淺談煤礦常見災(zāi)害的防治措施

(山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院　山東　青島　266590)

引言

煤是目前使用最廣泛的能源，但是隨著不斷的采取，煤礦資源的短缺，一些煤礦不可避免的要加深加大礦井的建設(shè)。隨著而來的是一些常見的安全事故。本文選取了黑龍江某礦為案列，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告并參照礦井的實(shí)際開采情況，本礦井為低瓦斯礦井，可采煤層具有煤塵爆炸危險(xiǎn)，煤層有自燃發(fā)火傾向，還有水患等不安全因素。在礦井延深和生產(chǎn)過程中，必須嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，堅(jiān)持“預(yù)防為主，防治結(jié)合，綜合治理”的原則，重點(diǎn)防范瓦斯、煤塵、水、火的威脅以及熱害的治理，設(shè)計(jì)選用井下環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)，切實(shí)防止瓦斯、煤塵、自燃發(fā)火等災(zāi)害發(fā)生[1]。

一、預(yù)防瓦斯事故

(一)預(yù)防瓦斯積聚

礦井內(nèi)體積大于0.5m3的空間內(nèi)積聚的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到2%的現(xiàn)象稱為瓦斯積聚，瓦斯積聚會給礦井帶來潛在的危害[2]。而其形成的原因，主要包括通風(fēng)系統(tǒng)不完善，以及通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障導(dǎo)致遠(yuǎn)轉(zhuǎn)停止或出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)、風(fēng)筒嚴(yán)重漏風(fēng)、開挖遇到斷層，而斷層內(nèi)出現(xiàn)瓦斯涌動異常。根據(jù)以上原因分別給出了以下建議：

加強(qiáng)礦井通風(fēng)管理，及時(shí)調(diào)整礦井通風(fēng)系統(tǒng)，確保各采區(qū)、各采掘工作面及機(jī)電硐室風(fēng)量滿足《規(guī)程》要求，杜絕瓦斯積聚。加強(qiáng)深部開采區(qū)域及地質(zhì)構(gòu)造帶、高冒區(qū)等區(qū)域的瓦斯管理。加強(qiáng)盲巷管理，防止瓦斯窒息事故。采區(qū)及采煤工作面結(jié)束后，要及時(shí)密閉。嚴(yán)格巷道貫通管理，巷道貫通前20米編制巷道貫通管理通風(fēng)安全措施，確保貫通地點(diǎn)兩側(cè)瓦斯?jié)舛仍?%以下，風(fēng)量滿足要求，防止瓦斯積聚。嚴(yán)格瓦斯排放制度。嚴(yán)格執(zhí)行瓦斯檢查制度。做好瓦斯檢查工交接班制度。嚴(yán)格瓦斯報(bào)表審簽制度。做好安全裝備管理。要完善電氣安全三大保護(hù)，健全皮帶保護(hù)設(shè)施；通訊和操作信號線纜，要改用本質(zhì)安全型，杜絕電氣失爆。礦通防部門每旬要對自救器進(jìn)行抽樣檢查，并有記錄可查。對發(fā)現(xiàn)的問題要及時(shí)處理，并進(jìn)行嚴(yán)格考核。裝備完善瓦斯智能監(jiān)測系統(tǒng)，提高瓦斯檢查質(zhì)量，杜絕瓦斯檢查空班漏檢現(xiàn)象的發(fā)生。

(二)防治引爆火源

當(dāng)瓦斯積聚到一定的程度，遇到火源就容易引起爆炸，所以我們要從根源杜絕該安全事故，具體給出以下的建議：

提高礦用電器設(shè)備的防爆性能。加強(qiáng)電器設(shè)備的管理，避免出現(xiàn)防爆電器設(shè)備失效和明接頭等問題的出現(xiàn)。選用非著火性能輕金屬等材料避免產(chǎn)生危險(xiǎn)的磨擦火花。皮帶、電纜、風(fēng)筒等常用的非金屬材料必須具有抗靜電、阻燃等安全性能。加強(qiáng)通風(fēng)，防止瓦斯積聚。使用和管理好井下爆破智能管理系統(tǒng)，杜絕爆破事故發(fā)生。按規(guī)定安設(shè)隔爆設(shè)施，把瓦斯爆炸撲滅在爆源附近或限制在一定的范圍內(nèi)，防止爆炸事故范圍的擴(kuò)大。必須按規(guī)定構(gòu)筑反向風(fēng)門。

二、預(yù)防煤塵事故

當(dāng)?shù)V井中的煤塵密度到了一定的值，遇到火源會產(chǎn)生的劇烈的化學(xué)反應(yīng)，不但發(fā)光、發(fā)熱產(chǎn)生爆炸還伴有巨大的聲響[3]。同時(shí)煤塵爆炸不僅對礦井周圍土體和建筑物具有強(qiáng)大的機(jī)械性破壞力，而且會產(chǎn)生大量CO等有毒氣體。礦井建設(shè)及開采中要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防：

(一)回采工作面防塵

回采面設(shè)加壓泵水壓不小于2.5MP。投產(chǎn)前先在煤層內(nèi)注水，預(yù)先潤濕煤體，注水后煤體水分增加不少于1%，含水率在4%左右。運(yùn)輸巷轉(zhuǎn)載點(diǎn)必須安裝噴霧防塵裝置，并設(shè)專人負(fù)責(zé)管理。上、下平巷距工作面50m內(nèi)設(shè)置凈化風(fēng)流水幕，并正常使用。綜采工作面架間噴霧必須正常使用，并按規(guī)定安設(shè)綜采隨機(jī)自動聯(lián)噴裝置和移架自動噴霧裝置。

(二)掘進(jìn)工作面防塵

綜掘工作面必須使用加壓泵，水壓不小于3MP，綜掘機(jī)使用濕式除塵風(fēng)機(jī)。打眼時(shí)必須采取濕式作業(yè)，爆破必須使用水炮泥。放炮前、放炮后和裝巖前必須對迎頭30m范圍內(nèi)巷道進(jìn)行灑水沖洗。裝巖過程中應(yīng)邊裝巖邊灑水。風(fēng)筒出風(fēng)口距工作面距離不得超過10m，以保證有足夠的風(fēng)量沖淡排出粉塵。粉塵濃度超限的場所，作業(yè)人員必須佩戴個(gè)體防塵用具。

(三)建立完善粉塵監(jiān)測制度

每半月對采掘工作面和主要場所全面進(jìn)行一次粉塵測定。每半年進(jìn)行一次游離二氧化硅和粉塵分散度的化驗(yàn)分析，并有記錄備查。應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行個(gè)體呼吸性粉塵測定。采集的個(gè)體呼吸性粉塵樣、游離SIO2、粉塵分散度樣品，要按規(guī)定時(shí)間送檢。粉塵測定儀和個(gè)體呼吸性測定儀應(yīng)按周檢規(guī)定進(jìn)行檢定。

三、預(yù)防火災(zāi)事故

(一)外因火災(zāi)

加強(qiáng)井口房、充電室、發(fā)放室、木場、材料庫及工具房的防火管理，配齊滅火裝置，井口房、更衣室等禁止煙火，杜絕火爐取暖，對允許使用火爐的廠房、車間做到安裝合格，措施可靠，責(zé)任到人，掛牌管理。井口安設(shè)防火鐵門。井下設(shè)置消防材料庫，做到器材配備全，并配專(兼)職人員看管。井底車場、機(jī)電硐室及所有電氣設(shè)備附近禁止堆放易燃物品，配齊滅火器和沙箱，地面機(jī)電廠房、更衣室及重要庫室，均要配齊滅火器，定期檢查；要搞好安全教育，熟悉各類滅火器使用辦法，滅火的范圍。藥庫、井下主要機(jī)電峒室的防火鐵門齊全，采區(qū)變電所按規(guī)定配齊一定數(shù)量的砂子。開關(guān)的過流整定器應(yīng)符合實(shí)際，并滿足靈敏度要求，機(jī)電運(yùn)營部要經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。主井皮帶、采區(qū)皮帶及采煤工作面運(yùn)輸巷皮帶要使用好隨機(jī)保護(hù)，并安裝超溫噴水?dāng)嚯娧b置，皮帶機(jī)尾的浮煤要及時(shí)清理，嚴(yán)防皮帶摩擦著火。皮帶機(jī)巷要用不燃性材料支護(hù)，并要備有滅火砂箱、滅火器，溜子、皮帶不準(zhǔn)超負(fù)荷運(yùn)行，皮帶機(jī)要安裝低速保護(hù)裝置。新購置的阻燃皮帶必須經(jīng)過監(jiān)測站檢測合格后，方可下井使用。礦井必須有完善的消防供水系統(tǒng)(同防塵系統(tǒng)共用)。加強(qiáng)防爆設(shè)備入井檢查制度，不合格設(shè)備嚴(yán)禁下井使用，井下杜絕失爆。井下錄像、攝影必須制定專門措施報(bào)集團(tuán)公司總經(jīng)理和安監(jiān)局長批準(zhǔn)。

(二)內(nèi)因火災(zāi)

采區(qū)設(shè)計(jì)、新面開工前或施工地點(diǎn)遇到特殊情況，必須編制工作面作業(yè)規(guī)程或施工安全措施，并必須包含有防滅火措施，組織施工人員認(rèn)真學(xué)習(xí)，施工過程中必須嚴(yán)格按照規(guī)定要求執(zhí)行好各項(xiàng)安全技術(shù)措施。工作面回風(fēng)流中設(shè)置CO傳感器一臺，監(jiān)測風(fēng)流中的CO濃度。加強(qiáng)放頂煤管理，盡可能將頂煤全部放出，減少采空區(qū)內(nèi)浮煤量。礦井、采區(qū)主要運(yùn)輸、進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)巷沿煤層掘進(jìn)時(shí)，必須噴漿處理，嚴(yán)禁煤層暴露在空氣中。一次采全高，不留頂?shù)酌?。采用裝煤效率高的刮板輸送機(jī)，少留浮煤。在開拓部署方面堅(jiān)持無煤柱開采，避免過多地切割煤層，采用沿空掘巷，少留煤柱。為快速推進(jìn)和實(shí)施均壓通風(fēng)創(chuàng)造條件。加強(qiáng)采煤工作面的自然發(fā)火管理，在工作面開采期間，工作面回風(fēng)流、上隅角設(shè)CO檢查點(diǎn)，瓦斯檢查員檢查瓦斯的同時(shí)每班至少檢查一次CO濃度，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)立即匯報(bào)礦調(diào)度室及通防值班人員，采取措施處理。

四、礦井水防治

-1100m水平為上下山開采，按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，在開采前，必須建立健全水平排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)形成后方可投產(chǎn)。搞好水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探。工作面投產(chǎn)前要采用物探探測、鉆探及放水實(shí)驗(yàn)等手段查明工作面底板徐、奧灰含水層的富水性及水力聯(lián)系。由于深部開采存在徐、奧灰突水威脅，采區(qū)、工作面必須具備自然疏水能力，建立正規(guī)的采區(qū)排水系統(tǒng)，并根據(jù)可能的突水量要具備一定的抗災(zāi)能力。探查斷層的含、導(dǎo)水性，在探清斷層位置、落差并確定無水害威脅后，方可接近和揭露；對含、導(dǎo)水的斷層要根據(jù)規(guī)程計(jì)算留足防水煤柱。搞好老空水的排查預(yù)防。由于煤層層間距較小，生產(chǎn)中要加強(qiáng)頂板管理和上覆采空區(qū)的老空水害預(yù)防工作，嚴(yán)格執(zhí)行“有疑必探、不探不掘、不探不采”的措施，排除積水后方可組織生產(chǎn)。進(jìn)一步分析鉆孔封孔資料，核實(shí)封孔質(zhì)量，確保生產(chǎn)安全。

五、沖擊地壓災(zāi)害預(yù)防

(一)防治區(qū)域

回采工作面及其上下平巷，停采線煤柱附近50m范圍、各聯(lián)絡(luò)石門、聯(lián)絡(luò)巷上方煤柱及巷道密集處，掘進(jìn)巷道迎頭50m內(nèi)。

(二)防治時(shí)間

工作面開始回采時(shí)，在工作面及煤壁前方20～100m，以10天為一周期進(jìn)行循環(huán)檢測，有沖擊危險(xiǎn)地段進(jìn)行超前爆破卸壓，卸壓后經(jīng)煤粉檢測鉆孔復(fù)查如果又有壓力積聚現(xiàn)象時(shí)，則進(jìn)行二次卸壓，直至其恢復(fù)到正常壓力。工作面推進(jìn)到石門、聯(lián)絡(luò)巷及停采線附近80～100m時(shí)，對該處煤柱應(yīng)進(jìn)行爆破卸壓。掘進(jìn)工作面可參照回采工作面檢測預(yù)報(bào)和卸壓爆破辦法在掘進(jìn)迎頭和后路中巷道兩幫進(jìn)行檢測預(yù)報(bào)和卸壓，但應(yīng)避免破壞巷道支護(hù)影響使用。

(三)用松動爆破法對沖擊地壓進(jìn)行防治

在采掘工作面用鉆屑法測出施工區(qū)域有沖擊危險(xiǎn)時(shí)，對該區(qū)域應(yīng)進(jìn)行超前爆破卸壓[4]。其方法為：在工作面或煤壁前方10～100m范圍內(nèi)巷道下幫(或上幫)每隔3～5m打一鉆孔，鉆孔直徑42～45mm，孔深為采高的3～4倍，但不低于6m，鉆孔平行煤層頂板沿煤層，距底板0.5～1.0m。每孔裝藥2～3kg，用2～3個(gè)長角線雷管并聯(lián)引爆。炸藥用煤礦二號安全炸藥。炮眼內(nèi)用炮泥、水炮泥、炮泥間隔封孔，封孔長度不低于2m，水炮泥不少于四個(gè)。嚴(yán)格執(zhí)行正向定藥，嚴(yán)禁反向爆破。由專人站崗，放炮站崗距離爆破點(diǎn)不少于150m，爆破后30分鐘內(nèi)任何人員不得進(jìn)入警戒線內(nèi)。采掘工作面正常放炮時(shí)也應(yīng)執(zhí)行站崗撤人，30分鐘后方可進(jìn)入工作面工作的要求，以防意外。

(四)用煤層高壓注水預(yù)防沖擊地壓

試驗(yàn)表明，煤層含水量增加或達(dá)到飽和含水量時(shí)其沖擊危險(xiǎn)顯著降低。為最大限度地防止沖擊地壓的發(fā)生，同時(shí)也為防止煤塵爆炸的發(fā)生，必須在工作面前方煤體中實(shí)行高壓注水，增加煤層中水分，降低煤體強(qiáng)度，以達(dá)到減少煤體彈性能量集中的效果。注水卸壓區(qū)域?yàn)楣ぷ髅婷罕诨蚱淝胺?0～150m的煤體，并隨工作面的推進(jìn)而前移。注水孔設(shè)在回風(fēng)巷的下幫，鉆孔直徑根據(jù)使用的鉆機(jī)，采用75mm，深度不少于面長的1/2，間距10～20m，鉆孔方向平行煤層頂板，距底板0.5～1.0m，當(dāng)在掘進(jìn)工作面采用注水方法降壓時(shí)，其鉆孔深度可取10～20m。注水壓力要保持7～12MPa，注水時(shí)間根據(jù)煤層自身含水量及注水間距計(jì)算，所注水量應(yīng)使煤層含水率達(dá)到4%，一般連續(xù)注水時(shí)間不少于七天。注水孔要封嚴(yán)，達(dá)到注水壓力，以防漏水。

六、結(jié)論

本文分析了煤礦礦井建設(shè)及開采過程中瓦斯事故、煤塵事故、火災(zāi)、水災(zāi)和沖擊地壓事故等5種常見的災(zāi)害，并根據(jù)其產(chǎn)生的原因逐條對其給出了防治建議。預(yù)防瓦斯事故需要從預(yù)防瓦斯累積入手，并控制火源；煤塵事故從回采工作面和掘進(jìn)工作面兩個(gè)位置入手防治，并建立了完善的監(jiān)測制度；火災(zāi)和水災(zāi)分別從內(nèi)因和外因兩個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防；最后對沖擊地壓災(zāi)害可能造成的災(zāi)害，總結(jié)出最佳防治時(shí)間，對采掘工作面采用松動爆破法和煤層高壓注水法對沖擊地壓進(jìn)行防治。

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