“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(xué)能源與安全工程學(xué)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(dāng)前煤礦生產(chǎn)中普遍存在的“

2、剃頭” 下山開采模式，進(jìn)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(yán)重、運輸困難、災(zāi)變時極易發(fā)生風(fēng)流逆轉(zhuǎn)等，并配合具體的事故案例加以闡述，最后提出了相應(yīng)的防治對策。</p><p>　　關(guān)鍵詞：“剃頭”下山開采；安全隱患；下行通風(fēng)；風(fēng)流逆轉(zhuǎn)；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(dāng)嚴(yán)峻。</p><p>　　盡管國家為保證煤礦安全采取了一系列相關(guān)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(shù)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(jié)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(dāng)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(jìn)、回風(fēng)巷仍在繼續(xù)向下延伸時，就組織工作面進(jìn)行開采或掘進(jìn)

5、的一種開采模式。在這種開采模式下，采區(qū)的主要進(jìn)、回風(fēng)巷尚未貫通，通風(fēng)、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(jìn)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(jié)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(fēng)防治水工程進(jìn)行投入；2001 年以來，煤炭經(jīng)濟有所好轉(zhuǎn)，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(fēng)系統(tǒng)尚未完善的情況下就組織工作面進(jìn)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(jìn)工作帶來了很大的困難，開拓掘進(jìn)速度明顯變慢，并大量增加了用于瓦斯防治的開拓掘進(jìn)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(hù)大量擠占了開拓力量。</p><p>　?。?）地質(zhì)條件影響。部分礦井采區(qū)由于地質(zhì)條件的變化，如構(gòu)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(fēng)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(shè)計到位，采區(qū)巷道

10、不斷變化，使生產(chǎn)環(huán)節(jié)和通風(fēng)系統(tǒng)趨于復(fù)雜，因此，系統(tǒng)抗災(zāi)能力差，在排水、運輸、瓦斯抽排以及通風(fēng)系統(tǒng)方面存在著很大的安全隱患。</p><p>　?。?）采區(qū)內(nèi)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(jìn)開拓與下階段回采工作面巷道的掘進(jìn)等工作都需要同時進(jìn)行，在一個區(qū)域工程多，出現(xiàn)多個掘進(jìn)面，較多的人員在一個抗災(zāi)能力較弱的區(qū)域內(nèi)工作，勢必帶來事

11、故發(fā)生的潛在危險。</p><p>　?。?）通風(fēng)設(shè)施多，通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠性降低</p><p>　　工作面回采準(zhǔn)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(dān)通風(fēng)、運輸?shù)娜蝿?wù)的下山上部之間，新工作面的順槽掘進(jìn)工作面與下山之間等都需要設(shè)立通風(fēng)設(shè)施，一個區(qū)域內(nèi)通風(fēng)設(shè)施多，通風(fēng)系統(tǒng)就復(fù)雜，安全可靠性就大幅降低；因施工隊伍多，回采、掘進(jìn)同步作業(yè)，因此采區(qū)內(nèi)行人

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

13、風(fēng)由進(jìn)風(fēng)下山進(jìn)入采區(qū)，清洗采煤工作面后的乏風(fēng)要經(jīng)下山流回回風(fēng)道，風(fēng)流在進(jìn)風(fēng)下山和回風(fēng)下山內(nèi)流動方向相反，通風(fēng)路線長；且進(jìn)風(fēng)下山和回風(fēng)下山相距較近，屬于平行反向流動，風(fēng)壓差大，故漏風(fēng)嚴(yán)重，通風(fēng)效率低；而且進(jìn)、回風(fēng)路線之間交叉點多，通風(fēng)設(shè)備多，管理困難。下行通風(fēng)在災(zāi)變（發(fā)生爆炸或火災(zāi)）條件下容易產(chǎn)生風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，因為爆炸或火災(zāi)產(chǎn)生的熱空氣所形成的熱風(fēng)壓與通風(fēng)機作用相反，特別是在下山剃頭開采的條件下，通風(fēng)壓力小，熱風(fēng)壓的作用就特別容易起主導(dǎo)作用，

14、造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，這時，災(zāi)變氣流就會侵入到鄰近的工作區(qū)域，如果逆流到進(jìn)風(fēng)巷道，就會隨風(fēng)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(fēng)的抗災(zāi)能力比上行通風(fēng)要弱得多；如果礦井有煤與瓦斯突出危險，那對于下行通風(fēng)更應(yīng)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?，萬一發(fā)生爆炸后，災(zāi)害波及的范圍就很容易擴大，如圖2 所</p><p>　　瓦斯風(fēng)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(fēng)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(jìn)回風(fēng)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(fēng)速，m/s。</p><p><b>　　下行通風(fēng)巷道，當(dāng)</b></p><p>　　CH4 P = P 時，風(fēng)流就會停滯；</p><p>　　CH4 P > P

18、時，就會逆轉(zhuǎn)。</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(fēng)速為1m/s，則相應(yīng)使風(fēng)流停滯或逆轉(zhuǎn)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(dá)到的條件。當(dāng)這個條

19、件產(chǎn)生時，巷道內(nèi)風(fēng)流就會停滯或逆轉(zhuǎn)，導(dǎo)致風(fēng)流的不穩(wěn)定或系統(tǒng)混亂,擴大災(zāi)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(dāng)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(jìn)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(wù)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(nèi)，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(fēng)，兩臺軸流式風(fēng)機，一用一備；礦井需風(fēng)量為4510 m3/min，實際風(fēng)量為5078

22、m3/min，礦井負(fù)壓1930Pa，最大風(fēng)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(jìn)風(fēng)下山和皮帶下山進(jìn)風(fēng)，軌道下山回風(fēng)。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(zhǔn)備工作面（41114 綜采工作

23、面）和六個掘進(jìn)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(jìn)風(fēng)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(jìn)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(dāng)班井下有244 人作業(yè)，41116 軌道巷掘進(jìn)工作面因更換局部通風(fēng)機停電停風(fēng)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(jié)</b></p><p>　　事故發(fā)生的主要原因是該礦通風(fēng)系統(tǒng)不完善，而且在生產(chǎn)技術(shù)及安全管理上存在相當(dāng)嚴(yán)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(fēng)系統(tǒng)，該礦帶來諸多的安全隱患，如生產(chǎn)集中、通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，造成了通風(fēng)設(shè)施，如風(fēng)門、風(fēng)機和風(fēng)筒等設(shè)施增多和管理不善，很容易發(fā)生風(fēng)流短路和漏風(fēng)現(xiàn)象，致使礦井有效風(fēng)量僅為所需風(fēng)量的87%，風(fēng)量嚴(yán)重不足；采用下行通風(fēng)，致使工作面瓦斯爆炸后產(chǎn)生風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，許停電停風(fēng) 瓦斯積聚 違章拆卸礦燈 瓦斯爆炸 煤塵爆炸多位于進(jìn)風(fēng)口的人都未能幸免于難，這是導(dǎo)致災(zāi)害事故擴大最主要的原因。</p><p&

26、gt;　?。?）在未經(jīng)批準(zhǔn)的情況下，該礦擅自修改采區(qū)設(shè)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(zhǔn)備面和6 個掘進(jìn)工作面，導(dǎo)致生產(chǎn)過于集中，布局不合理，致使通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，風(fēng)流不穩(wěn)定；而且超通風(fēng)能力組織生產(chǎn)。</p><p>　?。?）通風(fēng)設(shè)施不可靠。+1813 水平石門的三道風(fēng)門開啟頻繁，其中兩道風(fēng)門被卡住不能關(guān)閉，而且第一道風(fēng)門被撞變形，造成漏風(fēng)量增加和風(fēng)流短路；進(jìn)風(fēng)下山臨時板門也被撞斷撞垮，造成漏

27、風(fēng)量進(jìn)一步增加，減少了整個系統(tǒng)的有效風(fēng)量。</p><p>　?。?）機電與局部通風(fēng)管理混亂。局部通風(fēng)機更換后不及時調(diào)換機電設(shè)備管理的牌板，造成誤開、停局部通風(fēng)機，而且井下經(jīng)常停電停風(fēng)，造成采掘工作面瓦斯超限和局部通風(fēng)機無計劃停電停風(fēng)頻繁。6 月1 日至27 日，有據(jù)可查的瓦斯超限達(dá)23 次，無計劃停風(fēng)達(dá)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(nèi)也沒有設(shè)置警戒，而且沒有采取停電、撤人等措施，礦山救護(hù)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(fēng)機同時運轉(zhuǎn)排放，造成41114 機巷局部通風(fēng)機以里部分巷道內(nèi)風(fēng)流不穩(wěn)定和產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)；再加上41116 軌道巷因積水導(dǎo)致回風(fēng)巷斷面變小，阻力變大，回風(fēng)不暢，致使41114 機巷第四聯(lián)絡(luò)巷附近巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸極限</p>&

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

30、工作面遇到斷層時，便將防塵水管改成壓風(fēng)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(zhuǎn)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?fàn)奚a(chǎn)，也要先把安全問題解決，要認(rèn)識到只有確保安全才是產(chǎn)量提高的有效前提。所以，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變觀念，強化企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)

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(shè)計規(guī)劃時，應(yīng)該合理布置采掘關(guān)系，實現(xiàn)正常更替，防止因采掘關(guān)系緊張造成不合理開采，而形成“剃頭”下山開采現(xiàn)象，導(dǎo)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(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)之后，再進(jìn)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(jìn)工作的難度，就會大大影響掘進(jìn)速度，從而造成采掘失調(diào)，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>　　（4）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(zhì)觀測孔等措施加強對水患的監(jiān)測監(jiān)控，同時進(jìn)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(shè)管路，制定完善的排水措施

33、</p><p>　?。?）提高巷道支護(hù)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(jìn)工作的時間。同時，加強對巷道掘進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)，提高巷道掘進(jìn)速度，即便因其它原因影響巷道掘進(jìn)開拓，也能夠在較短時間內(nèi)，完成巷道掘進(jìn)，從而跟上采煤工作面的推進(jìn)速度，保證二者進(jìn)度協(xié)調(diào)一致。</p><p><b>　　7. 結(jié)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(fēng)系統(tǒng)不完善，容易發(fā)生風(fēng)流或瓦斯流逆轉(zhuǎn)以及逃生困難等。各煤礦應(yīng)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(jìn)行。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&l

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