煤礦安全生產影響因素淺析

楊 鵬

(太原理工大學 期刊中心, 太原 030024)

煤炭是國民生產生活的重要能源保障,煤炭生產卻是我國社會生產中的高危行業。建國以來,我國煤炭安全生產狀況不斷變化,歷年煤礦死亡人數和百萬噸死亡率幾經起伏,20世紀70年代開始到2003年,我國煤礦百萬噸死亡率大致呈緩慢下降的趨勢,而歷年煤礦死亡人數呈增加的趨勢并最終維持在較高的水平[1],煤礦災害給國家造成了重大的生命和財產損失。梅國棟等[2]從社會經濟方面詳細分析了影響我國煤礦安全生產的主要因素,提出從調整煤炭產業結構、整頓煤礦的開采生產秩序和依靠科技進步兩方面入手改善煤礦安全生產的狀況。徐陽[3]分析了幾起大型礦難,指出了當前煤礦生產在自然條件、生產條件、科技投入、管理水平、安全培訓五方面存在的安全隱患,并提供了一些預防和減少煤礦事故的具體措施。王龍康[4]將煤礦風險分為宏觀風險(礦級)、細觀風險(采煤工作面等)、微觀風險(具體的人-機-環-管)3個層次,運用煤礦層次化安全管理理論,在某煤礦進行了安全隱患辨識理論、風險定量計算方法、風險層次化動態預警方法的應用研究。本文通過大量的文獻調研,分析我國一些煤礦在安全生產方面遇到的問題和對策。

1 煤礦安全風險分類

我國煤礦普遍地質條件較差,作業環境復雜,安全隱患較多,威脅生命和財產安全。對煤礦風險進行分類有助于深入認識風險，這樣才能有效規避風險、保證人員和生產安全。從風險管理的角度,王龍康將煤礦風險分為3個層次,分別是宏觀風險(礦級)、細觀風險(采煤工作面等)、微觀風險(具體的人-機-環-管)[4]。從生產方面,我國煤礦經常遇到的問題有頂板事故、瓦斯事故、礦井突水事故、火災事故、機電設備故障等,本文將從這幾個方面分別介紹當前某些煤礦的應對策略。

2 針對不同風險的應對措施

2.1 井巷事故

巷道坍塌是煤礦災害中最基本的問題,隨著開采的進行,煤巖體應力不斷增大,極易造成事故。在生產實踐中,煤礦針對具體情況研究出了許多不同的方式對巷道進行支護以防止其坍塌造成危險。松散軟巖巷道結構松散,自穩能力差,常見的錨桿錨固支護效果在軟巖巷道支護中難以完全發揮[5],極易發生坍塌事故。張繼華等[6]針對松散軟巖巖層粒狀力學行為明顯的特性,利用粒狀材料的概念通過對材料內部單元進行二維受力分析對松散軟巖巷道圍巖塑性區擴展半徑進行了研究,通過在某煤礦實施“超前預注漿+錨網棚+錨注”的聯合支護方案,保證了煤礦的順利施工。

2.2 火災事故

我國煤礦中具有自然發火危險的礦井占有較大比例,煤炭自燃不僅造成優質煤的損失,煤礦火災還會造成重大的人員傷亡。煤層防滅火工程十分復雜,要求作業面煤體有合理的通風狀況,還要掌握相應的防滅火技術。煤層發火是燃燒過程,要阻止煤層自燃應從阻斷煤與氧氣的接觸和降低溫度兩個方面入手。水泥噴漿、噴涂泡沫、涂抹納米改性材料等方法主要是隔絕煤層與氧氣的接觸。注入惰性氣體、三相泡沫等方法可以降低火區氧氣濃度達到滅火的目的。噴注強吸水性的鹽類可以在煤體表面形成液膜隔絕氧氣,同時溫度不易升高,達到防滅火的目的。還有很多材料和技術被開發出來應用于煤層防滅火中。劉恩耀[7]在綜合不同防滅火技術的適用性和陽煤集團一礦北丈八礦井15號煤層的防滅火具體問題后,采用基于黃土泥漿膠體材料的煤礦防滅火技術進行工作面現場滅火實驗,防滅火效果好,經濟成本較采用普通的耐高溫水膠體材料降低很多。

2.3 瓦斯事故

瓦斯是煤礦的主要災害之一,嚴重威脅煤礦安全高效生產[8]。我國的國有重點煤礦中有將近一半屬于高瓦斯礦井,有的煤礦還合并有煤層自然發火傾向性[9],很容易由煤層發火引起瓦斯爆炸,造成特別重大的安全事故。瓦斯地質規律是治理、預防瓦斯災害事故的關鍵,是指導煤礦安全高效生產的基礎。付村煤礦屬于瓦斯與煤自燃傾向性共存的煤礦,秦波濤等[10]研究了該煤礦的瓦斯賦存規律,結合煤自燃發火的特點,提出了一套“注—堵”防滅火技術,有效解決了付村煤礦3下煤層綜放面的瓦斯,同時也解決了采空區的煤自燃危險性,效果顯著,也為具有相似條件的煤礦治理瓦斯與防治火災提供了借鑒。

2.4 突水事故

礦井突水是影響煤礦安全生產的主要因素之一,嚴重威脅煤礦企業的安全生產,其危害程度僅次于瓦斯爆炸。曹勝根等[11]將煤礦巷道突水分為巷道頂板突水和巷道底板突水兩種類型,并分別對兩種情況下的突水原因進行了分析,認為增加圍巖有效應力、減小孔隙水壓力才能保證巷道圍巖的穩定,再通過對漿液流動規律的分析,從注漿材料、注漿壓力、預留止漿巖柱厚度、注漿孔排列方式、注漿孔間距、注漿孔深度等參數方面確定了中馬村礦井巷道圍巖預注漿技術的方案,該方案經過了礦井實踐的檢驗,防突水效果良好,取得了實際應用價值。

2.5 機電設備故障

煤礦開采工作的進行需要依靠多種機電設備,這些設備對于煤礦增加經濟效益、實現現代化意義重大,他們的平穩運行對煤礦的安全生產也具有重要的意義。運輸絞車是煤礦重要的輔助運輸裝置,如果出現了故障將會影響生產的進度,甚至可能對工作人員造成傷害,需要確保機電設備的良好運行狀況。杜少華[12]通過有限元分析方法對礦用JYB型運輸絞車的滾筒作了力學性能分析和安全性評估。有限元分析驗證了傳統理論計算的正確性,對滾筒的應力應變狀況進行了詳細的分析,驗證了滾筒機械結構的強度及剛度,這些工作為進一步的科學研究奠定了基礎。

3 結束語

煤炭為我國的經濟發展和人民生活水平的提高提供了重要的能源基礎,煤炭開采過程中可能出現的災難會給國家帶來重大的人員和經濟損失。隨著科學技術的發展、現代信息化系統的開發和應用、人員素質的不斷提高、煤礦企業相關管理制度的不斷完善,煤礦災害與過去相比有了大幅度下降。煤炭企業應該做到預防為主、利用好監測預警系統、有合理的災害應對措施,保障一線人員的生命安全和企業的經濟利益。

[1] 范維唐，鐘群鵬，閃淳昌.我國安全生產形勢、差距和對策[M].北京：煤炭工業出版社,2003.

[2] 梅國棟,劉璐,王云海.影響我國煤礦安全生產的主要因素分析[J].中國安全生產科學技術,2008,4(3):84-87.

MEI Guodong,LIU Lu,WANG Yunhai.Analysis on Main Factors Effecting Safety Production in China’s Coal Industry[J].Journal of Safety Science and Technology,2008,4(3):84-87.

[3] 徐陽.煤礦安全生產面臨的問題及對策[J].中國安全生產科學技術,2012,8(6):229-232.

XU Yang.Faced Problems and Countermeasures of Coal Mine Safety[J].2012,8(6):229-232.

[4] 王龍康.煤礦安全隱患層次分析與預警方法研究[D].北京:中國礦業大學,2015.

WANG Longkang.The Hierarchy Analysis for Hidden Danger and Research on Early Warning Method in Coal Mine[D].Beijing:China University of Mining & Technology,2015.

[5] 李廷春,盧振,劉建章,等.泥化弱膠結軟巖地層中矩形巷道的變形破壞過程分析[J].巖土力學,2014,35(4):1077-1083.

LI Tingchun,LU Zhen,LIU Jianzhang,etal.Deformation and Failure Process Analysis of Rectangular Roadway in Muddy Weakly Cemented Soft Rock Strata[J].Rock and Soil Mechanics,2014,35(4):1077-1083.

[6] 張繼華,王連國,朱雙雙,等.松散軟巖巷道圍巖塑性區擴展分析及支護實踐[J].采礦與安全工程學報,2015,32(3):433-438.

ZHANG Jihua,WANG Lianguo,ZHU Shuangshuang,etal.Mechanical Analysis of the Plastic Zones Propagation of Loose Soft Rock Roadway and the Supporting Practice[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2015,32(3):433-438.

[7] 劉恩耀.黃土泥漿膠體直接防滅火技術的研制與應用[J].煤礦現代化,2017(6):111-112.

LIU Enyao.Development of a Direct Anti-extinguishing Technology of Loess Mud Gel and Its Application[J].Coal Mine Modernization,2017(6):111-112.

[8] 李貴和.大采高綜采工作面瓦斯與煤自燃綜合治理技術[J].安徽建筑工業學院學報:自然科學版,2010,18(3):38-41.

LI Guihe.Control of Gas and Coal Spontaneous Combustion for the Large Mining Height and Fully Mechanized Mining Face[J].Journal of Anhui Institute of Architecture & Industry:Natural Science Edition,2010,18(3):38-41.

[9] 任萬興,巫斌偉,王德明,等.高瓦斯易自燃超大俯采工作面的防滅火技術研究[J].采礦與安全工程學報,2009,26(2):199-202.

REN Wanxing,WU Binwei,WANG Deming,etal.Fire Prevention Technology for High-gas-easy-spontaneous Combustion Super Large Underhand Working Face[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2009,26(2):199-202.

[10] 秦波濤,魯義,殷少舉,等.近距離煤層綜放面瓦斯與煤自燃符復合災害防治技術研究[J].采礦與安全工程學報,2013,30(2):311-316.

QIN Botao,LU Yi,YIN Shaoju,etal.Prevention and Control Technique of Complex Disaster Caused by Gas and Spontaneous Combustion for Fully-mechanized Sublevel Caving Face in Close-distance Seams[J].Journal of Mining & Safty Engineering,2013,30(2):311-316.

[11] 曹勝根,程正剛,張云,等.巷道圍巖預注漿防突水技術研究[J].采礦與安全工程學報,2016,33(2):311-317.

CAO Shenggen,CHENG Zhenggang,ZHANG Yun,etal.Study on Water Inrush Prevention Technology by Pre-grouting in Surrounding Rock of Roadway[J].Journal of Mining & Safty Engineering,2016,33(2):311-317.

[12] 杜少華.煤礦用運輸絞車的機械結構有限元分析[J].山西煤炭,2017,37(4):33-36.

DU Shaohua.Finite Element Analysis on Mechanical Structure of Haulage Winch in Mines[J].Shanxi Coal,2017,37(4):33-36.