對煤礦安全開采技術(shù)出現(xiàn)的問題及其對策分析

【摘要】隨著科技的發(fā)展，帶動了采礦技術(shù)的不斷進步，我國煤礦業(yè)也順應(yīng)得到了持續(xù)發(fā)展。但在實際井下開采作業(yè)過程中，仍然存在或多或少的安全隱患，導(dǎo)致采礦工人的生命安全難以得到全面有效的保障。本文以目前煤礦安全問題為研究背景，對制約煤礦開采技術(shù)安全的各種問題、隱患以及對礦區(qū)建筑物造成的影響等進行分析，探討提高安全生產(chǎn)、開采技術(shù)的創(chuàng)新策略，以期改善礦區(qū)開采作業(yè)的安全性，讓井下作業(yè)礦工的生命能夠得到更多保障，從而促進我國煤礦產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)進一步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】井下開采；煤礦安全；開采技術(shù)；對策；研究

前言

國民經(jīng)濟的快速發(fā)展導(dǎo)致天然氣、石油等能源產(chǎn)量需求缺口不斷擴大，一直呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。由此，在可預(yù)見的時間內(nèi)，煤礦資源仍是國家能源結(jié)構(gòu)的核心組成。據(jù)資料顯示，近年來我國煤礦業(yè)在安全生產(chǎn)方面的形勢稍有好轉(zhuǎn)，但煤礦開采仍屬于高危行業(yè)，火災(zāi)、水災(zāi)、煤塵、瓦斯、沖壓地壓等安全威脅問題一直未能有效解決。隨著開采深度不斷深入，災(zāi)害信息預(yù)警技術(shù)、煤礦安全基礎(chǔ)工作、井下作業(yè)人員專業(yè)素質(zhì)等問題都是誘發(fā)重特大事故的主要因素。所以，煤礦安全開采亟須一套有效的監(jiān)管機制，科學(xué)合理的規(guī)劃，技能合格的人員，采取精細嚴格的管理制度，購置安全可靠的作業(yè)設(shè)備，制定緊急救援方案，從而降低事故發(fā)生率。

一、我國煤礦井下開采現(xiàn)狀分析

由于對井下煤礦資源的不斷開采，全國范圍內(nèi)大部分煤礦已經(jīng)處于深水平開采。關(guān)于目前詳細開采現(xiàn)狀，主要可以分幾點來講：首先是礦井內(nèi)的通風(fēng)狀況；我國大部分煤礦井下開采的開采深度多為數(shù)百米以上，甚至上千米，已遠超于恒溫帶的深度，屬于深水平開采。正由于井下巷道的深度、長度不斷增加，煤巖層的熱量也隨之不斷增加，這就極易產(chǎn)生礦井的高溫?zé)岷栴}。通風(fēng)阻力的增大形成的高溫環(huán)境，能夠在短時間內(nèi)讓井下作業(yè)人員身體出現(xiàn)不適，而且在持續(xù)高溫的熱力循環(huán)環(huán)境下，能夠讓人體溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)失調(diào)，造成心功能不健全、過度失水導(dǎo)致衰竭等，增加事故風(fēng)險，由此井下氣候條件差、通風(fēng)能力不佳等，都為井下作業(yè)埋下各類隱患。另外，還有大部分的高瓦斯礦井，同樣也是伴隨開采深度的增加而瓦斯泄漏量不斷增加。雖然絕大多數(shù)礦井都配備了安全監(jiān)測裝置，采用抽放或排放的方式被動的稀釋和驅(qū)散瓦斯含量，但還是有大量的瓦斯隨著風(fēng)流吹至地面，不僅造成了能源浪費，還對周邊生態(tài)環(huán)境造成了污染。

1、礦區(qū)地質(zhì)分析

以某某地礦區(qū)地質(zhì)為例，勘驗結(jié)果顯示可進行開采的煤層有三層，最上層是主要的可采煤層，中間層是局部可采煤層，這兩層都具有相對穩(wěn)定的賦存特性，煤層間距介乎于九至十二米、二米至二點五米，平均煤層厚度則為零點四三米。而最下層的可開采煤層沒有偽頂，由一至三米的深灰色砂質(zhì)泥巖構(gòu)成直接頂，由質(zhì)地堅硬的細砂巖、粉砂巖構(gòu)成老頂。

2、礦區(qū)附近建筑物情況

我國對建筑物破壞程度等級有明確劃分規(guī)定，只要建筑物的損壞等級呈現(xiàn)Ⅱ級就視為輕度破壞。而在礦區(qū)開采范圍內(nèi)的地上建筑物一般都是農(nóng)村自建房屋或普通民居，該類建筑物的保護等級多數(shù)是Ⅲ級。通常按地表變形值來判斷建筑物的破壞程度，將建筑物破壞程度與相應(yīng)地表變形值進行對比，可以定出建筑物破壞的等級。另外，建筑物的長度與地表變形總量是衡量破壞程度的重要指標。

二、簡析煤礦開采與事故發(fā)生的因果關(guān)系

1、制約煤礦安全開采的技術(shù)障礙

我國煤礦安全開采的技術(shù)障礙主要有以下幾種：第一，關(guān)于安全預(yù)防基礎(chǔ)理論方面的研究較少。受經(jīng)費投入和人才引進的限制，很少有專家或?qū)W者針對煤礦與瓦斯突出發(fā)生機理進行深入研究，對井下瓦斯賦存及運移規(guī)律也無法很好的掌握，更是無法準確預(yù)測沖擊地壓的變化和規(guī)律，從而導(dǎo)致瓦斯突出等災(zāi)害事故的頻發(fā)。第二，相關(guān)探測技術(shù)起步較晚，發(fā)展落后。受煤層的賦存條件影響，我國煤炭資源勘探程度較低，礦區(qū)實際生產(chǎn)要求與區(qū)域預(yù)測結(jié)果之間存在較大偏差，無法直接對礦區(qū)深部煤層賦存的結(jié)構(gòu)或是地質(zhì)條件等開采工作進行勘測和指導(dǎo)，從而導(dǎo)致災(zāi)害安全預(yù)報與防治工作無法有效展開。第三，礦區(qū)井下瓦斯的抽放率低。由于我國煤礦資源賦存地質(zhì)的條件復(fù)雜，大部分的煤層都屬于石炭二迭紀煤層，高瓦斯突出煤層構(gòu)造軟煤發(fā)育，從而透氣性低，瓦斯抽放難度大。由于集約化程度的不斷提高，開采規(guī)模也日益擴大，類似瓦斯流動場和煤巖體裂隙場變得更加復(fù)雜多變，存在突然涌現(xiàn)的嚴重安全隱患。

2、制約煤礦安全開采的設(shè)備障礙

制約煤礦安全開采的設(shè)備障礙主要分以下幾類：其一，機械化的使用程度較低。在井下開采作業(yè)過程中，采用機械化生產(chǎn)，不僅可以提高礦井的生產(chǎn)效率，更能確保作業(yè)安全，免卻礦工遭受生命威脅。但煤礦產(chǎn)業(yè)在發(fā)展初期實行粗放發(fā)展道路，非機械劃開采的情況至今仍然普遍存在，而且很大一部分超齡服役的礦區(qū)已然成為安全生產(chǎn)的嚴重災(zāi)區(qū)。其二，安全設(shè)備的配置嚴重不足。目前，在國有大中型礦井中有將近三百處高瓦斯礦井，其中將近一半的井下未安裝瓦斯抽排放系統(tǒng)，兩百多處沒有安裝監(jiān)控設(shè)備，更有部分井下的通風(fēng)設(shè)備還在沿用上世紀的產(chǎn)品，完全不符合安全標準的礦井也并不少見。其三，開采裝備的自主制造和研發(fā)創(chuàng)新能力差。目前礦區(qū)開采設(shè)備與核心技術(shù)基本都是依靠從國外進口，自主研發(fā)的技術(shù)與核心產(chǎn)品十分少，比如常用的液壓支架電液閥其中的關(guān)鍵技術(shù)、交流電牽引采煤機用變頻器等，都是從國外購買，再拆卸裝配本國通用的變頻器，但是這一過程會讓變頻器的抗震抗干擾性能變差，使得機械利用率降低。另外，煤礦企業(yè)對市場的反應(yīng)速度慢，導(dǎo)致產(chǎn)品的開發(fā)周期漫長，據(jù)中國煤炭機械工業(yè)協(xié)會的機械產(chǎn)品（2000種）抽樣調(diào)查結(jié)果反映，我國礦業(yè)開采裝備新產(chǎn)品的開發(fā)周期平均要540天，而國外企業(yè)早在上世紀90年代就已經(jīng)只需要21天，而且試制周期也只是90天，可見兩者之間差距懸殊。

三、井下開采后的影響

據(jù)以往煤礦開采范圍圖式顯示，在進行煤礦井下開采時的地面建筑物多數(shù)是住宅區(qū)，比如農(nóng)家雜院和居民住宅區(qū)。對此，要進行井下開采首先要進行數(shù)據(jù)的整合，根據(jù)井礦區(qū)煤層底板等高線、儲量計算圖、地質(zhì)地形圖及礦區(qū)范圍圖、煤層井上井下對照圖、地質(zhì)鋪面圖、地層柱狀圖，并結(jié)合地表移動規(guī)律的技術(shù)報告，按照國家制定的開采流程及公示進行科學(xué)計算分析。

根據(jù)煤炭采場的礦壓顯現(xiàn)及地表移動規(guī)律調(diào)查報告顯示，影響井下開采的構(gòu)成因素主要有：建筑物的最大傾斜變形數(shù)值、最大曲率變形值、最大水平移動值、最大下沉值、煤層厚度值等。

四、提高安全生產(chǎn)的開采技術(shù)的創(chuàng)新策略研究

礦區(qū)頻發(fā)重特大安全事故的誘因很多，如安全設(shè)備落后、安全意識不足、安全技術(shù)不過關(guān)等。自從我國煤礦體系管理改革之后，國家對不再資助礦業(yè)營運；同時又遭受市場經(jīng)濟的消極影響，煤礦企業(yè)虧損連年，對安全問題的重視度自然下降。另外，不斷涌現(xiàn)的小煤礦主受利益機制的驅(qū)動，為省時省工，仍然采取巷道人工開采，將安全問題置若罔顧。為此，要提高開采安全，亟須改革與創(chuàng)新。

1、注重基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)研發(fā)的應(yīng)用；科學(xué)的基礎(chǔ)理論是開展研究、展開行動的關(guān)鍵支撐力，為提高開采作業(yè)的安全性，消除各種潛在隱患，十分有必要對瓦斯爆炸事故發(fā)生的機理問題、火災(zāi)水害與煤塵等災(zāi)害的預(yù)測防治問題、瓦斯抽排放與利用問題、無人開采與機械開發(fā)等技術(shù)問題進行研發(fā)和創(chuàng)新。

2、大力推廣與普及機械化開采的進程；井下作業(yè)歸根究底，安全性始終難以得到全面保障，推廣機械化開采是大勢所趨。比如使用液壓支架可以有效預(yù)防頂板事故的發(fā)生；綜采過程無需爆破穿孔，杜絕炮煙危害，等等。

3、加速煤礦裝備制造業(yè)自主研發(fā)與創(chuàng)新的能力；加大對煤礦開采機械制造設(shè)備的創(chuàng)新力度和自主研發(fā)核心技術(shù)，從而提高機械化普及水平，首先要加強制定技術(shù)戰(zhàn)略，加大科研經(jīng)費的投入力度，重點研發(fā)核心技術(shù)。比如對采煤機的創(chuàng)新與研發(fā)，應(yīng)在保障快牽引、超大功率等重點技術(shù)的同時，實現(xiàn)電機電控和滾筒齒輪的壽命延長、預(yù)報監(jiān)測、故障診斷等的普及，完成機電系統(tǒng)一體化目標。

4、提高智能自動化監(jiān)控的監(jiān)測水平；建立智能自動化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)交互式的人機對話，無線電遙控、數(shù)據(jù)采集與傳輸、故障診斷與警告，能夠確保全天候不分時段的檢測礦區(qū)機械故障和安全隱患，及時發(fā)現(xiàn)并排查預(yù)警，有效提高安全質(zhì)量。

五、井下開采的技術(shù)方案

筆者通過長期礦區(qū)工作實踐，現(xiàn)針對地面有建筑物的區(qū)域開展井下作業(yè)時所涉及的開采技術(shù)作以下介紹（因具體數(shù)據(jù)應(yīng)以礦區(qū)實際地質(zhì)和地上建筑物結(jié)構(gòu)，以及開采條件與目的為準，下文不作細述）：

首先，在條件許可的前提下可以選擇自上而下的方法，有序進行第一、第二煤層的開采；針對頂板管理的填充質(zhì)量應(yīng)當選擇全部填充，再將矸石打碎裝袋砌筑后填充。條件允許的情況下還可以選擇兩個工作面進行試開采，并在地面建筑物周圍設(shè)置對應(yīng)的觀測點，定期對觀測點的建筑物沉降數(shù)據(jù)進行觀測；只有當建筑物地表移動數(shù)值小于或等于地表允許移動值的前提下，才能夠展開正式開采工作。另外，還需要根據(jù)地表建筑物的保護類別，分別進行定期檢查。所以，實踐證明，只要做足相應(yīng)的技術(shù)安全措施，遵循標準允許的環(huán)境與條件下開展井下開采作業(yè)，對地表建筑物的影響是不會超出地表變形值標準范圍的。

結(jié)語

煤礦開采技術(shù)與安全措施時刻影響著礦工的生命，礦業(yè)企業(yè)應(yīng)對此高度重視，為煤炭產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。煤礦安全作業(yè)的重要保障就是要有一套正確的安全理念、科學(xué)合理的規(guī)劃、高效實用的技術(shù)、專業(yè)稱職的人員、嚴格執(zhí)行的制度、及時有效的救援等，這些都是安全開采的基礎(chǔ)和核心。井下開采安全不僅關(guān)系礦井工人的生命安全與礦區(qū)的開采作業(yè)質(zhì)量，還關(guān)系到整個煤業(yè)企業(yè)的發(fā)展，藉此希望能夠引起社會高度重視。

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