矿井瓦斯防治技术及安全措施(标准版)

矿井瓦斯防治技术及安全措施
(标准版)
Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management.
( 安全管理 )
单位：______________________
姓名：______________________
日期：______________________
编号：AQ-SN-0929
矿井瓦斯防治技术及安全措施(标准版)
我国煤矿安全生产现状分析
在我国的能源工业中，煤炭占我国一次能源生产和消费结构中的70％左右，预计到2050年还将占50％以上。

因此，煤炭在相当长的时期内仍将是我国的主要能源。

当前我国煤矿安全生产状况不容乐观，安全生产体系并不完善，特别是煤矿生产更是矿难频发，形势严峻，煤矿安全问题成为构建社会主义和谐社会的极大障碍，是政府在新的行政过程中亟待解决的问题。

下面我将从我国煤矿生产现状出发，对煤矿生产存在的主要问题进行了简单的分析和论述；基于此，对我国煤矿安全生产体系建立健全的过程中所应采取的对策措施作了初步的思考和探寻。

我国目前煤矿安全生产形势
我国95％的煤矿开采是地下作业。

煤矿事故占工矿企业一次死
亡10人以上特大事故的72.8％至89.6％（2002－2005年）；煤矿企业一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故占死亡人数的71％。

煤矿所面临的重大灾害事故是相当严峻的，造成的损失是极其惨重的。

由于煤矿事故多，死亡人数多，造成了我国煤矿的百万吨死亡率一直居高不下。

特别是煤矿重大及特大瓦斯（煤尘）灾害事故的频发，不但造成国家财产和公民生命的巨大损失，而且严重影响了我国的国际声誉。

实际上，这些瓦斯事故的发生不是偶然的，它是以往煤矿生产过程中存在问题的集中暴露，涉及许多方面。

既有自然因素、科技投入和研究的不足，也有人为因素以及国家的体制、管理、经济政策，社会的传统观念，煤矿企业的文化素质等等。

我国煤矿生产存在的主要问题
总体上来看，我国煤矿生产正走着一条高投入、高耗能、低产出、低回报的粗放型的经济增长道路，安全问题特别突出，经常发生矿难事故，国家安全生产监督管理总局近日称：近年我国平均每7.4天发生一起特大煤矿事故，远远高出世界平均水平。

细致来看，
主要存在以下几个问题：
1、我国煤矿分布地质情况恶劣，灾害类型多，是造成事故的客观因素。

我国煤矿绝大多数是井工矿井，地质条件复杂，灾害类型多，分布面广，在世界各主要产煤国家中开采条件最差、灾害最严重。

①地质条件。

在国有重点煤矿中，地质构造复杂或极其复杂的煤矿占36%，地质构造简单的煤矿占23%。

据调查，大中型煤矿平均开采深度456米，采深大于600米的矿井产量占28.5%。

小煤矿平均采深196米，采深超过300米的矿井产量占14.5%。

②瓦斯灾害。

国有重点煤矿中，高瓦斯矿井占21.0%；煤与瓦斯突出矿井占21.3%；低瓦斯矿井占57.7%。

地方国有煤矿和乡镇煤矿中，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占15%。

随着开采深度的增加，瓦斯涌出量的增大，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的比例还会增加。

③水害。

我国煤矿水文地质条件较为复杂。

国有重点煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂的矿井占27%，属于简单的矿井占34%。

地方国有煤矿和乡镇煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂
的矿井占8.5%。

我国煤矿水害普遍存在，大中型煤矿有500多个工作面受水害威胁。

在近2万处小煤矿中，有突水危险的矿井900多处，占总数的4.6%。

④自然发火危害。

我国具有自然发火危险的煤矿所占比例大、覆盖面广。

大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重(Ⅰ、II、III、Ⅳ级)的煤矿占72.9%。

国有重点煤矿中，具有自然发火危险的矿井占47.3%。

小煤矿中，具有自然发火危险的矿井占85.3%。

由于煤层自燃，我国每年损失煤炭资源2亿吨左右。

⑤煤尘灾害。

我国煤矿具有煤尘爆炸危险的矿井普遍存在。

全国煤矿中，具有煤尘爆炸危险的矿井占煤矿总数的60%以上，煤尘爆炸指数在45%以上的煤矿占16.3%。

国有重点煤矿中具有煤尘爆炸危险性的煤矿占87.4%，其中具有强爆炸性的占60%以上。

⑥冲击地压。

中国是世界上除德国、波兰以外煤矿冲击地压危害最严重的国家之一。

大中型煤矿中具有冲击地压危险的煤矿47处,占5.16%。

随着开采深度的增加，现有冲击地压矿井的冲击频率和强度在不断增加，还有少数无明显冲击地压的矿井也将逐渐显现出来。

2、煤矿生产的从业人员素质偏低
煤矿行业从业人员大多数是农民工，素质偏低，没有经过专业的生产技能培训和安全生产培训，大多也没有接受教高层次的教育，因而素质普遍偏低，安全生产意识薄弱，自救能力和自救意识不强，往往在生产过程中没有严格执行安全生产的相关规定，在发生突发事件后不知所措，不能有效的自救。

3、技术水平偏低
我国煤矿安全科研力量分散，产学研结合不紧密，人才流失严重，科研投入严重不足，研发基础设施落后，成果转化率低，安全基础理论、煤与瓦斯突出、瓦斯煤尘爆炸、矿井突水机理及主要灾害预防与控制技术等研究滞后，企业自主创新能力弱，尚未形成完善的煤矿安全科技支撑体系。

4、煤矿安全投入不足。

煤矿企业长期投入不足，安全欠账严重。

根据2005年专家对54户重点煤矿企业会诊分析，仅国有重点煤矿安全欠账就高达689亿元，一些矿井防灾系统不健全，设备陈旧老化，安全装备落后。

地
方国有煤矿和乡镇煤矿安全欠账问题更为突出，安全保障水平低，抵御事故灾害的能力差。

5、政府监督严重缺位
煤矿行业虽然已经实现了市场化，符合经济发展大潮，但是完全的市场调节具有很大的盲目性、自发性、滞后性等市场自身无法克服的弱点和缺陷，这就需要政府的宏观调控，而煤矿安全事故频发很大程度上都归咎于地方政府职能的严重缺位，也即是说，政府对煤矿行业的宏观调控的力度不够大，方法不够科学，绩效不够明显。

造成这种现象的主要原因是：不少地方政府仍以GDP的增长与否作为行政成效的评价标准，很多地方官员把GDP作为追求的目标，把煤矿企业创造的GDP作为提升晋级的基石，甘愿充当煤矿企业的保护伞。

对煤矿企业的生产状况，安全状况视而不见，听之任之。

即使在事故发生以后，对遇难者家属的慰问和补偿似乎总是“迟来的爱”。

所以说某些地方政府职能的缺位也是我国煤矿安全生产体系脆弱和安全事故频发的一个重要原因。

煤矿安全生产体系建立健全的过程中所应采取的对策措施
当前，尽管煤矿安全生产形势严峻，但也存在许多有利条件：有建国几十年来培养起来的技术队伍，有经过多次修订的煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出细则等规程规定，有专业化的煤矿安全研究机构和有关的大专院校；许多大的煤矿企业还有自己的瓦斯防治机构，应该说做到控制瓦斯事故的频发是完全可能实现的。

我国具有多年来实现安全生产的淮南和平顶山煤业集团公司，这些企业的技术及管理经验，对我们搞好煤矿安全生产是十分可贵的。

为了扭转当前煤矿安全生产的状况，建立健全煤矿安全生产体系建议主要采取如下对策和措施：
1、对生产经营和煤矿行业从业人员进行严格的安全知识培训和考核[2]。

应当加大力度，宣讲近年来的灾害事故的实例、经验和教训，以提高一线从业人员的素质和水平，提高他们对灾害事故的预见性和发生事故时的应对处理能力。

因为，一线从业人员的安全生产意识和自身素质能力如何，直接关系着安全生产能否顺利进行；所以
进行培训和考核是必要的。

由于大多数的煤矿从业人员没有专门的生产知识，没有接受高层次的教育，因而普遍缺乏安全生产技能，那么对这部分人进行安全生产技能的培训同样是必需的，使所有的从业人员只有基本上具备了安全生产知识和事故险情发生后逃生自救的能力，具备常规事故的处理能力和临危不乱、遇变不惊的心理承受能力，才能拥有从业资格，准予上岗，这对于解决煤矿安全生产问题和提高煤矿抵御事故能力是行之有效
2、加强科研工作力度，提高安全生产的技术水平，建立健全本质安全化的生产体系。

我国安全管理水平不断加强，煤炭开采技术水平不断提高，但是，煤矿重大瓦斯事故仍然时有发生。

产生这些事故的直接原因是我国煤层瓦斯富集条件的复杂性，原有安全技术及理论基础已难以适应当前煤矿安全高效生产的迫切需求。

因此，应当进一步加强科研工作力度，特别是应当针对当前开采条件进行研究，以便为建立本质安全化的生产系统奠定基础。

对高瓦斯和瓦斯突出矿井应当制
订特殊政策，采取特殊措施，以利于健康发展[3]。

3、加强安全监督检查。

事实上，只要管理者措施得力，监督得法，大多数的矿难是可以避免的或者说大多数矿难的损失是可以控制和被最小化的，因此有关部门的监督是至关重要的。

“煤矿资源的不可再生性、煤炭工业的重要性和煤矿生产劳动的极度危险性，都要求有关部门在可持续煤炭发展中发挥重要作用，承担起义不容辞的公共责任。

”
有关部门要积极推进“科技含量高，经济效益好，资源消耗低，环境污染少，人力资源优势得到充分发挥的新型工业化道路”的进程，加快建立社会主义和谐社会，鼓励吸收社会资本入股以充实大煤矿集团实力，增强我国煤矿行业的核心竞争力，并鼓励大煤矿集团大煤矿企业参与国际竞争，有关对大企业大集团走向世界提供必要的政治、外交支持，通过外交谈判、政治对话等方式争取更广阔的生产基地和新的矿源，政府要适当提高煤矿行业的门槛，不具备安全生产条件的个人和企业不让进入，对安全措施不完善的企业要
责令整改，对不具备安全生产能力的企业要坚决取缔，对个别企业胡干乱干的行为要坚决纠正，对违反安全生产法规条令的行为要坚决制止、严厉打击。

并且不定时地组织进行抽样调查，对企业的安全设施进行认真检查和评估，并监督和鼓励企业更新生产设备、提高煤矿的安全生产能力。

1.3国外煤矿安全生产现状分析
由于世界各国的煤矿分布情况的不同，煤矿安全生产的技术水平、机械化水平、安全生产的法规各不相同，所以也造成了各国的的煤矿安全生产现状各不相同。

下面着重介绍美国和澳大利亚的煤矿安全生产现状。

1.3.1美国的煤矿安全生产现状分析
年度
非煤矿山
煤矿
合计
1990
56 66 122 1991 53 61 114 1992 43 55 98 1993 51 47 98 1994
40 45 85 1995 53 47 100 1996 47 39 86 1997 61 30 91 1998
51 29 80 1999 55 35 90 2000 47 38 85 2001 30 42 72 2002
40
27
67
图1-11990年～2002年美国煤矿及非煤矿山生产事故死亡人数上表为1990年～2002年美国煤矿及非煤矿山生产事故死亡人数作为世界主要产煤大国之一，美国也曾经历过安全状况恶化、伤亡事故严重的年代。

20世纪前30年，美国煤矿每年平均事故死亡2000多人；进入20世纪90年代后，伤亡人数才迅速减少；1990年死亡66人；2000年死亡40人。

最近20多年来煤矿安全状况得到明显改善；近年来，每年由各种原因导致的死亡人数只有40人左右。

从国际上公认的安全生产指标百万吨死亡率来看，美国的这一指标已下降到0.035左右。

近百年来的美国煤矿业，经历了从事故多发到加强立法和监管、提高煤炭业的市场配置化程度，最终安全状况明显改善而生产效率仍然稳步提升的过程。

那么美国通过了哪些措施来改善了煤矿的安全生产呢？
⑴立法为先
美国煤矿业也是经历了一个从事故多发到加强立法和管理、最终进入安全生产时期的过程。

美国煤矿生产事故多发期是在生产技术和管理都比较落后的19世纪后期和20世纪初期。

当时，美国每年有数千人死于煤矿事故。

最严重的是1907年，死亡总人数达3242人。

严重的煤矿事故频频发生促使美国国会和政府采取坚决措施加强安全管理。

围绕煤矿生产美国先后制定了10多部法律，安全标准越来越高。

其中最重要的是1977年制定的联邦矿业安全和健康法，对所有矿业生产进行了全面和严格的规定。

原来的矿业局改为矿山安全和卫生署，转由劳工部管辖。

这一法律的出台标志着美国煤矿业生产从此走上事故低发率的新阶段：到20世纪70年代，死亡人数下降到千人以下；1990年-2000年，美国共生产商品煤104亿吨，仅死亡492人，平均百万吨死亡率为0.0473；在安全状况最好的1998年，共产商品煤10.18亿吨，仅死亡29人，百万吨死亡率为0.028；1993年-2000年的八年间，整个煤炭行业没有发生过一起死亡三人以上的事故。

在美国，国家资源委员会负责控制煤炭资源的使用，内政部土地管理局负责煤炭资源的租借。

美国资源管理实施办法规定，对联邦公有土地煤炭资源实施租借方式，对煤炭资源已勘探清楚并进行了资源评价的矿区，采用招标方式确定开采者；对煤炭资源尚未探明及未进行资源评价的矿区，实行勘探和开采优先的办法。

此外，美国对煤炭资源价格的确定是在资源评估的基础上进行的，主要内容包括煤炭资源储量、煤质、最大的经济回收率、煤炭开采难易程度和开采成本，以及地产价值、银行利率等。

（2）安监机构的独立性且执法非常严格
美国政府一直强调煤矿安全监察管理机构的独立性。

有关法律规定，煤矿安全监察员与煤矿无任何隶属关系，他们必须具备煤矿和现场工程师的资格，每年到安全培训学院轮训一周。

各地的联邦安全检查员，每两年也必须轮换对调。

任何煤矿发生三人以上的死亡事故，当地的联邦及州政府安全监察员不得参与该事故的调查与处理，而须由联邦从外地调派安全监察员进行事故调查。

同时，美国煤矿安全部门执法非常严格，矿主也遵守法律，严
格按照安全操作规程办事，从而确保了煤矿生产安全。

美国煤矿安全部门对唯利是图、违反规定生产的矿主惩罚严厉。

针对不会导致重大人员伤亡的一般性违反规定行为，政府督察员每次每项罚款可达5．5万美元。

曾经违反规定并承诺改正、但不守信用的矿主则将被加重处罚。

从对美国的煤矿安全生产现状的分析，我国也应该加强立法，加大执法力度等来减少煤矿生产的死亡人数。

澳大利亚的煤矿安全现状分析
澳大利亚的矿山生产死亡人数很低，保持在20人左右，且工伤次数呈逐年减少的趋势，这跟该国对矿山救护车的研究有很大的关系。

研究该车的目的是改善井下矿工的自救能力。

该救护车应能在特别严酷的情况下进行工作，包括在含氧少和高浓度瓦斯环境下进行工作，此车内应有瓦斯监控和检测设备及紧急通讯设施。

下表为澳大利亚1991年—2001年矿山死亡人数及伤害次数：
财政年度
死亡人数
工伤次数1991—1992 25
7200 1992—1993 22
5800 1993—1994 22
5200 1994—1995 31
5000 1995—1996 12
4200
1996—1997
27
4100
1997—1998
19
3300
1998—1999
12
2800
1999—2000
19
2200
2000—2001
14
2050
图1-2澳大利亚1991年—2001年矿山死亡人数及伤害次数
由上面对澳大利亚煤矿安全生产现状的介绍，我们了解到提高煤矿生产的技术水平也是有效控制煤矿生产死亡人数及伤害次数的一个非常有效的措施。

煤矿瓦斯抽放方法以及引起事故危险因素的分析
抽放瓦斯方法分类
抽放瓦斯的分类方式和方法多种多样，目前尚无统一的标准。

通常按以下三种方法进行分类。

1、按抽放瓦斯的来源分类
按抽放瓦斯的来源分为：
1）开采层（本煤层）抽放瓦斯；
2）邻近层抽放瓦斯；
3）采空区抽放瓦斯。

2、按抽放与采掘的时间分类
按抽放与采掘的时间关系可分为：
1）采前抽放（也称为预抽）；
2）采中抽放（也称边抽，包括边采边抽和边掘边抽）；
3）采后抽放（也趁旧区抽放）。

3、按施工工艺和手段分类
按施工工艺和手段可分为：
1）巷道抽放法；
2）钻孔抽放法；
3）巷道、钻孔混合抽放法。

瓦斯抽放方法虽然有以上不同分类方法和不同种类，但在现场实际应用时，往往是互相结合、综合使用，无法截然分开的。

如，本煤层抽放中包括巷道预抽法、钻孔预抽法及边抽（掘）法等；同时，钻孔抽放法又应用于本煤层抽放、邻近层抽放及预抽、边抽等。

2.1.1开采煤层的瓦斯抽放分析
开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。

煤层回采前的抽放属于未卸压抽放，在受到采掘工作面影响范围内的抽放，属于卸压抽放。

决定未卸压煤层抽放效果的关键因素，是煤层的天然透气系数。

按照煤层的透气系数评价未卸压煤层预抽瓦斯的难易程度的指标如下表：
表2-1煤层抽放瓦斯难易程度分级表
等级
煤层透气系数
/㎡·MPa-2·d-1
煤层百米钻孔瓦斯涌出衰减系数d-1
容易抽放
可以抽放
较难抽放
＞10
10—0.1
＜0.1
＜0.015
0.03—0.05
＞0.05
①未卸压抽放
本法适用于透气系数较大的开采煤层预抽瓦斯。

按钻孔与煤层
的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔；按钻角度分为上向钻孔、下向钻孔和水平钻孔。

我过多采用穿层上向钻孔。

穿层钻孔是在开采煤层的顶板或底板岩巷（或煤巷），每隔一段距离开一长约10米的钻场。

从钻场向煤层打3—5个穿透煤层的钻孔，封孔或将整个钻场封闭起来，装上抽瓦斯管与抽放系统连接。

此方法的优点是施工方便，可以预抽的时间较长。

如果是厚煤层下行分层回采，第一层回采后，还可在卸压的条件下，抽放未分层的瓦斯。

沿层钻孔适用于赋存稳定的中厚煤层。

由运输平巷沿煤层倾斜打钻，或由上、下山沿煤层走向打水平孔（仰角1°--2°）。

这类抽放方法常受采掘接替的限制，抽放时间不长，影响了抽放的效果。

国外采用的可弯曲钻，能由岩巷或地面打沿层钻孔，大大延长了抽放时间。

我国1987年开始了有关研究工作，着重于井下水平长钻孔的打钻工艺。

②卸压钻孔抽放
在受回采或掘进的采动影响下，引起煤层和围岩应力重新分布，
形成卸压区和应力集中区。

在卸压区内煤层膨胀变形，透气系数大大增加。

如果在这个区域内打钻抽放瓦斯，可以提高抽出力量，并阻截瓦斯流向工作空间。

这类抽放方法现场叫随掘随抽和随采随抽。

随掘随抽在掘进巷道的两帮，随掘进巷道推进，每隔10—15m
开一钻孔窝，在巷道周围卸压区内打钻孔1—2个，孔径40-5—60mm，封孔深1.5—2.0m，封孔连接于抽放系统进行抽放。

孔口负压不宜过高，一般为5.3—6.7kPa(40—50mmHg)。

巷道周围的卸压区一般为5—15m，个别煤层可达15—30m。

随采随抽是在采煤工作面前方由机巷或风巷每隔一段距离（20—60m），沿煤层倾斜方向，平行于工作面打钻、封孔、抽放瓦斯。

孔深应小于工作面斜长的20—40m。

工作面推进到钻孔附近，当最大集中应力超过钻孔后，钻孔附近煤体就开始膨胀变形，瓦斯的抽出量也因而增加，工作面推进到距钻孔1—3m时，钻孔处于煤面的挤出带内，大量空气进入钻孔，瓦斯浓度降低到30％以下时，应停止抽放。

在下行分层工作面，钻孔应靠近底板，上行分层工作面靠近顶板。

如果煤层厚超过6—8m，在未采分层内打的钻孔，当第一分层
回采后，仍可继续抽放。

这类抽放方法只适用于赋存平稳的煤层，有效抽放时间不长，没孔的抽出量不大。

③人工增加煤层透气系数的措施
透气系数低的单一煤层，或者虽为煤层群，但是开采顺序必须先采瓦斯含量大的煤层，那么上述抽放瓦斯的方法，就很难到达预期的目的。

必须采用专门措施增加了煤层的透气系数以后，才能抽出瓦斯。

国内外都已试验过的措施有：煤层注水、水力压裂、水力割缝、深孔爆破、交叉钻孔和煤层的酸液处理等。

水力压裂是将大量含砂的高压液体（水或其他溶液）注入煤层，迫使煤层破裂，产生裂隙后砂子作为支撑剂停留在缝隙内，阻止它们的重新闭合，从而提高煤层的透气系数。

注入的液体排出后，就可进行瓦斯的抽放工作。

龙凤矿北井、阳泉、红卫等矿都曾做过这种方法的工业试验。

水力割缝是用高压水射流切割孔两侧每体（即割缝），形成大致沿煤层扩张的空洞与裂缝。

增加煤体的暴露面，造成割缝上、下煤
体的卸压，提高它们的透气系数。

深孔爆破是在钻孔内用炸药爆炸造成的震动力使煤体松动破裂。

酸液处理是向含有碳酸盐类或硅酸盐类的煤层中，注入可溶解这些矿物质的酸性溶液。

交叉钻孔是除沿煤层打处置于走向的平行孔外，还打与平行钻孔呈15°--20°夹角的斜向钻孔，形成互相连通的钻孔网。

其实质相当于扩大钻孔直径，同时斜向钻孔延长了钻孔在卸压带的抽放时间，也避免了因钻孔坍塌而对抽放效果的影响。

在焦作矿务局九里山煤矿的试验结果表明，这种布孔方式较常规的布孔方式相比，相同条件下提高抽放量0.46—1.02倍。

邻近层的瓦斯抽放分析
开采煤层群时，回采煤层的顶、底板围岩发生冒落、移动、龟裂和卸压，透气系数增加。

回采煤层附近的煤层或夹层中的瓦斯，就能向回采煤层的采空区转移。

这类能向开采煤层采空区涌出瓦斯的煤层或夹层，就叫做邻近层。

位于开采煤层顶板内的临近层叫上
临近层，底板内的叫下邻近层。

邻近层的瓦斯抽放，即是在有瓦斯赋存的邻近层内预先开凿抽放瓦斯的巷道，或预先从开采煤层或围岩大巷内向临近层打钻，将邻近层内涌出的瓦斯汇集抽出。

前一方法称巷道法，后一方法称钻孔法。

目前国内外都广泛采用钻孔法，即由开采煤层进回风巷道或围岩大巷内，向邻近层打穿层钻孔抽瓦斯。

当采煤工作面接近或超过钻孔时，岩体卸压膨胀变形，透气系数增大，钻孔瓦斯的流量有所增加，就可开始抽放。

钻孔的抽出粮随工作面的推进而逐渐增大，达到最大值后能以稳定的抽出量维持一段时间（几十天到几个月）。

由于采空区逐渐压实，透气系数逐渐恢复，抽出量也将随之减少，直到抽出两减少到失去抽放的意义，便可以停止抽放。

巷道法抽放时，也可以采用倾斜高抽巷和走向高抽巷抽放上临近层中的瓦斯。

80年代试验成功的倾斜高抽巷，是在工作面尾巷开口，沿回风及尾巷间的煤柱平走5m左右起坡，坡度30°--50°，打至上临近层后顺煤层走20—40m，施工完毕后，在其坡底打密闭穿管抽放。

倾斜高抽巷间距150—200m。

这种抽放方式在阳泉矿务局一矿、。