黃河流域煤炭開采的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)研究

朱安愚， 王啟飛

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院， 北京 100083； 2.北京建筑大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院， 北京 102616)

1 前言

西部大開發(fā)后，我國煤炭開采重心從東部向西部轉(zhuǎn)移。目前我國14個(gè)大型煤炭生產(chǎn)基地有9個(gè)在黃河流域[1-2]，黃河流域已成為我國煤炭開發(fā)規(guī)模最大的地區(qū)，每年煤炭產(chǎn)量約占全國總產(chǎn)量的70%。近期勘察人員對(duì)鄂爾多斯盆地進(jìn)行重新勘察，勘探出大量新的富油煤等資源，新資源的發(fā)現(xiàn)意味著以后黃河流域煤炭產(chǎn)能可能還會(huì)進(jìn)一步加大。與此同時(shí)，黃河流域煤炭開采的生產(chǎn)安全事故也頻頻發(fā)生。2020年在黃河流域，內(nèi)蒙古王家塔煤礦發(fā)生頂板事故死亡1人、河南裴溝煤礦發(fā)生物體打擊事故死亡1人、山西石港煤礦發(fā)生煤與瓦斯突出事故死亡4人等。因此，為了保障生產(chǎn)、避免事故，對(duì)黃河流域煤炭開采的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究十分必要。

針對(duì)煤炭開采，主要存在水、火、煤塵、瓦斯、頂板五大類型的安全事故[3-5]，每種事故都存在與之對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。圍繞上述安全事故，專家學(xué)者在不同類型的煤礦災(zāi)害統(tǒng)計(jì)及防治領(lǐng)域進(jìn)行了相關(guān)研究。在煤礦頂板災(zāi)害方面，康紅普等對(duì)我國近十年的煤礦頂板事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[6]，于健浩[7]等提出了頂板事故防治針對(duì)性的建議及對(duì)策。在煤礦瓦斯災(zāi)害方面，景國勛[8]等統(tǒng)計(jì)瓦斯事故數(shù)據(jù)，分別從不同維度進(jìn)行研究，同時(shí)徐騰飛[9]等分析了瓦斯事故發(fā)生規(guī)律。針對(duì)煤礦火災(zāi)領(lǐng)域，梁運(yùn)濤[10]等研究了最近5年我國煤礦火災(zāi)事故發(fā)生特征，汪騰蛟[11]實(shí)驗(yàn)得出煤礦火災(zāi)在一定程度能夠誘發(fā)瓦斯爆炸。此外，煤塵也具有爆炸性[12]，增加了災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)煤礦水災(zāi)領(lǐng)域，吳金剛[13-14]等研究了我國煤礦重特大水災(zāi)事故發(fā)生規(guī)律。此外，一些學(xué)者對(duì)煤礦生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行過相關(guān)研究。郜彤等人對(duì)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了優(yōu)化[15]，喬雙江提出了建立完善的煤礦安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制的措施建議[16]。但尚未有通過建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析來研究黃河流域煤礦生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

綜上，本文通過收集和整理了黃河流域煤炭開采的相關(guān)數(shù)據(jù)，分別從頂板、煤塵、瓦斯、火災(zāi)、水災(zāi)五大類型的安全事故對(duì)黃河流域煤炭開采的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究。通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，比較各省煤礦存在的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)異同，進(jìn)而提供結(jié)果供相應(yīng)各省份參考，可以方便對(duì)煤礦進(jìn)行更有針對(duì)性的管理。

2 黃河流域煤礦生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)研究

2.1 黃河流域煤礦頂板災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析

頂板災(zāi)害是煤礦最常見也是最容易發(fā)生的事故。雖然它一次造成的傷亡人數(shù)少，有時(shí)還不一定造成人員傷亡，不像瓦斯爆炸等群死群傷事故一樣，但發(fā)生就引起社會(huì)廣泛關(guān)注，因?yàn)樗l(fā)生次數(shù)多，對(duì)生產(chǎn)安全造成的影響依然不容忽視。它的發(fā)生與支護(hù)方式、頂板巖性、沖擊地壓、等指標(biāo)有關(guān)。以沖擊地壓為例，針對(duì)黃河流域九省煤礦存在沖擊地壓情況的礦井?dāng)?shù)量及程度見表1，并根據(jù)表中的數(shù)據(jù)繪制如圖1所示。

表1 黃河流域存在沖擊地壓煤礦統(tǒng)計(jì)表

圖1 黃河流域存在沖擊地壓煤礦數(shù)量

由表及圖可以看出，青海和四川的煤礦全都沒有沖擊地壓，因此沒有沖擊地壓引起頂板事故的風(fēng)險(xiǎn)。而山東弱沖擊地壓礦井有46個(gè)，強(qiáng)烈沖擊地壓礦井有3個(gè)，沖擊地壓引起頂板事故的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)較其他省份大，需要在此方面加強(qiáng)監(jiān)測和預(yù)防。

2.2 黃河流域煤礦煤塵災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析

煤炭開采不可避免的會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的煤塵，煤塵不僅會(huì)對(duì)生產(chǎn)人員的呼吸道、肺部和眼部等器官造成危害，引起職業(yè)健康問題，還可能在一定條件下發(fā)生粉塵爆炸造成嚴(yán)重事故，因此十分有必要對(duì)與煤塵有關(guān)的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究。煤塵的產(chǎn)生與煤質(zhì)、采煤工藝等指標(biāo)有關(guān)。以采煤工藝為例，黃河流域九省煤礦采煤工藝使用情況見表2，并根據(jù)表中的數(shù)據(jù)繪制如圖2所示。

表2 黃河流域煤礦采煤工藝使用情況表

圖2 黃河流域采煤工藝數(shù)量

由表格及圖可以看出，甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、陜西、山西使用綜采工藝的煤礦較多，占比較大，因此產(chǎn)生煤塵較少且易于處理，煤塵引起事故的風(fēng)險(xiǎn)較小。而四川、河南的煤礦大量使用炮采工藝，會(huì)產(chǎn)生更多煤塵，煤塵問題更難處理，煤塵引起事故的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)較其他省份大，應(yīng)該盡可能在條件允許的情況下改進(jìn)采煤工藝。

2.3 黃河流域煤礦瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析

瓦斯是指以甲烷為主的氣體，有時(shí)也單獨(dú)指甲烷，它和煤炭一樣是一種用有價(jià)值的資源。許多煤層都或多或少的含有瓦斯，不注意提前做好勘探和抽排的話，在煤炭開采過程中瓦斯很容易造成事故。瓦斯事故的發(fā)生與礦井相對(duì)瓦斯涌出量、礦井絕對(duì)瓦斯涌出量等指標(biāo)有關(guān)。針對(duì)黃河流域九省瓦斯礦井情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3，并根據(jù)表中的數(shù)據(jù)繪制如圖3所示。

圖3 黃河流域瓦斯礦井?dāng)?shù)量

表3 黃河流域瓦斯礦井情況統(tǒng)計(jì)表 單位：個(gè)

由表及圖可以看出，甘肅和寧夏瓦斯礦井較少，更易于監(jiān)管，瓦斯事故的風(fēng)險(xiǎn)較低。而四川、山西存在大量高瓦斯礦井，同時(shí)也有較多的煤與瓦斯突出礦井。河南存在大量的煤與瓦斯突出礦井。這三個(gè)省份瓦斯事故發(fā)生的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)較其他省份大，需要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定對(duì)瓦斯進(jìn)行抽采或抽放，避免發(fā)生瓦斯事故。

2.4 黃河流域煤礦火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析

礦井火災(zāi)分為內(nèi)因火災(zāi)和外因火災(zāi)，外因火災(zāi)與普通火災(zāi)的發(fā)生原因差不多，通常是電路起火、抽煙、機(jī)械碰撞等原因。內(nèi)因火災(zāi)則是由于開采的煤炭本身就是化石燃料，還能與空氣中的氧氣緩慢反應(yīng)造成起火。針對(duì)黃河流域九省礦井煤自燃傾向情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4，并根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制，具體如圖4所示。

表4 黃河流域礦井煤自燃傾向情況 單位：個(gè)

圖4 黃河流域煤自燃傾向數(shù)量

由表及圖可以看出，四川和河南的大多數(shù)礦井的煤自燃傾向性屬于不易自燃，內(nèi)因火災(zāi)事故的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)較低。而內(nèi)蒙、陜西存在大量煤自燃傾向性屬于易自燃的礦井，煤自燃事故發(fā)生的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)較其他省份大。需要更嚴(yán)格安放溫度傳感器測溫，同時(shí)注意通風(fēng)，避免熱量積聚，防止發(fā)生火災(zāi)事故。

2.5 黃河流域煤礦水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析

水災(zāi)發(fā)生主要是因?yàn)槊簩痈浇暮畬颖黄茐?，大量的水?jīng)過裂縫等通道流入生產(chǎn)區(qū)域，導(dǎo)致煤炭開采無法正常進(jìn)行，甚至威脅生產(chǎn)人員生命安全。它的發(fā)生與礦井涌水量、礦井水文地質(zhì)條件等指標(biāo)有關(guān)。按《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》的規(guī)定，根據(jù)礦井和礦井周圍有沒有老空積水，礦井受采掘破壞或影響的含水層情況、礦井涌水和突水分布情況，水量大小情況還有煤礦受水害威脅程度以及防治水工作難易度等指標(biāo)，礦井水文地質(zhì)類型劃分為簡單、中等、復(fù)雜、極復(fù)雜四種，黃河流域各省礦井水文地質(zhì)類型情況統(tǒng)計(jì)見表5，并根據(jù)表中的數(shù)據(jù)繪制，具體如圖5所示。

圖5 黃河流域礦井水文地質(zhì)數(shù)量

表5 黃河流域九省礦井水文地質(zhì)類型情況統(tǒng)計(jì)表 單位：個(gè)

由表及圖可以看出，青海、內(nèi)蒙水文地質(zhì)類型簡單的煤礦占比較大，水災(zāi)事故的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。而河南水文地質(zhì)類型極其復(fù)雜的煤礦最多，水災(zāi)事故的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)大，要注重給排水設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)，及時(shí)檢測涌水量等數(shù)據(jù)，降低生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)，防范水災(zāi)事故的發(fā)生。

3 結(jié)論

本論文通過整理黃河流域九省礦井的開采技術(shù)條件數(shù)據(jù)，確定其中隱藏的與五種主要礦井災(zāi)害對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)指標(biāo)，進(jìn)而對(duì)相關(guān)生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了初步的分析和比較。研究所得出的主要結(jié)論如下：

(1)青海和四川的煤礦全都沒有沖擊地壓，而山東沖擊地壓引起頂板事故的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)較其他省份大，需要在此方面加強(qiáng)監(jiān)測和預(yù)防。甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、陜西、山西使用綜采工藝的煤礦較多，而四川、河南的煤礦大量使用炮采工藝，會(huì)產(chǎn)生更多煤塵，煤塵引起事故的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)較其他省份大。

(2)甘肅和寧夏瓦斯礦井較少，瓦斯事故的風(fēng)險(xiǎn)較低。而四川、山西存在大量高瓦斯礦井，同時(shí)也有較多的煤與瓦斯突出礦井。河南存在大量的煤與瓦斯突出礦井。這三個(gè)省份瓦斯事故發(fā)生的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)較其他省份大，需要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定對(duì)瓦斯進(jìn)行抽采或抽放，避免發(fā)生瓦斯事故。

(3)四川和河南的大多數(shù)礦井的煤自燃傾向性屬于不易自燃，而內(nèi)蒙、陜西存在大量煤自燃傾向性屬于易自燃的礦井，煤自燃事故發(fā)生的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)較其他省份大。青海、內(nèi)蒙水文地質(zhì)類型簡單的煤礦占比較大，而河南水文地質(zhì)類型極其復(fù)雜的煤礦最多，水災(zāi)事故的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)大。