我國煤礦安全科技需求與對策
寧 宇 博導、研究員
煤炭科學研究總院院長
國家安全生產專家組綜合組副組長
二OO九年六月三十日
一、前言
二、煤礦的主要災害及危害程度
三、煤礦災害事故基本特征
四、煤礦災害事故原因分析
五、煤礦安全科技對策和發展方向
一、前言
1.煤炭工業的地位和作用
煤炭工業是關係國家經濟命脈的重要基礎產業，支撐著國民經濟持續高速發展。
煤炭在我國一次能源生產和消費結構中一直占70%左右：煤炭提供了76%的發電能源、工業燃料和動力、60%的民用商品能源、70%的化工原料。
2008年煤炭產量27.2億噸，約占世界煤炭產量的42%，其增量占世界80%以上，分別占一次能源生產和消費的76.7%和68.7%。
我國煤炭資源占已探明化石能源總量的96%以上 。
圖1 中國化石能源構成圖
一、前言
2.煤炭在我國能源結構中的比例
2008年我國能源生產總量260000萬tce,其中煤炭占76.7%，原油占10.4%，天然氣占3.9%，水電、核電、風電等一次電力占9.0%。
與2002年相比，2008年煤炭產量增加92%，石油產量僅增加14%。
2008年我國能源消費總量285000萬tce，其中煤炭占68.7%，石油占18.0%，天然氣占3.8%，水電、核電、風電等一次電力占9.5%。
圖2 2008年我國能源生產和消費結構
圖3 2000～2008年全國煤炭生產情況
一、前言
3.煤炭工業主要特征
煤炭是不可再生的資源，煤炭工業屬資源型、高危險性、投資風險高的行業，生產環節複雜。
煤炭需求持續增長，煤炭生產與消費逆向布局的矛盾更加突出。
2010年全國煤炭需求總量為30億噸, 2020年中國煤炭需求約為34億噸左右，比目前增加約6億噸。
煤礦數量多、分布廣，產業集中度較低。
2008年底全國共有各類煤礦17352處（包括改擴建設和新建礦井），其中國有重點1051處，國有地方和鄉鎮煤礦16301處。
煤礦在我國26個省（直轄市、自治區）、1260個縣均有分布。
煤礦自然條件差，井工開采比重大。我國露天礦井僅占0.3％，產能占6％左右。美國露天開采比重67％，印度80%。
生產力水平發展不平衡。國有重點煤礦的裝備水平和集約化程度在不斷提高，生產規模在逐步擴大；小煤礦技術裝備水平較低，開采方法落後，基本上采用非機械開采，缺乏足夠的安全保障。
一、前言
4.煤炭工業“十一五”發展戰略
《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》
堅持節約優先、立足國內、煤為基礎、多元發展，優化生產和消費結構，構築穩定、經濟、清潔、安全的能源供應體係。
有序發展煤炭。 加強煤炭資源勘探，統籌規劃，合理開發，提高回采率，減少煤炭開采對生態環境的影響。
加強煤礦瓦斯綜合治理，加快煤層氣開發利用。
二、煤礦的主要災害及危害程度
我國是世界上煤礦災害嚴重、災害多的國家，主要災害有： 瓦斯災害、頂板災害、礦井火災、水害、衝擊地壓、塵害、熱害等。
二、煤礦的主要災害及危害程度
1. 瓦斯災害
我國煤礦幾乎都有瓦斯湧出，年湧出量超過150億方；
國有重點煤礦中，高瓦斯突出礦井占49.5%左右；
全國煤礦中高瓦斯礦井4462處，突出礦井911處，國有重點煤礦中約250處突出礦井；
我國煤礦是世界上煤與瓦斯突出最嚴重的國家之一
始突深度最小；
瓦斯壓力高，已測得的數據為13.8MPa；
至2007年底累計突出16400餘次，占世界總突出次數的40%左右。
圖5 煤與瓦斯突出過程模擬
瓦斯爆炸濃度範圍：5% ~ 16%
二、煤礦的主要災害及危害程度
2. 塵害
采掘工作麵產塵強度大，導致礦工患塵肺病；
2007年不完全統計累計塵肺病例61.3萬人，其中煤礦塵肺病例約占一半；
87.37%的國有重點煤礦的煤塵存在爆炸危險性；
煤塵與瓦斯共存時，相互促進爆炸危險性；
發生過世界上最大的煤塵爆炸和瓦斯煤塵爆炸事故。
二、煤礦的主要災害及危害程度
3. 自然發火
72.05%的大中型煤礦、煤層自然發火嚴重或較嚴重；
51.3%的國有重點煤礦存在自然發火危險；
幾乎所有產煤區都存在自然發火危險、重點產煤區尤為嚴重；
北方煤田火災問題突出；
露天礦也存在自然發火危險。
二、煤礦的主要災害及危害程度
4. 水害
我國煤礦水文地質條件比較複雜；
大中型煤礦中，水文地質條件屬複雜或極其複雜類型的占25.04%，屬於簡單的僅占39.49%；
華北煤田受奧灰岩溶水威脅的礦井占礦井總數的80%；
采空區、老窯積水已成為煤礦一大隱患。
二、煤礦的主要災害及危害程度
5. 衝擊地壓
以煤岩急劇猛烈破壞為特征的另一種動力災害；
102處煤礦發生過程度不同的衝擊地壓；
大中型煤礦中5%的礦井存在衝擊地壓災害,最大達到了4.3級；
衝擊地壓容易誘發其它災害。
二、煤礦的主要災害及危害程度
6. 主要災害的變化趨勢
我國煤礦的平均開采深度450m左右，每年增加10～20m；
地應力、瓦斯壓力、瓦斯湧出量隨之增大；
煤與瓦斯突出、衝擊地壓危險增加；
熱害成為煤礦新的災害；
容易導致多種災害的耦合。
三、煤礦災害事故基本特征
1.煤礦災害事故現狀
煤礦安全生產形勢在我國工業企業中最為嚴峻；死亡人數是世界主要采煤國中最高的，長期以來我國煤礦的死亡人數占世界煤礦死亡人數的80%；
煤礦安全生產形勢持續好轉，事故起數和死亡人數大幅下降。全國煤礦死亡人數由2002年的6995人，減少到2008年的3215人，下降了54.05%；百萬噸死亡率由4.94下降到1.18，下降76.11%。
圖11 煤礦事故起數、死亡人數、百萬噸死亡率變化趨勢
三、煤礦災害事故基本特征
（1）災害事故類型多、瓦斯是“第一殺手”
存在各類自然災害事故（瓦斯、水、火等）
生產性不安全因素導致事故（機械傷害、觸電等）
災害事故的主要類型是頂板和瓦斯事故
頂板事故發生頻率最高，瓦斯事故死亡人數多；
頂板和瓦斯事故起數之和和死亡人數之和均占事故起數和死亡人數的60%－70%左右。
瓦斯事故危害性大，頂板事故發生率最高
2001～2006年，一次死亡10人以上的特大（重大）事故中，瓦斯事故占80%，一次死亡30人以上的特別重大事故中，瓦斯事故占83%；
24起死亡百人以上的特別重大事故中，瓦斯煤塵事故21起，事故起數和死亡人數分別占88%和90%。
頂板事故發生率最高（占事故總起數55%），死亡人數最多（ 占總事故死亡人數的43%）。
瓦斯事故危害性最高（平均每起事故造成3.30人死亡）
頂板事故和瓦斯事故的發生起數和死亡人數占總數的66%和69%。
一次死亡3人以上的事故中，瓦斯、頂板和水害事故占90%以上。
三、煤礦災害事故基本特征
（2）采掘工作麵事故最多
近年來的數據表明，國有煤礦發生的一次死亡3人的事故中，采掘工作麵事故起數和死亡人數均占75%以上；其中掘進工作麵事故起數和死亡人數分別占40.92%和42.62%；
2008年17起重大以上瓦斯事故中，掘進工作麵發生11起，占65%；25起較大煤與瓦斯突出事故中，16起發生在掘進工作麵，占64%。
三、煤礦災害事故基本特征
（3）小煤礦事故多發、非法開采礦井安全問題嚴重
2008年鄉鎮礦事故起數和死亡人數分別占74%和73。4%， 2007年為72.7%和76.6%；
2008年38起重大以上事故中，違法生產礦井20起，死亡361人，分別占重大以上事故總量的52.6%和51.1%；非法礦井3起，死亡73人，分別占重大以上事故總量的7.9%和10.3%。
三、煤礦災害事故基本特征
（4）安全生產發展不平衡，存在顯著的區域性差異
2008年26個產煤省區中，有20個地區死亡人數減少， 6個省市同比上升。
貴州、四川、山西、重慶、湖南、河南等6個地區煤礦死亡率仍較高，人數超過250人，6省市共死亡1925人。死亡人數占全國總數的60%。
一大批礦區百萬噸死亡率已降至平均水平以下，神東、兗州等礦區安全生產達到世界先進水平；
一些礦區百萬噸死亡率仍然居高不下。
四、煤礦災害事故原因分析
圖14 早二疊世全球古地理簡圖
圖15 後侏羅紀全球古地理簡圖（1.52億年前）
圖16 中國大地構造簡圖
四、煤礦災害事故原因分析
四、煤礦災害事故原因分析
四、煤礦災害事故原因分析
4. 災害防治能力不足，防災係統不健全
近15%國有煤礦超通風能力生產；
技術會診的462處煤礦“三量”合理的隻占18.19%；
存在“剃頭”開采的礦井占16.54%；
通風富餘係數比較合理的僅占38.32%；
礦井瓦斯抽放率在20%以上的礦井隻占40%；
大部分礦井井下供電線路，機電設備仍是建井時期的。
四、煤礦災害事故原因分析
5. 科技支撐能力不足
煤礦安全基礎理論研究薄弱，對災害發生機理、演化過程尚不能全麵認識，導致治本技術少，治表技術多；
災害防治的許多技術難題沒有得到突破；
先進適用災害防治技術沒有得到全麵推廣應用；
據初步估算，科技進步對煤礦安全生產貢獻率僅為25%。
四、煤礦災害事故原因分析
6.安全管理水平低
管理技術手段落後，大多停留在事後總結教訓的被動管理模式上；
現場管理混亂、安全技術措施不到位、隱患未及時整改；勞動組織管理較亂。
安全管理體製有待完善，有效的社會製約機製急待建位。
7.安全投入不足，安全欠帳巨大
安全曆史欠賬問題解決難度大；遺留的安全工程缺口和設備老化等深層次問題突出。
四、煤礦災害事故原因分析
8.行業技術標準不能滿足安全生產需要。
9.煤礦安全科技創新體係及運行機製不健全，對安全生產支撐不足。
10.職工素質不高、技術人員匱乏。
11.煤礦基礎設施和安全保障能力不能滿足國民經濟高速發展對煤炭能源的需求。
五、煤礦安全技術對策和發展方向
（一）我國煤礦安全的科技需求
在瓦斯防治技術方麵
我國煤層透氣性差、預抽瓦斯難度大，缺乏效果好的抽放技術；
鬆軟突出煤層鑽孔施工困難、缺乏鑽進工藝技術和裝備；
定向長鑽孔（1000m）鑽進鑽機與鑽孔工藝缺乏；
未全麵實現“先抽後采”，采抽比例失調，采掘部署調整難度大；
低濃度瓦斯利用缺乏安全保障技術；
瓦斯抽放、利用成本較高，需要政策支持。
（一）我國煤礦安全的科技需求
在煤與瓦斯突出防治技術方麵：
對構造煤、瓦斯地質、地應力場等基本問題的研究深度不夠，煤與瓦斯突出機理未完全認識
延期突出發生次數增加，缺乏有效的技術對策
需要提高突出預指標臨界值的準確性和指標的可靠性；
保護層開采技術應用條件苛刻，適用範圍受到限製。
（二）我國煤礦安全的技術對策
1.建立示範點、重點推廣先進適用技術
瓦斯抽放技術，開采保護層技術，突出預測預報技術；
煤礦安全監控係統，合理配置監控係統功能，有條件的礦區，地區實現聯網，促進信息共享；
推廣自然發火早期預測預報技術、注漿、阻化劑、凝膠、氮氣等綜合防更火技術；
全麵采用被動式隔爆技術，提高安全保障能力。
（二）我國煤礦安全的技術對策
（1）“煤礦瓦斯治理技術集成與示範”項目
項目對瓦斯治理技術進行梳理，並對先進適用技術進行完善提高和推廣應用
項目設置四個課題：
煤礦瓦斯治理技術篩選及適用性研究
高瓦斯礦區瓦斯災害診斷及治理方案研究
瓦斯治理適用技術完善提高及應用研究
煤礦瓦斯治理技術管理規範及標準的研究
建立五個示範工程：
沈陽煤業集團、鄭州煤炭集團、鬆藻煤電公司、銅川礦務局、鶴崗礦業集團
取得顯著的效果：
對我國瓦斯防治技術進行篩選，形成了瓦斯治理先進適用技術與裝備體係 、建立了推廣平台。
對16項瓦斯防治共性、關鍵性技術進行完善提高。
形成了重點監控煤礦企業所屬高瓦斯突出礦井的瓦斯災害隱患診斷報告和瓦斯治理技術方案，成為國債資金投入、隱患治理的基礎和依據。
構建煤礦安全技術標準框架，製修訂11項重要急需的技術標準、規範。
建立了沈陽、鄭州、鬆藻、銅川、鶴崗五個示範工程。瓦斯抽放率增加30～50%，礦井瓦斯超限次數下降50%以上。
培訓一批瓦斯管理與技術的人才隊伍，已出版了5本專著 。
（二）我國煤礦安全的技術對策
（2）10個煤礦瓦斯治理與利用示範工程建設項目
根據各示範點的特點和條件，集成瓦斯治理與利用的先進適用技術，並總結推廣應用。
龍煤集團鶴崗分公司、沈陽煤業集團、撫順礦業集團
淮南礦業集團、淮北礦業集團
鄭州煤炭集團、焦作煤集團
陽泉煤業集團、晉城煤業集團
鬆藻煤電公司
（二）我國煤礦安全的技術對策
2.突破災害防治關鍵技術、實現支撐發展
提高熱催化元件的壽命和穩定性，開發紅外，光纖等原理的新型CH4、CO、CO2測定儀和傳感器。
盡快突破寬帶網絡型煤礦安全監控係統的技術關鍵，研究處理能力強，智能化程度高的煤礦災害預警技術，提高監控係統對瓦斯等災害的預警能力。
研究適合高地應力、高瓦斯、鬆軟突出煤層條件的鑽機和鑽進工藝及瓦斯抽放技術。
研究超長定向水平鑽孔鑽機與鑽進工藝及預抽瓦斯技術。
研究井下、地麵，采煤采氣協調開發技術，把高瓦斯煤層轉化為低瓦斯煤層實現安全生產的技術與裝備。
研究探測礦井小構造和瓦斯富集區的地球物理方法及裝備。
完善煤與瓦斯突出預測預報技術，提高預報準確性；研究延期突出的預測和預防技術。
突破煤層自然發火初期的預測預警技術，研究基於氣味檢測技術的早期預測方法。
研究礦井隱伏導水構造長距離精細探查與空間定位技術與裝備；研究探測老空區的空間展布、位置、深度、富水狀態等關鍵信息的高精度物探技術。
研究應對煤礦突發瓦斯異常湧出的技術對策，提高處置因衝擊地壓、初次放頂等引發瓦斯湧出異常的能力。
研究煤礦安全產品與裝備的安全檢測檢驗關鍵技術，提高安全裝備的保障能力。
突破煤礦搶險救災、事故調查、物證分析、模擬驗證等關鍵技術，提高煤礦事故應急救援能力。
（二）我國煤礦安全的技術對策
圍繞12個方麵的關鍵技術問題，科技部、國家發展改革委、國家安監總局適時地啟動並實施了一批煤礦災害治理的關鍵技術研發、重大裝備研製項目。
“十一五”國家科技支撐計劃
重大裝備研製與關鍵技術研發
國家重大科技專項
（二）我國煤礦安全的技術對策
“十一五”科技支撐重點項目
（1）煤礦瓦斯、火災與頂板重大災害防治關鍵技術研究
煤礦瓦斯災害基礎條件測定關鍵技術研究
煤礦重大災害綜合監測預警關鍵技術
煤與瓦斯突出防治和瓦斯抽放關鍵技術與裝備
瓦斯煤塵爆炸預防及繼發性災害防治關鍵技術
煤礦火災綜合防治關鍵技術
深部開采煤岩動力災害多參量識別與解危關鍵技術及裝備
煤礦安全管理關鍵技術與標準研究
撫順、淮南、淮北、峰峰、鬆藻五個示範點
（二）我國煤礦安全的技術對策
（2）安全生產檢測檢驗體係與技術規範研究
安全生產檢測檢驗體係與技術規範研究
重點領域安全生產檢測檢驗關鍵技術與規範研究
典型在用設備安全檢測檢驗關鍵技術與規範研究
典型災害事故調查與物證分析關鍵技術與規範研究
典型災害事故模擬仿真與虛擬現實關鍵技術研究
（二）我國煤礦安全的技術對策
（3）礦井老空區探測與水災防治關鍵技術與裝備
礦區水害防治技術方法
礦井水害電磁法探測關鍵技術與裝備
礦井水害彈性波探測關鍵技術與裝備
礦井水害監測預警技術與裝備
礦井水害快速治理技術與裝備
（二）我國煤礦安全的技術對策
（4）礦井重大災害應急救援關鍵技術研究
礦井重大事故救援指揮輔助決策技術
井下災區探測與災害抑控技術與裝備
人員遇險區域定位及救災通訊關鍵技術與裝備
遇險人員快速救護關鍵技術與裝備
礦井重大災害事故應急救援關鍵技術規範研究
（二）我國煤礦安全的技術對策
（5）煤礦安全高可靠性監控係統關鍵技術研究 （正在啟動）
傳感器自診斷及安全檢測儀表無線接入技術研究
本質安全設備配接關鍵技術研究
基於監控係統的煤岩動力災害監測技術研究與示範
監控係統網絡結構可靠性及抗幹擾技術研究與集成示範
監控係統數據可靠性和挖掘技術研究及示範
（二）我國煤礦安全的技術對策
8項“煤礦瓦斯綜合治理與利用關鍵技術研發和裝備研製項目”
鬆軟突出煤層中風壓空氣鑽進裝備研製與配套工藝開發
井下水平長鑽孔鑽機研製及配套工藝開發
低透氣性煤層瓦斯抽采增效技術開發
低濃度瓦斯輸送安全保障成套技術開發與裝備研製
防突遠距離控製鑽機研製及配套工藝開發
鬆軟突出煤層順層鑽孔螺旋鑽進裝備研製與配套工藝開發
瓦斯抽采礦井的風流監測與智能控製關鍵技術研製
地麵瓦斯抽采的欠平衡車裝鑽機研製
（二）我國煤礦安全的技術對策
“大型油氣田及煤層氣開發”國家重大科技專項
“大型油氣田及煤層氣開發”是國家十六項重大科技專項之一。
共設43項目22個示範工程。煤層氣10個項目、6個示範工程，其中煤礦區2個項目、3個示範工程。
煤礦區煤層氣開發與利用主要內容
煤層氣與煤炭協調開發關鍵技術
煤礦區煤層氣高效抽采、集輸技術與裝備研製
山西晉城礦區采氣采煤一體化煤層氣開發示範工程
兩淮礦區煤層群開采條件下煤層氣抽采示範工程
重慶鬆藻礦區複雜地質條件下煤層氣開發示範工程
（二）我國煤礦安全的技術對策
3.加強防災基礎研究，引領防災技術發展
研究煤與瓦斯突出、衝擊地壓等煤岩動力災害發生機理；
研究構造煤的成因、分布規律、物化特性等科學問題；
係統研究煤層瓦斯賦存、運移及湧出規律；
研究瓦斯煤塵爆炸特性及其演化、傳播規律；
研究衝擊地壓等煤岩動力災害與瓦斯異常湧出的相關性，以及多種致災因子藕合發生繼發性災害的機理；
研究煤礦隱蔽火源特性及探測技術；
研究大埋深快速機械化采煤條件下的突水機理；
研究煤層隔水底板的防水效應。
（二）我國煤礦安全的技術對策
國家安監總局組織，科技部在973計劃中支持了3項煤礦災害治理的重大基礎研究項目。包涵中8項基礎問題的有關瓦斯、水災害、衝擊地壓等災害防治內容。
（二）我國煤礦安全的技術對策
（1）973國家重大基礎研究“ 預防煤礦瓦斯動力災害的基礎研究”
項目設置6個課題：
煤礦瓦斯災害的地質構造作用機理
含瓦斯煤體物理力學特性及本構關係
采動裂隙場時空演化與瓦斯流動耦合效應
煤岩瓦斯動力災害的動力學演化機理
煤岩動力災害演化過程的地球物理響應規律
瓦斯（煤塵）爆炸動力學演化及多相耦合效應
（二）我國煤礦安全的技術對策
（2）國家973計劃項目“煤礦突水機理與防治基礎理論研究”
項目設置8個課題：
礦井突水的水文地質結構模式及形成條件
礦井突水的動力學特征及控製因素
采動岩體裂隙演化及隔水關鍵層的形成條件
采動岩體滲流規律與突變機理
礦井突水的危險性評價理論與方法
礦井突水的水量預測理論與方法
突水前兆信息演化規律及實時監測理論
控製礦井突水的水資源保護性采煤理論與方法
（二）我國煤礦安全的技術對策
（3）國家973計劃項目“煤炭深部開采中的動力災害機理與防治基礎研究”（正在啟動）
項目設置6個課題：
深部煤礦動力災害的地質構造條件、原岩應力場特征及探測方法
深部斷續煤岩體的變形破壞規律和工程動力響應特征
深部開采覆岩運動與采動應力時空分布規律和圍岩穩定性控製
深部煤礦動力災害的多因素耦合致災機理與能量積聚釋放規律
深部煤岩動力災害的前兆信息特征與監測預警理論
深部煤礦動力災害的綜合防治理論與解危方法
（二）我國煤礦安全的技術對策
4.強化技術基礎性工作，支撐煤礦安全監管監察
（1）在國家安監總局直接領導下，依法建立和實施了礦用產品安全標誌準入製度
安標和礦用產品檢測檢驗是技術性很強的工作；
實施安標製度，提升了煤礦安全管束監察水平；
實施安標製度,提高了安全裝備的技術門檻，確保了產品的安全性能；
安標是貫徹執行法律法規、規範標準的基本手段；
煤礦安全監察機構通過做好煤礦執行安標管理製度的監察，促進煤礦企業保證裝備安全，創造本質安全化作業條件和作業環境。
（2）加強標準的研究和製修訂，為煤礦安全管理和監察提供基礎。
初步統計，“十五”以來，標委會共研究和製修定標準化1055項，其中國家標準163項，行業標準892項。
針對煤礦安全生產和管理的實際需求，加快了標準的製修訂，建立了煤礦安全標準體係。
AQ標準體係實施後，進一步加強了對測試方法、規範等基礎性標準的研究與製定。如《煤礦斯抽采基本指標》、《煤與瓦斯突出礦井鑒定規範》、《煤礦瓦斯抽放規範》、《煤礦井下粉塵綜合防治技術規範》等。
（三）“十二五”煤礦安全技術發展方向
1.預防瓦斯災害的基礎研究
2.煤岩瓦斯動力災害監測預警技術
3.瓦斯煤塵爆炸防治技術
4.煤層氣抽采鑽孔施工技術與裝備
5.煤層氣開發技術
6.承壓開采煤礦突水危險區預測技術的研究
7.深部礦井熱害控製成套技術與裝備
8.井下災害事故搶險救援及應急避難關鍵技術及裝備
10.礦井災害事故仿真模擬與演練測試技術及裝備
11.救災通訊技術研究
12.煤礦井下環境相關設備可靠性檢測技術
9.新一代礦井應急救援呼吸防護技術及裝備
敬請各位領導和專家
指正並提出寶貴意見！
謝謝！
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