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【關鍵詞】煤礦開采;瓦斯爆炸;原因;防治;措施;
國家對煤炭工業發展提出了更高的要求,因此必須強化安全生產,確保其持續、穩定、健康發展。從煤礦事故統計數據來看,煤礦發生的重大事故大多數是由于瓦斯爆炸,我國目前國有重點煤礦大多數屬于瓦斯礦井,因此預防控制瓦斯爆炸事故,是實現煤礦安全生產的關鍵。瓦斯防治是煤礦安全工作的重中之重,必須采取有利措施,有效防治煤礦重特大瓦斯事故的發生,以確保煤礦的安全生產。
1 煤礦開采中瓦斯爆炸原因分析
1.1瓦斯爆炸特點
根據對以往煤礦瓦斯爆炸事故的統計分析,發現有如下一些特點:事故地點多發生在采煤與掘進工作面;高瓦斯礦井、低瓦斯礦井均有發生,且低瓦斯礦井所占比例較大;多為火花引爆;瓦斯爆炸造成的破壞波及范圍大,多為大事故;煤礦瓦斯爆炸事故多伴生煤塵爆炸。瓦斯爆炸多發生在條件落后的小型煤礦或基建、技改礦井和轉制礦井。
1.2事故原因分析
煤礦發生瓦斯爆炸事故與許多因素有關;但主要與自然因素、安全技術手段、安全裝備水平、安全意識和管理水平等有關。發生瓦斯爆炸事故,往往是綜合因素作用的結果。
1.2.1瓦斯的積聚。煤礦開采造成瓦斯積聚的主要原因是通風系統不合理和局部通風管理不善。有的因通風系統不合理,存在風流短路、多次串聯和循環風,造成供風地點風量不足,而引起瓦斯積聚;有的因局部通風機安裝位置不當、風筒未延伸到供風點或脫落引起供風點有效風量不足,而造成瓦斯積聚;極少數是因停電停風或者盲巷積聚而引起瓦斯積聚。
1.2.2有引爆的火源。煤礦開采引爆瓦斯的火源有:爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等。放炮和電器設備產生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。
1.2.3瓦斯管理監管不力。好多礦井開采條件差,存在重生產,輕安全的麻痹思想。有的礦井安全監控系統監控不力、監測不到位是普遍現象。
1.2.4采掘布置不合理。一些煤礦企業由于采煤方法落后或者受短期利益驅動,礦井采掘布置不合理,通風系統不完善,給安全生產帶來了嚴重隱患。
1.2.5違規操作。許多事故分析發現,瓦斯事故多為責任事故,違章操作或管理不當是造成事故的主要原因。因此,管理水平和職工的安全意識,對于煤礦的長期安全生產非常重要。
2 煤礦開采中瓦斯爆炸的治措施
“先抽后采、監測監控、以風定產”的瓦斯治理十二字方針確立了瓦斯防治的指導思想和方法。在煤礦生產過程中,瓦斯爆炸、燃燒和窒息事故的防治應以預防為主,落實好各項規章制度,杜絕日常生產中存在的瓦斯危害隱患。
2.1落實礦井瓦斯管理制度
根據礦井生產情況,按照《煤礦安全規程》有關規定,要建立和健全礦井瓦斯管理的有關規定和制度,相關工作人員要嚴格遵守、執行。如:爆破過程中的瓦斯管理制度,排放瓦斯的有關規定,瓦斯監測裝備使用、管理的有關規定,盲巷、舊區和密閉啟封等瓦斯管理規定,礦井瓦斯抽放、防止煤與瓦斯突出的規定。加強瓦斯抽放管理,瓦斯抽放可以將煤層中存在或釋放出的瓦斯通過機械設備和專用管路抽出來,輸送到地面或其他安全地點。抽放瓦斯是防治瓦斯災害的治本措施,不僅降低了瓦斯涌出量,消除了瓦斯爆炸隱患,還能將抽出的瓦斯收集并加以利用,變害為利。
2.2強化井下火源防治措施
對煤礦井下的爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等火源都有一些相應的防治措施,除炸藥安全性檢驗、電器防爆檢驗、摩擦火花檢驗外,還需防止火源與瓦斯積聚在同時同地點出現。另外,加強明火的管理,嚴格動火制度,消除引爆瓦斯的火源。
2.3建立健全瓦斯和通風監測監控系統
按照《煤礦安全監控系統通用技術標準》(AQ 6201_2006)及《煤礦安全規程》的要求,建立完整、可靠的煤礦瓦斯、通風監測監控系統。掌握瓦斯涌出規律,進行科學、合理通風,及時發現瓦斯超限或積聚事故隱患,通過加強通風等措施消除瓦斯積聚,通過報警、斷電停止作業、撤出人員等措施避免瓦斯事故的發生。
2.4加強通風管理
防止井下瓦斯積聚,首先應加強礦井通風。按實際需要分配風量并及時調節風量,利用新鮮空氣來稀釋并排出瓦斯,必須確保風量、風速符合《煤礦安全規程》的要求。為此,應做好以下幾方面的工作:
采用機械通風。每個礦井都必須采用機械通風,禁止單獨利用自然通風。主要通風機一套運轉,一套備用;實行分區通風。實行分區通風,不僅可以保證各采掘面都有新鮮風流,而且在發生瓦斯燃燒或爆炸事故時,可以減小災難范圍,減少災難損失。加強掘進巷道通風。掘進巷道應采用全風壓通風或局部通風機通風。做好局部通風機管理,風筒“三個末端”管理,特別是高、突礦井掘進工作面要嚴格執行局部通風機供電要求。局部通風機要設置在進風口的新鮮風流處,禁止產生循環風。風筒要懸掛在巷道一幫,保持完好。風筒口離工作面的距離最大不超過5m。臨時停工的地點不準停風。及時構建通風設施。為保證礦井正常通風,應在井下適當位置設置控制風流的設施,如風門、風橋、擋風墻、調節風窗等。井下要及時構建通風設施,并保證質量,經常維修,保持完好。通過風門時,應隨手關好。每個礦工對任何通風構筑物都必須愛護,絕不允許任意損壞。保證風流通暢。加強通風是目前處理瓦斯的主要手段,風流不暢就會發生瓦斯事故。為保持井下采掘工作面、巷道和其他工作地點風流暢通,不得在這些地點堆積雜物,并應加強維護,以保證足夠的通風斷面。
2.5強化隔爆措施
礦井隔爆抑爆裝置,是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障。當瓦斯爆炸發生后,依靠預先設置的裝置,可以阻止爆炸的傳播,限制火焰的傳播范圍。主要有被動式隔爆棚和自動抑爆裝置。
被動式隔爆棚。隔爆巖粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚,因成本低、安裝方便,因而得到了廣泛的使用。其中,隔爆水袋棚的使用最為廣泛,具有適應性強,安裝、拆卸和移動方便的特點。
自動式抑爆裝置。使用壓力或溫度傳感器,在爆炸發生時探測爆炸波,及時將預先放置的水、巖粉、N2.CO2等噴灑到巷道中,從而達到抑制爆炸火焰傳播的目的。
總之,瓦斯爆炸事故的防治,是煤礦安全工作的一個系統工程。可靠的安全裝備和采取有效的措施是前提條件,重點是強化安全管理和安全監督,重視員工安全意識的培養。只有把安全放在首位,認真落實好“先抽后采、監測監控、以風定產”的瓦斯治理“十二字”方針和建立起完善的“通風可靠、監控有效、抽采達標、管理到位”的瓦斯防治工作體系,健全各項規章制度,合理加大安全投入,瓦斯爆炸事故及其他災害事故才能大幅度地減少,煤礦的安全狀況才能得到根本好轉。
參考文獻:
[1]張耀麗,王鳳英.淺析煤礦瓦斯爆炸事故的原因及預防措施.科技信息[J].2009年第3期.
[關鍵詞]瓦斯爆炸、原因分析、預防措施、加強管理、預防爆炸。
中圖分類號:X321 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)10-0270-01
在煤炭開采過程中,瓦斯爆炸、煤塵爆炸、煤與瓦斯突出、中毒、窒息礦井火災、透水、頂板冒落等多種災害事故時有發生。在這些事故中尤以瓦斯爆炸造成的損失最大,從每年的事故統計中來看,煤礦發生一次死亡10人以上的特大事故中,絕大多數是由于瓦斯爆炸,約占特大事故總數的70%左右,為此,瓦斯稱為煤礦災害之王。因此,分析瓦斯爆炸原因,制訂防治措施,十分重要。
1 瓦斯爆炸原因分析
1.1 瓦斯爆炸特點
根據多年對煤礦瓦斯爆炸事故統計分析,可以發現有如下一些特點:①瓦斯爆炸多為大事故;②事故地點多發生在采煤與掘進工作面;③瓦斯爆炸造成的破壞波及范圍大;④多為火花引爆;⑤高瓦斯礦井、低瓦斯礦井均有發生;⑥瓦斯爆炸多發生在鄉鎮煤礦。
1.2 事故原因分析
煤礦發生瓦斯爆炸事故與許多因素有關,但總的來說,主要與自然因素、安全技術手段、安全裝備水平、安全意識和管理水平等有關,發生瓦斯爆炸事故往往是以上因素相互作用所導致的。
1.2.1 煤礦開采條件差
我國煤礦井下開采條件普遍較差,據統計,全國國有重點煤礦共有580處礦井進行了瓦斯等級鑒定,其中高瓦斯礦井160處,低瓦斯礦井298處,煤與瓦斯突出礦井122處;有自然發火礦井372處,占64%,有煤塵爆炸危險礦井427處,占73.6% 。
例:南山煤礦現開采的15#層和18#層,均為容易自燃煤層,最短發火期為37天,一般發火期3~6個月,煤層自燃發火是影響南山礦煤安全生產的主要因素之一。
另外15號煤層、18-1號煤層、18-2號煤層已由有資質鑒定部門進行了煤塵爆炸性鑒定,經鑒定煤塵爆炸指數30.65%~35.44%,有爆炸危險。
經過2008年瓦斯等級鑒定為高瓦斯突出礦井。
1.2.2 瓦斯積聚的存在
煤礦井下造成瓦斯積聚的原因很多,但主要有通風系統不合理和局部通風管理不善是瓦斯積聚的主要原因。如1994年9月17日17時30分左右,南山煤礦西一區南部七層235普放區發生了一起特大瓦斯爆炸事故,造成56人死亡,11人受傷。
這起事故主要是涉及該區的通風設備較多,通風系統復雜、不穩定,上山角風機停運,造成瓦斯大量涌出到工作面及上山角,而引起瓦斯積聚:在工作面上出口處,采煤工在架梁過程中,使用手錘敲打鉸接頂梁聯結銷時產生的火花而引起瓦斯爆炸。
1.2.3 引爆火源的存在
煤礦井下引爆瓦斯的火源有:爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等。但放炮和電器設備產生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。據統計在多起特大瓦斯爆炸事故中,有大部分是由放炮產生的火花引爆的;電器設備及電源線電火花引起爆炸的也占相當一部分比例。
1.2.4 裝備不足、管理不落實
礦井安全裝備配置不足,“先抽后采,監測監控,以風定產”方針未得到完全落實。經過特大瓦斯事故處理調查后得知,有的礦井沒有安裝瓦斯監控系統或運行不正常,有的礦井雖安裝有監控系統,但因傳感器數量不足、安裝位置不對、線路存在故障、顯示器不顯示數據等問題,不能有效發揮其應有的作用。此外鄉鎮煤礦發生的特大瓦斯事故都沒有裝備瓦斯抽放系統或抽放系統不能有效運行,監控系統也不能有效發揮作用。
1.2.5 管理水平低
許多事故分析發現,違章操作或管理不當而造成了一些本可避免的事故,但未引起重視,最終釀成特大瓦斯爆炸事故。因此,管理水平和職工的安全意識對于煤礦的長期安全生產非常重要。
1.2.6 企業技術管理薄弱
一些煤礦企業由于采煤方法落后,引起礦井采掘布置不合理,通風系統不完善,此外,作業規程編制不符合實際,針對性不強,給安全生產帶來了嚴重隱患。
2 加強瓦斯管理、制定技術措施、預防瓦斯爆炸
瓦斯爆炸事故的防治可分為預防爆炸和抑制爆炸。預防爆炸主要有:優化通風網絡及通風系統,防治瓦斯積聚,進行瓦斯抽放,加強瓦斯濃度和火源監測,防止點火源的出現等;抑制爆炸主要采用隔爆抑爆裝置將瓦斯爆炸限制在一定范圍內,從而減少人員傷亡和災害事故所造成的損失。
2.1 加強預防措施管理
2.1.1煤礦瓦斯抽放技術
提高瓦斯抽放率,主要對本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區抽放等;抽放工藝有順層長鉆孔、大直徑鉆孔、地面鉆孔、頂板巖石和巷道鉆孔等,并研制出與之相配套的強力鉆機及配套機具。
例:南山煤礦使用的ZY-300型鉆機、ZY-750型鉆機對井下采取采前預抽、邊掘邊抽、采后邊采邊抽、上隅角埋管抽、頂板巷打高位孔抽等方法,真正做到了多措并舉治理瓦斯,大大提高了瓦斯抽放量和抽放率,使安全環境得到進一步改善。
2.1.2 提高監測技術管理
礦井瓦斯濃度及火源的實時自動監測對于防止瓦斯爆炸非常重要,當發現瓦斯異常或有火源產生,立即采取措施可防止爆炸事故的發生。
我國目前開發了KJ90.KJ92.KJ94. KJ95. KJ73. KJ66. KJ2000. KJ2000N等型號的礦井安全監控系統,以及各類檢測傳感器、報警儀和斷電儀。
例:現南山煤礦安裝了KJ2000N型號礦井安全綜合監控系統,并具有如下功能:
①礦井環境和工況參數實時監控;②主要通風機在線監測;③巷道火災實時監測;④礦井瓦斯抽放實時監測;⑤沖擊地壓實時監測;⑥煤與瓦斯突出實時監測;⑦煤層自然發火實時監測; ⑧分布式光纖測溫監測預報系統,對采空區內“三帶”溫度變化能夠進行同時監測,提高了發火點精準定位。監控系統的安裝極大地提高了煤礦的安全管理自動化水平,防止了許多事故的發生。
2.1.3 加強井下火源管理
對煤礦井下的爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等火源加強管理、制定防治措施,除炸藥安全性檢驗、電器防爆檢驗、摩擦火花檢驗外、還需防止火源與瓦斯積聚在同時同地點出現,如放炮時檢測瓦斯濃度,采用風電閉鎖、瓦斯電閉鎖等措施。所以加強明火管理,嚴格動火制度,可以消除引爆瓦斯的火源。
2.2 隔爆措施管理
礦井隔爆抑爆裝置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障,當瓦斯爆炸發生后,依靠預先設置的裝置可以阻止爆炸的傳播,限制火焰的傳播范圍,主要有被動式隔爆水袋棚、隔爆巖粉棚裝置。
被動式隔爆水袋棚、隔爆巖粉棚因成本低、安裝方便,因而得到了廣泛的使用,其中隔爆水袋棚的使用最為廣泛。具有適應性強,安裝、拆卸和移動方便的特點。
例:南山煤礦井下對各主要運輸大巷、運輸機道、采煤工作面、煤掘工作面進行安設隔爆水袋棚,經核定安設44處隔爆水袋棚,實際安設46處隔爆水袋棚。
3 結論
瓦斯爆炸事故的防治是煤礦安全工作的一個系統工程,除了完善可靠的安全裝備和采取有效的措施外,還應加強安全管理和安全監督,重視員工安全意識的培養。只有把安全放在首位,認真落實瓦斯治理的“十二字”方針,健全各項規章制度,合理加大安全投入,才能預防瓦斯爆炸事故發生,煤礦的安全狀況才能得到根本好轉。
關鍵詞:采礦區;瓦斯;爆炸;預防;技術
中圖分類號:TD712文獻標識碼: A 文章編號:
引言:
煤礦采空區內環境條件復雜多變,由于采空區內殘煤的氧化自燃等原因引起采空區內環境溫度和壓力逐漸升高,而瓦斯爆炸受很多因素的影響,如環境壓力、環境溫度都對瓦斯爆炸界限有重要影響。筆者針對煤礦采空區不同溫度、不同壓力等特殊環境條件下的瓦斯爆炸界限進行了研究,提出了預防煤礦采空區爆炸事故的安全對策措施,可為相關煤礦提供有效的預防采空區瓦斯爆炸的手段,從而保障礦井的安全生產。
1、煤礦采空區環境條件
隨著煤礦開采強度的增大,煤礦開采深度也在逐漸增加,受瓦斯梯度的影響,瓦斯涌出量將隨著開采深度的增加而增大,這使得采空區內瓦斯濃度也隨之增大。以兗礦新疆礦業有限公司硫磺溝煤礦為例,礦井生產初期9-15號煤的原始瓦斯含量為3.85m³/t;7號煤的原始瓦斯含量為4.14 m³/t。隨著開采深度的增加,考慮到瓦斯梯度的因素,礦井生產后期煤的原始瓦斯含量在初期基礎上乘以1.1的系數加以修正。故礦井生產后期9-15號煤的原始瓦斯含量為4.30m³/t;7號煤的原始瓦斯含量為4.55m³/t。硫磺溝煤礦采空區內瓦斯體積分數在18%~20%。由于采空區內未采盡煤的氧化自燃等原因引起采空區內環境溫度和壓力逐漸升高,其采空區內環境溫度可達20~40℃,環境壓力達0.1~0.5MPA。
2、環境溫度對瓦斯爆炸界限的影響
運用特殊環境20L爆炸特性測試系統進行環境溫度對瓦斯爆炸界限的影響實驗研究。該測試系統由點火系統、高壓配氣系統、爆炸罐體、數據采集系統、高溫加熱系統五大部分組成。
在環境溫度不高的情況下(<100℃),瓦斯爆炸上限與環境溫度呈線性規律變化。隨著環境溫度的升高,瓦斯爆炸上限隨之增大,當環境溫度達到100℃時,瓦斯爆炸上限增大到16.5%。這是因為環境溫度升高,其分子內能增加,正向反應速率常數變大,使原來不燃的系統成為可燃、可爆系統。
針對硫磺溝煤礦采空區內環境溫度在20~40℃的特點,在環境溫度為40℃的情況下,瓦斯爆炸上限為16.0%,而采空區內瓦斯體積分數在18%~20%,此上限濃度略低于該礦采空區內的瓦斯濃度。隨著采空區內環境溫度的升高,瓦斯爆炸上限明顯增大,存在較大的爆炸危險性。所以在采空區必須實時監控環境溫度,以防止瓦斯爆炸事故的發生。
3、環境壓力對瓦斯爆炸上限的影響
試驗在高壓環境氣體爆炸特性試驗裝置中進行,其上連接有壓力傳感器,并 與TST6150數據采集存儲儀相連,用于測定爆炸前后的壓力信號。采用DHN-200型高能電火花能量發生器產生電火花點火,在觸發數據采集系統的同時,采用手動觸發點火,實現對爆炸數據的采集。
在環境壓力不高的情況下(<1.013MPA),瓦斯爆炸上限與環境壓力呈線性關系變化。初始壓力變大,瓦斯爆炸上限增大,且初始壓力對瓦斯爆炸上限的影響非常明顯。當初始壓力增大到1.013 MPA時,瓦斯爆炸上限增大到20.5%。這是因為初始壓力的增加,使得分子之間的碰撞頻率得到增加,在一定程度上使得更多的瓦斯氣體參與起始的爆炸反應,同時也增加了其反應速率,使得反應能夠持續進行下去。
硫磺溝煤礦采空區環境壓力在0.1~0.5MPa,當環境壓力為0.503MPA時,瓦斯爆炸上限增大到17.6%,而采空區內瓦斯體積分數在18%~20%,此上限濃度略低于該礦采空區內的瓦斯濃度。隨著采空區內環境壓力的升高,瓦斯爆炸上限明顯增大,存在較大的爆炸危險性。采空區內環境壓力時常變化,所以必須實時監控采礦區內的環境壓力,以防止瓦斯爆炸事故的發生。
4、影響瓦斯爆炸過程的主要因素
4.1、瓦期混合氣體組成
長期以來,人們實驗研究了瓦斯混合氣體組成對爆炸過程的影響,從而確定了瓦斯爆炸的極限濃度,安全氧濃度范圍的等濃度參數,并被寫入一些經典著作或教材中,但就巷道內氣體濃度分布對爆炸過程的影響沒有多少的資料報道。作者認為巷道內瓦斯混合氣體濃度分布不均一,建立起來的濃度梯度場,也會引起湍流的形成和增強。
4.2、點火源
有大量的資料報道點火源的實驗研究,其研究主要集中在最小點火源的測試、點火方式和火源位置等方面。
4.3、巷道斷面幾何參數
瓦斯爆炸傳播過程具有明顯的尺寸效應。當實驗管道直徑小到一定尺寸時,爆炸火焰不能傳播;當管道直徑大小適當時,爆炸火焰傳播到一定距離后形成弱爆轟,但隨后火焰鋒面的能量大部分被固壁界面吸收,爆炸自行消失;管道直徑大于某一個臨界值時,固壁界面的熱效應不再占居主導地位,只要管道足夠長,總可以形成爆轟。
4.4、障礙物的影響
火焰在試驗管道內傳播時,在容器壁面上(與粗糙度有關),剪切和速度梯度會在未燃流場中發展,如果還存在障礙物,則流場就會進一步變形,并在障礙物表面的邊界層和尾跡中形成速度梯度,在火焰通過一個單臺階障礙物的過程中,在火焰未到達之前,未燃混合物的平移流動建立了一個高速梯度場和一個圍繞障礙物的伴隨繞流場;當火焰到達這一障礙物時,隨著火焰沿梯度場的聚匯,火焰表面被迅速拉伸,并發生伸長和折疊,在尾跡流中的剪切層使當地燃燒速度得到相當大的增加火焰將在一個較大表面上消耗燃料和氧氣,導致熱釋放率的增加,火焰傳播速度加快;較高的燃燒速度導致了火焰前面未燃混合物較大的平移流動速度,這又會引起流場梯度的進一步增大,導致了更強烈的火焰伸展和折疊.
5、采空區瓦斯爆炸預防技術措施
根據發生瓦斯爆炸的條件,預防采空區自燃火災瓦斯爆炸首要的最根本的措施就是預防煤自然發火。因此,必須堅持綜合治理、預防為主的方針,
5.1、瓦斯爆炸界限受環境壓力和環境溫度的影響較大。由于煤礦采空區內的環境壓力和環境溫度經常發生變化,因此,針對煤礦采空區特殊的環境條件,提出有針對性的瓦斯爆炸預防技術措施是非常有必要的。
(1)為減少由于煤的氧化反應造成環境溫度升高,采空區內不得遺留未經設計規定的煤柱。
(2)在開采過程中,煤層掘進工作面臨近采空區時,必須采取相應措施,加強通風,控制火源等。
(3)采掘工作面的進風和回風不得經過采空區。
(4)抽放采空區瓦斯時,必須經常檢查CO濃度和氣體溫度等參數的變化,發現有自然發火征兆時,應當立即采取措施。
(5)安裝安全監控系統,時刻監測采空區內CH4、O2、CO、溫度、濕度、壓力、風速等參數,發現異常必須立即報告礦調度室,采取相應措施。
(6)開采容易自燃和自燃的煤層時,必須對采空區采取預防性灌漿或全部充填、噴灑阻化劑、注阻化泥漿、注凝膠、注惰性氣體、均壓等措施,編制相應的防滅火設計,防止自燃。
(7)采空區必須及時封閉。必須隨采煤工作面的推進逐個封閉通至采空區的連通巷道。采用抗沖擊密閉墻等措施加強采空區的密閉,防止向采空區內漏風。
5.2、綜合性預防措施
(1)強制放頂
強制放頂就是在瓦斯濃度未達到爆炸(燃燒)界限時,把頂板 提前強制放下來。這時即使隨著工作面向前推進,采空區瓦斯濃度能達到爆炸(燃燒)界限,但可提前將火源消滅于無形之中,使頂板巖石冒落相互摩擦產生的能量不足以引燃引爆瓦斯。因此采取強制放頂措施也是防止采空區瓦斯爆炸(燃燒)的有效手段。
在進行強制放頂前,應根據頂板巖石的性質、回采參數等因素準確計算放頂參數,計算 出放頂厚度,使放頂后 的采空區盡量不留空頂區。
(2)尾巷分流采空區瓦斯
尾巷分流采空區瓦斯的方法適應于煤層瓦斯含量不太大的礦井和煤炭不易自燃的煤層,保證采空區涌出的瓦斯不至于造成回風瓦斯濃度超限。根據《煤礦安全規程》(2001版)第一百三十七條規定,尾巷內瓦斯濃度不得超過2.5%,并應遵守有關規定。如果采空區瓦斯涌出量太大,導致工作面回風和總回風瓦斯濃度。超限,就要考慮結合瓦斯抽放等方法,共同治理采空區瓦斯。
(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,丟煤嚴重,采空區瓦斯大量涌出;由于煤柱的支撐作用,頂板冒落不及時,很容易造成頂板冒落帶和瓦斯爆炸(燃料)適宜濃度帶重疊,再加上足夠的氧氣,發生采空區瓦斯爆炸(燃燒)的可能性較大。而長壁工作面由于煤炭回收率高(一般達到90%以上),丟煤少,采空區瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出的比例較小,其頂板管理為全部垮落法,隨采隨冒,一般不會形成大面積的空頂區,發生采空區瓦斯爆炸(燃料)的可能性非常小。
結語:
綜上所述,通過科學的實驗對采礦區的瓦斯爆炸的影響因素進行分析,找出應對措施,從而保障礦井的安全生產。
參考文獻:
關鍵詞:瓦斯爆炸;原因分析;控制措施;發展趨勢
中圖分類號:TD712.7 文獻標識碼:A 文章編號:1000-8136(2012)06-0059-02
在煤炭開采過程中,瓦斯爆炸、煤塵爆炸、煤與瓦斯突出、中毒、窒息礦井火災、透水、頂板冒落等多種災害事故時有發生。在這些事故中尤以瓦斯爆炸造成的損失最大,從每年的事故統計中來看,煤礦發生一次死亡10人以上的特大事故中,絕大多數是由于瓦斯爆炸,約占特大事故總數的70%左右,為此,瓦斯稱為煤礦災害之王。因此,分析瓦斯爆炸原因,制訂防治對策,顯得特別重要。
1 瓦斯爆炸原因分析
1.1 瓦斯爆炸特點
根據多年對煤礦瓦斯爆炸事故統計分析,可發現有以下一些特點:①瓦斯爆炸多為大事故;②事故地點多發生在采煤與掘進工作面;③瓦斯爆炸造成的破壞波及范圍大;④多為火花引爆;⑤高瓦斯礦井、低瓦斯礦井均有發生;⑥瓦斯爆炸多發生在鄉鎮煤礦;⑦基建、技改礦井和轉制礦井瓦斯爆炸事故多發。
1.2 事故原因分析
煤礦發生瓦斯爆炸事故與許多因素有關,但總的來說,主要與自然因素、安全技術手段、安全裝備水平、安全意識和管理水平等有關,發生瓦斯爆炸事故往往是以上因素相互作用所導致的。
1.2.1 煤礦開采條件差
我國煤礦井下開采條件普遍較差,據統計,2000年全國國有重點煤礦共有580處礦井進行了瓦斯等級鑒定,其中高瓦斯礦井160處,低瓦斯礦井298處,煤與瓦斯突出礦井122處;有自然發火礦井372處,占64%,有煤塵爆炸危險礦井427處,占73.6%。
1.2.2 瓦斯積聚的存在
煤礦井下造成瓦斯積聚的原因很多,但通風系統不合理和局部通風管理不善是瓦斯積聚的主要原因。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中,有22起主要是因通風系統不合理,存在風流短路、多次串聯和循環風,造成供風地點風量不足,而引起瓦斯積聚;有9起主要是因局部通風機安裝位置不當、風筒未延伸到供風點或脫落引起供風點有效風量不足,而造成瓦斯積聚;有兩起事故主要是因停電、停風而引起瓦斯積聚;有1起是盲巷積聚的瓦斯被引爆。
1.2.3 引爆火源的存在
煤礦井下引爆瓦斯的火源有:爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等。但放炮和電器設備產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起是由放炮產生的火花引爆的;有15起事故是由電器設備及電源線電火花引爆的。
1.2.4 裝備不足、管理不落實
礦井安全裝備配置不足,“先抽后采,監測監控,以風定產”方針未得到完全落實。如2005年發生的41起特大瓦斯事故中,有的礦井沒有安裝瓦斯監控系統或運行不正常,有的礦井雖安裝有監控系統,但因傳感器數量不足、安裝位置不對、線路存在故障、顯示器不顯示數據等問題,不能有效發揮其應有的作用。此外,鄉鎮煤礦發生的特大瓦斯事故都沒有裝備瓦斯抽放系統或抽放系統不能有效運行,監控系統也不能有效發揮作用。如內蒙古烏海市烏達區巴音賽煤焦有限責任公司某井雖安裝了瓦斯監控系統,但在其實際開采區域卻并沒有瓦斯傳感器,而造成特大瓦斯事故的發生,死亡16人。
1.2.5 管理水平低
許多事故分析發現,違章操作或管理不當而造成了一些本可避免的事故,但未引起重視,最終釀成特大瓦斯爆炸事故。因此,管理水平和職工的安全意識對于煤礦的長期安全生產非常重要。
1.2.6 企業技術管理薄弱
一些煤礦企業由于采煤方法落后,引起礦井采掘布置不合理,通風系統不完善,此外,作業規程編制不符合實際,針對性不強,給安全生產帶來了嚴重隱患。
2 控制瓦斯爆炸事故的技術措施
瓦斯爆炸事故的防治可分為預防爆炸和抑制爆炸。預防爆炸主要有:優化通風網絡及通風系統,防治瓦斯積聚,進行瓦斯抽放,加強瓦斯濃度和火源監測,防止點火源的出現等;抑制爆炸主要采用隔爆、抑爆裝置將瓦斯爆炸限制在一定范圍內,從而減少人員傷亡和災害事故所造成的損失。
2.1 瓦斯爆炸事故的預防措施
2.1.1 煤礦瓦斯抽放技術
(1)我國國有煤礦高瓦斯和瓦斯突出礦井占總礦井數的46%。瓦斯抽放是減少礦井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施,同時也是開發利用瓦斯能源、保護大氣環境的重要手段。如皖北煤電集團公司祁東煤礦利用抽放瓦斯進行發電取得了可觀的經濟效益和社會效益。
(2)為提高瓦斯抽放率,目前主要需解決長鉆孔定向鉆進技術,包括測斜、糾偏技術;提高單一低透氣性煤層的抽放率;研制鉆進能力更強的鉆機具;完善和提高擴孔技術、排渣技術、造穴技術和封孔技術;開發新的瓦斯抽放技術及設備。
(3)瓦斯抽放方法有本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區抽放等;抽放工藝有順層長鉆孔、大直徑鉆孔、地面鉆孔、頂板巖石和巷道鉆孔等。并研制出與之相配套的強力鉆機及配套機具,如MK型長鉆孔鉆機和ZSM順層強力鉆機等。此外已研制出多種抽放泵及配套的監控系統和儀表等,大大提高了瓦斯抽放量和抽放率,使安全環境得到進一步改善。
(4)利用多分支羽狀適用技術,解決低滲煤層瓦斯治理問題,以提高抽采率。
(5)煤礦瓦斯治理應與煤層氣產業化緊密結合。
2.1.2 礦井瓦斯濃度及火源監測技術
礦井瓦斯濃度及火源的實時自動監測對于防止瓦斯爆炸非常重要,當發現瓦斯異常或有火源產生,立即采取措施可防止爆炸事故的發生。我國目前開發了KJ90、KJ92、KJ94、KJ95、KJ73、KJ66等型號的礦井安全監控系統,以及各類檢測傳感器、報警儀和斷電儀。已有多個礦井安裝了礦井安全綜合監控系統,且具有以下功能:①礦井環境和工況參數實時監控;②主要通風機在線監測;③巷道火災實時監測;④礦井瓦斯抽放實時監測;⑤中擊地壓實時監測;⑥煤與瓦斯突出實時監測;⑦煤層自然發火實時監測;⑧瓦斯爆炸或燃燒實時監測;⑨礦井電網監測等多種功能。監控系統的安裝極大地提高了煤礦的安全管理自動化水平,防止了許多事故的發生。
2.1.3 井下火源防治
對煤礦井下的爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等火源都有一些相應的防治措施,除炸藥安全性檢驗、電器防爆檢驗、摩擦火花檢驗外,還需防止火源與瓦斯積聚在同時同地點出現,如放炮時檢測瓦斯濃度,采用風電閉鎖、瓦斯電閉鎖等措施。另外,加強明火的管理,嚴格動火制度,消除引爆瓦斯的火源。
2.1.4 優化通風網絡及通風系統
合理可靠的通風系統是防止瓦斯事故和控制災害擴大的重要措施,為此,瓦斯防治工程與采掘工程,必須同時設計,超前施工,同時投入使用。
2.2 隔爆措施
礦井隔爆、抑爆裝置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障,當瓦斯爆炸發生后,依靠預先設置的裝置可以阻止爆炸的傳播,限制火焰的傳播范圍,主要有被動式隔爆棚和自動抑爆裝置。
2.2.1 被動式隔爆棚
隔爆巖粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚因成本低、安裝方便,因而得到了廣泛的使用,其中隔爆水袋棚的使用最為廣泛。目前研制的XGS型和KYG型隔爆棚,具有適應性強,安裝、拆卸和移動方便的特點。
2.2.2 自動式抑爆裝置
使用壓力或溫度傳感器,在爆炸發生時探測爆炸波,及時將預先放置的水、巖粉、N2、CO2等噴灑到巷道中,從而達到抑制爆炸火焰傳播的目的。如ZGB-Y型自動隔爆裝置采用高壓氮氣引射消焰劑,能將爆炸限制在距爆源40~60 m之內;YBW-1型無電源觸發式抑爆裝置,適合安裝在距爆源20~45 m的巷道中;ZYB-S型自動產氣式抑爆裝置采用實時產氣原理,當傳感器接收到燃燒或爆炸火焰時,觸發氣體發生器快產生的高壓氣體噴灑消焰劑,抑制火焰的傳播。
3 結束語
瓦斯爆炸事故的防治是煤礦安全工作的一個系統工程,除了完善可靠的安全裝備和采取有效的措施外,還應加強安全管理和安全監督,重視員工安全意識的培養。只有把安全放在首位,認真落實瓦斯治理的“十二字”方針,健全各項規章制度,合理加大安全投入,瓦斯爆炸事故及其他災害事故才能大幅度地減少,煤礦的安全狀況才能得到根本轉變。
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.
關鍵詞: 安全評價;層次分析法;灰色評價法
Key words: safety evaluation;AHP;grey evaluation method
中圖分類號:TD7 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2014)02-0057-02
0 引言
煤礦瓦斯爆炸事故具有很強的破壞性、突發性,是煤礦重大災害事故之一。預防、控制瓦斯爆炸事故,是實現煤礦安全生產的關鍵。隨著安全系統工程的不斷發展和廣泛應用,人們對煤礦安全評價的研究越來越重視,并取得很多重要的研究成果。采煤的危害大多來源于瓦斯爆炸,所以就需要運用系統工程的原理進行識別和分析潛在的危險因素。這樣能夠及時指導瓦斯爆炸的管理工作等,能夠針對現場實際問題進行合理措施,對保護工作面的安全具有重要的意義[1]。
1 礦井概況
下峪口煤礦于1970年建礦,1975年投產,年生產能力120萬噸,并建有年入洗原煤120萬噸的選煤廠,依礦井設計能力尚可服務80余年。原煤產量最高達133萬噸/年,洗精煤產量最高達80.6萬噸/年。先開采的2#煤層平均厚度為1.0m,屬低中灰、低硫、低磷、高發熱量的國內稀缺煤種;首先工作面為2-3采區的23201的采煤工作面,埋藏深度為200m,工作面走向長度為160m,傾向長600m,煤層平均傾角7°,最大傾角20°,回采方法為單一走向(傾斜)長壁式采煤方法;礦井總排風量為13781m3/min,礦井有效風量為12109m3/min,有效風量率為87.87%;礦井通風方式為分區混合抽出式通風,礦井主要通風機為KZS-NO30;礦井瓦斯相對涌出量31.72m3/t,屬于煤與瓦斯突出礦井;2號煤層煤塵爆炸指數為17.5%,煤塵有爆炸危險;經測定,屬于不易自燃煤層。
2 采煤工作面瓦斯爆炸綜合評價
2.1 構建安全評價指標體系 通過對下峪口煤礦采煤工作面可能出現的瓦斯爆炸的因素進行分析,構建合理的瓦斯爆炸危險性安全評價指標體系,見表1。
2.2 確定指標權重 針對本層次中一些有關指標因素之間相對重要度進行比較,然后選擇重要性較高的數值表示出來,并且寫出矩陣形式即判斷矩陣[2]。判斷矩陣中各元素的取值和含義見表2。
通過計算,確定各指標因素的權重系數后,再進行一致性檢驗,直到滿足一致性的程度CR
2.3 綜合評價 由各種評價指標然后打分的基本標準的各灰數及白化權函數[4]的特點,進而確定相應的區間, 從而得到根據綜合評價結果建立等級評價標準,見表4。
對Bi 的綜合評價結果記為Yi,則Yi=Wi·Ri
以F中對B1作綜合評價為例:
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)。
因此對目標層進行綜合評價,有
Y=WR=(0.367,0.386,0.241,0.005)
通過計算,得到相應的綜合評價值為
S=YCT=(0.367,0.386,0.241,0.005)(4,3,2,1)T=3.115
通過對比表中的數據,整個采煤面的綜合評價結果為三級,表明煤礦安全狀況良好,即也存在一定的安全隱患,要繼續加以防范。
另外,根據最大取值原則來判斷灰色評價權向量,也可以發現處于較高的各因素指標占有較大的比重,說明該礦采煤面安全情況良好,與上述方法得到的結果相同。由此可見,灰色層析分析法對于煤礦安全評價是可行的,所給出的評價模型既能用于描述不同層面的安全狀態,也能對同一層面不同因素的風險程度進行評價。
3 結論
①本文應用層次分析法對下峪口煤礦的安全形勢進行了灰色綜合評價,建立了4個評價準則、21個評價指標的煤礦安全指標層次結構,通過實例驗證表明所建立的評價模型操作性較好、結果直觀準確,通過它可以準確地預測煤礦安全狀況,并且可以根據不同因素指標的權重,進而有針對性地加以預防和監控,以采取規避相應風險因素的措施,對煤礦的安全建設與安全管理具有重要意義。
②瓦斯爆炸事故是可以預防的。歸納起來有以下幾個方面:防止瓦斯積聚;防止點火源的出現;加強瓦斯的檢查和檢測;防止瓦斯爆炸事故的擴大。
總之,利用灰色理論綜合評價模型進行煤礦安全評價,提高了其影響因素分析和綜合評價結論的科學性、可靠性,能夠更好地指導安全生產,更有效地貫徹“安全第一,預防為主,綜合治理”主導思想。
參考文獻:
[1]王魁軍,曹林.我國煤礦瓦斯災害事故頻發的原因分析[J].中國煤炭,2003,29(7):9-11.
[2]袁梅,李希建,吳桂義.AHP在煤礦安全現狀評價中的應用[J].煤礦安全,2009,35(1):72-74.