◎ 國(guó)家開(kāi)發(fā)大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院 曹旭

我國(guó)是世界上煤炭資源最豐富的國(guó)家之一，以煤為主是我國(guó)能源安全的基本戰(zhàn)略。近年來(lái)，盡管國(guó)內(nèi)對(duì)石油、天然氣等能源的需求快速增長(zhǎng)，對(duì)煤炭的需求有所下降，但由于我國(guó)具有富煤、貧油、少氣的資源特點(diǎn)，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍將以煤炭為主要能源。煤炭工業(yè)是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，支撐著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，我國(guó)約76%的發(fā)電能源、76%的工業(yè)燃料和動(dòng)力、60%的民用商品能源和70%的化工原料都由煤炭供給。新中國(guó)成立以來(lái)尤其是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)煤炭工業(yè)得到了很大發(fā)展，取得了舉世矚目的成就，全國(guó)原煤產(chǎn)量由1949年的3200 萬(wàn)t、改革開(kāi)放初期的6 億t 左右，提高到2022年的45.6 億t，原煤產(chǎn)量居世界前列。

然而，由于我國(guó)煤層賦存與地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，而且煤炭生產(chǎn)主要是井工作業(yè)，伴生災(zāi)害多。近幾年，隨著安全生產(chǎn)監(jiān)管力度的加強(qiáng)、煤礦機(jī)械化程度的提高，全國(guó)煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)大幅下降，煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)也呈現(xiàn)出持續(xù)好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。但我國(guó)煤礦尚未實(shí)現(xiàn)對(duì)各種災(zāi)害事故的有效控制，重特大惡性事故仍時(shí)有發(fā)生。煤礦安全生產(chǎn)是我國(guó)安全生產(chǎn)的重中之重，安全生產(chǎn)形勢(shì)依然相當(dāng)嚴(yán)峻。目前影響我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的主要有瓦斯、火、水、煤塵、頂板等災(zāi)害。通過(guò)對(duì)上述五種災(zāi)害類型及特征進(jìn)行介紹，以期使讀者了解煤礦典型災(zāi)害，熟悉煤礦安全基本領(lǐng)域。

煤礦典型災(zāi)害類型及特征

瓦斯災(zāi)害

礦井瓦斯是指在煤層與圍巖內(nèi)賦存并能涌入到礦井、以甲烷為主的有害氣體總稱，是成煤過(guò)程的一種伴生產(chǎn)物。瓦斯無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒，但其濃度如果超過(guò)57%，能使空氣中氧濃度降低至10%以下，煤礦井下常因進(jìn)入通風(fēng)不良的盲巷而發(fā)生窒息傷亡。礦井瓦斯是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要自然因素之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003～2021 年我國(guó)共發(fā)生煤礦瓦斯事故3037 起，死亡12950 人，占事故發(fā)生總起數(shù)和總死亡人數(shù)11.75%和30.09%。目前，我國(guó)煤礦瓦斯災(zāi)害主要有瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、瓦斯燃燒、中毒窒息等。對(duì)于瓦斯事故，“十一五”期間我國(guó)發(fā)生較大以上瓦斯爆炸事故213 起，死亡2088 人，分別占較大以上瓦斯事故的44.75%和56.04%；煤與瓦斯突出58 起，死亡1199 人，分別占32.98%和32.18%；中毒窒息89 起，死亡354 人，分別占18.7% 和9.5%；瓦斯燃燒17 起，死亡85 人，分別占3.57%和2.28%。由此可見(jiàn)，瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出是煤礦瓦斯災(zāi)害之最，造成許多人員傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失。因此，預(yù)防瓦斯災(zāi)害對(duì)降低煤礦事故、保證煤炭工業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。

礦井火災(zāi)

在礦井范圍內(nèi)發(fā)生，威脅安全生產(chǎn)、造成一定資源和經(jīng)濟(jì)損失或者人員傷亡的燃燒事故稱為礦井火災(zāi)。礦井火災(zāi)通常發(fā)生在煤礦井下巷道、工作面、硐室、采空區(qū)等地點(diǎn)，有時(shí)能夠波及和威脅井口附近地面。礦井火災(zāi)是煤礦重大災(zāi)害之一，按引火原因分類包括內(nèi)因火災(zāi)（自燃火災(zāi)）和外因火災(zāi)。內(nèi)因火災(zāi)是在一定的外部（適量的通風(fēng)供氧）條件下，煤自身發(fā)生物理化學(xué)變化，產(chǎn)生并積聚熱量，使其溫度升高，達(dá)到自燃點(diǎn)而形成的火災(zāi)。外因火災(zāi)是在外界火源（明火或高溫?zé)嵩矗┑淖饔孟?，引起燃燒而形成的火?zāi)。在整個(gè)礦井火災(zāi)事故中，內(nèi)因火災(zāi)占的比例很大，90%以上屬于內(nèi)因火災(zāi)的范疇。因此，煤層自燃是產(chǎn)生煤礦火災(zāi)的主要原因。影響煤炭自燃的因素很多，其中，煤的變質(zhì)程度是煤自燃傾向性的決定性因素。統(tǒng)計(jì)表明，褐煤最易自燃，無(wú)煙煤不易自燃，煙煤介于二者之間。礦井一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)發(fā)展迅速，變化復(fù)雜，影響范圍廣，往往造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)資源損失，甚至引發(fā)瓦斯煤塵爆炸，使災(zāi)害的程度和范圍相應(yīng)擴(kuò)大，釀成更大災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003～2021 年期間，全國(guó)煤礦共發(fā)生火災(zāi)事故120 起，死亡770 人，分別占事故總數(shù)和總死亡人數(shù)的0.47%和1.79%。

礦井水災(zāi)

礦井水災(zāi)（通常稱為透水），是煤礦常見(jiàn)的主要災(zāi)害之一。礦井在建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，地面水和地下水通過(guò)各種通道涌入礦井，當(dāng)?shù)V井涌水超過(guò)正常排水能力時(shí)，就造成礦井水災(zāi)。我國(guó)不僅是世界主要的產(chǎn)煤大國(guó)，而且也是受水害危害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。一旦發(fā)生透水，不但影響礦井正常生產(chǎn)，而且有時(shí)還會(huì)造成人員傷亡，淹沒(méi)礦井和采區(qū)。按照煤礦水害來(lái)源的不同，可將水害類型分為地表水水害、孔隙水水害、裂隙水水害、巖溶水水害和老空（窯）水水害等5 類。其中，前4 類均與煤礦床的水文地質(zhì)條件有關(guān)。我國(guó)煤礦較大的突水災(zāi)害多屬底板水，突水的過(guò)程決定于礦井水文地質(zhì)及采掘現(xiàn)場(chǎng)條件。一般突水事故可歸納為2 種情況：一種是突水量小于礦井最大排水能力，地下水形成穩(wěn)定的降落漏斗，迫使礦井長(zhǎng)期大量排水；另一種是突水量超過(guò)礦井的最大排水能力，造成整個(gè)礦井或局部采區(qū)淹沒(méi)。各類突水事故發(fā)生時(shí)，均可能表現(xiàn)出多種突水預(yù)兆，例如：煤層潮濕、松軟；煤幫出現(xiàn)滴水、淋水現(xiàn)象；有時(shí)煤幫出現(xiàn)鐵銹色水跡；工作面氣溫降低或出現(xiàn)霧氣；有時(shí)可聞到水聲；礦壓增大發(fā)生片幫冒頂及底鼓。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年，全國(guó)煤礦共發(fā)生水害死亡事故4 起、死亡48 人，同比起數(shù)減少3 起、死亡人數(shù)增加23 人，分別占全國(guó)煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)的4.4%和27.0%。做好礦井防水工作，是保證礦井安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容之一。

煤塵災(zāi)害

煤炭生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生煤塵，其主要危害有煤塵爆炸、職業(yè)危害等。煤塵爆炸是在高溫或一定點(diǎn)火能的熱源作用下，空氣中氧氣與煤塵急劇氧化的反應(yīng)過(guò)程，是一種非常復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。爆炸過(guò)程能夠形成高溫、高壓、沖擊波，火焰溫度為1600～1900℃，爆源溫度達(dá)到2000℃以上。此外，煤塵爆炸具有連續(xù)性。由于煤塵爆炸具有很高的沖擊波速，能將巷道中落塵揚(yáng)起，甚至使煤體破碎形成新的煤塵，形成連續(xù)爆炸。同時(shí)，煤塵爆炸存在感應(yīng)期，即煤塵受熱分解產(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃?xì)怏w形成爆炸所需的時(shí)間。其感應(yīng)期主要決定于煤的揮發(fā)分含量，一般為40～280。煤塵揮發(fā)分會(huì)參與煤塵爆炸反應(yīng)，導(dǎo)致?lián)]發(fā)分減少。并且爆炸會(huì)使部分煤塵焦化，形成黏焦沉積于支架和巷道壁面。爆炸過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量CO，造成井下人員中毒傷亡。煤塵爆炸需要同時(shí)具備三個(gè)條件：煤塵本身具有爆炸性；煤塵懸浮于空氣，并達(dá)到一定的濃度；存在能引燃煤塵爆炸的高溫?zé)嵩?。煤塵的爆炸濃度范圍與煤的成分、粒度、引火源的種類和溫度等條件有關(guān)。對(duì)于瓦斯礦井，煤塵則有可能參與瓦斯同時(shí)爆炸。煤塵或瓦斯煤塵爆炸，都將給礦山以突然性的襲擊，釀成嚴(yán)重災(zāi)害。此外，煤塵降低工作場(chǎng)所能見(jiàn)度。在綜采工作面割煤時(shí)，工作面能見(jiàn)度極低，往往會(huì)導(dǎo)致誤操作，增加工傷事故的發(fā)生。

頂板災(zāi)害

頂板事故是指在地下采煤過(guò)程中，頂板意外冒落造成人員傷亡、設(shè)備損壞、生產(chǎn)停止等。頂板事故雖然每次人數(shù)不多，但因發(fā)生次數(shù)多，其傷亡總數(shù)并不次于瓦斯、煤塵爆炸，是煤炭安全生產(chǎn)中最易發(fā)生的事故之一。頂板事故按力源可分為壓垮型、漏冒型與推垮型三大類。壓垮型冒頂是由垂直于層面方向板力壓壞采場(chǎng)支架而導(dǎo)致的冒頂；漏冒型冒頂是因已破碎頂板沒(méi)有得到有效防護(hù)受重力作用而導(dǎo)致新的冒頂；推垮型冒頂則是由平行于層面方向的頂板力推倒采場(chǎng)支架而導(dǎo)致的冒頂。此外，還可能出現(xiàn)綜合類型的冒頂。我國(guó)煤礦頂板條件差異較大，多數(shù)大中型煤礦頂板屬于局部不平、裂隙比較發(fā)育，平整頂板約占11%，破碎、松軟頂板約占5%。在實(shí)行綜采之前，頂板事故在煤礦事故中占有很高的比例，隨著液壓支架的使用及對(duì)頂板事故研究和預(yù)防技術(shù)的深入和逐步完善，頂板事故所占比例有所下降，但仍然是煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一。隨著采深增加、巷道斷面加大等，工作面與巷道的頂板事故預(yù)防更加重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003-2021 年煤礦頂板事故發(fā)生次數(shù)高達(dá)13237 次，占比51.22%；死亡15554 人，占比36.159%。頂板事故的起數(shù)和由于頂板事故造成的總死亡人數(shù)所占的比例都是煤礦各類事故中最高的，應(yīng)給予足夠的重視。

結(jié)論

1.隨著安全生產(chǎn)監(jiān)管力度的加強(qiáng)、煤礦機(jī)械化程度的提高，煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)也呈現(xiàn)出持續(xù)好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。但由于大多數(shù)煤礦的地質(zhì)條件復(fù)雜、伴生災(zāi)害多，給煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)很多困難和問(wèn)題，形勢(shì)依然很嚴(yán)峻。目前影響我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的主要有瓦斯、煤塵、火、水、頂板等典型災(zāi)害。

2.瓦斯及頂板災(zāi)害排在煤礦事故起數(shù)及死亡人數(shù)的前兩位，其次是礦井水災(zāi)與火災(zāi)。煤塵爆炸事故雖然發(fā)生概率相對(duì)較低，但破壞性強(qiáng)。并且煤塵職業(yè)危害大，易造成塵肺危害。五大典型災(zāi)害威脅煤礦安全生產(chǎn)，需要進(jìn)一步發(fā)展煤礦災(zāi)害理論與技術(shù)，開(kāi)展煤礦安全科學(xué)技術(shù)攻關(guān)。

3.我國(guó)煤炭開(kāi)采深度逐步增加，導(dǎo)致地應(yīng)力、瓦斯壓力越來(lái)越高，瓦斯涌出量越來(lái)越大，煤礦致災(zāi)的復(fù)雜性和治理的難度都在增加。瓦斯災(zāi)害越來(lái)越嚴(yán)重，圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題更加突出，受災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域逐漸擴(kuò)大，部分原無(wú)突出危險(xiǎn)的煤礦也開(kāi)始出現(xiàn)動(dòng)力現(xiàn)象，給煤礦災(zāi)害防治帶來(lái)挑戰(zhàn)。