煤矿灾害防治技术现状与发展.doc

山西大同大学继续教育学院毕 业 论 文（设计）题目： 煤矿灾害防治技术现状与发展 级 别 2007 专 业 采矿工程 函授站点 阳泉 班 级 2007级 姓 名 史晓东 指导教师 2010 年 7 月 10 日 煤矿灾害防治技术现状与发展作者 史晓东 指导教师摘要 煤炭是我工重要的能源，煤炭工业的安全生产工作一直是我们关注的重点，它关系到国家的财产和人民的生命安全，预防煤矿灾害事故的发生和提高煤矿的安全技术管理工作一直是国内外研究的重点和热点课题，本文围绕这一主题，粗略的介绍我国目前的煤矿灾害的特点、灾害的原因、灾害防治技术现状以及未来技术的发展。关键词 煤矿灾害特点；防治技术；现状；发展我国是世界上最大的产煤国，煤炭产量约占全世界产量的40%，而我国又是世界上煤矿自然灾害最严重的国家，煤矿安全生产是整个安全生产的重中之重。我国已煤为主的能源结构在未来几十年内将不会改变。党中央、国务院历来高度重视煤矿安全生产和煤炭工业的健康发展。胡锦涛总书记在中央政治局第30次会议上强调指出，煤矿安全是全国安全生产的重点，要继续打好治理瓦斯事故多发和整顿关闭非法违法、不具备安全生产条件的小煤矿两个攻坚战。温家宝总理在每年的政府工作报告中，都对加强煤矿安全生产工作提出明确要求。张德江副总理多次强调要依靠法制、完善法制、强化管理、落实责任，大幅度降低煤矿安全事故和死亡人数，实现煤矿安全生产形势稳定好转。因此，研究煤矿的安全发展有着重要的意义。目的在于找出煤矿灾害事故发生的原因，以及采取的防治措施，保住国家财产和人民的生命安全。一、煤炭工业的地位1.煤炭工业是关系国家经济命脉的重要基础产业煤炭是我国的主体能源和重要原料；煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别占76.0和68.9；我国76的发电能源、76的工业燃料和动力、60的民用商品能源、70的化工原料都是煤炭提供。2.保证了国民经济和社会发展的需要“十五”期间，煤炭产量增长了69.7；2005年煤炭产量达到21.9亿t；2006年煤炭产量达到23.25亿t，同比增长8.1。2008年，全国煤炭产量27.93亿t，约占世界煤炭产量的42%，其增量占2008年世界的80%以上。二、煤矿灾害概况1.煤炭工业是资源性行业，发展不平衡煤矿的寿命取决于拥有的资源量；安全生产状况受其资源条件的限制；煤炭资源条件差别很大，开采条件属中等偏下水平；大多数煤矿远离经济发达地区；企业发展不平衡性在工业行业中十分突出。2.煤炭工业是高危险行业煤矿存在瓦斯、自然发火、突水、爆炸等多种灾害隐患；致灾因子共存于同一作业空间，容易引发事故；我国煤矿主要是井工矿，开采深度深，作业环境、照明等条件差，不利于生产安全；容易引起多种灾害的藕合。3.煤矿分布与类型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。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。三、煤矿主要灾害及其危害程度我国煤矿安全生产的特殊性表现为：行业管理有所弱化，煤矿生产与国民经济发展对煤炭的需求存在结构性和阶段矛盾；安全生产基础管理与煤矿安全质量标准化建设有待加强；自然灾害严重，重特大事故多发；煤矿职业危害严重；煤矿科技装备水平不高，特别是中、小煤矿；绝大多数为井工开采，工作条件艰苦；安全生产整体水平与世界先进国家的差距较大。它的特殊性是由我国煤矿的地质条件及其自然灾害状况决定的。1.瓦斯灾害我国煤层瓦斯赋存量高，导致煤矿瓦斯灾害严重；我国煤矿几乎都有瓦斯涌出；高瓦斯和突出矿井多，国有重点煤矿中占60.4；是始突深度最小的国家；随着开采深度的增加，瓦斯涌出量的增大，高瓦斯和煤与瓦斯突出的矿井比例还会增加，是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一。瓦斯灾害主要与自然因素、安全技术手段、安全装备水平、安全意识和管理水平等有关，发生瓦斯爆炸事故往往是以上因素相互作用所导致的。2.煤尘我国具有煤尘爆炸危险的矿井普遍存在，在全国排，煤矿中87.37的国有重点煤矿存在煤尘爆炸危险，其中具有强爆炸性的占60%以上；发生过4次死亡百人以上的纯煤尘爆炸事故；瓦斯与煤尘共存条件下，相互促进危险性增大；发生过最大的瓦斯煤尘爆炸事故和8次死亡百人以上的瓦斯煤尘爆炸；导致矿工患尘肺病。3.煤层自然发火我国具有自然发火危险的煤矿比例大、覆盖面广。72.06的大中型煤矿，自然发火严重或较严重。47.3的国有重点煤矿存在自然发火危险；几乎所有产煤区都存在自然发火危险，重点产煤区尤为严重；露天矿也存在自然发火危险；北方煤田煤田火灾问题突出，由于煤层自然，我国每年损失煤炭资源2亿吨左右。4.水害我国煤矿水文地质条件比较复杂；国有重点煤矿中，水温地质条件属复杂或及复杂的矿井占27%，属简单型的占34%。奥灰岩溶水威胁华北煤田煤矿生产安全；30年间发生过200多起淹井事故；小型煤矿乱采滥挖，采空区、老空积水、地表水侵入事故时有发生。随着乡镇煤矿资源枯竭，破坏边界及露头煤柱的情况经常发生，对相邻深部的国有煤矿，特别是对国有重点煤矿造成的水害威胁和煤矿突水事故呈上升趋势，水害已成为煤矿一大隐患。5.冲击地压灾害我国是除德国、波兰以外冲击地压危害最严重的国家之一。102处各类煤矿发生过程度不同的冲击地压，大中型煤矿中5的煤矿存在冲击地压危险；随着采深增加，现有冲击地压矿井的冲击地压频率和强度在不断增加，少数矿井频繁发生矿震，还有少数无明显冲击地压的矿井也将逐渐显现出来。6.顶板灾害我国顶板条件差异大，多数大中型煤矿顶板属于局部不平整类、裂隙比较发育类，采煤方法落后，导致支护、顶板管理困难。煤矿顶板事故发生率最高，占到事故总起数的55%，死亡人数最多，占到总事故死亡人数的43%。顶板事故，多发生在采掘工作面。近年来的数据表明，国有煤矿发生的一次死亡3人以上的事故中，采掘工作面事故起数和死亡人数均占75%以上。其中，掘进工作面事故起数和死亡人数，又分别占40.92%和42.62%。2008年17起重大以上瓦斯事故中，掘进工作面发生11起，占到65%。25起较大的煤与瓦斯突出事故中，16起发生在掘进工作面，也占到64%。7.主要灾害的变化态势我国煤矿开采深度平均每年增加1020m；煤矿相对和绝对瓦斯涌出量随之增大；煤与瓦斯突出危险性也增加；受冲击地压威胁的区域在扩大，发生频度和强度也在加大；热害已成为矿井新的灾害；容易导致继发性灾害发生。四、煤矿灾害事故原因分析 目前我国煤矿事故总量居高不下，其原因是多方面的，既有客观条件方面的原因，也有技术方面，管理方面的原因。既存在导致灾害事故发生的直接相关因素，也有诸多深层次的问题。1.自然条件差,伴生灾害多，容易引发事故 我国大陆是由众多小型地块多幕次汇集形成，多次发生陆块间的碰撞、俯冲，产生强烈的板内变形，使煤盆地经受了多期次、多方面、强度较大的改造，给煤矿带来了高地应力、瓦斯、高地温等灾害；国有重点煤矿中地质构造复杂或极其复杂的占36，地质构造简单的只占23；水文地质条件复杂或极其复杂的占27，属于简单的只占34。 2.煤矿生产条件复杂 我国煤矿以井工矿为主，占产能的95。每年以1020m的速度往深部延深，深井数量逐年增加；煤矿巷道是管网式的空间布置，多种致灾因子共存于同一环境，一旦发生灾害事故容易发生致灾因子作用的耦合，形成更大灾难。 3.生产力整体水平低 一些煤矿企业由于采煤方法落后，引起矿井采掘布置不合理，通风系统不完善，此外，作业规程编制不符合实际，针对性不强，给安全生产带来了严重隐患97的煤矿为小煤矿，整体规模小，设施简陋，开采方式落后，经济增长方式粗放；全国平均采煤机械化程度不到50；国有重点煤矿达到82.72；矿井超能力生产，系统超负荷运转，采掘失调，采抽失调的现象普遍，给煤矿生产埋下了事故隐患。 4.灾害防治能力不足，防灾系统不健全 2004年统计，近15国有煤矿超通风能力生产；技术会诊的462处煤矿“三量”合理的只占18.19；存在“剃头”开采的矿井占16.54；通风富余系数比较合理的仅占38.32；矿井瓦斯抽放率在20以上的矿井只占40；23处高瓦斯、突出矿井尚未建立抽放系统；大部分矿井井下供电线路，机电设备仍是建井时期的； 5.科技支撑能力不足 煤矿安全基础理论研究薄弱，对灾害发生机理、演化过程的尚不能全面认识，导致治本技术少，治表技术多；灾害防治的许多技术难题没有得到突破；先进适用灾害防治技术没有得到全面推广应用。6.安全管理水平低 煤矿事故几乎都是责任事故，反映出安全管理水平低；大多停留在事后总结教训的被动管理模式上；管理技术手段落后；现场管理混乱、安全技术措施不到位、隐患未及时整改；劳动组织管理混乱，以包代管、非法使用外包工队。许多事故分析发现，违章操作或管理不当而造成了一些本可避免的事故，但未引起重视，最终酿成特大瓦斯爆炸事故。因此，管理水平和职工的安全意识对于煤矿的长期安全生产非常重要。 7.安全投入不足，安全欠账巨大 目前的效益仅能维持当前安全生产的需要，难以解决历史欠帐；遗留的安全工程缺口和设备老化等深层次问题突出；技术会诊汇总的安全欠帐超过了政府的统计数。 8.职工素质不高、技术人员匮乏 煤矿必须配备采煤、通风、机电、地质等专业技术人员。但是由于客观原因，全国煤炭专业技术人员严重不足，地方煤矿更不能配备足够的专业技术人员。导致煤矿出现了无序开采、无针对性和可操作性的措施、工程质量不合格、工作面管理混乱等现象，给地方煤矿的安全生产管理，带来了很大的困难。“三违”是煤矿灾害事故发生的重要致因。专业技术人才的大量不足，将是影响地方煤矿健康发展的一个主要问题。 9.煤矿安全生产存在的深层次问题基础设施和安全保障能力不能满足国民经济高速发展对煤炭能源的需求。未取得与煤炭工业重要程度相适应的地位和政策环境；煤矿安全科技创新体系及运行机制不健全，对安全生产支撑不足；安全管理体制有待完善、有效的社会制约机制急待建立；行业技术标准不能满足安全生产的需要；适应新形势的人才培育体系不完善，人才断层已经形成。 五、煤矿灾害防治技术及主要问题 在科技部、发改委、国家安全监管总局的支持下，通过多年的科技攻关，煤矿灾害防治技术得到了发展，初步形成了防治技术体系。由于煤矿分布广，地质条件差异性大，不少技术在应用中还存在需要再创新的问题。 1.瓦斯防治技术 我国已经形成了由工艺技术、仪器仪表、专用装备构成的瓦斯灾害防治技术体系。包括：煤层瓦斯含量预测、空气中瓦斯(甲烷)浓度测定、煤矿安全监测监控、瓦斯抽放、防止瓦斯煤尘爆炸，煤与瓦斯突出预测和综合防突等技术体系。 (1)井下空气中瓦斯浓度测定技术 我国煤矿瓦斯浓度测定仪器有：基于热催化原理的甲烷浓度检测报警仪和传感器；基于光干涉原理的瓦斯测定器；基于热导原理的高浓甲烷传感器和测定仪；存在的主要问题：反应元件寿命短、稳定性差，响应慢。(2)煤矿安全监测监控系统形成了以KJ系列为主的产品、占据了国内市场；全国509处重点煤矿矿井装备了安全监控系统；新的“安全规程”要求，所有矿井必须装备矿井安全监控系统；主要存在问题：系统之间互不兼容、信息不能共享；提前预警能力差；控制功能单一；防止继发性灾害能力不足。 (3)瓦斯抽放和利用技术是煤矿瓦斯灾害治本之策； 目前形成了本煤层预抽，抽放邻近层瓦斯、抽放采空区瓦斯等多种瓦斯抽放工艺和配套的钻机，抽放设备、抽放管网监测系统等构成的成套技术。防止工作面上隅角瓦斯积聚也是瓦斯灾害防治的难点，为此，研究了工作面瓦斯涌出构成、采空区瓦斯涌出量及浓度分布规律，确定了抽放采空区瓦斯的工艺方法和最佳抽放位置，研制了抽放瓦斯自动控制装置及配套设备。完善了采空区瓦斯抽放技术，实现立体高效率抽放采空区瓦斯。试验期间共抽出瓦斯2.24Mm3，采空区瓦斯抽放率达到56，上隅角瓦斯浓度平均降低20，基本消除瓦斯积聚现象。存在的问题：我国煤层透气性差、预抽瓦斯难度大，缺乏效果好的抽放技术；高瓦斯、松软突出煤层钻孔施工困难、缺乏钻进装备和钻孔工艺技术；定向长钻孔(1000m)钻进钻机与钻孔工艺缺乏；未能全面实现“先抽后采”，采抽比例失调；低深度瓦斯利用缺乏安全保障技术；瓦斯抽放、利用成本较高，缺少政策支持。煤与瓦斯突出防治技术，我国已经形成了突出预测、突出防治措施、防突效果检验和安全防护的“四位一体”综合防突技术体系，在生产中应用取得良好效果。存在的问题：对构造煤、瓦斯地质、地应力场等基本问题的研究深度不够，煤与瓦斯突出机理未完全认识；延期突出发生次数增加，缺乏有效的技术对策；需要提高突出预指标临界值的准确性的指标的可靠性；保护层开采技术应用条件苛刻，适用范围受到限制。 2.煤矿火灾防治技术 煤矿火灾以自燃火灾为主，已形成了煤炭自然发火预测预报技术，自燃火灾防灭火技术。包括束管监测系统、氮气防灭火技术、凝胶、泥浆和粉煤灰防灭火技术、阻化剂防火技术等；外因火灾防治方面，形成了胶带输送机火灾监测与自动灭火技术、惰泡、泡沫、惰气、氮气灭火技术；火区快速封堵及防漏风技术。存在的问题实际自燃环境条件下，火灾的预测指标和方法煤炭自燃初期识别技术尚未突破隐蔽火源探测与定位技术仍是难题火灾与瓦斯爆炸相互转化的规律尚未掌握，缺乏相关控制手段 3.煤矿水灾防治技术 以查清水文地质条件为主、分析水力联系，探找矿井充水规律，在此基础上，提出防治水位技术措施是目前防治水主要方法：矿井水文物探得到了发展，形成了包括钻孔无线电波透视仪、水位遥测系统、防爆直流电法仪、防爆音频电穿透仪、无线电透视系统和高密度电法测量系统等物探技术构成的水文地质探测技术体系；存在的问题：矿井水害形成机理认识不清；对老窑水和奥灰岩溶水的分布规律和富水性尚未掌握，缺乏有效探测技术。 4.防隔爆技术 已经研发成功被动式隔爆棚技术并在全国推广；自动抑爆技术已取得突破；初步形成两大类多种类型结构的被动和自动抑爆技术；存在问题：被动式隔爆棚的正确应用；解决棚架快速、方便移设的方法；提高自动抑爆装备抗干扰能力和进一步减小动作滞后时间。六、煤矿灾害防治技术及对策的发展1.实施先进适用技术推广应急计划，提高煤矿安全保障能力鉴于煤矿地质条件的差异性大，灾害防治技术工艺性强，可复制性差的特点，对行之有效的安全技术结合使用点条件进行集成创新，采取工程示范，以点带面的方法，尽快在全国煤矿推广。重点推广五方面技术： (1)瓦斯抽放技术，开采保护层技术，突出预测预报技术；(2)煤矿安全监控系统，合理配置监控系统功能，有条件的矿区，地区实现联网，促进信息共享；(3)推广自然发火早期预测预报技术、注浆、阻化剂、凝胶、氮气等综合防更火技术；(4)全面采用被动式隔爆技术，提高安全保障能力；(5)认真贯彻国家安全生产监管总局提出的安全质量标准化工作方针。推广行之有效的“质量标准化、安全创水平”的全面质量管理措施。 2.突破关键技术，实现支撑发展坚持有所为，有所不为的方针，从煤矿安全最紧迫的需求出发，关突破以瓦斯防治为重点的关键技术、共性技术，支撑煤矿安全技术的发展和保障能力的提高。12个突破重点和方向： (1)提高热催化元件的寿命和稳定性，确保瓦斯检测、报警的需要：(2)开发红外，光纤等光学原理的CH4、CO、CO2测定仪和传感器，为煤矿提供新的检测技术；(3)尽快突破、完善工业以太网现场总线的宽带网络型煤矿安全监控系统的技术关键、为安全监控系统升级提供支撑；(4)研究处理能力强，智能化程度高的煤矿灾害预警技术，提高监控系统对瓦斯等灾害的预警能力；(5)研究适合高地应力、高瓦斯、松软突出煤层条件的钻机和钻进工艺及瓦斯抽放技术；(6)研究超长定向水平钻孔钻机与钻进工艺及预抽瓦斯技术；(7)研究井下、地面，采煤采气协调开发技术，把高瓦斯煤层转化为低瓦斯煤层实现安全生产的技术与装备；(8)研究探测矿井小构造和瓦斯富集区的地球物理方法及装备；(9)完善煤与瓦斯突出预测预报技术，提高预报准确性；研究延期突出的预测和预防技术。(10)突破煤层自然发火初期的预测预警技术，研究基于气味检测技术的早期预测方法；(11)研究矿井隐伏导水构造长距离精细探查与空间定位技术与装备；研究探测老空区的空间展布、位置、深度、富水状态等关键信息的高精度物探技术；(12)研究应对煤矿突发瓦斯异常涌出的技术对策，提高处置因冲击地压、初次放顶等引发瓦斯涌出异常的能力。 3.加强防灾基础研究，引领防灾技术发展 针对煤矿灾害基础研究十分薄弱，对灾害发生机理认识不足，防灾技术适应性不强的现状，利用全社会科技资源，围绕主要灾害发生机理、演化过程等领域开展研究。重点开展8个方面的基础研究：(1)研究煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害发生机理；(2)