“剃頭”下山論文

1、<p>　　“剃頭” 下山開采安全隱患分析及防治對策</p><p>　　張玉濤1,2，王德明1,2</p><p>　　1. 中國礦業(yè)大學能源與安全工程學院，江蘇徐州 (221008)</p><p>　　2. 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇徐州 (221008)</p><p>　　摘 要：針對當前煤礦生產(chǎn)中普遍存在的“

2、剃頭” 下山開采模式，進行了深入地研究和探討，分析了其中存在的重大安全隱患，如水患嚴重、運輸困難、災變時極易發(fā)生風流逆轉等，并配合具體的事故案例加以闡述，最后提出了相應的防治對策。</p><p>　　關鍵詞：“剃頭”下山開采；安全隱患；下行通風；風流逆轉；煤礦事故</p><p><b>　　1. 引 言</b></p><p>　　近年來，

3、我國煤礦事故頻繁發(fā)生，2000 年以來，僅死亡一百人以上的煤礦事故就發(fā)生了8 起之多，具體分布如下表1，煤礦安全形勢已經(jīng)相當嚴峻。</p><p>　　盡管國家為保證煤礦安全采取了一系列相關的政策，但是僅從政策上著手并不能有效地根治煤礦事故這一頑疾，最重要的還要從技術上下功夫，也就要盡可能地減少煤礦生產(chǎn)中存在的重大安全隱患。筆者在對以上8 起死亡百人以上煤礦事故的總結中發(fā)現(xiàn)，各個發(fā)生事故的礦井全部采用了下山開采，

4、而其中5 個事故煤礦采用了“剃頭”下山開采模式。2005 年的煤礦安全專家會診中也發(fā)現(xiàn)，“剃頭”下山開采模式在當前煤礦開采中普遍存在，已經(jīng)成為影響煤礦安全生產(chǎn)的重大頑疾，同時也為煤礦事故的發(fā)生埋下了重大的安全隱患。</p><p>　　2. “剃頭”下山開采的概念</p><p>　　所謂的“剃頭下山”開采，是指在下山開采過程中，主要進、回風巷仍在繼續(xù)向下延伸時，就組織工作面進行開采或掘進

5、的一種開采模式。在這種開采模式下，采區(qū)的主要進、回風巷尚未貫通，通風、供電、排水等系統(tǒng)均沒有形成和完善，就已經(jīng)開始布置采煤工作面進行生產(chǎn)，屬于一種邊開拓、邊采掘的開采模式，如圖1。</p><p>　　3. “剃頭”下山開采的形成原因</p><p>　　“剃頭”下山開采模式是在一定的歷史條件下形成的，并受許多客觀因素的影響，歸結起來，主要有以下幾方面的原因：</p><

6、;p>　?。?）經(jīng)濟原因。前些年煤炭市場疲軟，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營遇到前所未有的困難，很多煤礦企業(yè)無力拿出大量資金對開拓延伸工程及通風防治水工程進行投入；2001 年以來，煤炭經(jīng)濟有所好轉，有些集團公司雖然加大了對開拓工程的投入，但也只是杯水車薪，難以有效解決該問題；另外，由于受各種因素的影響，不能實現(xiàn)礦井水平的正常更替，為了保證出煤量，維持經(jīng)濟效益穩(wěn)定，各礦不得不在通風系統(tǒng)尚未完善的情況下就組織工作面進行生產(chǎn)。</p>&

7、lt;p>　?。?）開采方式影響。采煤工作面全面推廣一次采全高放頂煤開采，開采強度增大，產(chǎn)量提升速度更快，井巷工程欠帳緊張的局面無法得到有效的緩解。</p><p>　?。?）瓦斯原因。有些礦井為瓦斯高突礦井，給開拓掘進工作帶來了很大的困難，開拓掘進速度明顯變慢，并大量增加了用于瓦斯防治的開拓掘進巷道。</p><p>　?。?）水害原因。隨著開采深度的增加，水害威脅越來越大，增大了

8、開拓難度，增加了用于疏放水及防治水的開拓工程量。</p><p>　?。?）礦壓影響。隨著采區(qū)向深部延深，生產(chǎn)戰(zhàn)線長，礦壓顯現(xiàn)加劇，巷道失修率高，前掘后修，巷道維護大量擠占了開拓力量。</p><p>　?。?）地質條件影響。部分礦井采區(qū)由于地質條件的變化，如構造多、煤層變薄、受相鄰煤礦的越界開采等原因，采區(qū)開采儲量銳減，造成井巷工程欠帳更多。</p><p>　　

9、4. “剃頭”下山開采存在大量事故隱患</p><p>　　“剃頭”下山開采模式，雖然在一定程度上暫時緩解了出煤量的不穩(wěn)定問題，但是其中卻存在著大量的安全隱患：</p><p>　?。?）排水、運輸、瓦斯抽排以及通風系統(tǒng)不完善</p><p>　　剃頭下山開采多數(shù)是因采場接替緊張而造成的非正常開采，首采面投產(chǎn)時開拓系統(tǒng)尚未完工。有的下山采區(qū)不是一次設計到位，采區(qū)巷道

10、不斷變化，使生產(chǎn)環(huán)節(jié)和通風系統(tǒng)趨于復雜，因此，系統(tǒng)抗災能力差，在排水、運輸、瓦斯抽排以及通風系統(tǒng)方面存在著很大的安全隱患。</p><p>　　（2）采區(qū)內存在多個采、掘工作面，安全隱患大</p><p>　　剃頭下山開采方式，回采工作面生產(chǎn)、下山掘進開拓與下階段回采工作面巷道的掘進等工作都需要同時進行，在一個區(qū)域工程多，出現(xiàn)多個掘進面，較多的人員在一個抗災能力較弱的區(qū)域內工作，勢必帶來事

11、故發(fā)生的潛在危險。</p><p>　?。?）通風設施多，通風系統(tǒng)安全可靠性降低</p><p>　　工作面回采準備與下山的開拓延伸，在下山與下山之間、下山與水平大巷之間、開拓延伸的下山下部與承擔通風、運輸?shù)娜蝿盏南律缴喜恐g，新工作面的順槽掘進工作面與下山之間等都需要設立通風設施，一個區(qū)域內通風設施多，通風系統(tǒng)就復雜，安全可靠性就大幅降低；因施工隊伍多，回采、掘進同步作業(yè)，因此采區(qū)內行人

12、、運煤、運料，風門頻繁開關，且易遭到損壞，通風設施易失效引起風流短路，進而造成工作面甚至整個采區(qū)缺風、無風，引起瓦斯超限。</p><p>　?。?）下行通風存在許多的安全隱患</p><p>　　下山開采中作為主進風的下山巷道必然要采用下行通風。上行通風時，新鮮風流自進風上山進入采區(qū)，清洗工作面的乏風后，經(jīng)回風上山流入回風道，新風流和乏風流均向上流動，沿傾斜方向的風路較短。下行通風時，新

13、風由進風下山進入采區(qū)，清洗采煤工作面后的乏風要經(jīng)下山流回回風道，風流在進風下山和回風下山內流動方向相反，通風路線長；且進風下山和回風下山相距較近，屬于平行反向流動，風壓差大，故漏風嚴重，通風效率低；而且進、回風路線之間交叉點多，通風設備多，管理困難。下行通風在災變（發(fā)生爆炸或火災）條件下容易產(chǎn)生風流逆轉，因為爆炸或火災產(chǎn)生的熱空氣所形成的熱風壓與通風機作用相反，特別是在下山剃頭開采的條件下，通風壓力小，熱風壓的作用就特別容易起主導作用，

14、造成風流逆轉，這時，災變氣流就會侵入到鄰近的工作區(qū)域，如果逆流到進風巷道，就會隨風流迅速侵入到工作面等人員集中的場所，造成大范圍的人員傷亡。因而，下行通風的抗災能力比上行通風要弱得多；如果礦井有煤與瓦斯突出危險，那對于下行通風更應該慎之又慎，因為突出的瓦斯如果濃度很大，極易產(chǎn)生瓦斯逆流，使某些場所瓦斯?jié)舛瘸蓿f一發(fā)生爆炸后，災害波及的范圍就很容易擴大，如圖2 所</p><p>　　瓦斯風壓可近似按下式計算:&

15、lt;/p><p>　　PCH4 = （ρ0 ?ρCH4） gZC (3.1)</p><p>　　式中，Z ——風流流經(jīng)井巷始末兩點高差，m；</p><p>　　ρ0 ——井巷中不含瓦斯的空氣密度，kg/ m 3；</p><p>　　ρCH4 ——瓦斯的密度，kg/m 3；&

16、lt;/p><p>　　C ——巷進回風點瓦斯?jié)舛炔?lt;/p><p>　　巷道壓差用下式表示：</p><p>　　P=α [2L(m+a) /ma]V2 (3.2)</p><p>　　式中，α ——空氣流動摩擦系數(shù)，N·S2/m4 ;</p><

17、;p>　　M ——巷道高度，m；</p><p>　　A ——巷道寬度，m；</p><p>　　V ——巷道風速，m/s。</p><p><b>　　下行通風巷道，當</b></p><p>　　CH4 P = P 時，風流就會停滯；</p><p>　　CH4 P > P

18、時，就會逆轉。</p><p>　　例如，巷道傾角為10°，高度為2m ，寬度為4m ,α 取0.035N·S2/m 4，</p><p>　　ρ0取1.2kg/ m3 ，ρCH4取0.664kg/m 3 ，巷道風速為1m/s，則相應使風流停滯或逆轉的瓦斯?jié)舛菴≥5.8％ ，如果巷道傾角增大，濃度C 就更小，這在有瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的地方是很容易達到的條件。當這個條

19、件產(chǎn)生時，巷道內風流就會停滯或逆轉，導致風流的不穩(wěn)定或系統(tǒng)混亂,擴大災害，為排除事故和搶救工作增加困難。</p><p>　?。?）下山采區(qū)逃生困難</p><p>　　下山采區(qū)中人員逃生必須走上坡路，比走下坡路需要更多的逃生時間，遇到突發(fā)事故，逃生難度相當大。木沖溝、大平、孫家灣等煤礦事故中，都因缺少逃生路線，逃生困難，很多人員死于一氧化碳中毒窒息。</p><p&g

20、t;　　5. 典型事故案例分析</p><p>　　下面以發(fā)生于2000 年的貴州木沖溝煤礦事故為例，做進一步地闡述和分析。2000 年9 月27 日20 時30 分，貴州省水城礦務局木沖溝煤礦四采區(qū)發(fā)生一起特別重大瓦斯煤塵爆炸事故，事故波及整個四采區(qū)，造成162 人死亡，37 人受傷，直接經(jīng)濟損失1227.22萬元。</p><p><b>　　5.1 礦井概況</b&g

21、t;</p><p>　　木沖溝煤礦位于貴州省六盤水市境內，1974 年10 月投產(chǎn)，2000 年計劃生產(chǎn)煤炭77 萬噸，1～8 月實際產(chǎn)量52.3 萬噸。礦井為高瓦斯礦井，絕對瓦斯涌出量為29.93m3/min，相對瓦斯涌出量為16.63m3/t，并具有突出危險性；煤塵爆炸指數(shù)為27%～36%，具有煤塵爆炸危險。礦井采用抽出式通風，兩臺軸流式風機，一用一備；礦井需風量為4510 m3/min，實際風量為5078

22、m3/min，礦井負壓1930Pa，最大風量流程為8040m。井田采用走向平硐開拓，劃分為一個水平，即+1800m 水平，單水平上、下山開采，如圖3。</p><p>　　井田沿走向劃分為8 個采區(qū)，現(xiàn)開采的是第四采區(qū)下山部分。四采區(qū)為三條集中下山開拓，其中進風下山和皮帶下山進風，軌道下山回風。西翼共布置兩個回采工作面（41112 綜采工作面和41114 高檔普采工作面），一個綜采準備工作面（41114 綜采工作

23、面）和六個掘進工作面（41116 工作面機巷、軌道巷、開切眼，41118 工作面軌道巷，采區(qū)進風行人下山和皮帶運輸下山）。其中，綜采工作面正在安裝，六個掘進工作面也正在施工。</p><p>　　5.2 事故發(fā)生原因及經(jīng)過</p><p>　　9 月27 日，事故當班井下有244 人作業(yè)，41116 軌道巷掘進工作面因更換局部通風機停電停風造成瓦斯超限，排放瓦斯過程中，現(xiàn)場人員違章拆卸礦燈

24、產(chǎn)生火花，引起瓦斯爆炸，</p><p><b>　　如圖4 所示。</b></p><p><b>　　5.3 總結</b></p><p>　　事故發(fā)生的主要原因是該礦通風系統(tǒng)不完善，而且在生產(chǎn)技術及安全管理上存在相當嚴重的問題，主要表現(xiàn)在：</p><p>　?。?）該礦屬于明顯的“剃頭下山”

25、開采，生產(chǎn)過于集中，而且沒有形成完整的通風系統(tǒng)，該礦帶來諸多的安全隱患，如生產(chǎn)集中、通風系統(tǒng)復雜，造成了通風設施，如風門、風機和風筒等設施增多和管理不善，很容易發(fā)生風流短路和漏風現(xiàn)象，致使礦井有效風量僅為所需風量的87%，風量嚴重不足；采用下行通風，致使工作面瓦斯爆炸后產(chǎn)生風流逆轉，許停電停風 瓦斯積聚 違章拆卸礦燈 瓦斯爆炸 煤塵爆炸多位于進風口的人都未能幸免于難，這是導致災害事故擴大最主要的原因。</p><p&

26、gt;　　（2）在未經(jīng)批準的情況下，該礦擅自修改采區(qū)設計方案，即在四采區(qū)一翼布置2 個生產(chǎn)工作面、1 個綜采準備面和6 個掘進工作面，導致生產(chǎn)過于集中，布局不合理，致使通風系統(tǒng)復雜，風流不穩(wěn)定；而且超通風能力組織生產(chǎn)。</p><p>　?。?）通風設施不可靠。+1813 水平石門的三道風門開啟頻繁，其中兩道風門被卡住不能關閉，而且第一道風門被撞變形，造成漏風量增加和風流短路；進風下山臨時板門也被撞斷撞垮，造成漏

27、風量進一步增加，減少了整個系統(tǒng)的有效風量。</p><p>　?。?）機電與局部通風管理混亂。局部通風機更換后不及時調換機電設備管理的牌板，造成誤開、停局部通風機，而且井下經(jīng)常停電停風，造成采掘工作面瓦斯超限和局部通風機無計劃停電停風頻繁。6 月1 日至27 日，有據(jù)可查的瓦斯超限達23 次，無計劃停風達17次，采掘工作面安裝的瓦斯斷電儀發(fā)生故障15 次。</p><p>　?。?）違章排

28、放瓦斯。在排放瓦斯過程中，事先沒制定任何排放計劃，在排放瓦斯影響的區(qū)域內也沒有設置警戒，而且沒有采取停電、撤人等措施，礦山救護隊員作業(yè)時也未佩戴呼吸器；更重要的是，位于41114 機巷的四臺局部通風機同時運轉排放，造成41114 機巷局部通風機以里部分巷道內風流不穩(wěn)定和產(chǎn)生循環(huán)風；再加上41116 軌道巷因積水導致回風巷斷面變小，阻力變大，回風不暢，致使41114 機巷第四聯(lián)絡巷附近巷道內的瓦斯?jié)舛冗_到爆炸極限</p>&

29、lt;p>　　（6）沒實行分區(qū)通風，工作面串聯(lián)通風嚴重。進風下山的新風經(jīng)過41116 機巷、41118軌道巷掘進工作面后，乏風又串聯(lián)至進風下山和皮帶下山掘進工作面，導致事故擴大。</p><p>　?。?）職工素質低。該礦一線職工70％是農民協(xié)議工，由于缺乏安全培訓，都不具備起碼的安全常識，甩掉煤電鉆綜合保護裝置作業(yè)、用新鮮風流吹瓦斯監(jiān)測探頭和在井下拆卸礦燈等嚴重違章現(xiàn)象屢見不鮮；而且對防塵工作不重視，掘進

30、工作面遇到斷層時，便將防塵水管改成壓風管使用。</p><p>　　6. “剃頭”下山開采解決措施</p><p>　　要消除“剃頭”下山開采，可以從以下幾個方面著手：</p><p>　　（1）轉變觀念，強化安全意識，樹立“安全第一，生產(chǎn)第二”的思想，即使犧牲生產(chǎn)，也要先把安全問題解決，要認識到只有確保安全才是產(chǎn)量提高的有效前提。所以，進一步轉變觀念，強化企業(yè)領導

31、、員工的安全意識，加強安全管理，對于煤礦安全生產(chǎn)是非常重要的。</p><p>　?。?）礦井設計規(guī)劃時，應該合理布置采掘關系，實現(xiàn)正常更替，防止因采掘關系緊張造成不合理開采，而形成“剃頭”下山開采現(xiàn)象，導致事故隱患的出現(xiàn)。同時，加大對井巷工程的投入，集中力量解決井巷開拓問題，完善開拓系統(tǒng)，形成完整的通風系統(tǒng)、排水系統(tǒng)之后，再進行采煤工作面的生產(chǎn)。</p><p>　?。?）加強對瓦斯的治

32、理。隨著開采深度的增加，可能會帶來瓦斯隱患增加的現(xiàn)象，增大了開拓掘進工作的難度，就會大大影響掘進速度，從而造成采掘失調，因此必須加大瓦斯抽放力度，完善瓦斯抽放系統(tǒng)，不能讓瓦斯成為桎梏煤礦正常生產(chǎn)的瓶頸。</p><p>　?。?）加強水患的治理，采用三維地震、瞬變電磁勘探、開鑿水文地質觀測孔等措施加強對水患的監(jiān)測監(jiān)控，同時進行底板注漿，加固系統(tǒng)。另外，在采區(qū)需要配備排水泵及配套電控，并鋪設管路，制定完善的排水措施

33、</p><p>　　（5）提高巷道支護水平，減少甚至避免巷道冒頂垮落，保證巷道的穩(wěn)定，避免因巷道維修擠占掘進工作的時間。同時，加強對巷道掘進技術的改進，提高巷道掘進速度，即便因其它原因影響巷道掘進開拓，也能夠在較短時間內，完成巷道掘進，從而跟上采煤工作面的推進速度，保證二者進度協(xié)調一致。</p><p><b>　　7. 結語</b></p><

34、p>　　“剃頭”下山開采模式在煤礦水平更替困難時期，對于保證出煤量、維持煤礦經(jīng)濟效益的穩(wěn)定起到了一定的作用，但是同時也帶來了重大的安全隱患，如排水、運輸、瓦斯抽排以及通風系統(tǒng)不完善，容易發(fā)生風流或瓦斯流逆轉以及逃生困難等。各煤礦應該樹立“安全第一，生產(chǎn)第二”的思想，采取各種措施，盡量避免“剃頭”下山開采，以保證煤礦生產(chǎn)的安全、順利進行。</p><p><b>　　參考文獻</b>&l

35、t;/p><p>　　[1] 孟景鳳. 千秋煤礦開采現(xiàn)狀及開采對策[J].煤炭技術,2006,25(5):126-127</p><p>　　[2] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局. 煤礦安全技術專家會診資料匯編[M].2006</p><p>　　[3] 張仁松，楊吉才. 對瓦斯礦回采工作面下行通風的探討[J].煤炭工程師,1998,(1):29-31.</p>

36、<p>　　[4] 王捷帆，李文俊. 中國煤礦事故暨專家點評集[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2001. 1141-1145.</p><p>　　[5] 張玉濤. 礦井通風系統(tǒng)與煤礦重特大事故之間的關系研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學圖書館.2006</p><p>　　作者簡介：張玉濤（1982－），男，漢族，博士研究生，從事礦井通風防滅火領域的研究。</p>&