矿井煤与瓦斯突出防治安全管理

来源:用户上传      作者: 王正伟

　　 摘要:近几年来,国家、地方政府及企业抓安全工作的力度都加强了,特别是矿井防突工作更是安全管理的重中之重,绝大多数煤矿也已把矿井防突工作纳入了矿井安全工作的中心之中,并与产量、利润指标一样考核和奖罚。这些强制性的措施和手段对安全工作理应有较大的促进作用,但从煤矿近几年的安全状况看,其效果并不很理想:矿井煤与瓦斯突出现象仍然较多,各类事故屡屡发生,严重地影响了煤矿的安全生产、威胁着工人的生命安全,损害了煤炭工业的社会形象,本文就矿井突出防治安全管理中存在的有关问题进行探讨。
　　 关键词: 矿井 煤与瓦斯突出 防治 安全管理
　　 DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.10.072
　　
　　煤与瓦斯突出(以下简称突出),是一种极其复杂的动力现象,是矿井一通三防的重大灾害之一,往往给矿井导致严重后果。如前苏联顿巴斯煤矿一次突出煤量达1.5万吨,其突出强度为世界之最;又如81年日本夕张矿突出后发生灾变,一次死亡93人,导致矿井长期关闭。对突出的原因、机理和规律,到目前为止,人们还没有完全掌握,因而煤与瓦斯突出仍为目前制约煤炭工业发展的世界性难题之一。
　　为了解决这一难题,多年来世界各国进行了坚持不懈的研究,取得了一些重要成果,如我国的“淮南经验”、“防突规定”等,对突出灾害的防治,起到了积极的指导作用。我国是一个突出灾害严重的国家,突出事故仍时有发生,如:①60年四川同华煤矿一次突出煤量1000吨以上,瓦斯量达11万m3,死亡124人。②全国煤矿88~93六年间共发生一次死亡3人以上的突出事故77起,死亡486人。③④淮北矿业集团公司芦岭矿2002年4月7日发生了溜煤道距突出煤层底板距离11m外的“异常性突出”,突出煤量达8700多吨,仅仅4小时内的瓦斯涌出量就达94.3万m3,充填满巷道697m,瓦斯逆流达2000多米,造成两个生产采区长时间瓦斯浓度均处于爆炸界线,导致了十三人死亡的特大事故。⑤淮南矿业集团公司也频频发生出突:2000年潘一矿突出一次死亡5人,2001年李一高沼矿井突出一次死亡8人,2002年李二矿突出一次死亡2人,⑥皖北矿业集团公司祁东矿一条煤上山未打完发生中、小型突出数十次,被迫修改了设计。⑦淮北北辰煤矿08年一次突出死亡5人等等。
　　以下就突出原因和机理、突出予兆及处理原则、突出防治等问题讲几点意见。
　　一、突出原因和机理
　　虽然到目前为止,从理论上、认识上对突出的原因和机理我们还没有完全掌握,仍众说纷纭,但绝大多数人认为,突出是地应力、瓦斯压力、煤的物理力学性质和规程措施编审、执行等多种因素综合作用的结果。鉴于我国目前的科技水平、装备手段和经济实力,以有效改变煤的物理力学性质,充分卸掉地应力是较为困难的,但在上述“四大因素”中,瓦斯压力和规程措施是可控的,因此以突出原因和机理应统一以下三点认识:
　　1、“瓦斯压力”是左右突出的“主导因素”。实践是检验真理的唯一标准,生产实践和事故统计共同表明,低沼矿井发生瓦斯燃烧和瓦斯爆炸事故是不足为奇的,但发生突出事故是极为罕见的,到目前为止还没有发生过此类案例,所以说,瓦斯压力是决定突出的主导因素,而地质构造段,地应力和煤的物理力学性质都发生了变化,突出危险性相对增大了,起到了“火上加油”的作用,更要严加防范。
　　2、规程措施未落实、瓦斯压力未卸掉是发生突出的“根本原因”。虽然各矿区煤与瓦斯的赋存条件千差万别,突出的原因和机理也各不相同,但概括起来,集中到一点上都是因为防突设计或有关参数选择不合理,从技术上不能有效指导防突工作,或者是虽然防突设计比较好,但贯彻落实不到位,瓦斯压力没卸掉,导致了突出的发生。
　　3、走出“误区”切实抓好防突工作。目前有一部分人认为,突出是理论和技术上还没有解决的世界性难题,因此对防突工作失去信心,这是认识上的一大误区,危害极大,必须立即纠正。应强调指出,“超出常规的异常性突出”是极少的,我们应走出误区,加强探索,采取针对性综合防突措施,绝大部分的突出事故是可以避免的。
　　二、突出预兆及处理原则
　　众所周知,火山喷发和大地震前夕,都有一些预兆及异常现象发生。而煤与瓦斯突出事故亦如此,绝大多数的突出事故在发生前,不但有“山雨欲来风满楼”的明显预兆,而且遵循某种规律,人们一旦掌握了突出的预兆、机理和规律,就可利用已有成果,采取综合防突措施,把瓦斯压力充分卸掉,就可有效地控制突出发生,避免人员伤亡,实现安全生产。
　　煤矿安全规程第182条,对发现突出预兆的处理原则,做出了明确规定,本文对此确有不同认识,并持有两点异议:①什么是“预兆”,《规程》并未明确,但95年元月25日原煤炭部颁发的“防突细则”中,明确把煤体声响,煤的硬度、光泽及层理变化,掉渣、来压、煤体外移,瓦斯忽大忽小,打钻夹钻、喷孔等动力现象均视为“突出预兆“。②若按182条规定发现有突出预兆,就立即停止作业、撤人、汇报,显然是不现实的,除非突出煤层不开采。
　　本文认为,突出预兆虽然不同的矿井、在突出危险程度不同的区域,其表现形式和显现也各不相同;但突出都有其孕育、发展和能量释放过程,而预兆伴随其突出过程,按主要特征大体可分为“三个阶段“,每个阶段的显现形式和处理原则亦各不相同。
　　1、早期预兆也称“变化预兆”。主要特征:煤变软、光泽暗、节理层理都紊乱。处理原则:密切观察、提高防突意识、加强防护监控。
　　2、中期预兆也称“动力预兆”。主要特征:钻沫多,钻进慢、夹、顶、喷孔异常见。中期动力预兆,在突出威胁区并不明显,但在突出危险区显现较为强烈。“喷孔”是突出危险区常见的“正常现象”,是瓦斯卸压的“必然结果”,是潜在的“能量释放形式”,可使“坏事变成好事”,何况打钻作业时都有安全煤岩柱保护,因此不必惊慌失措,一般情况下不必撤人,应沉着冷静、从容处理,要坚持把钻孔按防突设计要求打到位。
　　处理原则:(1)要进入一级防突状态,捕捉“临突预兆”;强化防护、监控;做好能随时撤出一切人员的应急准备工作。(2)打钻作业,应按以下原则处理:合理选用钻具。目前我国防突钻具,按排渣形式大体可分为“风排”和“水排”两大类,各有利弊,要因地制宜、科学选用。“水力排渣”钻具的主要缺点是在突出危险区比风力排渣易堵孔、喷孔、卡钻,所以进钻慢;但主要优点是粉尘少,综合安全性能高。“风力排渣”的主要优缺点与水力排渣相反,但其若操作失误,往往会发生钻孔冒烟、孔口喷火等事故;粉尘亦大,综合安全性能差。因此建议钻具按下述原则选用:在动力现象不严重的区域仍可采用水力排渣钻具;在动力现象尤其是喷孔严重的区域应选择风力排渣钻具。打钻工艺,在操作上,应注意以下安全事项:①要正确处理中期动力现象。
　　当出现夹钻、顶钻时,应放慢钻进速度,且忌加压钻进;当出现喷孔时,应立即停钻、停电,注意个人防护,事后可采取“间歇”或“轮钻”等作业方式。
　　②防止“堵孔”现象发生。当发现排渣不畅时,立即停止进钻,处理堵渣,畅通再钻进。
　　③要加强通风瓦斯管理,严防钻机窝积聚超限。
　　④要加强煤尘管理,防止飞扬、堆积。采取“干式捕尘”、喷雾、洒水、清扫等综合措施。
　　⑤会预防和处理孔口喷火事故。在采用风力排渣工艺时,排渣不畅、堵孔、操作失误都可能发生孔口先冒青烟,后喷出“淡蓝色”火舌,十分吓人。正确的处理方法是立即停钻、停电,用“湿衣”捂灭孔口火舌。

　　⑥要加强个人防护,严防孔口喷射物或钻具伤人。在突出危险区打钻作业时,采取以上综合措施,是可以实现安全作业的。
　　3、临突预兆也称“异常预兆”
　　主要特征:系指临突前夕,面来压、煤炮响、瓦斯涌出特异常,三大异常现象同时发生,显现尤为强烈。
　　面来压:系指掘进工作面临突前夕瞬时出现上压、底凸、两邦来劲、片邦掉顶、支架变形、损坏、“发抖”、迎头煤体外移等剧烈显现,因此称为“压力异常”。
　　煤炮响:系指与压力异常同时,出现“煤炮频发“、顶板与煤体断裂声、瓦斯射流哧哧声等多种杂声汇集一起,显现异常强烈,因此也称“声响异常”。
　　瓦斯涌出异常:系指与压力声响异常同时,瓦斯涌出忽大忽小,极值悬殊数倍,但总趋势增大,有时甚至会发生“喘气”现象,因此叫瓦斯涌出异常。
　　处理原则:临突预兆发生后,可能会导致两种不同的结果,一是随即发生了突出;二是没有发生突出。现场人员应根据这两种不同的情况,针对性的按以下原则处理:
　　发生了突出:
　　(1)、现场人员应以最快速度、最短时间,按避灾路线全部撤出危险区;并立即停风、停电、警戒、汇报。
　　(2)、回风系统和相关区域也要立即撤人、停电、警戒。
　　(3)、矿井要成立“事故抢救指挥部”,组织抢救处理。
　　若没有发生突出:
　　(1)、现场人员快速撤出后,要停掉负荷电、不得停风,并警戒、汇报。(2)、一小时后,组织通风、安检、区队长三人小组进工作面,观察情况、记录分析,再向矿调度汇报。当班不得复工,更严禁“跑返”作业。(3)、由矿井总工程师组织有关人员,重新分析研究施工方案和安全措施,专题处理。
　　但必须强调指出,以上突出预兆“三个阶段”之间,往往没有明显的界线,也没有确切的“量化指标”,并互有交叉。不同的矿区,不同的瓦斯赋存条件,不同的施工和作业方式,临突预兆的显现程度亦各不相同;这就要求人们要加强对职工的安全技术培训工作,提高其综合素质,结合局情、矿情、在生产实践中去探索和把握本单位的突出预兆、机理和规律,以实现安全施工。
　　三、突出防治
　　长期以来,我国对防突工作十分重视,积累了丰富经验。突出防治大体分两大类五种情况:即区域性防突的开采保护层、大面积预抽两种情况和局部防突的石门揭煤、煤巷掘进、采煤工作面防突三种情况。凡有条件的矿井,应采取开采保护层和煤层大面积预抽等区域性防突措施,以消除或降低突出危险程度。凡没有条件实施区域性防突的矿井,局部防突尤为重要。鉴于突出事故的机率,下面就对“石门揭煤”和“煤巷掘进”防突,除学习淮南经验,坚持“四位一体”原则外,谈几点意见。
　　(一)石门揭煤防突
　　石门揭煤,有多种防突施工方法,目前国内大都采用远距离震动放炮的方法揭开煤层,这一方法,科学实用,简便易行,但应重点把好以下六关:
　　1、设计关。由矿井总工程师负责做好以下三项工作;一是揭煤巷道的位置,要尽量避开地质构造带和应力集中区;淮南矿业集团公司的新庄孜和谢二矿,因揭煤石门处于构造带,距突出煤层>10m岩柱时,均发生了岩煤与瓦斯突出。二是合理选用技术参数;三是编审具有针对性、科学性、指导性、可行性、安全性的规程措施和防突设计。
　　2、施工关。巷道和各类钻孔必须按设计施工,确保质量落实到位;揭煤过程中,要加强支护和顶板管理,严防冒顶诱发突出;要悉知“堵孔”和“喷孔”的区别与特征,并能正确处理。
　　3、验收关。要有高素质的专业技术人员,对各类钻孔严格按设计标准,逐个验收,建档管理。把好验收关,是确保安全揭煤的关键环节,要建全各级责任制和奖惩制度,矿井总工程师要亲自审阅验收报表,组织不定期现场抽查“验收质量”。安徽界沟矿业有限公司界沟煤矿,自09年底建立“拔钻验收”制度以来,至今已揭煤数十次,揭煤施工未发生一次突出,效果尤为显著。
　　4、封孔关。对采取抽放卸压的矿井,应采用新装备、新技术、新工艺、新材料,确保封孔质量,提高抽放效果。对测压孔更要确保质量,必要时可下套管封孔。
　　5、卸压关。凡采用抽放方法卸压的,应按表计量,凡采用自然排放式卸压的应按图三方法,确切掌握瓦斯卸压动态,只要表值降至p1时,就可按措施规定继续进行揭煤工作。
　　6、效果检验关。必须按防突规定的有关要求进行措施的效果检验,符合方准揭煤。
　　这里再次强调指出:瓦斯压力是左右突出的“决定因素”;瓦斯压力未卸掉,是发生突出的“根本原因”。鉴于这一认识,建议效果检验时,在检验方法和检验指标的选择上,可采取瓦斯压力、钻屑量等多项指标进行检验,不论采取哪种方法,在做效果检验时,若原有中期预兆的动力现象消失,一般不会发生突出。
　　上述六者的关系是:设计是前提,施工、封孔是基础,验收、卸压是关键,检验是手段,几者不可偏废,只要落实到位,安全揭煤是完全可以实现的。
　　(二)煤巷掘进防突
　　在突出煤层中掘进,防突施工的方法较多,各矿区可根据实际情况选择采用,综合防治。目前在“突出危险区或突出威胁区中掘进煤巷,多采用打超前钻孔抽放卸压等“四位一体”的措施综合防治;采取此法施工时,应遵循以下五项指导原则:
　　1、优化设计原则
　　优化设计,系指对钻孔合理参数(如个数、布孔、孔径、孔深、方位等)卸压方式(自然排放、抽放等),钻具选择(钻机型号、麻花钻杆、无缝钢管),打钻工艺(水力排渣、风力排渣),安全措施等问题优化选用。。
　　2、充分利用钻孔卸压半径原则
　　生产实践表明,在突出危险区煤巷中打“第一个”卸压孔时,“动力现象”都比较显著,易于发生顶钻、夹钻、卡钻、喷孔等现象,进钻速度也慢;但第一钻打完后,其孔周围就会形成卸压区,当我们打第二、第三……钻时就可利用前一个钻孔的卸压半径,加快打钻进度。
　　3、坚持“两个五米”原则
　　系指在钻孔参数选择和布孔上,要始终确保掘进工作面前方和巷道周边有不小于五米的“安全卸压煤柱”保护。
　　4、确保充分卸压原则
　　系指在卸压方式、卸压时间、钻孔参数上,一定要确保充分卸压、解突,其指导思想是宁愿把功夫花在打钻、抽放、卸压上,而不冒险掘进。
　　5、加强支护原则
　　系指在施工过程中要加强支护和顶板管理,必要时可采取金属骨架、煤层固化等措施,严防冒顶诱导突出。
　　综上所述,在煤巷掘进防突施工中,只要能坚持此“五项指导原则”,打好超前钻孔,把瓦斯压力充分卸掉,加之“四位一体”的综合防突措施。煤与瓦斯的突出事故是能够防范的。
　　
　　作者简介:
　　 王正伟,男,职称:矿山安检助理工程师,研究方向:矿井安全管理。

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