雷　毅

(中國煤炭科工集團有限公司，北京 100013)

新形勢下煤礦安全科技面臨的挑戰(zhàn)及對策

雷毅

(中國煤炭科工集團有限公司，北京 100013)

[摘要]總結(jié)了“十二五”以來我國煤礦安全科技在技術(shù)裝備等方面取得的進展，分析了現(xiàn)階段我國煤礦安全科技面臨的形勢和存在的問題，提出要加大煤礦安全科技創(chuàng)新，打好防范煤礦事故的對抗戰(zhàn)、外圍戰(zhàn)、應(yīng)急戰(zhàn)和監(jiān)管戰(zhàn)，推動煤礦安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)。同時，針對煤礦安全重點領(lǐng)域和薄弱環(huán)節(jié)的科技需求，提出了“十三五”期間煤礦安全的科技對策和發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]煤礦安全；技術(shù)進展；科技對策；發(fā)展方向

近年來，我國在煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域加大了政策扶持、資金支持、科技創(chuàng)新和監(jiān)管監(jiān)察的力度，煤礦安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)[1]。2005年到2014年的十年間，我國煤炭產(chǎn)量從2.11Gt攀升到3.87Gt，增加83.4%；煤礦事故起數(shù)從3306起下降到509起，下降84.6%；煤礦事故死亡人數(shù)從5938人下降到931人，下降84.3%；百萬噸死亡率從2.811下降到0.255，下降90.9%。

但在當(dāng)前宏觀經(jīng)濟運行和煤炭行業(yè)發(fā)展的新形勢下，我國煤礦安全依然面臨行業(yè)形勢不容樂觀、事故總量仍然偏高、區(qū)域發(fā)展極不平衡、職業(yè)健康備受關(guān)注、科技支撐仍待加強等突出問題和嚴峻挑戰(zhàn)。

“十三五”期間，有必要圍繞煤礦安全重點領(lǐng)域和薄弱環(huán)節(jié)，強化技術(shù)創(chuàng)新和集成示范，推動煤礦安全科技水平再上新臺階。為此，在總結(jié)分析我國煤礦安全科技近年來的主要進展和當(dāng)前面臨形勢的基礎(chǔ)上，提出了“十三五”我國煤礦安全科技的對策和方向建議。

1煤礦安全科技主要進展

“十二五”以來，煤礦安全領(lǐng)域相關(guān)科研院所、高等院校、生產(chǎn)企業(yè)注重產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合，以實施“973”計劃、國家科技支撐計劃、國家科技重大專項等國家科技計劃為契機，廣泛開展科技合作和技術(shù)創(chuàng)新，在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、重大裝備和工程示范等領(lǐng)域取得了重要突破，為煤礦安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)提供了重要支撐。

1.1煤礦瓦斯災(zāi)害防治

瓦斯災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警和瓦斯高效抽采利用是瓦斯治理的重點和難點。近年來，瓦斯含量快速準(zhǔn)確測定技術(shù)實現(xiàn)了120m長鉆孔定點取樣，20min內(nèi)快速測定瓦斯含量，測定誤差小于7%，并在100多個礦井推廣應(yīng)用。開發(fā)的基于2個“四位一體”煤礦瓦斯災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，大幅提高了瓦斯災(zāi)害預(yù)警自動化水平，預(yù)警準(zhǔn)確率達75%以上。研制成功國內(nèi)首臺最大扭矩12000N·m大功率定向鉆機，在晉城寺河煤礦完成 1881m井下近水平長鉆孔施工，創(chuàng)造了煤礦井下順煤層定向鉆孔深度的世界紀錄。研制成功適用于f≤0.5松軟煤層的高轉(zhuǎn)速大扭矩螺旋鉆進裝備、空氣套管鉆進裝備及地面遠距離自動控制鉆進裝備，在松藻、淮南、平頂山等礦區(qū)廣泛開展示范應(yīng)用，松軟煤層鉆孔深度最深達271m，鉆孔成孔率達到76.9%。開發(fā)了煤礦采動區(qū)頂板“L”型地面井抽采技術(shù)并在晉城寺河煤礦成功應(yīng)用，抽采濃度最高達93%，抽采純量最高達3.11萬m3/d，實現(xiàn)了本煤層采動影響區(qū)、采空區(qū)連續(xù)抽采，工作面瓦斯?jié)舛冉档图s30%[2]。

1.2煤礦水害防治

水源和導(dǎo)水通道探測、水害預(yù)測、注漿堵水等關(guān)鍵技術(shù)取得突破，水文地質(zhì)探測與水害治理技術(shù)體系日趨完善。研發(fā)的井下瞬變電磁儀，可用于井下掘進頭、側(cè)幫、頂?shù)装?、充水采空區(qū)、充水陷落柱、含水層等隱蔽水害探測，最大探測距離達200m，準(zhǔn)確率達到70%。研發(fā)的自記式地震儀及數(shù)據(jù)處理與解釋軟件，顯著提高了斷層、陷落柱、煤層變薄帶等異常體的探測精度，探測距離達1600m。研發(fā)的動水大通道突水鉆孔控制注漿高效封堵技術(shù)，解決了攜袋鉆進、鉆注一體化轉(zhuǎn)換、注漿入袋、拋袋提鉆等技術(shù)難題，在陜西榆卜界煤礦涌水量約1200m3/h的動水條件下，對高3m寬4m的過水巷道實施封堵一次成功，封堵巷道不足50m，注漿量不到850m3，施工工期僅18d[3]。

1.3煤礦火災(zāi)防治

早期預(yù)測預(yù)報、監(jiān)測預(yù)警、新型防滅火材料和裝備等是礦井火災(zāi)防治的關(guān)鍵。目前已形成了以自然發(fā)火早期預(yù)測預(yù)報、阻化劑防火、氮氣防滅火、凝膠防滅火、黃泥灌漿防滅火技術(shù)等為主體的內(nèi)因火災(zāi)防治技術(shù)體系。形成了以膠帶機火災(zāi)預(yù)測與自動滅火技術(shù)，惰氣滅火、泡沫滅火、惰泡滅火技術(shù)等為主體的外因火災(zāi)防治技術(shù)體系。煤礦井下移動式碳分子篩制氮裝置關(guān)鍵性能指標(biāo)達到國際先進水平，氮氣出口濃度≥98%，出口流量≥2000m3/h，填補我國煤礦井下移動式大流量制氮裝置的空白[4]。

1.4煤礦粉塵防治

形成以煤層注水防塵、噴霧降塵、通風(fēng)除塵、個體防護等為主體的防降塵技術(shù)體系，以及被動式隔爆、自動抑爆技術(shù)兩大類多類型防隔爆技術(shù)體系。粉塵濃度、粒度分布測定等粉塵檢測技術(shù)取得重要突破，可對作業(yè)環(huán)境粉塵濃度進行實時、在線監(jiān)測[5]。研制出國內(nèi)首套煤礦井下掘進工作面綜合除塵系統(tǒng)，在神東等礦區(qū)得到成功應(yīng)用，呼吸性粉塵除塵效率≥99%，達到國際先進水平。

1.5沖擊地壓防治

形成了以巖石力學(xué)方法和地球物理方法為主的沖擊地壓監(jiān)測預(yù)警與評價體系，建立了包括區(qū)域防治與局部防治的沖擊地壓防治體系[6]。針對目前國內(nèi)外已有微震監(jiān)測系統(tǒng)只能被動接受煤巖體破裂產(chǎn)生的微震信號和震源定位精度不高的現(xiàn)狀，研發(fā)出自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了監(jiān)測區(qū)域內(nèi)波速場的實時反演與解算，提高了微震監(jiān)測系統(tǒng)的定位精度，微震監(jiān)測系統(tǒng)的震源定位精度達到5～10m。

1.6煤礦熱害防治

形成了礦井熱害預(yù)測、評價、控制成套技術(shù)和裝備，為改善工作環(huán)境和保障職業(yè)健康提供了重要技術(shù)裝備支持。成功研制首套地面集中降溫的核心設(shè)備——高低壓轉(zhuǎn)換裝置，溫度躍升小于0.5℃，設(shè)計壓力16MPa，已在平煤神馬集團建設(shè)示范礦井[7]。

1.7煤礦應(yīng)急救援

形成了事故預(yù)警、培訓(xùn)演練、逃生避難、搶險救援等一系列成套技術(shù)和裝備。在人員精確定位技術(shù)、無線救災(zāi)通訊、應(yīng)急避災(zāi)信號引導(dǎo)、應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)等領(lǐng)域取得一系列先進成果。采用無線MESH網(wǎng)絡(luò)、骨傳導(dǎo)等技術(shù)研制了KJ30礦用救災(zāi)無線通信系統(tǒng)，救護隊員可快速搭建數(shù)據(jù)傳輸通道，將事發(fā)地點的現(xiàn)場圖像、環(huán)境參數(shù)、救護隊員生命體征等信息傳輸至指揮中心，支持雙向?qū)χv，供救援指揮人員實時掌握救援情況并進行可視化管理和調(diào)度，目前已在14個國家礦山應(yīng)急救援區(qū)域隊進行推廣[8]。

2煤礦安全科技面臨的形勢

在當(dāng)前宏觀經(jīng)濟運行和煤炭行業(yè)發(fā)展的新形勢下，我國煤礦安全生產(chǎn)也呈現(xiàn)新的特點，面臨行業(yè)形勢不容樂觀、事故總量仍然偏高、區(qū)域發(fā)展極不平衡、職業(yè)健康備受關(guān)注等突出問題和嚴峻挑戰(zhàn)。

2.1煤礦安全形勢依然嚴峻

首先，盡管我國煤礦安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)，但重特大事故仍時有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，2012 ～ 2014年全國工礦商貿(mào)企業(yè)共發(fā)生重特大事故71起，死亡1278人，其中煤礦44起，死亡747人，分別占61.97%和58.45%；其次，我國煤礦安全生產(chǎn)水平與發(fā)達國家先進水平仍然存在較大差距。2014年我國煤礦百萬噸死亡率0.255，仍遠高于歐美主要產(chǎn)煤國家平均0.03的水平；再次，煤礦安全生產(chǎn)指標(biāo)持續(xù)走低，百萬噸死亡率等指標(biāo)低位反彈和反復(fù)的風(fēng)險增大。此外，能源革命也給煤礦安全生產(chǎn)提出了更高的要求。

2.2煤礦安全水平極不平衡

長江以南及西南地區(qū)地質(zhì)條件極為復(fù)雜，80%煤層為急傾斜、傾斜煤層，薄煤層多，厚度0.6～2m，局部斷層密度達到35條/km2，機械化程度極低。2012年，全國僅云、貴、川、渝、湘5省市的煤礦事故死亡人數(shù)均超100人，共死亡672人，占全國的49%，而5省市煤炭產(chǎn)量僅占全國的13%。2013年，全國僅云、貴、川、渝、湘5省市的煤礦事故死亡人數(shù)均超90人，共死亡494人，占全國的46%，而5省市煤炭產(chǎn)量僅占全國的12%。

2.3煤礦開發(fā)條件不斷變化

我國煤炭資源分布具有“東貧西富”、“東深西旱”的特點，煤炭開發(fā)不斷向西部和深部轉(zhuǎn)移。東部擁有約90%的經(jīng)濟總量，而煤炭資源的賦存僅占總量的30%；西部煤炭資源的賦存占70%，經(jīng)濟總量僅約為10%。目前全國已有47座超千米深井，最深已達1501m，隨東部煤炭開采深度增加，高地應(yīng)力、高瓦斯、高地溫、高承壓水等帶來的安全問題更加突出[9]。新疆等西部地區(qū)大傾角煤層、巨厚煤層、三軟煤層的安全高效開采也面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

2.4隱蔽致災(zāi)因素難以精確普查

煤礦隱蔽致災(zāi)因素通常無明顯的顯現(xiàn)特征，具有隱蔽性、時變性、脆弱性等特點，探測和預(yù)防難度大。煤礦災(zāi)害事故大多都與隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素緊密相關(guān)，隱蔽致災(zāi)因素已成為引發(fā)煤礦水害、瓦斯和頂板等重大災(zāi)害事故的主要原因[10]。據(jù)不完全統(tǒng)計，在煤礦重大事故中，與地質(zhì)條件有關(guān)的各類重大事故占90%。隱蔽致災(zāi)因素的致災(zāi)機理和預(yù)防機制、隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素的快速精細探查技術(shù)與裝備是研發(fā)重點。

2.5煤礦職業(yè)危害備受關(guān)注

煤炭開采過程中存在的粉塵、噪聲、高溫、振動、高濕等職業(yè)危害，對職工安全健康造成嚴重威脅。2013年共報告職業(yè)病26393例，其中塵肺病23152例；煤礦職業(yè)病15078例，其中塵肺病13955例[11]。煤礦塵肺病約占新發(fā)塵肺病總數(shù)的60%。在有效遏制重大人員傷亡事故的同時，如何預(yù)防和控制職業(yè)危害，做到早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療已成為煤礦安全生產(chǎn)工作的重點。

2.6煤礦安全投入面臨困局

受宏觀經(jīng)濟影響，煤炭需求持續(xù)下滑，供大于求現(xiàn)象十分嚴重，煤炭行業(yè)低迷現(xiàn)狀或?qū)⒊掷m(xù)。煤炭企業(yè)在經(jīng)濟效益普遍下滑虧損條件下，資金周轉(zhuǎn)困難，安全投入難以保證。因此，煤礦安全技術(shù)裝備的經(jīng)濟性和實用性越來越成為現(xiàn)場應(yīng)用考慮的重要方面，技術(shù)成果應(yīng)用示范和推廣難度加大，容易影響科技成果研發(fā)和應(yīng)用兩方面的積極性。

3煤礦安全科技發(fā)展的方向

國家能源局、環(huán)保部、工信部在《促進煤炭安全綠色開發(fā)和清潔高效利用的意見》中提出，到2020年，全國煤礦采煤機械化程度達到85%以上，掘進機械化程度達到62%以上。煤礦安全生產(chǎn)形勢根本好轉(zhuǎn)，煤炭百萬噸死亡率下降到0.15以下。為實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)形勢根本好轉(zhuǎn)的目標(biāo)，有必要針對煤礦安全的重點領(lǐng)域和薄弱環(huán)節(jié)，提出針對性科技對策和發(fā)展方向。

3.1攻克災(zāi)害防治技術(shù)瓶頸，打好災(zāi)害對抗戰(zhàn)

針對煤炭開發(fā)向深部和西部轉(zhuǎn)移出現(xiàn)的災(zāi)害新特點，以“超前預(yù)測、主動預(yù)警、綜合防治”為重點，研發(fā)煤礦隱蔽致災(zāi)因素動態(tài)智能探測、煤礦重大災(zāi)害風(fēng)險判識及監(jiān)控預(yù)警、煤礦深部開采動力災(zāi)害防控技術(shù)。重點突破小尺度地質(zhì)異常體精細探測技術(shù)、隱蔽致災(zāi)因素井上下立體動態(tài)探測技術(shù)、煤礦重大災(zāi)害判識預(yù)警模型及方法、突水水源在線快速判別與智能注漿系統(tǒng)、超千米深部流變圍巖控制技術(shù)、深部礦井耦合動力災(zāi)害防治技術(shù)、高溫誘發(fā)瓦斯煤塵爆炸及自燃火災(zāi)防控技術(shù)、礦山呼吸性粉塵監(jiān)測與防治技術(shù)等。

3.2提升信息化和智能化水平，打好安全外圍戰(zhàn)

當(dāng)前“減人促安”、“無人則安”的理念被廣泛認同，通過提升煤礦機械化、自動化、信息化、智能化水平，可在提高煤炭生產(chǎn)效率的同時顯著提升煤礦安全生產(chǎn)水平。為此，有必要圍繞煤礦重點生產(chǎn)環(huán)節(jié)及安全保障系統(tǒng)的機械化、自動化和智能化開展攻關(guān)，重點突破煤礦巷道高效快速掘進技術(shù)與裝備、難采煤層機械化開采技術(shù)與裝備、清潔智能輔助運輸技術(shù)與裝備、無人化綜采工作面巡檢機器人、“人-機-環(huán)境”信息感知和交互技術(shù)與裝備、智能生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)等，促進煤礦“機械化換人、自動化減人”，提升安全高效開采水平。

3.3提升應(yīng)急救援裝備水平，打好災(zāi)變時應(yīng)急戰(zhàn)

煤礦應(yīng)急處置與救援是煤礦安全生產(chǎn)的最后一道防線，為保障煤礦災(zāi)變時期應(yīng)急救援技術(shù)裝備“找得到、調(diào)得來、用得好”，急需研制集緊急避險、災(zāi)區(qū)偵測、通信定位、應(yīng)急救援于一體的煤礦重大事故應(yīng)急處置與救援技術(shù)和裝備。重點突破煤礦重大災(zāi)害災(zāi)情演變規(guī)律、煤礦災(zāi)變環(huán)境偵測及存儲技術(shù)、災(zāi)變環(huán)境應(yīng)急通信及遇險(難)人員精確定位技術(shù)、快速逃生避險救援保障技術(shù)及裝備、煤礦救援通道快速構(gòu)建技術(shù)及裝備、智能化應(yīng)急預(yù)案及應(yīng)急救援輔助決策技術(shù)，提升煤礦重大事故應(yīng)急處置與救援技術(shù)裝備水平。

3.4提高監(jiān)管執(zhí)法技術(shù)水平，打好安全監(jiān)管戰(zhàn)

監(jiān)管監(jiān)察是加強煤礦安全管理的重要手段，當(dāng)前有必要進一步提高煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察的科技含量和科學(xué)化水平。重點突破現(xiàn)場監(jiān)督檢測裝備、現(xiàn)場執(zhí)法與調(diào)查取證分析裝備、信息化裝備、執(zhí)法配套裝備等，全面提升監(jiān)管監(jiān)察技術(shù)裝備水平[12]。此外，要加強對煤礦安全現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的調(diào)研和梳理工作，對缺乏科學(xué)性、合理性的重點技術(shù)條款和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進行深入研究，做好技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的修訂和制定工作，為煤礦安全生產(chǎn)和監(jiān)管監(jiān)察提供科學(xué)指導(dǎo)和依據(jù)。

4結(jié)束語

實踐表明，煤礦安全科技對促進我國煤礦安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)發(fā)揮了重要支撐和保障作用，但隨著發(fā)展環(huán)境、行業(yè)形勢、開發(fā)條件的不斷變化，煤礦安全生產(chǎn)緊迫性增強，煤礦安全科技挑戰(zhàn)性加劇。當(dāng)前，以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異，煤礦安全科技發(fā)展有必要固本拓新，加強煤礦災(zāi)害防治瓶頸技術(shù)、減人增效高端技術(shù)、應(yīng)急救援保障技術(shù)、監(jiān)管監(jiān)察支撐技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，全面提升煤礦安全技術(shù)裝備水平，為早日實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)形勢根本好轉(zhuǎn)提供科技保障。

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[責(zé)任編輯：鄒正立]

Challenge and Countermeasures of Coal Mine Safety Technology under New Situation

LEI Yi

(China Coal Technical & Engineering Group Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

Abstract：The paper summarized new development of technology and equipment on safety technology of Chinese coal mine that appeared from the twelfth five-plan period to now，it analyzed the current situation and questions of mine safety technology in domestic，put forward the innovation technological of coal mine safety should be increased，monitoring and other measurements should be taken to prevent coal mine accident，then push forward the production situation safety of coal mine become better and better.At the same time，scientific countermeasures and development direction in the thirteenth five-plan period were put forward based on scientific demand of key areas and weakness links of coal mine safety.

Keywords：coal mine safety；technology development；scientific countermeasure；development direction

[收稿日期]2015-11-02[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.03.038

[作者簡介]雷毅(1979-)，男，四川閬中人，副研究員，工學(xué)博士，從事煤礦開采和煤礦安全相關(guān)研究和科技管理工作。

[中圖分類號]TD82

[文獻標(biāo)識碼]A

[文章編號]1006-6225(2016)03-0143-04

[引用格式]雷毅.新形勢下煤礦安全科技面臨的挑戰(zhàn)及對策[J].煤礦開采，2016，21(3)：143-146.