| 我国煤矿安全科技需求与对策
宁 宇 博导、研究员
煤炭科学研究总院院长
国家安全生产专家组综合组副组长
二OO九年六月三十日
一、前言
二、煤矿的主要灾害及危害程度
三、煤矿灾害事故基本特征
四、煤矿灾害事故原因分析
五、煤矿安全科技对策和发展方向
一、前言
1.煤炭工业的地位和作用
煤炭工业是关系国家经济命脉的重要基础产业，支撑着国民经济持续高速发展。
煤炭在我国一次能源生产和消费结构中一直占70%左右：煤炭提供了76%的发电能源、工业燃料和动力、60%的民用商品能源、70%的化工原料。
2008年煤炭产量27.2亿吨，约占世界煤炭产量的42%，其增量占世界80%以上，分别占一次能源生产和消费的76.7%和68.7%。
我国煤炭资源占已探明化石能源总量的96%以上 。
图1 中国化石能源构成图
一、前言
2.煤炭在我国能源结构中的比例
2008年我国能源生产总量260000万tce,其中煤炭占76.7%，原油占10.4%，天然气占3.9%，水电、核电、风电等一次电力占9.0%。
与2002年相比，2008年煤炭产量增加92%，石油产量仅增加14%。
2008年我国能源消费总量285000万tce，其中煤炭占68.7%，石油占18.0%，天然气占3.8%，水电、核电、风电等一次电力占9.5%。
图2 2008年我国能源生产和消费结构
图3 2000～2008年全国煤炭生产情况
一、前言
3.煤炭工业主要特征
煤炭是不可再生的资源，煤炭工业属资源型、高危险性、投资风险高的行业，生产环节复杂。
煤炭需求持续增长，煤炭生产与消费逆向布局的矛盾更加突出。
2010年全国煤炭需求总量为30亿吨, 2020年中国煤炭需求约为34亿吨左右，比目前增加约6亿吨。
煤矿数量多、分布广，产业集中度较低。
2008年底全国共有各类煤矿17352处（包括改扩建设和新建矿井），其中国有重点1051处，国有地方和乡镇煤矿16301处。
煤矿在我国26个省（直辖市、自治区）、1260个县均有分布。
煤矿自然条件差，井工开采比重大。我国露天矿井仅占0.3％，产能占6％左右。美国露天开采比重67％，印度80%。
生产力水平发展不平衡。国有重点煤矿的装备水平和集约化程度在不断提高，生产规模在逐步扩大；小煤矿技术装备水平较低，开采方法落后，基本上采用非机械开采，缺乏足够的安全保障。
一、前言
4.煤炭工业“十一五”发展战略
《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》
坚持节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展，优化生产和消费结构，构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系。
有序发展煤炭。 加强煤炭资源勘探，统筹规划，合理开发，提高回采率，减少煤炭开采对生态环境的影响。
加强煤矿瓦斯综合治理，加快煤层气开发利用。
二、煤矿的主要灾害及危害程度
我国是世界上煤矿灾害严重、灾害多的国家，主要灾害有： 瓦斯灾害、顶板灾害、矿井火灾、水害、冲击地压、尘害、热害等。
二、煤矿的主要灾害及危害程度
1. 瓦斯灾害
我国煤矿几乎都有瓦斯涌出，年涌出量超过150亿方；
国有重点煤矿中，高瓦斯突出矿井占49.5%左右；
全国煤矿中高瓦斯矿井4462处，突出矿井911处，国有重点煤矿中约250处突出矿井；
我国煤矿是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一
始突深度最小；
瓦斯压力高，已测得的数据为13.8MPa；
至2007年底累计突出16400余次，占世界总突出次数的40%左右。
图5 煤与瓦斯突出过程模拟
瓦斯爆炸浓度范围：5% ~ 16%
二、煤矿的主要灾害及危害程度
2. 尘害
采掘工作面产尘强度大，导致矿工患尘肺病；
2007年不完全统计累计尘肺病例61.3万人，其中煤矿尘肺病例约占一半；
87.37%的国有重点煤矿的煤尘存在爆炸危险性；
煤尘与瓦斯共存时，相互促进爆炸危险性；
发生过世界上最大的煤尘爆炸和瓦斯煤尘爆炸事故。
二、煤矿的主要灾害及危害程度
3. 自然发火
72.05%的大中型煤矿、煤层自然发火严重或较严重；
51.3%的国有重点煤矿存在自然发火危险；
几乎所有产煤区都存在自然发火危险、重点产煤区尤为严重；
北方煤田火灾问题突出；
露天矿也存在自然发火危险。
二、煤矿的主要灾害及危害程度
4. 水害
我国煤矿水文地质条件比较复杂；
大中型煤矿中，水文地质条件属复杂或极其复杂类型的占25.04%，属于简单的仅占39.49%；
华北煤田受奥灰岩溶水威胁的矿井占矿井总数的80%；
采空区、老窑积水已成为煤矿一大隐患。
二、煤矿的主要灾害及危害程度
5. 冲击地压
以煤岩急剧猛烈破坏为特征的另一种动力灾害；
102处煤矿发生过程度不同的冲击地压；
大中型煤矿中5%的矿井存在冲击地压灾害,最大达到了4.3级；
冲击地压容易诱发其它灾害。
二、煤矿的主要灾害及危害程度
6. 主要灾害的变化趋势
我国煤矿的平均开采深度450m左右，每年增加10～20m；
地应力、瓦斯压力、瓦斯涌出量随之增大；
煤与瓦斯突出、冲击地压危险增加；
热害成为煤矿新的灾害；
容易导致多种灾害的耦合。
三、煤矿灾害事故基本特征
1.煤矿灾害事故现状
煤矿安全生产形势在我国工业企业中最为严峻；死亡人数是世界主要采煤国中最高的，长期以来我国煤矿的死亡人数占世界煤矿死亡人数的80%；
煤矿安全生产形势持续好转，事故起数和死亡人数大幅下降。全国煤矿死亡人数由2002年的6995人，减少到2008年的3215人，下降了54.05%；百万吨死亡率由4.94下降到1.18，下降76.11%。
图11 煤矿事故起数、死亡人数、百万吨死亡率变化趋势
三、煤矿灾害事故基本特征
（1）灾害事故类型多、瓦斯是“第一杀手”
存在各类自然灾害事故（瓦斯、水、火等）
生产性不安全因素导致事故（机械伤害、触电等）
灾害事故的主要类型是顶板和瓦斯事故
顶板事故发生频率最高，瓦斯事故死亡人数多；
顶板和瓦斯事故起数之和和死亡人数之和均占事故起数和死亡人数的60%－70%左右。
瓦斯事故危害性大，顶板事故发生率最高
2001～2006年，一次死亡10人以上的特大（重大）事故中，瓦斯事故占80%，一次死亡30人以上的特别重大事故中，瓦斯事故占83%；
24起死亡百人以上的特别重大事故中，瓦斯煤尘事故21起，事故起数和死亡人数分别占88%和90%。
顶板事故发生率最高（占事故总起数55%），死亡人数最多（ 占总事故死亡人数的43%）。
瓦斯事故危害性最高（平均每起事故造成3.30人死亡）
顶板事故和瓦斯事故的发生起数和死亡人数占总数的66%和69%。
一次死亡3人以上的事故中，瓦斯、顶板和水害事故占90%以上。
三、煤矿灾害事故基本特征
（2）采掘工作面事故最多
近年来的数据表明，国有煤矿发生的一次死亡3人的事故中，采掘工作面事故起数和死亡人数均占75%以上；其中掘进工作面事故起数和死亡人数分别占40.92%和42.62%；
2008年17起重大以上瓦斯事故中，掘进工作面发生11起，占65%；25起较大煤与瓦斯突出事故中，16起发生在掘进工作面，占64%。
三、煤矿灾害事故基本特征
（3）小煤矿事故多发、非法开采矿井安全问题严重
2008年乡镇矿事故起数和死亡人数分别占74%和73。4%， 2007年为72.7%和76.6%；
2008年38起重大以上事故中，违法生产矿井20起，死亡361人，分别占重大以上事故总量的52.6%和51.1%；非法矿井3起，死亡73人，分别占重大以上事故总量的7.9%和10.3%。
三、煤矿灾害事故基本特征
（4）安全生产发展不平衡，存在显著的区域性差异
2008年26个产煤省区中，有20个地区死亡人数减少， 6个省市同比上升。
贵州、四川、山西、重庆、湖南、河南等6个地区煤矿死亡率仍较高，人数超过250人，6省市共死亡1925人。死亡人数占全国总数的60%。
一大批矿区百万吨死亡率已降至平均水平以下，神东、兖州等矿区安全生产达到世界先进水平；
一些矿区百万吨死亡率仍然居高不下。
四、煤矿灾害事故原因分析
图14 早二叠世全球古地理简图
图15 后侏罗纪全球古地理简图（1.52亿年前）
图16 中国大地构造简图
四、煤矿灾害事故原因分析
四、煤矿灾害事故原因分析
四、煤矿灾害事故原因分析
4. 灾害防治能力不足，防灾系统不健全
近15%国有煤矿超通风能力生产；
技术会诊的462处煤矿“三量”合理的只占18.19%；
存在“剃头”开采的矿井占16.54%；
通风富余系数比较合理的仅占38.32%；
矿井瓦斯抽放率在20%以上的矿井只占40%；
大部分矿井井下供电线路，机电设备仍是建井时期的。
四、煤矿灾害事故原因分析
5. 科技支撑能力不足
煤矿安全基础理论研究薄弱，对灾害发生机理、演化过程尚不能全面认识，导致治本技术少，治表技术多；
灾害防治的许多技术难题没有得到突破；
先进适用灾害防治技术没有得到全面推广应用；
据初步估算，科技进步对煤矿安全生产贡献率仅为25%。
四、煤矿灾害事故原因分析
6.安全管理水平低
管理技术手段落后，大多停留在事后总结教训的被动管理模式上；
现场管理混乱、安全技术措施不到位、隐患未及时整改；劳动组织管理较乱。
安全管理体制有待完善，有效的社会制约机制急待建位。
7.安全投入不足，安全欠帐巨大
安全历史欠账问题解决难度大；遗留的安全工程缺口和设备老化等深层次问题突出。
四、煤矿灾害事故原因分析
8.行业技术标准不能满足安全生产需要。
9.煤矿安全科技创新体系及运行机制不健全，对安全生产支撑不足。
10.职工素质不高、技术人员匮乏。
11.煤矿基础设施和安全保障能力不能满足国民经济高速发展对煤炭能源的需求。
五、煤矿安全技术对策和发展方向
（一）我国煤矿安全的科技需求
在瓦斯防治技术方面
我国煤层透气性差、预抽瓦斯难度大，缺乏效果好的抽放技术；
松软突出煤层钻孔施工困难、缺乏钻进工艺技术和装备；
定向长钻孔（1000m）钻进钻机与钻孔工艺缺乏；
未全面实现“先抽后采”，采抽比例失调，采掘部署调整难度大；
低浓度瓦斯利用缺乏安全保障技术；
瓦斯抽放、利用成本较高，需要政策支持。
（一）我国煤矿安全的科技需求
在煤与瓦斯突出防治技术方面：
对构造煤、瓦斯地质、地应力场等基本问题的研究深度不够，煤与瓦斯突出机理未完全认识
延期突出发生次数增加，缺乏有效的技术对策
需要提高突出预指标临界值的准确性和指标的可靠性；
保护层开采技术应用条件苛刻，适用范围受到限制。
（二）我国煤矿安全的技术对策
1.建立示范点、重点推广先进适用技术
瓦斯抽放技术，开采保护层技术，突出预测预报技术；
煤矿安全监控系统，合理配置监控系统功能，有条件的矿区，地区实现联网，促进信息共享；
推广自然发火早期预测预报技术、注浆、阻化剂、凝胶、氮气等综合防更火技术；
全面采用被动式隔爆技术，提高安全保障能力。
（二）我国煤矿安全的技术对策
（1）“煤矿瓦斯治理技术集成与示范”项目
项目对瓦斯治理技术进行梳理，并对先进适用技术进行完善提高和推广应用
项目设置四个课题：
煤矿瓦斯治理技术筛选及适用性研究
高瓦斯矿区瓦斯灾害诊断及治理方案研究
瓦斯治理适用技术完善提高及应用研究
煤矿瓦斯治理技术管理规范及标准的研究
建立五个示范工程：
沈阳煤业集团、郑州煤炭集团、松藻煤电公司、铜川矿务局、鹤岗矿业集团
取得显著的效果：
对我国瓦斯防治技术进行筛选，形成了瓦斯治理先进适用技术与装备体系 、建立了推广平台。
对16项瓦斯防治共性、关键性技术进行完善提高。
形成了重点监控煤矿企业所属高瓦斯突出矿井的瓦斯灾害隐患诊断报告和瓦斯治理技术方案，成为国债资金投入、隐患治理的基础和依据。
构建煤矿安全技术标准框架，制修订11项重要急需的技术标准、规范。
建立了沈阳、郑州、松藻、铜川、鹤岗五个示范工程。瓦斯抽放率增加30～50%，矿井瓦斯超限次数下降50%以上。
培训一批瓦斯管理与技术的人才队伍，已出版了5本专著 。
（二）我国煤矿安全的技术对策
（2）10个煤矿瓦斯治理与利用示范工程建设项目
根据各示范点的特点和条件，集成瓦斯治理与利用的先进适用技术，并总结推广应用。
龙煤集团鹤岗分公司、沈阳煤业集团、抚顺矿业集团
淮南矿业集团、淮北矿业集团
郑州煤炭集团、焦作煤集团
阳泉煤业集团、晋城煤业集团
松藻煤电公司
（二）我国煤矿安全的技术对策
2.突破灾害防治关键技术、实现支撑发展
提高热催化元件的寿命和稳定性，开发红外，光纤等原理的新型CH4、CO、CO2测定仪和传感器。
尽快突破宽带网络型煤矿安全监控系统的技术关键，研究处理能力强，智能化程度高的煤矿灾害预警技术，提高监控系统对瓦斯等灾害的预警能力。
研究适合高地应力、高瓦斯、松软突出煤层条件的钻机和钻进工艺及瓦斯抽放技术。
研究超长定向水平钻孔钻机与钻进工艺及预抽瓦斯技术。
研究井下、地面，采煤采气协调开发技术，把高瓦斯煤层转化为低瓦斯煤层实现安全生产的技术与装备。
研究探测矿井小构造和瓦斯富集区的地球物理方法及装备。
完善煤与瓦斯突出预测预报技术，提高预报准确性；研究延期突出的预测和预防技术。
突破煤层自然发火初期的预测预警技术，研究基于气味检测技术的早期预测方法。
研究矿井隐伏导水构造长距离精细探查与空间定位技术与装备；研究探测老空区的空间展布、位置、深度、富水状态等关键信息的高精度物探技术。
研究应对煤矿突发瓦斯异常涌出的技术对策，提高处置因冲击地压、初次放顶等引发瓦斯涌出异常的能力。
研究煤矿安全产品与装备的安全检测检验关键技术，提高安全装备的保障能力。
突破煤矿抢险救灾、事故调查、物证分析、模拟验证等关键技术，提高煤矿事故应急救援能力。
（二）我国煤矿安全的技术对策
围绕12个方面的关键技术问题，科技部、国家发展改革委、国家安监总局适时地启动并实施了一批煤矿灾害治理的关键技术研发、重大装备研制项目。
“十一五”国家科技支撑计划
重大装备研制与关键技术研发
国家重大科技专项
（二）我国煤矿安全的技术对策
“十一五”科技支撑重点项目
（1）煤矿瓦斯、火灾与顶板重大灾害防治关键技术研究
煤矿瓦斯灾害基础条件测定关键技术研究
煤矿重大灾害综合监测预警关键技术
煤与瓦斯突出防治和瓦斯抽放关键技术与装备
瓦斯煤尘爆炸预防及继发性灾害防治关键技术
煤矿火灾综合防治关键技术
深部开采煤岩动力灾害多参量识别与解危关键技术及装备
煤矿安全管理关键技术与标准研究
抚顺、淮南、淮北、峰峰、松藻五个示范点
（二）我国煤矿安全的技术对策
（2）安全生产检测检验体系与技术规范研究
安全生产检测检验体系与技术规范研究
重点领域安全生产检测检验关键技术与规范研究
典型在用设备安全检测检验关键技术与规范研究
典型灾害事故调查与物证分析关键技术与规范研究
典型灾害事故模拟仿真与虚拟现实关键技术研究
（二）我国煤矿安全的技术对策
（3）矿井老空区探测与水灾防治关键技术与装备
矿区水害防治技术方法
矿井水害电磁法探测关键技术与装备
矿井水害弹性波探测关键技术与装备
矿井水害监测预警技术与装备
矿井水害快速治理技术与装备
（二）我国煤矿安全的技术对策
（4）矿井重大灾害应急救援关键技术研究
矿井重大事故救援指挥辅助决策技术
井下灾区探测与灾害抑控技术与装备
人员遇险区域定位及救灾通讯关键技术与装备
遇险人员快速救护关键技术与装备
矿井重大灾害事故应急救援关键技术规范研究
（二）我国煤矿安全的技术对策
（5）煤矿安全高可靠性监控系统关键技术研究 （正在启动）
传感器自诊断及安全检测仪表无线接入技术研究
本质安全设备配接关键技术研究
基于监控系统的煤岩动力灾害监测技术研究与示范
监控系统网络结构可靠性及抗干扰技术研究与集成示范
监控系统数据可靠性和挖掘技术研究及示范
（二）我国煤矿安全的技术对策
8项“煤矿瓦斯综合治理与利用关键技术研发和装备研制项目”
松软突出煤层中风压空气钻进装备研制与配套工艺开发
井下水平长钻孔钻机研制及配套工艺开发
低透气性煤层瓦斯抽采增效技术开发
低浓度瓦斯输送安全保障成套技术开发与装备研制
防突远距离控制钻机研制及配套工艺开发
松软突出煤层顺层钻孔螺旋钻进装备研制与配套工艺开发
瓦斯抽采矿井的风流监测与智能控制关键技术研制
地面瓦斯抽采的欠平衡车装钻机研制
（二）我国煤矿安全的技术对策
“大型油气田及煤层气开发”国家重大科技专项
“大型油气田及煤层气开发”是国家十六项重大科技专项之一。
共设43项目22个示范工程。煤层气10个项目、6个示范工程，其中煤矿区2个项目、3个示范工程。
煤矿区煤层气开发与利用主要内容
煤层气与煤炭协调开发关键技术
煤矿区煤层气高效抽采、集输技术与装备研制
山西晋城矿区采气采煤一体化煤层气开发示范工程
两淮矿区煤层群开采条件下煤层气抽采示范工程
重庆松藻矿区复杂地质条件下煤层气开发示范工程
（二）我国煤矿安全的技术对策
3.加强防灾基础研究，引领防灾技术发展
研究煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害发生机理；
研究构造煤的成因、分布规律、物化特性等科学问题；
系统研究煤层瓦斯赋存、运移及涌出规律；
研究瓦斯煤尘爆炸特性及其演化、传播规律；
研究冲击地压等煤岩动力灾害与瓦斯异常涌出的相关性，以及多种致灾因子藕合发生继发性灾害的机理；
研究煤矿隐蔽火源特性及探测技术；
研究大埋深快速机械化采煤条件下的突水机理；
研究煤层隔水底板的防水效应。
（二）我国煤矿安全的技术对策
国家安监总局组织，科技部在973计划中支持了3项煤矿灾害治理的重大基础研究项目。包涵中8项基础问题的有关瓦斯、水灾害、冲击地压等灾害防治内容。
（二）我国煤矿安全的技术对策
（1）973国家重大基础研究“ 预防煤矿瓦斯动力灾害的基础研究”
项目设置6个课题：
煤矿瓦斯灾害的地质构造作用机理
含瓦斯煤体物理力学特性及本构关系
采动裂隙场时空演化与瓦斯流动耦合效应
煤岩瓦斯动力灾害的动力学演化机理
煤岩动力灾害演化过程的地球物理响应规律
瓦斯（煤尘）爆炸动力学演化及多相耦合效应
（二）我国煤矿安全的技术对策
（2）国家973计划项目“煤矿突水机理与防治基础理论研究”
项目设置8个课题：
矿井突水的水文地质结构模式及形成条件
矿井突水的动力学特征及控制因素
采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件
采动岩体渗流规律与突变机理
矿井突水的危险性评价理论与方法
矿井突水的水量预测理论与方法
突水前兆信息演化规律及实时监测理论
控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法
（二）我国煤矿安全的技术对策
（3）国家973计划项目“煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究”（正在启动）
项目设置6个课题：
深部煤矿动力灾害的地质构造条件、原岩应力场特征及探测方法
深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征
深部开采覆岩运动与采动应力时空分布规律和围岩稳定性控制
深部煤矿动力灾害的多因素耦合致灾机理与能量积聚释放规律
深部煤岩动力灾害的前兆信息特征与监测预警理论
深部煤矿动力灾害的综合防治理论与解危方法
（二）我国煤矿安全的技术对策
4.强化技术基础性工作，支撑煤矿安全监管监察
（1）在国家安监总局直接领导下，依法建立和实施了矿用产品安全标志准入制度
安标和矿用产品检测检验是技术性很强的工作；
实施安标制度，提升了煤矿安全管束监察水平；
实施安标制度,提高了安全装备的技术门槛，确保了产品的安全性能；
安标是贯彻执行法律法规、规范标准的基本手段；
煤矿安全监察机构通过做好煤矿执行安标管理制度的监察，促进煤矿企业保证装备安全，创造本质安全化作业条件和作业环境。
（2）加强标准的研究和制修订，为煤矿安全管理和监察提供基础。
初步统计，“十五”以来，标委会共研究和制修定标准化1055项，其中国家标准163项，行业标准892项。
针对煤矿安全生产和管理的实际需求，加快了标准的制修订，建立了煤矿安全标准体系。
AQ标准体系实施后，进一步加强了对测试方法、规范等基础性标准的研究与制定。如《煤矿斯抽采基本指标》、《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》、《煤矿瓦斯抽放规范》、《煤矿井下粉尘综合防治技术规范》等。
（三）“十二五”煤矿安全技术发展方向
1.预防瓦斯灾害的基础研究
2.煤岩瓦斯动力灾害监测预警技术
3.瓦斯煤尘爆炸防治技术
4.煤层气抽采钻孔施工技术与装备
5.煤层气开发技术
6.承压开采煤矿突水危险区预测技术的研究
7.深部矿井热害控制成套技术与装备
8.井下灾害事故抢险救援及应急避难关键技术及装备
10.矿井灾害事故仿真模拟与演练测试技术及装备
11.救灾通讯技术研究
12.煤矿井下环境相关设备可靠性检测技术
9.新一代矿井应急救援呼吸防护技术及装备
敬请各位领导和专家
指正并提出宝贵意见！
谢谢！
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