有效控制煤礦瓦斯爆炸的途徑
——用科技保障煤礦安全、用知識(shí)守護(hù)礦工生命
杜志剛
摘要： 本文作者從我國(guó)預(yù)防和控制煤礦瓦斯爆炸的高度以及瓦斯預(yù)防控制的現(xiàn)有技術(shù)裝備，特別是瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)中存在的問(wèn)題提出了看法和今后如何改進(jìn)意見(jiàn)，另外介紹了二種提高預(yù)防和控制煤礦采掘工作面瓦斯煤塵爆炸的技術(shù)裝備，提出了用科技保障煤礦安全，用知識(shí)守護(hù)礦工生命。
關(guān)鍵詞： 預(yù)防；控制；瓦斯；爆炸
煤礦井下瓦斯爆炸事故是煤礦事故中最為嚴(yán)重的事故，常常是井毀人亡。針對(duì)這一災(zāi)情我們國(guó)家投入了具大的人力、物力、財(cái)力對(duì)瓦斯爆炸事故進(jìn)行預(yù)防、控制和治理。
縱觀國(guó)內(nèi)外預(yù)防和控制煤礦瓦斯爆炸事故，其共性問(wèn)題是用科學(xué)技術(shù)保障安全重視不夠、能力有限。而國(guó)內(nèi)講形式走過(guò)場(chǎng)，甚至講排長(zhǎng)不腳踏實(shí)際是首位。另外遇事不用科學(xué)手段進(jìn)行自救，不用基本知識(shí)進(jìn)行自我保護(hù)，心慌意亂、害怕、恐懼、慌亂中出錯(cuò)是個(gè)體生命最大的殺手。
用科技保障煤礦安全，是杜絕煤礦井下瓦斯爆炸事故的根本保障。如何采用新技術(shù)、新產(chǎn)品及時(shí)武裝煤礦，提高煤礦預(yù)防和抵抗瓦斯爆炸事故的發(fā)生是首要選擇。如何從現(xiàn)有使用技術(shù)產(chǎn)品中找出不足并加以改善和提高對(duì)預(yù)防控制煤礦瓦斯爆炸事故同等重要。
目前，煤礦井下使用的瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)雖然在日常的通風(fēng)瓦斯管理中發(fā)揮著重要作用，但依然存在應(yīng)用和實(shí)際使用管理不協(xié)調(diào)的矛盾。表現(xiàn)在實(shí)際當(dāng)中就是煤礦瓦斯爆炸事故無(wú)法從根本上得到有效控制和消除。
從煤礦進(jìn)風(fēng)井到井下各硐室、到掘進(jìn)頭、到回采面、到回風(fēng)井、瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)配置、斷電控制、煤礦井下瓦斯?jié)舛忍筋^與地面控制室與地面主要領(lǐng)導(dǎo)的手機(jī)與礦、縣、市、省、國(guó)家主管部門(mén)聯(lián)網(wǎng)，甚至與天上衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)，無(wú)疑是最完善的系統(tǒng)、最發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)、最完善布局、最先進(jìn)的手段，但瓦斯爆炸事故依然照舊，并沒(méi)有根本得到改觀。
那么到底是什么原因使我們盡善盡美的瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)不能真正起到萬(wàn)無(wú)一失的作用呢？
答案是肯定的。原因首先是煤礦井下的瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控的即時(shí)性與時(shí)差性的矛盾。并與瓦斯爆炸事故的突發(fā)性之間存在時(shí)間空間差異的矛盾，同時(shí)瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的探頭與井下煤壁暴露面瓦斯涌出的源頭及破煤、落煤、運(yùn)煤時(shí)瓦斯涌出，存在時(shí)間空間差異的矛盾；還存在一個(gè)機(jī)械動(dòng)力、頂板移動(dòng)、冒落碰撞、放炮割煤過(guò)程產(chǎn)生明火引燃引爆瓦斯敏感反應(yīng)的時(shí)間空間差異的矛盾；上述存在的三種“時(shí)間空間差異矛盾”有一個(gè)解決不好，那么無(wú)論安裝什么樣的瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控，煤礦井下瓦斯爆炸事故終無(wú)法避免。
首先研究瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)即時(shí)性與時(shí)差性的矛盾問(wèn)題。當(dāng)煤礦井下瓦斯出現(xiàn)并反映到監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的探頭上時(shí)，探頭上的“黑白”原件開(kāi)始反應(yīng)相應(yīng)地點(diǎn)的瓦斯變化情況，這個(gè)時(shí)間需要大約1~5s，而監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警和斷電控制，這個(gè)時(shí)間大約在0.5~4s內(nèi)完成，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)所在地點(diǎn)的這段時(shí)間內(nèi)存在瓦斯爆炸的條件即可引起瓦斯爆炸，因?yàn)檫@段時(shí)間已大大超過(guò)了引起瓦斯爆炸的感應(yīng)期，瓦斯爆炸感應(yīng)期隨瓦斯?jié)舛?、溫度及氧濃度變化而變化，因此若遇有大量瓦斯和明火，發(fā)生瓦斯爆炸事故是不可避免的，因此減少和降低這個(gè)區(qū)段內(nèi)的瓦斯在時(shí)間和空間中的不均性、差異性的矛盾很關(guān)鍵，因此提高監(jiān)測(cè)監(jiān)控即時(shí)性顯得尤為重要。
另外，從煤礦井巷幫壁，特別是掘進(jìn)放炮和采掘工作面割煤、破煤、落煤、裝煤、運(yùn)煤等，在不同的生產(chǎn)工藝過(guò)程瓦斯涌出并不是線性的，若遇上地質(zhì)構(gòu)造瓦斯突出和瓦斯異常涌出過(guò)程，更具有突發(fā)性，而煤礦井巷或采掘工作中的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的探頭與瓦斯涌出部位即存在空間位距差異，又存在監(jiān)測(cè)監(jiān)控靈敏程度的時(shí)空差異。高瓦斯?jié)舛蕊L(fēng)流移動(dòng)到低瓦斯?jié)舛蕊L(fēng)流需要新鮮風(fēng)流的補(bǔ)充和稀釋及瓦斯自身的擴(kuò)散，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)探頭與探頭位置之間的空間和時(shí)間與上述瓦斯涌出點(diǎn)之間的空間時(shí)間差異非常大，這個(gè)空間和時(shí)間差異足以形成瓦斯“富聚”和“積存”地段，很容易達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的超限標(biāo)準(zhǔn)，甚至達(dá)到瓦斯爆炸的體積和濃度。因此，若遇到明火、發(fā)生瓦斯爆炸事故是不可避免的。因此如何降低和減少這個(gè)時(shí)間和空間差異顯的非常重要。
當(dāng)煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的探頭監(jiān)測(cè)到瓦斯，斷電儀開(kāi)始斷電停止生產(chǎn)作業(yè)，這個(gè)過(guò)程也不是即時(shí)的。依然有一個(gè)貫性，并持續(xù)到最終停止，特別是放頂煤過(guò)程、煤塊從頂部落下的過(guò)程，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)從停電到電機(jī)風(fēng)葉終止轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程，放炮崩落煤炭的過(guò)程，老頂來(lái)壓冒落的過(guò)程……在這個(gè)過(guò)程中若遇到大量瓦斯涌出和明火發(fā)生瓦斯事故是不可避免的。而事實(shí)上也證明了煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行卻發(fā)生了煤礦瓦斯爆炸。因此，煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的探頭作用、死角多、盲區(qū)廣及需擴(kuò)大能效范圍。
通過(guò)上述研究論述可知，如何提高煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備的靈敏度，超前性、即時(shí)性、大面積、寬范圍、掃描式、探頭與探頭監(jiān)測(cè)范圍空間和時(shí)間之間無(wú)縫重合，無(wú)時(shí)間空間差異，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備的超前動(dòng)作，提前斷電，即時(shí)終止。確保有效的預(yù)警時(shí)間至關(guān)重要。因此如何提高煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)的使用效果和管理水平，而并不是現(xiàn)在系統(tǒng)完善、網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)、布局完美、上通衛(wèi)星下通手機(jī)就可以控制煤礦瓦斯爆炸事故的發(fā)生，現(xiàn)今每年幾千個(gè)億的監(jiān)測(cè)監(jiān)控費(fèi)用的投入，依然消耗在能聽(tīng)到煤礦瓦斯爆炸的聲音之中去了。多么令人深思啊！
那么有效控制煤礦瓦斯爆炸的途徑是怎樣的呢？眾所周知，煤礦瓦斯爆炸僅發(fā)生在掘進(jìn)爆破過(guò)程的瓦斯異常涌出時(shí)段，和回采工作面大量產(chǎn)煤造成工作面瓦斯積存時(shí)，及已采掘區(qū)或已封閉區(qū)再啟封時(shí)的排放瓦斯過(guò)程，這三個(gè)過(guò)程的突出點(diǎn)和共同點(diǎn)都是瓦斯量大，瓦斯?jié)舛雀咚加每臻g大，排放瓦斯所需時(shí)間長(zhǎng)。而這三個(gè)工藝過(guò)程如放炮過(guò)程、割煤過(guò)程和起封密閉墻過(guò)程，均有可能產(chǎn)生明火引起瓦斯爆炸事故。稍有不甚就可造成重大瓦斯爆炸事故。針對(duì)上述過(guò)程陽(yáng)泉市新鑫科技研究所研制發(fā)明的“預(yù)防控制采掘工作面瓦斯爆炸的技術(shù)裝備”采用壓縮空氣或N2和F500與水溶合成高壓氣霧惰化劑在爆破和采掘機(jī)械作業(yè)過(guò)程中及排放瓦斯過(guò)程，將惰化劑噴入采掘工作面的作業(yè)空間和煤體表面被吸附形成惰化氣霧膜使其具有覆蓋煤幫，煤壁及落煤和浮煤、降溫隔氧滅火、降低瓦斯?jié)舛?、吸收炮煙、抑火消塵、降低大氣氧濃度，F(xiàn)500可將水的表面張力由72達(dá)因/cm2降低到33達(dá)因/cm2，并利用分子極性包裹燃燒四面體燃料，特別是利用其高分子量，在碰撞過(guò)程吸收正在燃燒爆炸的瓦斯的自由基能量，從而起到抵制該連鎖反應(yīng)的進(jìn)行，中斷瓦斯燃燒爆炸的連式自由基的化學(xué)滅火防爆作用，可在1s之內(nèi)將瓦斯燃燒爆炸的幅射熱從1158°F降至127°F，可以削減煙霧和有毒煙灰的形成，可將能見(jiàn)度和光透射率提高68%，最大能使炭氫化合可燃物降低20%，并減少和降低爆炸和再爆炸的發(fā)生。真正解決了煤礦采掘工作面情況復(fù)雜多變，瓦斯變化無(wú)常難以預(yù)防和管理的矛盾，實(shí)現(xiàn)預(yù)防與控制并舉，防爆與抑爆兼施、超前與滯后共治、隱患與災(zāi)情同除，并被國(guó)家煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)評(píng)為2007年煤炭工業(yè)十大項(xiàng)新技術(shù)重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。
若發(fā)生煤礦瓦斯爆炸后，如何降低和減少損失保護(hù)礦工生命是首要問(wèn)題，人們?cè)谶@一問(wèn)題上進(jìn)行了不懈努力。例如搶險(xiǎn)救災(zāi)，縮小災(zāi)區(qū)，安設(shè)防爆隔離閉墻等措施，但依然不能減少事故損害，有時(shí)甚至由于局部瓦斯爆炸引起整個(gè)礦井連鎖爆炸，二次和多次重復(fù)爆炸，造成井毀人亡的慘局。
當(dāng)發(fā)生瓦斯爆炸的一瞬間，若能鎮(zhèn)定自若不左顧右盼立即爬下面朝下雙手護(hù)頭捂耳，就是在爆炸現(xiàn)場(chǎng)也基本能逃過(guò)一劫，但大部分人心慌意亂、害怕、恐懼、慌亂中出錯(cuò)將這最基本知識(shí)忘記一空，任由正反沖擊波即刻斃命，爆炸產(chǎn)生的有害氣體和爆炸后的缺氧以及爆炸造成閉墻倒塌，通風(fēng)系統(tǒng)被破壞，閉墻內(nèi)的有害氣體涌入采掘工作面巷道及二次瓦斯煤塵爆炸是造成煤礦重大人員傷亡的決定性因素。因此保持煤礦瓦斯爆炸后，通風(fēng)系統(tǒng)不被破壞，盲硐閉墻和采空區(qū)閉墻不被破損是終止瓦斯爆炸事故和防止二次事故的重要保障。經(jīng)過(guò)幾十年血的教訓(xùn)陽(yáng)泉市新鑫科技研究所有限責(zé)任公司研制發(fā)明的閉墻用快速防爆泄壓器及快速密閉墻解決了這一煤礦重大難題，提高了礦井抵抗瓦斯爆炸的能力，實(shí)現(xiàn)了永久閉墻的快速、堅(jiān)固、輕便、不漏風(fēng)、不坍塌、抗水淹、防火、防爆，當(dāng)災(zāi)區(qū)發(fā)生瓦斯爆炸時(shí)，能泄出沖擊波保護(hù)閉墻不損壞，并能實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)、通行、通風(fēng)、排放水、灌水漿、噴注惰化氣霧，瓦斯爆炸后能防止密閉墻內(nèi)各種有害氣體大量涌出，防止瓦斯爆炸后的高溫火煙引燃引爆閉墻另一側(cè)的瓦斯和煤塵，具有終止瓦斯爆炸火煙傳播，防止瓦斯爆炸事故擴(kuò)大的作用，同時(shí)能提高礦井局部和整體的防災(zāi)抗災(zāi)能力，實(shí)現(xiàn)了用科技保障煤礦安全、用知識(shí)保護(hù)礦工生命的本質(zhì)安全型煤礦的建設(shè)。
參考文獻(xiàn)
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4、《煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控規(guī)范》2002
作者簡(jiǎn)介
陽(yáng)泉新鑫科技研究所所長(zhǎng)、高級(jí)工程師杜志剛，男，45歲，從事煤礦通風(fēng)與安全專業(yè)領(lǐng)域，發(fā)明專利60余項(xiàng)，國(guó)內(nèi)外發(fā)表專業(yè)論文90余篇，著有專業(yè)著作四部，被選為中國(guó)煤炭工業(yè)勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)理事、煤礦安全管理系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)常委、礦山救護(hù)專業(yè)委員會(huì)委員、煤礦通風(fēng)安全專業(yè)委員會(huì)委員、山西省煤礦事故技術(shù)鑒定專家、山西省政策研究室特邀研究員、山西省委組織部聯(lián)系的高級(jí)專家、陽(yáng)泉市發(fā)明協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)、陽(yáng)泉市工商聯(lián)合會(huì)執(zhí)行委員會(huì)委員、陽(yáng)泉市礦區(qū)政協(xié)委員、陽(yáng)泉市礦區(qū)人大代表、被市委、市政府授予“陽(yáng)泉市十大杰出科技青年”、“煤礦安全衛(wèi)士”、“陽(yáng)泉市有突出貢獻(xiàn)的優(yōu)秀人才”、“享受市政
府特殊津貼的拔尖人才”，并榮立“山西省二等功”。
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