彭 然

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 100013；2.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心，北京 100013)

近年來(lái)，隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采深度不斷加大，深部開(kāi)采成為常態(tài)[1]，煤巖動(dòng)力災(zāi)害有嚴(yán)重的趨勢(shì)，雖然我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)和應(yīng)急救援水平在不斷提高和加強(qiáng)，但每年仍有很多煤礦事故發(fā)生。由于我國(guó)煤層自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和賦存特征等原因，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，煤巖應(yīng)力發(fā)生改變，導(dǎo)致原有的應(yīng)力平衡遭到破壞，煤巖動(dòng)力災(zāi)害就會(huì)發(fā)生，對(duì)于煤礦而言，主要面臨煤與瓦斯突出、沖擊地壓、頂板事故、礦井水災(zāi)、火災(zāi)和煤塵爆炸等幾大災(zāi)害的影響。近年來(lái)國(guó)家對(duì)應(yīng)急救援大力投入卓有成效，單種災(zāi)害的探測(cè)技術(shù)和災(zāi)后應(yīng)急救援技術(shù)都有顯著提高。但隨著開(kāi)采深度的增加，單一災(zāi)害高度重疊性的災(zāi)害發(fā)生區(qū)域，促使各災(zāi)害之間存在一定的耦合關(guān)系，單一災(zāi)害的突發(fā)性、偶然性和危害性，同時(shí)也會(huì)引起其他動(dòng)力災(zāi)害的快速發(fā)生。當(dāng)前的偵測(cè)水平還無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種鏈生災(zāi)害全部探測(cè)，加上對(duì)致災(zāi)機(jī)理不明確，無(wú)法從根本上杜絕災(zāi)害的發(fā)生，使得處置煤巖動(dòng)力災(zāi)害事故產(chǎn)生所面臨的任務(wù)越來(lái)越艱巨和復(fù)雜，如何提高多種災(zāi)害事故應(yīng)急救援能力也成為重要而緊迫的課題。

1 鏈生災(zāi)害

1.1 鏈生災(zāi)害類型

影響煤礦事故的災(zāi)害有沖擊地壓、煤與瓦斯突出、頂板事故、水災(zāi)、火災(zāi)和煤塵爆炸等幾種。隨著開(kāi)采深度的增加，沖擊地壓成為煤巖動(dòng)力災(zāi)害中最為嚴(yán)重的災(zāi)害之一[2]，發(fā)生頻次相對(duì)較高。沖擊地壓通常發(fā)生在應(yīng)力較高的圍巖體內(nèi)，其覆蓋范圍包含井巷和回采工作面，一旦發(fā)生，將造成煤體大范圍破壞[2]，必將使破壞區(qū)內(nèi)瓦斯充分解析，造成局部瓦斯含量激增，破碎煤體增大了與空氣接觸的面積，提高了自燃發(fā)火和煤塵爆炸的發(fā)生頻率，在一定條件下也會(huì)伴隨冒頂?shù)陌l(fā)生，因此，沖擊地壓的發(fā)生與其他類型災(zāi)害有并存情況甚至相互轉(zhuǎn)化[1]，具備鏈生的基礎(chǔ)；煤與瓦斯突出瞬間噴出大量煤與瓦斯，不僅能摧毀井巷設(shè)施、毀壞通風(fēng)系統(tǒng)、破壞應(yīng)急救援設(shè)施，還能造成瓦斯爆炸和煤塵爆炸等嚴(yán)重后果，煤礦井下火與瓦斯共存[3]，如果瓦斯涌出量達(dá)到一定極限，隨著能量的積聚，最終形成爆炸反應(yīng)[4]；瓦斯爆炸所產(chǎn)生的沖擊壓對(duì)巷道所有設(shè)施造成破壞，巷道還會(huì)出現(xiàn)冒頂?shù)仁鹿蔥5]，同時(shí)，爆炸會(huì)形成火焰，巷道中木材、粉塵等可能會(huì)在高溫條件下燃燒，導(dǎo)致火災(zāi)或煤塵爆炸的發(fā)生；瓦斯積聚達(dá)到一定濃度，煤塵達(dá)到爆炸極限，一旦煤塵燃燒的危險(xiǎn)源出現(xiàn)，煤塵局部燃燒，會(huì)引起煤塵爆炸；火災(zāi)還會(huì)引起瓦斯、煤塵爆炸事故。

因此，多種災(zāi)害發(fā)生時(shí)難以避免連帶誘發(fā)特征的出現(xiàn)，單種災(zāi)害的發(fā)生可能由另一種災(zāi)害誘導(dǎo)發(fā)生，這種災(zāi)害間鏈生的基礎(chǔ)具備時(shí)間和空間上的連續(xù)性、重疊性和誘發(fā)性。

1.2 鏈生災(zāi)害的原因

1) 災(zāi)害發(fā)生區(qū)域重疊性。沖擊地壓、瓦斯治理、火災(zāi)、煤塵爆炸多發(fā)生在采掘工作面或采空區(qū)，區(qū)域的重疊性是鏈生災(zāi)害發(fā)生的基礎(chǔ)，一種災(zāi)害發(fā)生的影響范圍覆蓋另一種災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域，致使災(zāi)害發(fā)生區(qū)域高度重疊，單一災(zāi)害的突發(fā)性和危害性，同時(shí)會(huì)引起其他動(dòng)力災(zāi)害快速發(fā)生，會(huì)促使各災(zāi)種之間存在一定的耦合關(guān)系。

2) 災(zāi)害間的誘發(fā)性。多災(zāi)種災(zāi)害誘發(fā)條件重疊，也會(huì)給災(zāi)害鏈生提供基礎(chǔ)。鏈生災(zāi)害發(fā)生條件多樣，孔隙壓力是影響瓦斯吸附狀態(tài)的主要原因，孔隙結(jié)構(gòu)特征與應(yīng)力狀態(tài)直接相關(guān)，沖擊地壓由應(yīng)力狀態(tài)的改變引起，地應(yīng)力的改變起到促進(jìn)突出發(fā)生的動(dòng)力作用[6]，因此，沖擊地壓對(duì)瓦斯突出具有一定的誘發(fā)作用；在發(fā)火易發(fā)區(qū)域，如果存在瓦斯或煤塵濃度過(guò)高的情況，災(zāi)害易發(fā)生，在一定程度上，自然發(fā)火對(duì)于瓦斯煤塵爆炸具有一定的誘發(fā)作用。

3) 災(zāi)害發(fā)生的時(shí)序性和連續(xù)性。多種災(zāi)害鏈生需要一定時(shí)間，鏈生災(zāi)害往往由局部災(zāi)害誘發(fā)導(dǎo)致，動(dòng)力災(zāi)害能量發(fā)生轉(zhuǎn)移才是鏈生災(zāi)害發(fā)生的前提條件。沖擊發(fā)生過(guò)程中煤巖體經(jīng)歷裂紋產(chǎn)生、發(fā)展、集中、直至破壞，瓦斯也由初始的平衡狀態(tài)逐步演化為少量逸出、吸附解析、瓦斯大量涌出，由局部有限范圍內(nèi)產(chǎn)生破壞，至沖擊點(diǎn)遠(yuǎn)端部位[7]；局部瓦斯大量涌出后，經(jīng)過(guò)時(shí)間的孕育，積聚能量，易形成瓦斯爆炸、煤塵爆炸等次生災(zāi)害；煤巖體能量的逐步累積，造成瓦斯解析加快，粉塵增多，溫度升高，達(dá)到爆炸點(diǎn)，才會(huì)引起瓦斯爆炸和煤塵爆炸。如果一種災(zāi)害持續(xù)性和延伸性很強(qiáng)，災(zāi)害發(fā)生時(shí)，發(fā)生條件轉(zhuǎn)移到由另一因素主導(dǎo)的動(dòng)力災(zāi)害上，多種災(zāi)害能量則形成鏈?zhǔn)絺鬟f。

2 現(xiàn)有應(yīng)急救援體系

2.1 應(yīng)急救援體系

近年來(lái)，我國(guó)煤礦應(yīng)急避險(xiǎn)工作取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，緊急避險(xiǎn)是應(yīng)急救援體系建設(shè)其中一部分，緊急避險(xiǎn)由最開(kāi)始的“六大系統(tǒng)”建設(shè)、救生艙的研制、優(yōu)先布置避難硐室發(fā)展成為現(xiàn)在的把監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人員定位、壓風(fēng)自救等與現(xiàn)有安防系統(tǒng)連接，制定基于應(yīng)急避險(xiǎn)以逃為主、以避為輔的應(yīng)急救援預(yù)案，形成了現(xiàn)有的以“感知-預(yù)防-避險(xiǎn)-救援”的應(yīng)急救援體系，前端為事故危險(xiǎn)源感知階段，包括事故案例分析、危險(xiǎn)源識(shí)別、各類傳感器危險(xiǎn)源監(jiān)控等；中間為事故預(yù)防和避險(xiǎn)階段，防沖防突、自救器、避難硐室、逃生通道等；末端為救援階段，包含災(zāi)害環(huán)境偵測(cè)、救援逃生通道、事故培訓(xùn)、模擬演練、維護(hù)管理等事故響應(yīng)和恢復(fù)階段。

2.2 救援模式

應(yīng)急避險(xiǎn)模式以逃為主、以避為輔。逃生路線前段，為了與快速推采過(guò)程相適應(yīng)，優(yōu)化以配備長(zhǎng)時(shí)自救器并具有一定避險(xiǎn)功能的可移動(dòng)式過(guò)渡站為主；逃生路線中部配備長(zhǎng)時(shí)自救裝備接力逃生，減少過(guò)渡站配置數(shù)量；逃生路線末端設(shè)置永久避難硐室、大直徑預(yù)鉆孔逃生通道或螺旋梯等[8]，縮短逃生路線長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)避與逃的統(tǒng)一[9]，如圖1所示?；谔由鷷r(shí)間、施工技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)性測(cè)算，煤層埋深200 m以淺采用螺旋梯，埋深超過(guò)200 m采用大直徑預(yù)鉆孔逃生通道+提升艙。

圖1 逃生路線圖

2.3 存在問(wèn)題

通過(guò)對(duì)沖擊地壓、水災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸等重特大事故的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律、災(zāi)害辨識(shí)和感知、智能應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急救援輔助決策、應(yīng)急通信和人員定位等基礎(chǔ)研究、技術(shù)和裝備研發(fā)，最終形成了以定量分析、定性分析和經(jīng)驗(yàn)分析結(jié)合相互補(bǔ)的，具有事故感知、辨別、預(yù)防、救援和應(yīng)急預(yù)案功能的單一災(zāi)害煤礦事故應(yīng)急技術(shù)與裝備。

對(duì)于各煤礦，具有豐富的單種災(zāi)害治理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于多災(zāi)種孕育耦合關(guān)系、鏈生機(jī)理、協(xié)同防控關(guān)鍵環(huán)節(jié)及災(zāi)后救援體系仍未明確。單種災(zāi)害都是孤立地開(kāi)展“感知-預(yù)防-避險(xiǎn)-救援”四個(gè)階段[10]，孤立地開(kāi)展針對(duì)單一災(zāi)害類型進(jìn)行的應(yīng)急避險(xiǎn)技術(shù)研究，多種災(zāi)害間存在鏈生，給災(zāi)害預(yù)防提供難度，多災(zāi)種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法鮮有涉及，危險(xiǎn)源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估只針對(duì)其中一種或兩種災(zāi)害，多災(zāi)種鏈生耦合機(jī)理尚未完全搞清楚，防治手段未統(tǒng)一，增加了預(yù)防難度，在災(zāi)害治理過(guò)程中也存在順序、主次關(guān)系不明確，沒(méi)有形成多災(zāi)種綜合防治，發(fā)生災(zāi)害時(shí)，相應(yīng)的增加了應(yīng)急處置和救援的難度。

3 多災(zāi)種災(zāi)害對(duì)應(yīng)急救援體系的沖擊

3.1 鏈生災(zāi)害對(duì)災(zāi)害預(yù)防的影響

1) 防控手段的變化。災(zāi)害預(yù)防一般遵循“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的原則，采掘空間多種災(zāi)害的防控并不能簡(jiǎn)單進(jìn)行疊加，必須形成不同措施的有機(jī)協(xié)調(diào)，沖擊地壓公認(rèn)的理論是三因素機(jī)理[6]，瓦斯析出關(guān)鍵是增加煤體的裂隙度，釋放頂板壓力是解決堅(jiān)硬頂板的有效方法，總之，這些手段都是實(shí)現(xiàn)能量的耗散和轉(zhuǎn)移，具有協(xié)同防控的基礎(chǔ)，可以考慮使用復(fù)合煤巖動(dòng)力災(zāi)害的防控方法[6]。

采掘過(guò)程應(yīng)力狀態(tài)變化要考慮其他災(zāi)害發(fā)生的誘導(dǎo)關(guān)系，回采過(guò)程中，在隨機(jī)性擾動(dòng)沖擊波的高應(yīng)利復(fù)雜力學(xué)環(huán)境下，頂板斷層活化狀態(tài)對(duì)煤體的應(yīng)力作用能孕育出頂板沖擊冒頂[11]，二者的防控時(shí)間和防治手段應(yīng)協(xié)同考慮。具有沖擊地壓和瓦斯突出相關(guān)災(zāi)害的礦井，其防治過(guò)程會(huì)增加煤層裂隙的數(shù)量，對(duì)于具有自燃傾向的煤層，煤體的破碎程度和裂隙的增多加速了煤自燃的發(fā)生，這種災(zāi)害鏈生基礎(chǔ)，對(duì)火災(zāi)事故的預(yù)防起到負(fù)面的作用，防控手段需綜合考慮。一般礦井通過(guò)濕式降塵對(duì)煤塵能進(jìn)行有效控制，對(duì)于自然發(fā)火的煤層，如遇災(zāi)后極端環(huán)境下，煤塵濃度控制不到位，極易發(fā)生煤塵爆炸，需要考慮極端環(huán)境下的防控手段。

2) 防控主次關(guān)系變化。各自災(zāi)害治理順序由其厲害關(guān)系和權(quán)重關(guān)系決定，如果出現(xiàn)鏈生災(zāi)害時(shí)，一種災(zāi)害潛在的影響可以在很多程度上影響另一種災(zāi)害，其治理過(guò)程出現(xiàn)矛盾時(shí)，治理過(guò)程要以主導(dǎo)災(zāi)害為首，主次關(guān)系會(huì)發(fā)生很大的變化。對(duì)于瓦斯或煤塵爆炸，滿足濃度達(dá)到一定數(shù)值的條件下具有火源，二者均依靠自然發(fā)火或偶然因素的出現(xiàn)，災(zāi)害發(fā)生等級(jí)低于自燃或其他災(zāi)害，具有被動(dòng)誘發(fā)性。沖擊地壓和自燃的發(fā)生可誘發(fā)其他災(zāi)害的發(fā)生，防控地位明顯高于其他災(zāi)害，防控順序?qū)儆趦?yōu)先級(jí)。

隨著鏈生災(zāi)害的增多，危害性凸顯，對(duì)應(yīng)急救援體系提出更高的要求，應(yīng)急救援的發(fā)展方向就是融合不同類型災(zāi)害，深度分析各災(zāi)害之間的相互影響關(guān)系，構(gòu)建多災(zāi)種鏈生耦合的模型，形成多災(zāi)種防控體系，構(gòu)建現(xiàn)代化的應(yīng)急救援體系。

3.2 鏈生災(zāi)害對(duì)救援體系的影響

煤礦生產(chǎn)中出現(xiàn)的突發(fā)事故具有危險(xiǎn)性、復(fù)雜性和緊急性的特點(diǎn)，單災(zāi)種已經(jīng)建立起一系列防災(zāi)減災(zāi)和救援體系，在災(zāi)害預(yù)防、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急救援和災(zāi)后處理等方面發(fā)揮了重要作用。鏈生災(zāi)害的群發(fā)性加劇了事故的嚴(yán)重性，對(duì)現(xiàn)有應(yīng)急救援體系造成很大的沖擊，應(yīng)急救援應(yīng)由單災(zāi)種救援發(fā)展成為多災(zāi)種協(xié)同管理，提高應(yīng)急救援和處置能力。

1) 救援模式向多種災(zāi)害發(fā)展。逃生路線前段，優(yōu)化以過(guò)渡站為主，中部配備長(zhǎng)時(shí)自救裝備接力逃生，末端設(shè)置永久避難硐室、大直徑預(yù)鉆孔逃生通道或螺旋梯等的逃生模式適合單種災(zāi)害，災(zāi)害后井下存活人員以逃生為主，避險(xiǎn)為輔。但多災(zāi)種鏈生災(zāi)害更具危險(xiǎn)性，單一的救援模式不能適合所有的鏈生災(zāi)害，根據(jù)不同災(zāi)害鏈生基礎(chǔ)，分析出適合不同災(zāi)害的救援模式，制定針對(duì)多種災(zāi)害的逃生路線。

2) 應(yīng)急預(yù)案演練復(fù)合化。人員培訓(xùn)以基礎(chǔ)能力訓(xùn)練為主，根據(jù)災(zāi)害類型進(jìn)行單種事故模擬演練，提高人員應(yīng)對(duì)各種突發(fā)災(zāi)害救援能力，無(wú)論是現(xiàn)如今的情景實(shí)操、仿真演練、VR情景都針對(duì)單一災(zāi)害，一旦災(zāi)害鏈生群發(fā)，事故嚴(yán)重性加劇，救援能力和自救能力均未知，不滿足現(xiàn)代救援的需要，對(duì)多災(zāi)種鏈生災(zāi)害模擬演練的需求提出了更高的要求，根據(jù)復(fù)合災(zāi)害發(fā)生類型，模擬復(fù)合災(zāi)害發(fā)生情景，對(duì)多種災(zāi)害發(fā)生后應(yīng)急逃生路線及救援方法進(jìn)行升級(jí)，推進(jìn)鏈生災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案形成，對(duì)現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)基地災(zāi)害場(chǎng)景進(jìn)行整合，提高多災(zāi)種模擬演練能力。

3) 救援隊(duì)伍救災(zāi)能力提升，救援裝備向多功能救援發(fā)展。應(yīng)急救援隊(duì)伍數(shù)量少，人員綜合素質(zhì)較差，面對(duì)復(fù)雜災(zāi)害類型的突發(fā)事故時(shí)，往往做不到全面分析災(zāi)害形勢(shì)、救援方法，影響第一時(shí)間救援效率，多災(zāi)種鏈生災(zāi)害對(duì)救援人員素質(zhì)提出更高的要求，培養(yǎng)鏈生災(zāi)害事后處置辦法和救援方法，需提高救援隊(duì)伍配備專用裝備規(guī)格，向多功能、復(fù)合化發(fā)展。

4) 應(yīng)急制度有待完善。在應(yīng)急制度建設(shè)方面，需要建立并完善應(yīng)急日常管理制度，利用現(xiàn)代通訊手段，整合各災(zāi)害數(shù)據(jù)中心，打破信息孤島，建立并完善鏈生災(zāi)害事故綜合監(jiān)測(cè)與預(yù)警制度、多災(zāi)種應(yīng)急預(yù)案管理及應(yīng)急演練制度、應(yīng)急物資裝備管理制度、安全避險(xiǎn)設(shè)施管理和使用制度、應(yīng)急資料檔案管理制度等。構(gòu)建立體的、全覆蓋的、適合多種災(zāi)害的現(xiàn)代應(yīng)急制度體系，實(shí)現(xiàn)多種災(zāi)害應(yīng)急救援的制度保障。

5) 應(yīng)急救援技術(shù)需進(jìn)一步提高。災(zāi)后應(yīng)急救援是減小災(zāi)害損失、控制擴(kuò)大范圍的重要環(huán)節(jié)[4]，借助救援傳統(tǒng)設(shè)備優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展適應(yīng)多災(zāi)種災(zāi)害救援的應(yīng)急裝備，應(yīng)用于應(yīng)急救援工作；對(duì)鏈生災(zāi)害耦合基礎(chǔ)、關(guān)鍵共性技術(shù)等方面加大研究力度；加大應(yīng)急系統(tǒng)、培訓(xùn)系統(tǒng)等的革新和升級(jí)[12]，各種鏈生災(zāi)害的自救培訓(xùn)。為重大鏈生災(zāi)害事故應(yīng)急救援提供新技術(shù)，提升現(xiàn)代化救援水平。

4 結(jié) 論

1) 沖擊地壓、煤與瓦斯突出、頂板事故、水災(zāi)、火災(zāi)和煤塵爆炸等災(zāi)害鏈生是建立在多尺度、多時(shí)空、多誘發(fā)性的一種復(fù)雜鏈生耦合過(guò)程中的[4]，鏈生災(zāi)害給煤礦災(zāi)害防控、災(zāi)后救援提出了更多的難題。

2) 具有事故感知、辨別、預(yù)防、救援和應(yīng)急預(yù)案功能的單一災(zāi)害救援體系不適應(yīng)多災(zāi)種鏈生災(zāi)害，對(duì)災(zāi)害防控手段、防控主次關(guān)系和救援體系等的變化產(chǎn)生了負(fù)面影響。

3) 探討了在救援模式、應(yīng)急預(yù)案等不同方面的做法，提高鏈生災(zāi)害應(yīng)急救援體系，在多災(zāi)種鏈生耦合機(jī)理及應(yīng)急救援共性關(guān)鍵技術(shù)等方面仍需進(jìn)一步研究，為攻破多災(zāi)種應(yīng)急救援的難題，提供保障。