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【关键词】煤矿开采;瓦斯爆炸;原因;防治;措施;
国家对煤炭工业发展提出了更高的要求,因此必须强化安全生产,确保其持续、稳定、健康发展。从煤矿事故统计数据来看,煤矿发生的重大事故大多数是由于瓦斯爆炸,我国目前国有重点煤矿大多数属于瓦斯矿井,因此预防控制瓦斯爆炸事故,是实现煤矿安全生产的关键。瓦斯防治是煤矿安全工作的重中之重,必须采取有利措施,有效防治煤矿重特大瓦斯事故的发生,以确保煤矿的安全生产。
1 煤矿开采中瓦斯爆炸原因分析
1.1瓦斯爆炸特点
根据对以往煤矿瓦斯爆炸事故的统计分析,发现有如下一些特点:事故地点多发生在采煤与掘进工作面;高瓦斯矿井、低瓦斯矿井均有发生,且低瓦斯矿井所占比例较大;多为火花引爆;瓦斯爆炸造成的破坏波及范围大,多为大事故;煤矿瓦斯爆炸事故多伴生煤尘爆炸。瓦斯爆炸多发生在条件落后的小型煤矿或基建、技改矿井和转制矿井。
1.2事故原因分析
煤矿发生瓦斯爆炸事故与许多因素有关;但主要与自然因素、安全技术手段、安全装备水平、安全意识和管理水平等有关。发生瓦斯爆炸事故,往往是综合因素作用的结果。
1.2.1瓦斯的积聚。煤矿开采造成瓦斯积聚的主要原因是通风系统不合理和局部通风管理不善。有的因通风系统不合理,存在风流短路、多次串联和循环风,造成供风地点风量不足,而引起瓦斯积聚;有的因局部通风机安装位置不当、风筒未延伸到供风点或脱落引起供风点有效风量不足,而造成瓦斯积聚;极少数是因停电停风或者盲巷积聚而引起瓦斯积聚。
1.2.2有引爆的火源。煤矿开采引爆瓦斯的火源有:爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等。放炮和电器设备产生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。
1.2.3瓦斯管理监管不力。好多矿井开采条件差,存在重生产,轻安全的麻痹思想。有的矿井安全监控系统监控不力、监测不到位是普遍现象。
1.2.4采掘布置不合理。一些煤矿企业由于采煤方法落后或者受短期利益驱动,矿井采掘布置不合理,通风系统不完善,给安全生产带来了严重隐患。
1.2.5违规操作。许多事故分析发现,瓦斯事故多为责任事故,违章操作或管理不当是造成事故的主要原因。因此,管理水平和职工的安全意识,对于煤矿的长期安全生产非常重要。
2 煤矿开采中瓦斯爆炸的治措施
“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理十二字方针确立了瓦斯防治的指导思想和方法。在煤矿生产过程中,瓦斯爆炸、燃烧和窒息事故的防治应以预防为主,落实好各项规章制度,杜绝日常生产中存在的瓦斯危害隐患。
2.1落实矿井瓦斯管理制度
根据矿井生产情况,按照《煤矿安全规程》有关规定,要建立和健全矿井瓦斯管理的有关规定和制度,相关工作人员要严格遵守、执行。如:爆破过程中的瓦斯管理制度,排放瓦斯的有关规定,瓦斯监测装备使用、管理的有关规定,盲巷、旧区和密闭启封等瓦斯管理规定,矿井瓦斯抽放、防止煤与瓦斯突出的规定。加强瓦斯抽放管理,瓦斯抽放可以将煤层中存在或释放出的瓦斯通过机械设备和专用管路抽出来,输送到地面或其他安全地点。抽放瓦斯是防治瓦斯灾害的治本措施,不仅降低了瓦斯涌出量,消除了瓦斯爆炸隐患,还能将抽出的瓦斯收集并加以利用,变害为利。
2.2强化井下火源防治措施
对煤矿井下的爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等火源都有一些相应的防治措施,除炸药安全性检验、电器防爆检验、摩擦火花检验外,还需防止火源与瓦斯积聚在同时同地点出现。另外,加强明火的管理,严格动火制度,消除引爆瓦斯的火源。
2.3建立健全瓦斯和通风监测监控系统
按照《煤矿安全监控系统通用技术标准》(AQ 6201_2006)及《煤矿安全规程》的要求,建立完整、可靠的煤矿瓦斯、通风监测监控系统。掌握瓦斯涌出规律,进行科学、合理通风,及时发现瓦斯超限或积聚事故隐患,通过加强通风等措施消除瓦斯积聚,通过报警、断电停止作业、撤出人员等措施避免瓦斯事故的发生。
2.4加强通风管理
防止井下瓦斯积聚,首先应加强矿井通风。按实际需要分配风量并及时调节风量,利用新鲜空气来稀释并排出瓦斯,必须确保风量、风速符合《煤矿安全规程》的要求。为此,应做好以下几方面的工作:
采用机械通风。每个矿井都必须采用机械通风,禁止单独利用自然通风。主要通风机一套运转,一套备用;实行分区通风。实行分区通风,不仅可以保证各采掘面都有新鲜风流,而且在发生瓦斯燃烧或爆炸事故时,可以减小灾难范围,减少灾难损失。加强掘进巷道通风。掘进巷道应采用全风压通风或局部通风机通风。做好局部通风机管理,风筒“三个末端”管理,特别是高、突矿井掘进工作面要严格执行局部通风机供电要求。局部通风机要设置在进风口的新鲜风流处,禁止产生循环风。风筒要悬挂在巷道一帮,保持完好。风筒口离工作面的距离最大不超过5m。临时停工的地点不准停风。及时构建通风设施。为保证矿井正常通风,应在井下适当位置设置控制风流的设施,如风门、风桥、挡风墙、调节风窗等。井下要及时构建通风设施,并保证质量,经常维修,保持完好。通过风门时,应随手关好。每个矿工对任何通风构筑物都必须爱护,绝不允许任意损坏。保证风流通畅。加强通风是目前处理瓦斯的主要手段,风流不畅就会发生瓦斯事故。为保持井下采掘工作面、巷道和其他工作地点风流畅通,不得在这些地点堆积杂物,并应加强维护,以保证足够的通风断面。
2.5强化隔爆措施
矿井隔爆抑爆装置,是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障。当瓦斯爆炸发生后,依靠预先设置的装置,可以阻止爆炸的传播,限制火焰的传播范围。主要有被动式隔爆棚和自动抑爆装置。
被动式隔爆棚。隔爆岩粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚,因成本低、安装方便,因而得到了广泛的使用。其中,隔爆水袋棚的使用最为广泛,具有适应性强,安装、拆卸和移动方便的特点。
自动式抑爆装置。使用压力或温度传感器,在爆炸发生时探测爆炸波,及时将预先放置的水、岩粉、N2.CO2等喷洒到巷道中,从而达到抑制爆炸火焰传播的目的。
总之,瓦斯爆炸事故的防治,是煤矿安全工作的一个系统工程。可靠的安全装备和采取有效的措施是前提条件,重点是强化安全管理和安全监督,重视员工安全意识的培养。只有把安全放在首位,认真落实好“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理“十二字”方针和建立起完善的“通风可靠、监控有效、抽采达标、管理到位”的瓦斯防治工作体系,健全各项规章制度,合理加大安全投入,瓦斯爆炸事故及其他灾害事故才能大幅度地减少,煤矿的安全状况才能得到根本好转。
参考文献:
[1]张耀丽,王凤英.浅析煤矿瓦斯爆炸事故的原因及预防措施.科技信息[J].2009年第3期.
[关键词]瓦斯爆炸、原因分析、预防措施、加强管理、预防爆炸。
中图分类号:X321 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)10-0270-01
在煤炭开采过程中,瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、中毒、窒息矿井火灾、透水、顶板冒落等多种灾害事故时有发生。在这些事故中尤以瓦斯爆炸造成的损失最大,从每年的事故统计中来看,煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中,绝大多数是由于瓦斯爆炸,约占特大事故总数的70%左右,为此,瓦斯称为煤矿灾害之王。因此,分析瓦斯爆炸原因,制订防治措施,十分重要。
1 瓦斯爆炸原因分析
1.1 瓦斯爆炸特点
根据多年对煤矿瓦斯爆炸事故统计分析,可以发现有如下一些特点:①瓦斯爆炸多为大事故;②事故地点多发生在采煤与掘进工作面;③瓦斯爆炸造成的破坏波及范围大;④多为火花引爆;⑤高瓦斯矿井、低瓦斯矿井均有发生;⑥瓦斯爆炸多发生在乡镇煤矿。
1.2 事故原因分析
煤矿发生瓦斯爆炸事故与许多因素有关,但总的来说,主要与自然因素、安全技术手段、安全装备水平、安全意识和管理水平等有关,发生瓦斯爆炸事故往往是以上因素相互作用所导致的。
1.2.1 煤矿开采条件差
我国煤矿井下开采条件普遍较差,据统计,全国国有重点煤矿共有580处矿井进行了瓦斯等级鉴定,其中高瓦斯矿井160处,低瓦斯矿井298处,煤与瓦斯突出矿井122处;有自然发火矿井372处,占64%,有煤尘爆炸危险矿井427处,占73.6% 。
例:南山煤矿现开采的15#层和18#层,均为容易自燃煤层,最短发火期为37天,一般发火期3~6个月,煤层自燃发火是影响南山矿煤安全生产的主要因素之一。
另外15号煤层、18-1号煤层、18-2号煤层已由有资质鉴定部门进行了煤尘爆炸性鉴定,经鉴定煤尘爆炸指数30.65%~35.44%,有爆炸危险。
经过2008年瓦斯等级鉴定为高瓦斯突出矿井。
1.2.2 瓦斯积聚的存在
煤矿井下造成瓦斯积聚的原因很多,但主要有通风系统不合理和局部通风管理不善是瓦斯积聚的主要原因。如1994年9月17日17时30分左右,南山煤矿西一区南部七层235普放区发生了一起特大瓦斯爆炸事故,造成56人死亡,11人受伤。
这起事故主要是涉及该区的通风设备较多,通风系统复杂、不稳定,上山角风机停运,造成瓦斯大量涌出到工作面及上山角,而引起瓦斯积聚:在工作面上出口处,采煤工在架梁过程中,使用手锤敲打铰接顶梁联结销时产生的火花而引起瓦斯爆炸。
1.2.3 引爆火源的存在
煤矿井下引爆瓦斯的火源有:爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等。但放炮和电器设备产生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。据统计在多起特大瓦斯爆炸事故中,有大部分是由放炮产生的火花引爆的;电器设备及电源线电火花引起爆炸的也占相当一部分比例。
1.2.4 装备不足、管理不落实
矿井安全装备配置不足,“先抽后采,监测监控,以风定产”方针未得到完全落实。经过特大瓦斯事故处理调查后得知,有的矿井没有安装瓦斯监控系统或运行不正常,有的矿井虽安装有监控系统,但因传感器数量不足、安装位置不对、线路存在故障、显示器不显示数据等问题,不能有效发挥其应有的作用。此外乡镇煤矿发生的特大瓦斯事故都没有装备瓦斯抽放系统或抽放系统不能有效运行,监控系统也不能有效发挥作用。
1.2.5 管理水平低
许多事故分析发现,违章操作或管理不当而造成了一些本可避免的事故,但未引起重视,最终酿成特大瓦斯爆炸事故。因此,管理水平和职工的安全意识对于煤矿的长期安全生产非常重要。
1.2.6 企业技术管理薄弱
一些煤矿企业由于采煤方法落后,引起矿井采掘布置不合理,通风系统不完善,此外,作业规程编制不符合实际,针对性不强,给安全生产带来了严重隐患。
2 加强瓦斯管理、制定技术措施、预防瓦斯爆炸
瓦斯爆炸事故的防治可分为预防爆炸和抑制爆炸。预防爆炸主要有:优化通风网络及通风系统,防治瓦斯积聚,进行瓦斯抽放,加强瓦斯浓度和火源监测,防止点火源的出现等;抑制爆炸主要采用隔爆抑爆装置将瓦斯爆炸限制在一定范围内,从而减少人员伤亡和灾害事故所造成的损失。
2.1 加强预防措施管理
2.1.1煤矿瓦斯抽放技术
提高瓦斯抽放率,主要对本煤层抽放、邻近层抽放和采空区抽放等;抽放工艺有顺层长钻孔、大直径钻孔、地面钻孔、顶板岩石和巷道钻孔等,并研制出与之相配套的强力钻机及配套机具。
例:南山煤矿使用的ZY-300型钻机、ZY-750型钻机对井下采取采前预抽、边掘边抽、采后边采边抽、上隅角埋管抽、顶板巷打高位孔抽等方法,真正做到了多措并举治理瓦斯,大大提高了瓦斯抽放量和抽放率,使安全环境得到进一步改善。
2.1.2 提高监测技术管理
矿井瓦斯浓度及火源的实时自动监测对于防止瓦斯爆炸非常重要,当发现瓦斯异常或有火源产生,立即采取措施可防止爆炸事故的发生。
我国目前开发了KJ90.KJ92.KJ94. KJ95. KJ73. KJ66. KJ2000. KJ2000N等型号的矿井安全监控系统,以及各类检测传感器、报警仪和断电仪。
例:现南山煤矿安装了KJ2000N型号矿井安全综合监控系统,并具有如下功能:
①矿井环境和工况参数实时监控;②主要通风机在线监测;③巷道火灾实时监测;④矿井瓦斯抽放实时监测;⑤冲击地压实时监测;⑥煤与瓦斯突出实时监测;⑦煤层自然发火实时监测; ⑧分布式光纤测温监测预报系统,对采空区内“三带”温度变化能够进行同时监测,提高了发火点精准定位。监控系统的安装极大地提高了煤矿的安全管理自动化水平,防止了许多事故的发生。
2.1.3 加强井下火源管理
对煤矿井下的爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等火源加强管理、制定防治措施,除炸药安全性检验、电器防爆检验、摩擦火花检验外、还需防止火源与瓦斯积聚在同时同地点出现,如放炮时检测瓦斯浓度,采用风电闭锁、瓦斯电闭锁等措施。所以加强明火管理,严格动火制度,可以消除引爆瓦斯的火源。
2.2 隔爆措施管理
矿井隔爆抑爆装置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障,当瓦斯爆炸发生后,依靠预先设置的装置可以阻止爆炸的传播,限制火焰的传播范围,主要有被动式隔爆水袋棚、隔爆岩粉棚装置。
被动式隔爆水袋棚、隔爆岩粉棚因成本低、安装方便,因而得到了广泛的使用,其中隔爆水袋棚的使用最为广泛。具有适应性强,安装、拆卸和移动方便的特点。
例:南山煤矿井下对各主要运输大巷、运输机道、采煤工作面、煤掘工作面进行安设隔爆水袋棚,经核定安设44处隔爆水袋棚,实际安设46处隔爆水袋棚。
3 结论
瓦斯爆炸事故的防治是煤矿安全工作的一个系统工程,除了完善可靠的安全装备和采取有效的措施外,还应加强安全管理和安全监督,重视员工安全意识的培养。只有把安全放在首位,认真落实瓦斯治理的“十二字”方针,健全各项规章制度,合理加大安全投入,才能预防瓦斯爆炸事故发生,煤矿的安全状况才能得到根本好转。
关键词:采矿区;瓦斯;爆炸;预防;技术
中图分类号:TD712文献标识码: A 文章编号:
引言:
煤矿采空区内环境条件复杂多变,由于采空区内残煤的氧化自燃等原因引起采空区内环境温度和压力逐渐升高,而瓦斯爆炸受很多因素的影响,如环境压力、环境温度都对瓦斯爆炸界限有重要影响。笔者针对煤矿采空区不同温度、不同压力等特殊环境条件下的瓦斯爆炸界限进行了研究,提出了预防煤矿采空区爆炸事故的安全对策措施,可为相关煤矿提供有效的预防采空区瓦斯爆炸的手段,从而保障矿井的安全生产。
1、煤矿采空区环境条件
随着煤矿开采强度的增大,煤矿开采深度也在逐渐增加,受瓦斯梯度的影响,瓦斯涌出量将随着开采深度的增加而增大,这使得采空区内瓦斯浓度也随之增大。以兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿为例,矿井生产初期9-15号煤的原始瓦斯含量为3.85m³/t;7号煤的原始瓦斯含量为4.14 m³/t。随着开采深度的增加,考虑到瓦斯梯度的因素,矿井生产后期煤的原始瓦斯含量在初期基础上乘以1.1的系数加以修正。故矿井生产后期9-15号煤的原始瓦斯含量为4.30m³/t;7号煤的原始瓦斯含量为4.55m³/t。硫磺沟煤矿采空区内瓦斯体积分数在18%~20%。由于采空区内未采尽煤的氧化自燃等原因引起采空区内环境温度和压力逐渐升高,其采空区内环境温度可达20~40℃,环境压力达0.1~0.5MPA。
2、环境温度对瓦斯爆炸界限的影响
运用特殊环境20L爆炸特性测试系统进行环境温度对瓦斯爆炸界限的影响实验研究。该测试系统由点火系统、高压配气系统、爆炸罐体、数据采集系统、高温加热系统五大部分组成。
在环境温度不高的情况下(<100℃),瓦斯爆炸上限与环境温度呈线性规律变化。随着环境温度的升高,瓦斯爆炸上限随之增大,当环境温度达到100℃时,瓦斯爆炸上限增大到16.5%。这是因为环境温度升高,其分子内能增加,正向反应速率常数变大,使原来不燃的系统成为可燃、可爆系统。
针对硫磺沟煤矿采空区内环境温度在20~40℃的特点,在环境温度为40℃的情况下,瓦斯爆炸上限为16.0%,而采空区内瓦斯体积分数在18%~20%,此上限浓度略低于该矿采空区内的瓦斯浓度。随着采空区内环境温度的升高,瓦斯爆炸上限明显增大,存在较大的爆炸危险性。所以在采空区必须实时监控环境温度,以防止瓦斯爆炸事故的发生。
3、环境压力对瓦斯爆炸上限的影响
试验在高压环境气体爆炸特性试验装置中进行,其上连接有压力传感器,并 与TST6150数据采集存储仪相连,用于测定爆炸前后的压力信号。采用DHN-200型高能电火花能量发生器产生电火花点火,在触发数据采集系统的同时,采用手动触发点火,实现对爆炸数据的采集。
在环境压力不高的情况下(<1.013MPA),瓦斯爆炸上限与环境压力呈线性关系变化。初始压力变大,瓦斯爆炸上限增大,且初始压力对瓦斯爆炸上限的影响非常明显。当初始压力增大到1.013 MPA时,瓦斯爆炸上限增大到20.5%。这是因为初始压力的增加,使得分子之间的碰撞频率得到增加,在一定程度上使得更多的瓦斯气体参与起始的爆炸反应,同时也增加了其反应速率,使得反应能够持续进行下去。
硫磺沟煤矿采空区环境压力在0.1~0.5MPa,当环境压力为0.503MPA时,瓦斯爆炸上限增大到17.6%,而采空区内瓦斯体积分数在18%~20%,此上限浓度略低于该矿采空区内的瓦斯浓度。随着采空区内环境压力的升高,瓦斯爆炸上限明显增大,存在较大的爆炸危险性。采空区内环境压力时常变化,所以必须实时监控采矿区内的环境压力,以防止瓦斯爆炸事故的发生。
4、影响瓦斯爆炸过程的主要因素
4.1、瓦期混合气体组成
长期以来,人们实验研究了瓦斯混合气体组成对爆炸过程的影响,从而确定了瓦斯爆炸的极限浓度,安全氧浓度范围的等浓度参数,并被写入一些经典著作或教材中,但就巷道内气体浓度分布对爆炸过程的影响没有多少的资料报道。作者认为巷道内瓦斯混合气体浓度分布不均一,建立起来的浓度梯度场,也会引起湍流的形成和增强。
4.2、点火源
有大量的资料报道点火源的实验研究,其研究主要集中在最小点火源的测试、点火方式和火源位置等方面。
4.3、巷道断面几何参数
瓦斯爆炸传播过程具有明显的尺寸效应。当实验管道直径小到一定尺寸时,爆炸火焰不能传播;当管道直径大小适当时,爆炸火焰传播到一定距离后形成弱爆轰,但随后火焰锋面的能量大部分被固壁界面吸收,爆炸自行消失;管道直径大于某一个临界值时,固壁界面的热效应不再占居主导地位,只要管道足够长,总可以形成爆轰。
4.4、障碍物的影响
火焰在试验管道内传播时,在容器壁面上(与粗糙度有关),剪切和速度梯度会在未燃流场中发展,如果还存在障碍物,则流场就会进一步变形,并在障碍物表面的边界层和尾迹中形成速度梯度,在火焰通过一个单台阶障碍物的过程中,在火焰未到达之前,未燃混合物的平移流动建立了一个高速梯度场和一个围绕障碍物的伴随绕流场;当火焰到达这一障碍物时,随着火焰沿梯度场的聚汇,火焰表面被迅速拉伸,并发生伸长和折叠,在尾迹流中的剪切层使当地燃烧速度得到相当大的增加火焰将在一个较大表面上消耗燃料和氧气,导致热释放率的增加,火焰传播速度加快;较高的燃烧速度导致了火焰前面未燃混合物较大的平移流动速度,这又会引起流场梯度的进一步增大,导致了更强烈的火焰伸展和折叠.
5、采空区瓦斯爆炸预防技术措施
根据发生瓦斯爆炸的条件,预防采空区自燃火灾瓦斯爆炸首要的最根本的措施就是预防煤自然发火。因此,必须坚持综合治理、预防为主的方针,
5.1、瓦斯爆炸界限受环境压力和环境温度的影响较大。由于煤矿采空区内的环境压力和环境温度经常发生变化,因此,针对煤矿采空区特殊的环境条件,提出有针对性的瓦斯爆炸预防技术措施是非常有必要的。
(1)为减少由于煤的氧化反应造成环境温度升高,采空区内不得遗留未经设计规定的煤柱。
(2)在开采过程中,煤层掘进工作面临近采空区时,必须采取相应措施,加强通风,控制火源等。
(3)采掘工作面的进风和回风不得经过采空区。
(4)抽放采空区瓦斯时,必须经常检查CO浓度和气体温度等参数的变化,发现有自然发火征兆时,应当立即采取措施。
(5)安装安全监控系统,时刻监测采空区内CH4、O2、CO、温度、湿度、压力、风速等参数,发现异常必须立即报告矿调度室,采取相应措施。
(6)开采容易自燃和自燃的煤层时,必须对采空区采取预防性灌浆或全部充填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体、均压等措施,编制相应的防灭火设计,防止自燃。
(7)采空区必须及时封闭。必须随采煤工作面的推进逐个封闭通至采空区的连通巷道。采用抗冲击密闭墙等措施加强采空区的密闭,防止向采空区内漏风。
5.2、综合性预防措施
(1)强制放顶
强制放顶就是在瓦斯浓度未达到爆炸(燃烧)界限时,把顶板 提前强制放下来。这时即使随着工作面向前推进,采空区瓦斯浓度能达到爆炸(燃烧)界限,但可提前将火源消灭于无形之中,使顶板岩石冒落相互摩擦产生的能量不足以引燃引爆瓦斯。因此采取强制放顶措施也是防止采空区瓦斯爆炸(燃烧)的有效手段。
在进行强制放顶前,应根据顶板岩石的性质、回采参数等因素准确计算放顶参数,计算 出放顶厚度,使放顶后 的采空区尽量不留空顶区。
(2)尾巷分流采空区瓦斯
尾巷分流采空区瓦斯的方法适应于煤层瓦斯含量不太大的矿井和煤炭不易自燃的煤层,保证采空区涌出的瓦斯不至于造成回风瓦斯浓度超限。根据《煤矿安全规程》(2001版)第一百三十七条规定,尾巷内瓦斯浓度不得超过2.5%,并应遵守有关规定。如果采空区瓦斯涌出量太大,导致工作面回风和总回风瓦斯浓度。超限,就要考虑结合瓦斯抽放等方法,共同治理采空区瓦斯。
(3)改革采煤方法
房柱式采煤方法由于其巷道布置的特殊性和采煤方法落后,煤炭回收率低,丢煤严重,采空区瓦斯大量涌出;由于煤柱的支撑作用,顶板冒落不及时,很容易造成顶板冒落带和瓦斯爆炸(燃料)适宜浓度带重叠,再加上足够的氧气,发生采空区瓦斯爆炸(燃烧)的可能性较大。而长壁工作面由于煤炭回收率高(一般达到90%以上),丢煤少,采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出的比例较小,其顶板管理为全部垮落法,随采随冒,一般不会形成大面积的空顶区,发生采空区瓦斯爆炸(燃料)的可能性非常小。
结语:
综上所述,通过科学的实验对采矿区的瓦斯爆炸的影响因素进行分析,找出应对措施,从而保障矿井的安全生产。
参考文献:
关键词:瓦斯爆炸;原因分析;控制措施;发展趋势
中图分类号:TD712.7 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2012)06-0059-02
在煤炭开采过程中,瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、中毒、窒息矿井火灾、透水、顶板冒落等多种灾害事故时有发生。在这些事故中尤以瓦斯爆炸造成的损失最大,从每年的事故统计中来看,煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中,绝大多数是由于瓦斯爆炸,约占特大事故总数的70%左右,为此,瓦斯称为煤矿灾害之王。因此,分析瓦斯爆炸原因,制订防治对策,显得特别重要。
1 瓦斯爆炸原因分析
1.1 瓦斯爆炸特点
根据多年对煤矿瓦斯爆炸事故统计分析,可发现有以下一些特点:①瓦斯爆炸多为大事故;②事故地点多发生在采煤与掘进工作面;③瓦斯爆炸造成的破坏波及范围大;④多为火花引爆;⑤高瓦斯矿井、低瓦斯矿井均有发生;⑥瓦斯爆炸多发生在乡镇煤矿;⑦基建、技改矿井和转制矿井瓦斯爆炸事故多发。
1.2 事故原因分析
煤矿发生瓦斯爆炸事故与许多因素有关,但总的来说,主要与自然因素、安全技术手段、安全装备水平、安全意识和管理水平等有关,发生瓦斯爆炸事故往往是以上因素相互作用所导致的。
1.2.1 煤矿开采条件差
我国煤矿井下开采条件普遍较差,据统计,2000年全国国有重点煤矿共有580处矿井进行了瓦斯等级鉴定,其中高瓦斯矿井160处,低瓦斯矿井298处,煤与瓦斯突出矿井122处;有自然发火矿井372处,占64%,有煤尘爆炸危险矿井427处,占73.6%。
1.2.2 瓦斯积聚的存在
煤矿井下造成瓦斯积聚的原因很多,但通风系统不合理和局部通风管理不善是瓦斯积聚的主要原因。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中,有22起主要是因通风系统不合理,存在风流短路、多次串联和循环风,造成供风地点风量不足,而引起瓦斯积聚;有9起主要是因局部通风机安装位置不当、风筒未延伸到供风点或脱落引起供风点有效风量不足,而造成瓦斯积聚;有两起事故主要是因停电、停风而引起瓦斯积聚;有1起是盲巷积聚的瓦斯被引爆。
1.2.3 引爆火源的存在
煤矿井下引爆瓦斯的火源有:爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等。但放炮和电器设备产生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中,有16起是由放炮产生的火花引爆的;有15起事故是由电器设备及电源线电火花引爆的。
1.2.4 装备不足、管理不落实
矿井安全装备配置不足,“先抽后采,监测监控,以风定产”方针未得到完全落实。如2005年发生的41起特大瓦斯事故中,有的矿井没有安装瓦斯监控系统或运行不正常,有的矿井虽安装有监控系统,但因传感器数量不足、安装位置不对、线路存在故障、显示器不显示数据等问题,不能有效发挥其应有的作用。此外,乡镇煤矿发生的特大瓦斯事故都没有装备瓦斯抽放系统或抽放系统不能有效运行,监控系统也不能有效发挥作用。如内蒙古乌海市乌达区巴音赛煤焦有限责任公司某井虽安装了瓦斯监控系统,但在其实际开采区域却并没有瓦斯传感器,而造成特大瓦斯事故的发生,死亡16人。
1.2.5 管理水平低
许多事故分析发现,违章操作或管理不当而造成了一些本可避免的事故,但未引起重视,最终酿成特大瓦斯爆炸事故。因此,管理水平和职工的安全意识对于煤矿的长期安全生产非常重要。
1.2.6 企业技术管理薄弱
一些煤矿企业由于采煤方法落后,引起矿井采掘布置不合理,通风系统不完善,此外,作业规程编制不符合实际,针对性不强,给安全生产带来了严重隐患。
2 控制瓦斯爆炸事故的技术措施
瓦斯爆炸事故的防治可分为预防爆炸和抑制爆炸。预防爆炸主要有:优化通风网络及通风系统,防治瓦斯积聚,进行瓦斯抽放,加强瓦斯浓度和火源监测,防止点火源的出现等;抑制爆炸主要采用隔爆、抑爆装置将瓦斯爆炸限制在一定范围内,从而减少人员伤亡和灾害事故所造成的损失。
2.1 瓦斯爆炸事故的预防措施
2.1.1 煤矿瓦斯抽放技术
(1)我国国有煤矿高瓦斯和瓦斯突出矿井占总矿井数的46%。瓦斯抽放是减少矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施,同时也是开发利用瓦斯能源、保护大气环境的重要手段。如皖北煤电集团公司祁东煤矿利用抽放瓦斯进行发电取得了可观的经济效益和社会效益。
(2)为提高瓦斯抽放率,目前主要需解决长钻孔定向钻进技术,包括测斜、纠偏技术;提高单一低透气性煤层的抽放率;研制钻进能力更强的钻机具;完善和提高扩孔技术、排渣技术、造穴技术和封孔技术;开发新的瓦斯抽放技术及设备。
(3)瓦斯抽放方法有本煤层抽放、邻近层抽放和采空区抽放等;抽放工艺有顺层长钻孔、大直径钻孔、地面钻孔、顶板岩石和巷道钻孔等。并研制出与之相配套的强力钻机及配套机具,如MK型长钻孔钻机和ZSM顺层强力钻机等。此外已研制出多种抽放泵及配套的监控系统和仪表等,大大提高了瓦斯抽放量和抽放率,使安全环境得到进一步改善。
(4)利用多分支羽状适用技术,解决低渗煤层瓦斯治理问题,以提高抽采率。
(5)煤矿瓦斯治理应与煤层气产业化紧密结合。
2.1.2 矿井瓦斯浓度及火源监测技术
矿井瓦斯浓度及火源的实时自动监测对于防止瓦斯爆炸非常重要,当发现瓦斯异常或有火源产生,立即采取措施可防止爆炸事故的发生。我国目前开发了KJ90、KJ92、KJ94、KJ95、KJ73、KJ66等型号的矿井安全监控系统,以及各类检测传感器、报警仪和断电仪。已有多个矿井安装了矿井安全综合监控系统,且具有以下功能:①矿井环境和工况参数实时监控;②主要通风机在线监测;③巷道火灾实时监测;④矿井瓦斯抽放实时监测;⑤中击地压实时监测;⑥煤与瓦斯突出实时监测;⑦煤层自然发火实时监测;⑧瓦斯爆炸或燃烧实时监测;⑨矿井电网监测等多种功能。监控系统的安装极大地提高了煤矿的安全管理自动化水平,防止了许多事故的发生。
2.1.3 井下火源防治
对煤矿井下的爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等火源都有一些相应的防治措施,除炸药安全性检验、电器防爆检验、摩擦火花检验外,还需防止火源与瓦斯积聚在同时同地点出现,如放炮时检测瓦斯浓度,采用风电闭锁、瓦斯电闭锁等措施。另外,加强明火的管理,严格动火制度,消除引爆瓦斯的火源。
2.1.4 优化通风网络及通风系统
合理可靠的通风系统是防止瓦斯事故和控制灾害扩大的重要措施,为此,瓦斯防治工程与采掘工程,必须同时设计,超前施工,同时投入使用。
2.2 隔爆措施
矿井隔爆、抑爆装置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障,当瓦斯爆炸发生后,依靠预先设置的装置可以阻止爆炸的传播,限制火焰的传播范围,主要有被动式隔爆棚和自动抑爆装置。
2.2.1 被动式隔爆棚
隔爆岩粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚因成本低、安装方便,因而得到了广泛的使用,其中隔爆水袋棚的使用最为广泛。目前研制的XGS型和KYG型隔爆棚,具有适应性强,安装、拆卸和移动方便的特点。
2.2.2 自动式抑爆装置
使用压力或温度传感器,在爆炸发生时探测爆炸波,及时将预先放置的水、岩粉、N2、CO2等喷洒到巷道中,从而达到抑制爆炸火焰传播的目的。如ZGB-Y型自动隔爆装置采用高压氮气引射消焰剂,能将爆炸限制在距爆源40~60 m之内;YBW-1型无电源触发式抑爆装置,适合安装在距爆源20~45 m的巷道中;ZYB-S型自动产气式抑爆装置采用实时产气原理,当传感器接收到燃烧或爆炸火焰时,触发气体发生器快产生的高压气体喷洒消焰剂,抑制火焰的传播。
3 结束语
瓦斯爆炸事故的防治是煤矿安全工作的一个系统工程,除了完善可靠的安全装备和采取有效的措施外,还应加强安全管理和安全监督,重视员工安全意识的培养。只有把安全放在首位,认真落实瓦斯治理的“十二字”方针,健全各项规章制度,合理加大安全投入,瓦斯爆炸事故及其他灾害事故才能大幅度地减少,煤矿的安全状况才能得到根本转变。
Cause Analysis and Countermeasures of Coal Mine Gas Explosion
Li Qiang
Abstract: The prevention of coal mine gas explosion accident is the focus of coal mine safety work. According to the factors of Xiayukou coal mine working face safety wind under the influence of randomness, fuzziness and uncertainty characteristics, using analytic hierarchy process to establish the safety evaluation index system of coal mining face, determine the weight of each index, and the evaluation model is established by using grey evaluation method, carries on the quality synthetic evaluation. The evaluation results show that the calculated results are consistent with actual situation, show that the gray analytic hierarchy process has important significance for the development of coal mine safety.
关键词: 安全评价;层次分析法;灰色评价法
Key words: safety evaluation;AHP;grey evaluation method
中图分类号:TD7 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)02-0057-02
0 引言
煤矿瓦斯爆炸事故具有很强的破坏性、突发性,是煤矿重大灾害事故之一。预防、控制瓦斯爆炸事故,是实现煤矿安全生产的关键。随着安全系统工程的不断发展和广泛应用,人们对煤矿安全评价的研究越来越重视,并取得很多重要的研究成果。采煤的危害大多来源于瓦斯爆炸,所以就需要运用系统工程的原理进行识别和分析潜在的危险因素。这样能够及时指导瓦斯爆炸的管理工作等,能够针对现场实际问题进行合理措施,对保护工作面的安全具有重要的意义[1]。
1 矿井概况
下峪口煤矿于1970年建矿,1975年投产,年生产能力120万吨,并建有年入洗原煤120万吨的选煤厂,依矿井设计能力尚可服务80余年。原煤产量最高达133万吨/年,洗精煤产量最高达80.6万吨/年。先开采的2#煤层平均厚度为1.0m,属低中灰、低硫、低磷、高发热量的国内稀缺煤种;首先工作面为2-3采区的23201的采煤工作面,埋藏深度为200m,工作面走向长度为160m,倾向长600m,煤层平均倾角7°,最大倾角20°,回采方法为单一走向(倾斜)长壁式采煤方法;矿井总排风量为13781m3/min,矿井有效风量为12109m3/min,有效风量率为87.87%;矿井通风方式为分区混合抽出式通风,矿井主要通风机为KZS-NO30;矿井瓦斯相对涌出量31.72m3/t,属于煤与瓦斯突出矿井;2号煤层煤尘爆炸指数为17.5%,煤尘有爆炸危险;经测定,属于不易自燃煤层。
2 采煤工作面瓦斯爆炸综合评价
2.1 构建安全评价指标体系 通过对下峪口煤矿采煤工作面可能出现的瓦斯爆炸的因素进行分析,构建合理的瓦斯爆炸危险性安全评价指标体系,见表1。
2.2 确定指标权重 针对本层次中一些有关指标因素之间相对重要度进行比较,然后选择重要性较高的数值表示出来,并且写出矩阵形式即判断矩阵[2]。判断矩阵中各元素的取值和含义见表2。
通过计算,确定各指标因素的权重系数后,再进行一致性检验,直到满足一致性的程度CR
2.3 综合评价 由各种评价指标然后打分的基本标准的各灰数及白化权函数[4]的特点,进而确定相应的区间, 从而得到根据综合评价结果建立等级评价标准,见表4。
对Bi 的综合评价结果记为Yi,则Yi=Wi·Ri
以F中对B1作综合评价为例:
Y1=W1·R1=(0.203,0.466,0.203,0.086,0.042)·
■=(0.366,0.372,0.255,0)
同理求得F中Y2=(0.374,0.391,0.228,0);Y3=(0.340,0.403,0.245,0.009);Y4=(0.369,0.410,0.220,0)。
因此对目标层进行综合评价,有
Y=WR=(0.367,0.386,0.241,0.005)
通过计算,得到相应的综合评价值为
S=YCT=(0.367,0.386,0.241,0.005)(4,3,2,1)T=3.115
通过对比表中的数据,整个采煤面的综合评价结果为三级,表明煤矿安全状况良好,即也存在一定的安全隐患,要继续加以防范。
另外,根据最大取值原则来判断灰色评价权向量,也可以发现处于较高的各因素指标占有较大的比重,说明该矿采煤面安全情况良好,与上述方法得到的结果相同。由此可见,灰色层析分析法对于煤矿安全评价是可行的,所给出的评价模型既能用于描述不同层面的安全状态,也能对同一层面不同因素的风险程度进行评价。
3 结论
①本文应用层次分析法对下峪口煤矿的安全形势进行了灰色综合评价,建立了4个评价准则、21个评价指标的煤矿安全指标层次结构,通过实例验证表明所建立的评价模型操作性较好、结果直观准确,通过它可以准确地预测煤矿安全状况,并且可以根据不同因素指标的权重,进而有针对性地加以预防和监控,以采取规避相应风险因素的措施,对煤矿的安全建设与安全管理具有重要意义。
②瓦斯爆炸事故是可以预防的。归纳起来有以下几个方面:防止瓦斯积聚;防止点火源的出现;加强瓦斯的检查和检测;防止瓦斯爆炸事故的扩大。
总之,利用灰色理论综合评价模型进行煤矿安全评价,提高了其影响因素分析和综合评价结论的科学性、可靠性,能够更好地指导安全生产,更有效地贯彻“安全第一,预防为主,综合治理”主导思想。
参考文献:
[1]王魁军,曹林.我国煤矿瓦斯灾害事故频发的原因分析[J].中国煤炭,2003,29(7):9-11.
[2]袁梅,李希建,吴桂义.AHP在煤矿安全现状评价中的应用[J].煤矿安全,2009,35(1):72-74.