煤礦安全與綜采技術(shù)的關(guān)系研究

姚建波

（冀中能源股份有限公司邢臺礦，河北 邢臺 054000）

我國的煤礦行業(yè)中絕大多數(shù)礦場都是采用井工挖掘開采的模式進(jìn)行生產(chǎn)，其中的安全生產(chǎn)問題是困擾煤礦行業(yè)相關(guān)企業(yè)一個非常棘手的難題。煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)事故的出現(xiàn)不但會給相關(guān)的企業(yè)造成非常巨大的財(cái)產(chǎn)損失，同時還會引起比較惡劣的社會負(fù)面影響。在絕大多數(shù)的狀況下，煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)事故的出現(xiàn)不但和煤礦礦區(qū)的自然地質(zhì)環(huán)境條件的不確定性有較大關(guān)聯(lián)性，還和相關(guān)企業(yè)的煤炭挖掘相關(guān)技術(shù)有比較緊密聯(lián)系。近年來，我國國有性質(zhì)的煤礦企業(yè)基本上都實(shí)現(xiàn)了全面的機(jī)械化生產(chǎn)方式進(jìn)行煤炭的挖掘操作，煤礦企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的狀況獲得很大程度的改進(jìn)和提升。不過還是需要深刻認(rèn)識到煤炭開采相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步所引起的某些潛在風(fēng)險。本文基于國內(nèi)煤礦行業(yè)生產(chǎn)安全的現(xiàn)狀實(shí)施深入研究，討論了煤礦領(lǐng)域作業(yè)安全和煤炭開采相關(guān)技術(shù)之間的辯證聯(lián)系。

1 國內(nèi)煤礦行業(yè)的生產(chǎn)安全現(xiàn)狀研究

近些年來，隨著政府部門以及煤礦行業(yè)相關(guān)企業(yè)多年來的持續(xù)努力和拼搏，煤礦行業(yè)生產(chǎn)過程的安全狀況獲得了顯著的改進(jìn)和提升。礦場出現(xiàn)重大甚至特大安全事故的次數(shù)顯著降低，煤礦企業(yè)百萬噸級別的人員死亡率逐年減少。下文將詳細(xì)分析國內(nèi)煤礦領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)安全工作獲得的卓越成就以及面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。

1.1 煤礦安全生產(chǎn)取得的成就

我國的煤炭資源總產(chǎn)量從建國初期的3.3×107噸增長到2020 年的3.82×109噸，實(shí)際增加多達(dá)116 倍，煤炭資源的供應(yīng)從總體上實(shí)現(xiàn)了平衡。煤礦企業(yè)（百萬噸級別的）人員死亡率是其生產(chǎn)安全工作的一個關(guān)鍵衡量指標(biāo)。在2002 年我國煤礦企業(yè)的百萬噸級別的人員死亡率達(dá)到了歷史上的最大值6.18%。此時由于國內(nèi)對于煤炭行業(yè)生產(chǎn)相關(guān)政策比較寬松，私人開設(shè)的煤礦大量涌現(xiàn)，安全開采工作沒能有效落實(shí)。為了扭轉(zhuǎn)此種局面，我國相關(guān)部門在2004 年起開始逐漸把煤炭資源的開采權(quán)利收歸為國有，迅速淘汰了大量煤炭挖掘相關(guān)技術(shù)比較落后、生產(chǎn)安全狀況堪憂的礦井，大幅度地改善了煤礦行業(yè)生產(chǎn)安全的情況。

為了確保煤礦行業(yè)的生產(chǎn)安全，相關(guān)部門相繼頒布了一整套的有關(guān)政策和法規(guī)，有效保護(hù)了煤礦行業(yè)工作人員，特別是現(xiàn)場工作人員的生命安全。當(dāng)中最有效的就是《煤礦安全規(guī)程》《煤礦礦長保護(hù)礦工生命安全七條規(guī)定》《煤礦安全監(jiān)察條例》。經(jīng)過針對煤礦行業(yè)企業(yè)的相關(guān)主管領(lǐng)導(dǎo)的安全責(zé)任制度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對于礦工的生命最大化保護(hù)。除此以外，還陸續(xù)設(shè)立了國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局這個新的監(jiān)管機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對煤炭開采行業(yè)生產(chǎn)過程中安全工作的全方位監(jiān)督和管理，有效應(yīng)對以及預(yù)防煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)事故[2]。

1.2 煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全工作所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

盡管現(xiàn)階段國內(nèi)的煤礦領(lǐng)域的生產(chǎn)安全狀況獲得了大幅度的改善和提升，然而其生產(chǎn)過程中的安全工作依舊面臨著極大的挑戰(zhàn)和問題。目前國內(nèi)煤礦行業(yè)（百萬噸級別的）人員死亡率雖然已經(jīng)達(dá)到了歷史上的最低檔位（詳見圖1），不過國內(nèi)的煤炭行業(yè)由于產(chǎn)量非常高，煤炭資源在開采過程中導(dǎo)致的死亡人數(shù)依舊比較巨大。值得相關(guān)人員關(guān)注的一個重大問題是，國有性質(zhì)煤礦的生產(chǎn)過程的安全性雖然得到了有效保證，但是某些地方性質(zhì)煤礦生產(chǎn)過程的安全卻難以得到有效保證。形成這種差異的重要原因即為國有性質(zhì)的煤礦資金相對充裕，能夠在安全生產(chǎn)工作方面更加游刃有余地投入，然而地方性煤礦因?yàn)橘Y金相對匱乏，安全方面的設(shè)備以及宣傳方面的投資相對較少。除此以外，在地表淺部的煤炭資源枯竭以后，煤炭礦區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性也就會大大增加，比如沖擊性地壓、煤炭和瓦斯氣體發(fā)生突出。更為關(guān)鍵的問題是，沖擊性地壓與煤炭和瓦斯發(fā)生突出的有關(guān)災(zāi)害的生成機(jī)理目前還沒有明確定論，這種情況就給相關(guān)部門對于災(zāi)害的預(yù)防和治理帶來了非常大的難度。上述問題均為后期在煤炭生產(chǎn)過程中將會發(fā)生的棘手難題，是亟需妥善解決的核心問題。

圖1 2004～2020 年中國煤礦百萬噸級別的人員死亡率

2 煤礦生產(chǎn)安全工作和采煤相關(guān)技術(shù)之間的聯(lián)系

上文著重研究了煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)現(xiàn)狀，其工作的改善涉及到很多層面的因素。下文將著重探討煤炭挖掘相關(guān)技術(shù)和煤礦企業(yè)安全的相互聯(lián)系。煤炭挖掘相關(guān)技術(shù)發(fā)展一方面有益于改進(jìn)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全狀況，另一方面也有可能引發(fā)某種特定的災(zāi)害。

在煤礦企業(yè)開采作業(yè)的過程中，相關(guān)煤礦企業(yè)必須依據(jù)企業(yè)本身真實(shí)狀況選擇科學(xué)合理的煤礦開采技術(shù)。相關(guān)煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)人員為了改進(jìn)煤礦安全任務(wù)，必須加大對安全管理及安全設(shè)施的資金投入[3]。領(lǐng)先的煤礦開采技術(shù)可以最大限度地提升煤礦的生產(chǎn)效率，為相關(guān)煤礦開采企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益?；诖?，煤礦開采企業(yè)必須將安全與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系進(jìn)行合理平衡。

2.1 先進(jìn)的煤炭開采相關(guān)技術(shù)促進(jìn)挖掘工作更為安全

煤炭挖掘相關(guān)技術(shù)的發(fā)展歷經(jīng)了炮采模式的技術(shù)、常規(guī)的機(jī)械化開采技術(shù)和綜合類機(jī)械化模式的開采技術(shù)幾個發(fā)展階段，隨著煤炭挖掘相關(guān)技術(shù)的愈發(fā)成熟和進(jìn)步。煤炭行業(yè)相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)效率以及作業(yè)過程的安全均獲得了顯著提高。在應(yīng)用炮采模式的技術(shù)時，礦井內(nèi)部的頂板是應(yīng)用單體的液壓支柱實(shí)施支護(hù)操作，裝煤的流程需要依靠人工來進(jìn)行，破煤開采使用炸藥的爆破操作來進(jìn)行。在實(shí)施爆破的過程中，有可能將液壓支架震倒，此時就會引發(fā)嚴(yán)重的冒頂事故[4]。因?yàn)榕诓赡Ｊ降募夹g(shù)出煤效率相對不高，作業(yè)面需要大量的操作工人。這樣的情況造成炮采模式下，其工作面發(fā)生安全事故時，可能帶來比較大的人員傷亡。相關(guān)煤炭開采企業(yè)在使用先進(jìn)的綜采技術(shù)以后，工作面可實(shí)現(xiàn)無人化工作，進(jìn)而最大程度上確保井下煤礦作業(yè)工人的生命財(cái)產(chǎn)安全。液壓支架支護(hù)頂板支護(hù)強(qiáng)度非常高，能夠行之有效降低冒頂安全事故的發(fā)生概率。

2.2 先進(jìn)的相關(guān)煤炭開采技術(shù)所存在的安全問題

先進(jìn)采煤技術(shù)的使用實(shí)現(xiàn)了開采速度快、開采厚度大，現(xiàn)階段的綜采挖掘技術(shù)的開采高度最大可達(dá)到8.95m 以上。更高強(qiáng)度的煤炭開采挖掘意味著在煤炭開采挖掘的進(jìn)程中會對煤礦井下的煤炭巖層產(chǎn)生非常大的振動，該振動將會導(dǎo)致比較大的安全隱患，可能會造成煤礦井下安全事故。

因?yàn)槊禾块_采強(qiáng)度非常大，會造成煤層頂部的綜采工作面出現(xiàn)斷層活化現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致煤礦安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。在高強(qiáng)度開采過程中煤體破碎量是非常大的，會造成煤體中釋放出較大量的瓦斯氣體，很可能導(dǎo)致非常嚴(yán)重的瓦斯爆炸安全事故的發(fā)生。

2.3 煤礦開采使用的“三機(jī)配套”機(jī)械設(shè)備

2.3.1 采煤機(jī)

采煤機(jī)是綜采設(shè)備的最重要煤礦機(jī)械設(shè)備。采煤機(jī)是一種集機(jī)械、電氣及液壓為一體的機(jī)電一體化設(shè)備，煤礦綜采工作面的工作條件是非常惡劣的，一旦發(fā)生設(shè)備故障將會引起整個煤炭開采工作的中斷，導(dǎo)致非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。采煤機(jī)是達(dá)成煤礦生產(chǎn)自動化、智能化及模塊化的關(guān)鍵設(shè)備。煤礦礦井下機(jī)械化挖掘能夠降低體力勞動、提升安全等級，實(shí)現(xiàn)煤炭高產(chǎn)、高效及低能耗的目標(biāo)。在放頂煤工作面開采的過程中，采煤機(jī)使用采煤機(jī)械將煤炭從煤壁上破碎下來（破煤）并且裝進(jìn)綜采工作面的刮板運(yùn)輸機(jī)。采煤機(jī)按照預(yù)先設(shè)置的牽引速度進(jìn)行行走（牽引），使破煤及運(yùn)煤工藝步驟可以持續(xù)進(jìn)行。采煤機(jī)如圖2 所示。

圖2 采煤機(jī)

2.3.2 刮板運(yùn)輸機(jī)

刮板運(yùn)輸機(jī)指的是煤礦開采工作面應(yīng)用的“鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸”機(jī)械設(shè)備。刮板運(yùn)輸機(jī)通常使用在煤礦開采工作面及煤礦開采區(qū)域的順槽運(yùn)輸，該設(shè)備也能夠在煤礦巷道及半煤巖層巷道綜掘工作面進(jìn)行應(yīng)用。刮板運(yùn)輸機(jī)既可以向上運(yùn)輸煤炭，也可以向下運(yùn)輸煤炭，向上運(yùn)輸煤炭時工作角度通常小于等于35.55°；向下運(yùn)輸煤炭時工作角度通常小于等于25.55°，但是在綜采工作面刮板運(yùn)輸機(jī)真實(shí)的輸送工作角度通常小于等于20.55°。刮板運(yùn)輸機(jī)具備不受貨載寬度及濕度制約的煤炭運(yùn)輸能力，整體機(jī)身最大高度非常適合煤炭的裝載，機(jī)身總長度非常便于調(diào)整，機(jī)身經(jīng)過CAE 模擬仿真分析剛度及強(qiáng)度非常優(yōu)異，因此在許多大型煤礦開采企業(yè)中使用非常廣泛。刮板運(yùn)輸機(jī)如圖3 所示。

圖3 刮板運(yùn)輸機(jī)

2.3.3 液壓支架

液壓支架指的是控制綜采工作面頂部煤礦壓力的煤礦機(jī)械設(shè)備。綜采工作面礦壓將負(fù)載力作用在液壓支架上。在液壓支架與綜采工作面圍巖層之間相互作用的力學(xué)體系內(nèi)，如果液壓支架的各個零部件負(fù)載和頂部支撐板作用在液壓支架上的外部負(fù)載處于同一直線上，因此此類液壓支架對該綜采工作面圍巖層是非常匹配的。液壓支架如圖4 所示。

圖4 液壓支架

3 結(jié)束語

綜上所述，煤礦安全開采作業(yè)是煤礦企業(yè)需要面對的重要問題，然而煤礦開采技術(shù)又是煤礦生產(chǎn)作業(yè)的核心內(nèi)容?？茖W(xué)合理判斷煤礦安全和煤礦開采技術(shù)之間的關(guān)系有利于煤礦挖掘相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全高效作業(yè)。國內(nèi)煤礦企業(yè)必須依據(jù)本企業(yè)真實(shí)的生成條件選擇適合的煤礦開采技術(shù)，同時做好煤礦開采企業(yè)的安全管理工作。