南非煤礦的主導(dǎo)抑爆技術(shù)

防止煤礦瓦斯、煤塵爆炸，事關(guān)礦工生命安全和礦山安全生產(chǎn)，是煤炭行業(yè)井工開采中的一個(gè)重大課題。南非是一個(gè)產(chǎn)煤大國，其煤礦安全生產(chǎn)水平處于國際先進(jìn)水平，1994年以來從未發(fā)生過煤礦瓦斯爆炸事故。近年來，南非在傳統(tǒng)的常規(guī)技術(shù)基礎(chǔ)上，研發(fā)出主動(dòng)型抑制瓦斯煤塵爆炸技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱主動(dòng)抑爆技術(shù)）。
一、南非煤礦安全生產(chǎn)概況
南非煤炭資源賦存穩(wěn)定，煤質(zhì)優(yōu)良，開采條件良好。目前煤炭年產(chǎn)規(guī)模為2.5億噸左右，其中三分之一出口，其余自用。生產(chǎn)能力前五位煤礦企業(yè)的產(chǎn)能占總產(chǎn)能的70%。全國現(xiàn)有生產(chǎn)礦井近百座，60%是井工開采，其余為露天開采。井工礦井多數(shù)采用連續(xù)采煤機(jī)巷柱式開采。
南非的煤礦安全生產(chǎn)工作受國家礦業(yè)安全法及其配套規(guī)定的調(diào)整和約束，類似我國的礦山安全法和煤礦安全規(guī)程。煤礦井下作業(yè)環(huán)境的瓦斯?jié)舛瓤刂?a href=http://m.cltuan.cn/fgbz/mabz/ target=_blank class=infotextkey>標(biāo)準(zhǔn)和我國的標(biāo)準(zhǔn)相似，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時(shí)報(bào)警，達(dá)到1.2%時(shí)自動(dòng)斷電，達(dá)到1.4%時(shí)必須停止作業(yè)。
南非歷史上也曾是一個(gè)煤礦瓦斯事故多發(fā)的國家。1993年5月發(fā)生一次煤礦瓦斯爆炸事故，死亡53人，事故發(fā)生后采取了一系列措施，此后13年來再未發(fā)生過瓦斯爆炸事故。2004年全國煤礦死亡20人，百萬工時(shí)死亡率為0.19%（轉(zhuǎn)換成百萬噸死亡率為0.08）；2005年全國煤礦死亡16人，其中頂板事故4人，機(jī)械事故10人，其他事故2人，百萬工時(shí)死亡率0.15（轉(zhuǎn)換成百萬噸死亡率為0.06）。煤礦安全生產(chǎn)總體水平是比較高的。
二、南非煤礦主動(dòng)抑爆技術(shù)的產(chǎn)生
南非對(duì)瓦斯、煤塵爆炸事故的預(yù)防也是從控制工作空間的瓦斯?jié)舛热耸?。在通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)設(shè)施，風(fēng)量配置和風(fēng)速控制方面，以確保工作空間瓦斯?jié)舛炔怀逓楦尽Ｈ绻O(jiān)測(cè)區(qū)瓦斯?jié)舛瘸?，則報(bào)警、斷電、停工、撤人。一旦發(fā)生了瓦斯煤塵爆炸，也是采取隔爆水棚，隔爆巖粉棚等被動(dòng)型抑制措施，以減弱爆炸沖擊波的威力，扼制沖擊波反射和次生爆炸。
南非井工煤礦多使用連續(xù)采煤機(jī)實(shí)行巷柱式采煤，回采工作面的實(shí)際生產(chǎn)過程相當(dāng)于我國的綜掘工作面。由于連續(xù)采煤機(jī)的截割部始終位于工作面的最前端，因此，處于生產(chǎn)動(dòng)態(tài)中的作業(yè)面端頭部位無法設(shè)置瓦斯監(jiān)測(cè)探頭。在實(shí)際工作中，工作面截割頭處基本處于通風(fēng)盲區(qū)，但瓦斯涌出往往最為突出，而大功率連續(xù)采煤機(jī)截齒火花又是不可避免的。如果瓦斯涌出量達(dá)到局部爆炸或燃燒的濃度，那么，在遇到截齒火花時(shí)，極有可能引起小規(guī)模瓦斯爆炸或燃燒。因此，工作面瓦斯涌出的不穩(wěn)定性、風(fēng)量的脈動(dòng)性、截齒火花的不可避免性等三個(gè)因素便構(gòu)成了連續(xù)采煤機(jī)工作面瓦斯管理中的基本矛盾。如何及時(shí)、有效地抑制截齒火花引起的小規(guī)模瓦斯爆炸或燃燒，將其消滅在小空間、小能量的初期，不發(fā)展成事故，成為必須解決的重大技術(shù)問題。這便是主動(dòng)抑爆技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)生的背景。
三、南非煤礦主動(dòng)抑爆技術(shù)的應(yīng)用
南非煤礦主動(dòng)抑爆技術(shù)是由政府能源和安全部門支持的研究中心研發(fā)的，已經(jīng)投入使用。其基本原理如下：當(dāng)作業(yè)監(jiān)測(cè)區(qū)出現(xiàn)瓦斯爆炸時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置以光學(xué)原理捕捉信號(hào)并傳送到信號(hào)識(shí)別裝置進(jìn)行光譜分析，如信號(hào)被解析辨識(shí)為設(shè)定的事故對(duì)象，則發(fā)出抑爆指令，觸發(fā)裝置及其配套的儲(chǔ)能器立即響應(yīng)，排出處于壓縮狀態(tài)的抑爆介質(zhì)，迅速生成高能抑爆屏障，抑爆屏障對(duì)爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力和高溫進(jìn)行降壓降溫，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)抑爆。主動(dòng)抑爆可以在毫秒級(jí)的短時(shí)間內(nèi)以特定介質(zhì)生成抑爆屏障，對(duì)局部爆炸產(chǎn)生的高溫沖擊波阻隔、抵消、壓制，把爆炸消滅在小空間、小能量階段。經(jīng)抑爆屏障抑制后傳播到作業(yè)區(qū)的沖擊波壓力和溫度不能對(duì)人員造成傷害。
按照使用場(chǎng)合，抑爆裝置可以是機(jī)載式的，固定在采煤機(jī)或者掘進(jìn)機(jī)上。也可以是巷置式的，布置在有必要安裝抑爆裝置的巷道中。抑爆裝置在供電條件下進(jìn)行充電，充電之后無外接電源也能夠正常工作，發(fā)揮作用。
目前，南非已經(jīng)將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于連續(xù)采煤機(jī)，投入實(shí)際使用。這是一種典型的機(jī)載式抑爆裝置。西班牙、埃及、羅馬尼亞相繼引進(jìn)，澳大利亞、美國都在研究試用。主動(dòng)抑爆技術(shù)已取得南非國家專利，并申請(qǐng)了國際專利并獲批準(zhǔn)。南非國家能源與安全部門把這項(xiàng)技術(shù)列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，要求煤礦大量使用。為了推動(dòng)強(qiáng)制使用主動(dòng)抑爆裝置，正在考慮修改相關(guān)的法律和標(biāo)準(zhǔn)。
四、我國主動(dòng)抑爆技術(shù)的應(yīng)用前景
我國煤礦回采工作面多數(shù)是長(zhǎng)壁式開采，掘進(jìn)工作面中有的是人工爆破，有的是掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)。鑒于主動(dòng)抑爆技術(shù)的兩種布置方式—機(jī)載式和巷置式，可以作如下考慮：一是在壁式回采工作面的兩個(gè)端頭之外安裝巷置式抑爆裝置，在采煤機(jī)的前后被筒處安裝機(jī)載式抑爆裝置；二是在炮掘工作面附近安裝巷置式抑爆裝置；三是在掘進(jìn)工作面使用的掘進(jìn)機(jī)上安裝機(jī)載式抑爆裝置；四是在臨時(shí)性工程作業(yè)點(diǎn)附近安裝巷置式抑爆裝置。
需要指出以下兩點(diǎn)：一是主動(dòng)抑爆裝置以光學(xué)原理實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因此，只有在直線巷道中適用；二是主動(dòng)抑爆裝置具有降壓降溫作用，但對(duì)于局部瓦斯爆炸產(chǎn)生的有毒氣體沒有消除作用。這是主動(dòng)抑爆技術(shù)中的一個(gè)空白。
綜上所述，第一，南非的主動(dòng)抑爆技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，具有較強(qiáng)的生命力；第二，主動(dòng)抑爆裝置對(duì)防止瓦斯煤塵爆炸事故是有效的，具有推廣價(jià)值，應(yīng)用前景廣闊；第三，目前的主動(dòng)抑爆技術(shù)及其裝置只能降壓降溫不能消毒，應(yīng)當(dāng)在原有基礎(chǔ)上組織力量再研究攻關(guān)，使之具備降壓、降溫、消毒三大功能。