有效控制煤矿瓦斯爆炸的途径
——用科技保障煤矿安全、用知识守护矿工生命
杜志刚
摘要： 本文作者从我国预防和控制煤矿瓦斯爆炸的高度以及瓦斯预防控制的现有技术装备，特别是瓦斯监测监控技术中存在的问题提出了看法和今后如何改进意见，另外介绍了二种提高预防和控制煤矿采掘工作面瓦斯煤尘爆炸的技术装备，提出了用科技保障煤矿安全，用知识守护矿工生命。
关键词： 预防；控制；瓦斯；爆炸
煤矿井下瓦斯爆炸事故是煤矿事故中最为严重的事故，常常是井毁人亡。针对这一灾情我们国家投入了具大的人力、物力、财力对瓦斯爆炸事故进行预防、控制和治理。
纵观国内外预防和控制煤矿瓦斯爆炸事故，其共性问题是用科学技术保障安全重视不够、能力有限。而国内讲形式走过场，甚至讲排长不脚踏实际是首位。另外遇事不用科学手段进行自救，不用基本知识进行自我保护，心慌意乱、害怕、恐惧、慌乱中出错是个体生命最大的杀手。
用科技保障煤矿安全，是杜绝煤矿井下瓦斯爆炸事故的根本保障。如何采用新技术、新产品及时武装煤矿，提高煤矿预防和抵抗瓦斯爆炸事故的发生是首要选择。如何从现有使用技术产品中找出不足并加以改善和提高对预防控制煤矿瓦斯爆炸事故同等重要。
目前，煤矿井下使用的瓦斯监测监控系统虽然在日常的通风瓦斯管理中发挥着重要作用，但依然存在应用和实际使用管理不协调的矛盾。表现在实际当中就是煤矿瓦斯爆炸事故无法从根本上得到有效控制和消除。
从煤矿进风井到井下各硐室、到掘进头、到回采面、到回风井、瓦斯监测监控系统配置、断电控制、煤矿井下瓦斯浓度探头与地面控制室与地面主要领导的手机与矿、县、市、省、国家主管部门联网，甚至与天上卫星联网，无疑是最完善的系统、最发达的网络、最完善布局、最先进的手段，但瓦斯爆炸事故依然照旧，并没有根本得到改观。
那么到底是什么原因使我们尽善尽美的瓦斯监测监控系统不能真正起到万无一失的作用呢？
答案是肯定的。原因首先是煤矿井下的瓦斯监测监控的即时性与时差性的矛盾。并与瓦斯爆炸事故的突发性之间存在时间空间差异的矛盾，同时瓦斯监测监控系统的探头与井下煤壁暴露面瓦斯涌出的源头及破煤、落煤、运煤时瓦斯涌出，存在时间空间差异的矛盾；还存在一个机械动力、顶板移动、冒落碰撞、放炮割煤过程产生明火引燃引爆瓦斯敏感反应的时间空间差异的矛盾；上述存在的三种“时间空间差异矛盾”有一个解决不好，那么无论安装什么样的瓦斯监测监控，煤矿井下瓦斯爆炸事故终无法避免。
首先研究瓦斯监测监控系统即时性与时差性的矛盾问题。当煤矿井下瓦斯出现并反映到监测监控系统的探头上时，探头上的“黑白”原件开始反应相应地点的瓦斯变化情况，这个时间需要大约1~5s，而监测监控系统同时进行声光报警和断电控制，这个时间大约在0.5~4s内完成，监测监控系统所在地点的这段时间内存在瓦斯爆炸的条件即可引起瓦斯爆炸，因为这段时间已大大超过了引起瓦斯爆炸的感应期，瓦斯爆炸感应期随瓦斯浓度、温度及氧浓度变化而变化，因此若遇有大量瓦斯和明火，发生瓦斯爆炸事故是不可避免的，因此减少和降低这个区段内的瓦斯在时间和空间中的不均性、差异性的矛盾很关键，因此提高监测监控即时性显得尤为重要。
另外，从煤矿井巷帮壁，特别是掘进放炮和采掘工作面割煤、破煤、落煤、装煤、运煤等，在不同的生产工艺过程瓦斯涌出并不是线性的，若遇上地质构造瓦斯突出和瓦斯异常涌出过程，更具有突发性，而煤矿井巷或采掘工作中的监测监控系统的探头与瓦斯涌出部位即存在空间位距差异，又存在监测监控灵敏程度的时空差异。高瓦斯浓度风流移动到低瓦斯浓度风流需要新鲜风流的补充和稀释及瓦斯自身的扩散，监测监控系统探头与探头位置之间的空间和时间与上述瓦斯涌出点之间的空间时间差异非常大，这个空间和时间差异足以形成瓦斯“富聚”和“积存”地段，很容易达到《煤矿安全规程》规定的超限标准，甚至达到瓦斯爆炸的体积和浓度。因此，若遇到明火、发生瓦斯爆炸事故是不可避免的。因此如何降低和减少这个时间和空间差异显的非常重要。
当煤矿监测监控系统的探头监测到瓦斯，断电仪开始断电停止生产作业，这个过程也不是即时的。依然有一个贯性，并持续到最终停止，特别是放顶煤过程、煤块从顶部落下的过程，机械设备的运转从停电到电机风叶终止转动的过程，放炮崩落煤炭的过程，老顶来压冒落的过程……在这个过程中若遇到大量瓦斯涌出和明火发生瓦斯事故是不可避免的。而事实上也证明了煤矿监测监控系统正常运行却发生了煤矿瓦斯爆炸。因此，煤矿监测监控系统的探头作用、死角多、盲区广及需扩大能效范围。
通过上述研究论述可知，如何提高煤矿瓦斯监测监控设备的灵敏度，超前性、即时性、大面积、宽范围、扫描式、探头与探头监测范围空间和时间之间无缝重合，无时间空间差异，从而实现监控设备的超前动作，提前断电，即时终止。确保有效的预警时间至关重要。因此如何提高煤矿瓦斯监测监控技术的使用效果和管理水平，而并不是现在系统完善、网络发达、布局完美、上通卫星下通手机就可以控制煤矿瓦斯爆炸事故的发生，现今每年几千个亿的监测监控费用的投入，依然消耗在能听到煤矿瓦斯爆炸的声音之中去了。多么令人深思啊！
那么有效控制煤矿瓦斯爆炸的途径是怎样的呢？众所周知，煤矿瓦斯爆炸仅发生在掘进爆破过程的瓦斯异常涌出时段，和回采工作面大量产煤造成工作面瓦斯积存时，及已采掘区或已封闭区再启封时的排放瓦斯过程，这三个过程的突出点和共同点都是瓦斯量大，瓦斯浓度高所占用空间大，排放瓦斯所需时间长。而这三个工艺过程如放炮过程、割煤过程和起封密闭墙过程，均有可能产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。针对上述过程阳泉市新鑫科技研究所研制发明的“预防控制采掘工作面瓦斯爆炸的技术装备”采用压缩空气或N2和F500与水溶合成高压气雾惰化剂在爆破和采掘机械作业过程中及排放瓦斯过程，将惰化剂喷入采掘工作面的作业空间和煤体表面被吸附形成惰化气雾膜使其具有覆盖煤帮，煤壁及落煤和浮煤、降温隔氧灭火、降低瓦斯浓度、吸收炮烟、抑火消尘、降低大气氧浓度，F500可将水的表面张力由72达因/cm2降低到33达因/cm2，并利用分子极性包裹燃烧四面体燃料，特别是利用其高分子量，在碰撞过程吸收正在燃烧爆炸的瓦斯的自由基能量，从而起到抵制该连锁反应的进行，中断瓦斯燃烧爆炸的连式自由基的化学灭火防爆作用，可在1s之内将瓦斯燃烧爆炸的幅射热从1158°F降至127°F，可以削减烟雾和有毒烟灰的形成，可将能见度和光透射率提高68%，最大能使炭氢化合可燃物降低20%，并减少和降低爆炸和再爆炸的发生。真正解决了煤矿采掘工作面情况复杂多变，瓦斯变化无常难以预防和管理的矛盾，实现预防与控制并举，防爆与抑爆兼施、超前与滞后共治、隐患与灾情同除，并被国家煤炭工业技术委员会评为2007年煤炭工业十大项新技术重点推广项目。
若发生煤矿瓦斯爆炸后，如何降低和减少损失保护矿工生命是首要问题，人们在这一问题上进行了不懈努力。例如抢险救灾，缩小灾区，安设防爆隔离闭墙等措施，但依然不能减少事故损害，有时甚至由于局部瓦斯爆炸引起整个矿井连锁爆炸，二次和多次重复爆炸，造成井毁人亡的惨局。
当发生瓦斯爆炸的一瞬间，若能镇定自若不左顾右盼立即爬下面朝下双手护头捂耳，就是在爆炸现场也基本能逃过一劫，但大部分人心慌意乱、害怕、恐惧、慌乱中出错将这最基本知识忘记一空，任由正反冲击波即刻毙命，爆炸产生的有害气体和爆炸后的缺氧以及爆炸造成闭墙倒塌，通风系统被破坏，闭墙内的有害气体涌入采掘工作面巷道及二次瓦斯煤尘爆炸是造成煤矿重大人员伤亡的决定性因素。因此保持煤矿瓦斯爆炸后，通风系统不被破坏，盲硐闭墙和采空区闭墙不被破损是终止瓦斯爆炸事故和防止二次事故的重要保障。经过几十年血的教训阳泉市新鑫科技研究所有限责任公司研制发明的闭墙用快速防爆泄压器及快速密闭墙解决了这一煤矿重大难题，提高了矿井抵抗瓦斯爆炸的能力，实现了永久闭墙的快速、坚固、轻便、不漏风、不坍塌、抗水淹、防火、防爆，当灾区发生瓦斯爆炸时，能泄出冲击波保护闭墙不损坏，并能实现联络、通行、通风、排放水、灌水浆、喷注惰化气雾，瓦斯爆炸后能防止密闭墙内各种有害气体大量涌出，防止瓦斯爆炸后的高温火烟引燃引爆闭墙另一侧的瓦斯和煤尘，具有终止瓦斯爆炸火烟传播，防止瓦斯爆炸事故扩大的作用，同时能提高矿井局部和整体的防灾抗灾能力，实现了用科技保障煤矿安全、用知识保护矿工生命的本质安全型煤矿的建设。
参考文献
1、AQ《煤矿瓦斯抽放规范》2006-11-02
2、《煤矿安全规程》2006
3、AQ《煤矿用高低浓度甲烷传感器》2006-11-02
4、《煤矿瓦斯监测监控规范》2002
作者简介
阳泉新鑫科技研究所所长、高级工程师杜志刚，男，45岁，从事煤矿通风与安全专业领域，发明专利60余项，国内外发表专业论文90余篇，著有专业著作四部，被选为中国煤炭工业劳动保护科学技术学会理事、煤矿安全管理系统工程专业委员会常委、矿山救护专业委员会委员、煤矿通风安全专业委员会委员、飞禽走兽老虎机：煤矿事故技术鉴定专家、飞禽走兽老虎机：政策研究室特邀研究员、飞禽走兽老虎机：委组织部联系的高级专家、阳泉市发明协会副理事长、阳泉市工商联合会执行委员会委员、阳泉市矿区政协委员、阳泉市矿区人大代表、被市委、市政府授予“阳泉市十大杰出科技青年”、“煤矿安全卫士”、“阳泉市有突出贡献的优秀人才”、“享受市政
府特殊津贴的拔尖人才”，并荣立“飞禽走兽老虎机：二等功”。
工作单位：阳泉市新鑫科技研究所有限责任公司
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