二、煤与瓦斯突出灾害
随着我国煤矿开采深度的加大,开采强度的不断增强 ,煤与瓦斯突出的危险性也在增加,突出危险区域也在扩大,部分原无突出危险的煤矿也开始出现突出现象,部分未划分为突出矿井的煤矿也不得不按突出煤矿管理。我国煤与瓦斯突出危险矿井数目和突出强度、频度将随着开采深度的延深、开采强度的增大而逐渐增多,危险性随煤层厚度的增大而增大。
研究和统计表明,突出煤层中真正具有突出危险的区域只占煤层总面积的20%~30%。突出危险预测预报的最大意义在于找出和划分煤层突出危险性区域,节省防突费用,使防治措施更据针对性。我国从20世纪70年代开始研究煤层突出危险性区域预测,国家“七五”期间重点研究了综合指标预测技术。按照我国目前的开采速度和进度,煤与瓦斯突出将是煤炭行业将要面临的一个重大课题。如何有效地预防和控制突出,也将是下一步减少煤矿事故的一项重要内容。国家应该在此领域投入充足的力量去研究相关理论,并开发有效产品,在这种危险来临之前,找出解决问题的有效办法和手段。
粉尘灾害的研究
目前,煤矿井下劳动条件差、尘毒危害严重的局面尚未根本扭转,煤尘爆炸事故不断发生,尘肺病人逐年增加,严重危害工人生命健康,直接影响安全生产。
一、煤尘爆炸
我国多数煤矿所产生的粉尘具有爆炸性。据统计,我国国有煤矿中90%的矿井的煤尘具有爆炸的危险。
对单一煤尘来说,其爆炸下限浓度为30mg/m3~50mg/m3,上限浓度为1000g/m3~2000g/m3,爆炸力最强的浓度为300g/m3~500 g/m3。煤尘爆炸的引爆温度一般为650℃~990℃。粒度越小,单位煤尘质量的表面积越大,越容易产生爆炸。发生爆炸时,粒度小于1mm的煤尘都能参与爆炸,但爆炸的主体是小于75μm的煤尘。井下空气中如果有沼气和煤尘同时存在,能增加沼气、煤尘爆炸的危险性,并能相互降低各自爆炸的下限浓度。当存在有沼气,且浓度达到3.5%时,空气中的煤尘浓度只要达到6.1 g/m3,就可能发生爆炸。正常空气中的氧含量为20.9%,在井下作业环境空气中由于其他气体的混合,氧含量降低,则影响煤尘的着火温度,使着火温度升高,当氧含量低于17%时,煤尘就不会发生爆炸。
煤尘爆炸可放出大量热能,爆炸火焰温度可高达2000℃甚至更高,产生破坏性很强的高温。在发生爆炸的地点,可能连续发生第二次爆炸,造成更大的灾害。煤尘爆炸时,爆源10m~30m内的破坏程度较轻,即爆源附近的破坏力较弱,离爆源较远处爆炸压力较高,破坏力强。煤尘爆炸传播时,冲击波传播的速度大于火焰传播速度。这样,巷道中沉积的煤尘先被冲击波扬起,随即被到达的火焰点燃发生爆炸,且不断向远处蔓延。煤尘爆炸气体中含有大量CO和CO2,爆炸区空气中CO的含量可高达8%,这是造成人员死亡的主要原因之一。
瓦斯煤尘爆炸的控制技术分为预防爆炸发生技术和抑制爆炸传播技术两个方面。预防爆炸发生的方法主要是采取措施控制瓦斯积聚、煤尘的产生或飞扬以及火源的产生;抑制瓦斯煤尘爆炸传播的方法主要是采取措施将已发生的瓦斯煤尘爆炸限制在一定区域,尽量控制灾害损失。其措施主要是设置被动式隔爆装置和自动抑爆装置。被动式隔爆装置是借助于爆炸冲击波的作用来喷洒消焰剂,而本身无喷洒动力源;自动抑爆装置是利用传感器探测爆炸信号,触发自带的动力源喷洒消焰剂,形成抑制带。
被动式隔爆装置最早采用撒布岩粉和设置普通岩粉棚,虽然防止爆炸传播效果较好,但岩粉暴露在潮湿空气中,极易受潮而失去消焰剂功效,且频繁更换岩粉的工作量较大,因此我国煤矿现在几乎已不采用这两种方法。但国外仍有些国家还普遍使用。在20世纪90年代,煤科总院重庆分院开发的隔爆水槽(脆性)和隔爆水袋,以水作为消焰剂,方便了煤矿安装和使用,在全国得到了广泛推广应用,其中隔爆水袋的使用最为普遍。
矿井瓦斯煤尘爆炸灾害绝大多数是由于局部瓦斯燃烧或爆炸引起沉积煤尘飞扬参与爆炸传播造成的,因此,在爆炸初期的抑制相当重要。