數分別占全國工礦企業總數的30％和40％。重特大災害事故雖然有顯著減少，但每年仍發生300餘起。一次死亡百人以上的特別重大事故的發生頻率呈增長趨勢，2004年發生了2起，2005年竟發生了4起，造成重大人員傷亡、財產損失和不良的社會影響。與世界先進產煤國相比，我國煤炭產量占世界總產量的31％，但事故死亡人數卻占了79％，安全生產水平存在很大差距。煤礦安全生產形勢嚴峻還表現為職業危害嚴重，截止到2002年全國累計檢出塵肺患者58萬餘例，煤炭行業占49％左右。
一、煤礦災害概況
我國煤礦自然條件差，地質條件複雜。我國大陸是由眾多小型地塊多幕次彙聚形成的，主要煤田經受了多期次、多方向、強度較大的改造。造成煤田地質條件複雜，伴生的實災害多。我國煤礦均為有瓦斯湧出的礦井，全國煤礦的年瓦斯湧出量在100億立方米以上。國有重點煤礦中，高瓦斯和突出礦井占49.8％，煤炭產量占42％；有煤塵爆炸危險的礦井占87.4％；煤層具有自然發火危險的礦井占51.3％；地質條件複雜或極其複雜的煤礦占36％，屬簡單的占23％；水文地質條件複雜或極其複雜的煤礦占27％，屬簡單的占34％。在這種複雜的地質條件下，我國的煤礦尤其是瓦斯礦井容易發生災亊故。對我國煤礦發生的大量災害事故進行係統03manbetx
看出，頂板和瓦斯事故是我國煤礦的主要災害事故類型。瓦事故已成為煤礦的“第一殺手”，頂板事故的發生頻率最高。以2005年數據為例，頂板事故起數占災害事故總起數的52.9％，死亡人數占事故總死亡人數的33.3％。瓦斯事故的危害性和危險性最大，2005年，瓦斯事故起數占12.13％，但死亡人數達到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％；建國以來發生的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，事故起數和死亡人數分別占91％和94％。因此，瓦斯災害事故防治是煤礦安全工作的重中之重。
我國煤礦開采深度平均每年增加10～20米，隨采深的增加，地應力、瓦斯壓力、地溫也越來越高，煤自然災害的威脅逐步加重，治理的難度也越來越大。煤層瓦斯壓力平均每年增加0.1～0.3兆帕，絕對瓦斯湧出量每年增加15億立方米左右。例如45戶重點監控企業中高瓦斯和突出礦井的比例2005年比2004年增加了10％。淮南礦區的絕對瓦斯湧出量由1997年的473m3/min增加到2005年的1000m3/m9 7 312 3 4 5 6 4 8 : 來源：湖北安全生產信息網
隨著煤炭工業經濟增長方式的轉變，煤礦生產方式和結構發生了大的變化。生產機械化程度的大幅度提高，高產高效礦井生產集中化程度的不斷增強。這種新的生產方式也出現了一些新的安全問題，礦井瓦斯湧出量增大，采掘工作麵產塵強度劇增，對礦井通風係統的可靠性提出了更高的要求。也就是說，煤礦開采自然條件變化、生產技術的進步和變革都會不斷對煤礦安全保障技術提出新的更高的要求。針對煤礦安全生產的實際需求，在國家的支持和引導下，“九五”、“十五”期間都開展了以瓦斯防治技術為重點的科技攻關，取得了係列科技成果。為煤礦災害防治奠定了良好基礎。
二、煤礦安全技術的進展
我國煤礦生產的發展與煤礦安全技術的進步密不可分，煤礦安全技術進展不斷支持著煤礦生產技術的進步和生產水平的提高，對煤炭工業為國民經濟發展提供可靠的能源保障起到重要作用。在國家發改委、科技部的支持下，原煤炭工業部、國家煤炭工業局、國家安全生產監督管理總局先後組織了“九五”“十五”煤礦安全技術科技攻關。充分發揮煤科總院、中國礦大等高校、科研院所和示範礦區煤礦企業的整體優勢，以產學研相結合的方式，在平頂山煤業集團有限責任公司、陽泉煤業集團有限責任公司、芙蓉礦務局和淮南礦業集團有限責任公司所屬礦井進行了科技攻關研究。本著瓦斯災害治理示範礦井建設和煤礦安全關鍵技術攻關相結合的宗旨，圍繞兩個礦區瓦斯災害防治的實際需要，“九五”期間在平頂山礦區開展了“改善煤礦安全狀況綜合配套和關鍵技術研究”。“十五”期間在淮南礦區開展了“礦山重大瓦斯煤塵爆炸事故預防與監控技術研究”。通過科技攻關一是建立“平頂山礦區”和“淮南礦區”兩個瓦斯綜合治理技術示範工程；二是圍繞製約煤礦安全生產的部分關鍵技術，集中攻關，研究解決具有共性意義的瓦斯防治、防滅火、礦井通風、粉塵控製和應急救援等方麵的關鍵技術。
“九五”科技攻關研究取得了一係列成果。在瓦斯防治技術方麵，建立了綜采機掘工作麵瓦斯湧出量預測方法，使預測準確率達到85％；采空區瓦斯抽放和上隅角瓦斯治理技術取得突破，研製成功專門用於釆空區埋管抽放用的菱鎂土抽放管、實時監控抽放管內CH4和CO濃度的監控儀，並提出了安全抽放采空區瓦斯時，對CH4和CO濃度的控製指標，研究成功既能有效抽放采空區瓦斯，又能控製自然發火的工藝技術和配套裝備。使采空區瓦斯抽出率達到7％，瓦斯超限次數減少89％；開發的係列風機和抽出裝置處理上隅角瓦斯後，使回風瓦斯降低27％，單班產量提高50％；首次對煤與瓦斯突出區域預測預報技術進行了研究並取得初步效果，拫據瓦斯地質、地應力、突出煤特征並結合物探技術，實現了對新水平、新釆區、新區段的宊出危險區進行預測預報。實際應用的兩個采區，預測無危險區麵積分別達到63％和52％，無危險區預測準確率達到100％，減少措施工程量89％，回釆速度提高13.5％；在防突技術方麵，采掘工作麵防突措施和裝備有了較大進展，研製成功輕便型防突鑽機、采煤工作麵預裂爆破成套技術取得突破、地質雷達、電磁幅射等物探技術成功用於監測掘進工作麵前方突出構造，為防突技術和突出預測技術的實施提供了手段；瓦斯抽放技術和裝備取得重大突破，研製成功定向長鑽孔施工工藝和強力鑽機，成功施工了603.5m的岩石水平長鑽孔和865m的煤層水平長鑽孔，為抽放鄰近層瓦斯提供了技術與裝備。試驗研究成功高抽巷抽瓦斯技術，研究成功適用於高瓦斯鬆軟突出煤層的強力鑽機和9 7 3 123 4 5 6 4 8 : 來源：湖北安全生產信息網
通過“十五”科技攻關，瓦斯綜合治理技術又向前發展了一步。在煤與瓦斯突出區域預測技術方麵，采用瓦斯地質方法，建立了瓦斯地質理論與物探技術相結合的多技術（數字地震勘探、無線電波透視和構造軟煤測井曲線識別）集成的多尺度（礦井突出區和工作麵突出帶）瓦斯突出區域預測瓦斯地質新方法。建立了由3D3C地震技術、AVO技術、地震反演技術、地震屬性03manbetx 技術、地震波形分類技術等構成的瓦斯富集部位探測的核心技術。采用地質動力區劃的方法，確定了活動構造和岩體應力狀況對突出的影響，並劃分應力升高區、應力降低區和應力梯度。為突出危險區、威脅區和安全區的劃分奠定了基礎。采用電磁波透視技術，成功研製出了探測煤層瓦斯災害易發區的技術和裝備，建立了電磁波反射和吸收特征數據庫和地質異常體的識別係統。
在煤與瓦斯突出動態預測技術方麵，分別研究出了基於動態瓦斯湧出規律、AE聲發射原理和電磁輻射原理的工作麵突出危險性連續監測技術與裝備。建立了煤巷掘進炮後30分鍾的噸煤瓦斯動態湧出量指標、瓦斯湧出變異係數指標、炮後瓦斯湧出最大速率指標等連續預測指標，實現了炮掘工作麵瓦斯動態預測，為突出預測技術提供了一種新的方法和工藝技術。開發出一套AE聲發射監測突出的技術裝備，通過阻噪、隔噪、擬噪、濾噪和有效AE信號提取等途徑，使濾噪技術有了突破性進展，研究出包括傳感器在內的AE聲發射工藝技術，為瓦斯動力災害的預測提供了手段。通過連續監測含瓦斯煤岩流變破壞過程中產生的電磁輻射信號強度和脈衝數及其變化的研究，揭示了電磁輻射與煤與瓦斯突出、衝擊地壓影響因素間的關係，提出了臨界值法與動態趨勢法相結合的煤岩動力災害預警方法，開發成功KBD7型電磁輻射連續監測儀。
瓦斯抽放煤礦瓦斯災害的治本措施，在“九五”攻關的基礎上，“十五”技攻關中針對低透氣性煤層抽放瓦斯難度大的問題，研究了強化抽放技術和裝備。在順層鑽孔瓦斯抽放技術和水射流擴孔技術前期研究基礎上，通過高壓水射流理論研究、實驗室試驗和現場試驗考查，形成了一套在順煤層鑽孔中運用高壓水射流擴孔和鑽擴一體化技術和裝備，以及石門揭煤抽、排瓦斯鑽孔擴孔的工藝技術和方法。擴孔後鑽孔直徑達到200～300mm，為擴孔前的4.5倍，最大孔徑達619.9mm。明顯地提高了瓦斯抽放效果，實踐證明，用順層鑽孔預抽作為區域性防突措施是可行和有效的。利用這套技術經過3～5個月的抽放瓦斯，可使突出危險區域中煤層的瓦斯預抽率達到30％以上，有效地消除了瓦斯突出危險性。經過強化抽放的煤層，日產煤量提高了40％，噸煤回采成本一低41％。
下向鑽孔及深孔預裂爆破是提高瓦斯抽放效果的另一項有效的技術途徑。試驗研究解決了下向孔施工中排渣、排水等技術難題，取得了下向鑽孔孔深70.1m的良好成績，下向孔的瓦斯抽量及抽放效果優於上向孔，抽放量提高了30.5％，科技攻關中，進一步研究完善了適合於高瓦斯低透氣性、有突出危險煤層深孔控製預裂爆破強化抽瓦斯技術和石門快速揭煤技術。在淮南潘三礦試驗使煤層透氣性係數提高了7.1倍，瓦斯抽放率三個月時達到32.4％。石門快速揭煤技術在謝一礦等多個礦井試驗和應用的結果表明，揭煤時間比原來縮短了50％。
針對單一低透氣性突出煤層巷道掘進的瓦斯抽放技術難題，進行了理論和試驗研究。發現工作麵前方和巷道兩幫煤體在鬆動和原始煤體之間存在隨巷道向前掘進而移動的蠕變“U”形圈，該圈內煤層透氣性係數成百9 7 3 1 234 5 6 4 8 : 來源：湖北安全生產信息網
煤層群開采複雜條件下瓦斯綜合防治技術是十五科技攻關的重點，開展了保護層作用機理的研究，針對保護層開采時，上下高瓦斯突出煤層的瓦斯集中向首采工作麵湧出的特點，試驗研究成功多種首采層瓦斯綜合治理技術，包括被保護層底板巷道+上向穿層鑽孔抽放瓦斯技術、煤層群多重開采下卸壓層瓦斯抽放技術、首采層（保護層）頂板巷道抽放技術、保護層頂板走向鑽孔抽放技術、保護層工作麵采空區埋管抽放技術、保護層掘進工作麵邊掘邊抽技術。這些技術保證了實際層間距70m（相對層間距35m）近水平煤層群的下保護層開采和80～90度急傾斜近距離煤層群下保護層開采關鍵技術的突破。這些技術在淮南礦區各礦應用後，顯著提高了抽放和保護效果，使首采層瓦斯綜合抽放率達到了62％。
防止工作麵上隅角瓦斯積聚也是瓦斯災害防治的難點，為此，研究了工作麵瓦斯湧出構成、采空區瓦斯湧出量及濃度分布規律，確定了抽放采空區瓦斯的工藝方法和最佳抽放位置，研製了抽放瓦斯自動控製裝置及配套設備。完善了采空區瓦斯抽放技術，實現立體高效率抽放采空區瓦斯。試驗期間共抽出瓦斯2.24Mm3，采空區瓦斯抽放率達到56％，上隅角瓦斯濃度平均降低20％，基本消除瓦斯積聚現象。
除上述瓦斯防治技術外，兩次科技攻關中還研製成功無電源自動抑爆技術和裝置、自產氣式自動抑爆裝置，開發出瓦斯煤塵爆炸危險性預測評價技術和專家係統軟件、建立了礦井瓦斯煤塵爆炸評價模型，確立了預測評價指標體係。開發了與安全監控係統聯網的粉塵傳感器、呼吸性粉塵采樣器。進一步改善了礦用傳感器性能，故瓦斯傳感器調校周期提高到21天，元件壽命提高到1.5年。研究了光纖連續測溫技術和熱敏電纜監測溫度技術，為長距離膠帶輸送機巷早期發現火情提供了技術手段。礦井通風是保障安全生產的基礎，為此開展了礦井通風係統安全可靠性評價和決策技術研究，建立了通風係統可靠性評價理論體係、評價方法和數學模型，開發了通風係統可靠性評價和決策支持係統軟件。在通風係統自動調控方麵，研究成功井下自動控製風門及遠程控製技術，實現了井下人、車信號分離，有較提高了通風係統可靠性與穩定性。
三、“十一五”煤礦安全技術的展望
為了盡快扭轉煤礦災害事故多發的嚴峻形勢，保障安全生產，國家采取了一係列措施加強對煤礦生產的監管，並從經濟、政策上給煤礦企業以支持，提高企業保障生產安全的能力。2005年組織十一個專家組對462處煤礦進行了為期近三個月的技術會診。會診發現，煤礦對以瓦斯為主的災害防治技術不夠是一個突出問題。主要表現在幾個方麵：一是煤礦安全技術基礎薄弱。煤與瓦斯突出、衝擊地壓等動力災害受地質條件控製，80％以上的動力災害發生在構造破壞帶，但多數構造帶並不發生動力災害。地質構造對災害的控製機理和規律尚不能認識，停留在“假說”階段。對災害發生機理的研究是另星開展的，缺乏係統的、有一定力度的支持。由於煤礦安全的基礎理論研究薄弱，對煤與瓦斯突出等災害的發生機理、災害的演化過程尚不能全麵認識。因此，影響了災害預測預報技術的發展。如煤與瓦斯突出預測預報技術、瓦斯煤塵爆炸動態預警技術、突水預測預報技術、隱蔽火源探測技術等安全生產急需解決的難題的突破都需要理論支持。二是我國煤礦災害防治技術中9 7 3 1 2 345 6 4 8 : 來源：湖北安全生產信息網
國家高度重視這些問題，科技部、國家安全生產監督管理總局組織並實施了煤礦安全科技專項科技行動。科技行動分為三個領域：
（1）開展基礎研究
針對煤礦瓦斯災害嚴重，災害致災機理不能完全認識並且影響到災害防治技術進步的實際，國家科技部已經把煤礦安全的基礎科學問題納入國家重大基礎研究973計劃。批準了由煤炭科學研究總院及重慶分院、撫順分院、西安分院、中國礦業大學、河南理工大學、重慶大學、遼寧工程大學和上海交通大學等共同承擔“預防煤礦瓦斯動力災害的基礎研究”項目。課題組將在煤礦瓦斯災害的地質構造作用基理、采動裂隙場時空演化與瓦斯流場耦合效應、煤岩瓦斯動力災害演化機製及地球物理響應規律和瓦斯煤塵爆炸動力學演化及預防機製等四個方麵開展研究。通過研究有望建立有效預防煤礦瓦斯災害的基礎理論體係，解決煤礦瓦斯災害防治中的關鍵科學問題為預防和控製技術的研究奠定基礎。
（2）煤礦瓦斯防治技術集成和示範
為了盡快扭轉02manbetx.com
多發的局麵，全麵提高煤礦預防和控製災害事故的技術能力。科技部和國家安全生產監督管理總局啟動了煤礦瓦斯治理技術與示範項目。首先對我國煤礦瓦斯防治技術和先進治理經驗進行03manbetx
研究，篩選出先進適用的瓦斯治理技術與裝備，基本構建我國煤礦瓦斯治理體係，為煤礦企業治理瓦斯提供技術支持。同時，對煤與瓦斯突出、瓦斯抽放、安全監測監控等關鍵技術進行集成創新，提高瓦斯防治技術在不同礦區的適應性和有效性。為了促進瓦斯災害治理長效機製的形成，對急需的瓦斯管理規範和技術標準進行製修訂，完善煤礦安全技術標準體係。為了使煤礦災害防治技術在一個示範礦井充分發揮減災防災的作用，起到示範引領的作用，將針對不同典型災害在五個煤礦進行技術示範。在重慶鬆藻煤電有限責任公司進行嚴重突出礦井瓦斯綜合治理技術推廣與應用示範；在沈陽煤業集團有限責任公司進行極薄保護層開采瓦斯治理及綜合防突技術研究與示範；在鶴崗礦業集團有限責任公司進行煤與瓦斯突出、易自燃厚煤層群適用放頂煤開采的瓦斯綜合防治技術示範；在鄭州煤炭工業集團有限責任公司進行“三軟”不穩定突出煤層防突技術示範；在銅川礦務局進行高瓦斯油氣伴生自燃厚煤層放頂煤開采瓦斯治理技術集成與示範。通過示範提高五個示範點的瓦斯治理技術水平，有效控製重特大瓦斯事故的發生。同時通過示範礦推進我國煤礦治理瓦斯的水平，全麵提高煤礦安全保障能力，有效控製重特大瓦斯事故的發生。
（3）開展科技攻關，突破關鍵技術
根據煤礦安全生產的重大科技需求，科技發展的新形勢，經濟和社會發展的新要求，在總結煤礦安全科技攻關成果和積累的經驗基礎上，以全麵保障煤礦安全生產為目的，“十一五”期間將按照重大災害防治、事故應急救援、煤礦安全管理與監察技術、典型災害礦井災害治理技術集成與示範工程的總體思路開展研究。重點圍繞煤礦安全生產中的瓦斯、火災、水害及衝擊地壓等主要災害類型，開展煤礦災害事故預測預警防控關鍵技術及裝備的研究與開發，攻克煤礦安全生產與管理中的重大技術難題，為構建本質安9 7 3 1 2 3 456 4 8 : 來源：湖北安全生產信息網
