当前我国煤矿灾害防治存在的主要技术难题及应对策略

[摘 要]本文总结性地描述了当前煤矿瓦斯防治、监测监控、火灾防治方面的主要技术难题，并指出了解决策略的方向，为今后煤矿灾害防治研究起到了参考作用。

[关键词]瓦斯防治； 监测监控；火灾防治；煤矿灾害

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0077-01

绪论

中国煤炭资源储量丰富，目前煤炭在一次能源消耗中所占比重最大，但每层赋存条件复杂、安全形势严峻，矿井灾害一直是影响煤矿安全生产的重要因素之一，国内各大科研机构围绕中国煤炭存在的各种灾害进行聊深入研究并取得了一系列成果[1-4]，对矿井重大灾害的预防和治理起到了重要作用。但是我国煤矿灾害防治领域还存在诸多关键技术难题尚未解决[5]，事故总量和伤亡人数仍然偏高，安全生产形势依然严峻。

1.瓦斯灾害防治技术难题

1.1瓦斯灾害治理的理论和技术基础难题

目前，我国煤矿对瓦斯灾害治理的基础理论研究薄弱，对瓦斯灾害发生机理、灾害的演化过程尚不能全面认识，从而影响了瓦斯灾害防治关键技术的进展。对于煤与瓦斯突出机理的认识未能突破，影响煤与瓦斯突出预测预报技术发展，尤其是影响临界值的确定。需要攻克的主要难题有以下两项。

（1）瓦斯运移、抽放作用规律和瓦斯煤尘爆炸机理。对瓦斯赋存、运移和涌出规律的系统研究；对不同开采条件和瓦斯抽放条件下瓦斯涌出规律和分布特征、地应力和瓦斯运移场的耦合关系的认识；对煤矿生产环境下瓦斯煤尘爆炸特性及其演化传播规律、瓦斯煤尘连续爆炸发生的条件和传播特性的深入研究等。

（2）煤与瓦斯突出机理与防突技术基础。目前，我国煤矿地质构造对灾害的控制机理和规律尚不能认识、仍停留在“假说”阶段。虽然我国也曾做过一系列的研究，但是对机理的研究多是零星展开的，缺乏系统性。

1.2煤层瓦斯含量测定技术难题

我国已经成功开发出了地质勘探期间煤层瓦斯含量、煤层瓦斯涌出量的预测方法和装置。虽然这些技术已经在煤矿是用了几十年并经过多次改进，但是其精确度仍是一个十分突出的问题，其测定值普遍低于实际值，以致使有的煤矿在建井期间就不得不进行安全补套设计，及造成了大量资金的浪费且带来系统性的事故隐患。

1.3瓦斯抽放技术难题

（1）构造煤的探测和区划研究。为提高瓦斯抽放率，急需探明原地构造煤分布区及其厚度，探测清楚原地构造煤瓦斯含量和突出区，还需要解决在高应力、高压力、高瓦斯构造煤区使用的钻进设备和抽放技术难题。

（2）松软低透气性煤层的本煤层瓦斯抽放技术。其核心就是要解决松软煤层的顺层钻进施工问题。

（3）高抽巷瓦斯抽放技术。在采煤工作面上方裂隙带布置瓦斯抽放巷道是当前十分有效的抽放技术，但施工量大，经济成本比较高，为克服其缺点，用水平定向长钻孔代替高抽巷的研究，至今已研究出了施工钻孔长度达600米到800米的强力钻机和钻孔工艺，需要继续研究能施工1000米的钻孔的钻机、钻具和钻进工艺，同时，还需要研究钻孔测斜、纠偏的技术和装备。

（4）改善煤层渗透性的技术。多数高瓦斯矿井的渗透率较低，严重制约了瓦斯抽放技术的发展。

（5）采动区瓦斯抽放控制煤层自燃发火关键技术。利用采动卸压而提高瓦斯抽放效果是煤矿很有前景的抽放方法，但是抽放同时极易带入空气从而导致自燃发生，因此，需要加大力度对采动区瓦斯抽放控制煤层自燃的研究。

（6）瓦斯抽放浓度控制技术。抽放瓦斯时，控制抽出瓦斯的浓度对瓦斯抽放效果和安全利用是十分重要的，但目前仍没有成功的技术和方法。

（7）瓦斯抽放标准。急需解决的一个技术标准问题就是煤层瓦斯抽到什么程度即瓦斯含量和瓦斯涌出量降到什么标准，就认为达到了“先抽”的标准和达到这一标准的技术和方法。

2.煤矿安全监测监控技术存在的问题

2.1瓦斯传感器技术

目前，国外应用于煤矿的瓦斯检测原理主要为热催化、热导、光干涉和红外，而我国主要为热催化、热导、光干涉，以热催化和光干涉为主。红外气体测量原理在煤矿瓦斯监测方面我国虽几年前就已展开但是最终因为其采用电机机械调制，仪器功耗大、稳定性差、造价高而不能广泛推广。半导体激光吸收光谱技术用于煤矿瓦斯检测是国际方面的最新研究动向，而我国最需要做的就是对现有的热催化瓦斯敏感元件的技术指标进行提升和改进。

2.2监测监控系统

（1）监控系统传输网络体系结构需升级换代，安全和生产动态信息的传输缺乏稳定、快速、可靠的通讯平台。在地面，采用工业以太网络、现场总线组建监控系统的技术已经很成熟，而我国煤矿监控系统仍然采用主从式窄带通讯体系结构、时分制通讯和低速总线巡检等传统方式，周期长，传输速度慢、故障率高，灾害隐患信息容易漏报、误报，时效性也差。

（2）目前的煤矿安全监控系统主要功能是监测，控制功能单一，根本无法做灾害或事故的预警。利用监控系统对矿井重大灾害预测预报的实用性和准确性不高，不能有效指导安全生产，只是对采掘工作面和其他传感器设置地点的瓦斯浓度或其他参数的简单监测，不能根据变化趋势和整个矿井的信息进行专家诊断，形成对灾害的有效预警。

（3）现有的监控系统还存在报警后的处理预案不完善，现场维护力量薄弱、设备无故障工作时间短、抗干扰能力不强等。

3.矿井火灾防治技术存在问题

虽然在煤矿火灾防治理论和技术领域通过近几十年的攻关研究逐步形成了以预测预报、火灾监测、火灾预防和火灾治理技术、装备和材料为一体的综合防灭火技术体系，但还是远远不能满足目前我国矿山火灾防治的要求，主要表现在以下几方面：

（1）基础理论研究方面不够深入，不能揭示矿井火灾灾害的深层次理论问题。

（2）在防灭火材料研究方面不够成熟、缺乏针对性。

（3）防治工艺技术的创新性不强，特别是在关键性技术的研究和应用方面缺乏专用设备，导致防灭火等现场工作难以迅速展开。

（4）整体技术的继承性不高，不能实现智能控制。

（5）矸石山的危害防治技术。

4总结

以上问题，是我国煤矿灾害防治方面急需解决的难点问题，需要从实用技术推广和集成，关键技术突破及基础理论研究三方面着手。具体应整合安全科技资源，形成产学研相结合的安全创新体系，建立以煤炭科学研究总院为主体的国家煤矿安全关键技术转换平台，建立以煤炭企业为主体的成果推广应用和再创新平台，建立以高效为骨干的基础研究平台，国家也应继续支持煤矿安全技术研究中心的扩建。

参考文献

[1] 王显政，杨富，朱凤山，等.煤矿安全新技术[M].北京： 煤炭工业出版社， 2002.

[2] 宋元文.煤矿灾害防治技术[M].兰州： 甘肃科学技术出版社， 2007.

[3] 黄俊，牛艳萍，芦山.影响煤矿安全的因素与防治对策[J].洁净煤技术，2007，13（ 3） ： 94-96.

[4] 卢鉴章，刘见中.煤矿灾害防治技术现状与发展[J].煤炭科学技术，2006，34（5）：1-5.

[5] 方树林.中国煤矿灾害防治技术的研究现场与发展趋势[J].洁净煤技术，2012，18（1）：90-94.

作者简介

袁浩钦（1977.9―），男，四川攀枝花人，工程师，研究方向：煤矿安全管理、矿井灾害防治技术、煤矿开采技术等。