煤矿安全与综采技术的关系研究

姚建波

（冀中能源股份有限公司邢台矿，河北 邢台 054000）

我国的煤矿行业中绝大多数矿场都是采用井工挖掘开采的模式进行生产，其中的安全生产问题是困扰煤矿行业相关企业一个非常棘手的难题。煤矿企业安全生产事故的出现不但会给相关的企业造成非常巨大的财产损失，同时还会引起比较恶劣的社会负面影响。在绝大多数的状况下，煤矿企业安全生产事故的出现不但和煤矿矿区的自然地质环境条件的不确定性有较大关联性，还和相关企业的煤炭挖掘相关技术有比较紧密联系。近年来，我国国有性质的煤矿企业基本上都实现了全面的机械化生产方式进行煤炭的挖掘操作，煤矿企业生产作业的状况获得很大程度的改进和提升。不过还是需要深刻认识到煤炭开采相关技术的进步所引起的某些潜在风险。本文基于国内煤矿行业生产安全的现状实施深入研究，讨论了煤矿领域作业安全和煤炭开采相关技术之间的辩证联系。

1 国内煤矿行业的生产安全现状研究

近些年来，随着政府部门以及煤矿行业相关企业多年来的持续努力和拼搏，煤矿行业生产过程的安全状况获得了显著的改进和提升。矿场出现重大甚至特大安全事故的次数显著降低，煤矿企业百万吨级别的人员死亡率逐年减少。下文将详细分析国内煤矿领域相关企业生产安全工作获得的卓越成就以及面临的严峻挑战[1]。

1.1 煤矿安全生产取得的成就

我国的煤炭资源总产量从建国初期的3.3×107吨增长到2020 年的3.82×109吨，实际增加多达116 倍，煤炭资源的供应从总体上实现了平衡。煤矿企业（百万吨级别的）人员死亡率是其生产安全工作的一个关键衡量指标。在2002 年我国煤矿企业的百万吨级别的人员死亡率达到了历史上的最大值6.18%。此时由于国内对于煤炭行业生产相关政策比较宽松，私人开设的煤矿大量涌现，安全开采工作没能有效落实。为了扭转此种局面，我国相关部门在2004 年起开始逐渐把煤炭资源的开采权利收归为国有，迅速淘汰了大量煤炭挖掘相关技术比较落后、生产安全状况堪忧的矿井，大幅度地改善了煤矿行业生产安全的情况。

为了确保煤矿行业的生产安全，相关部门相继颁布了一整套的有关政策和法规，有效保护了煤矿行业工作人员，特别是现场工作人员的生命安全。当中最有效的就是《煤矿安全规程》《煤矿矿长保护矿工生命安全七条规定》《煤矿安全监察条例》。经过针对煤矿行业企业的相关主管领导的安全责任制度，进而实现对于矿工的生命最大化保护。除此以外，还陆续设立了国家安全生产监督管理总局这个新的监管机构，实现了对煤炭开采行业生产过程中安全工作的全方位监督和管理，有效应对以及预防煤矿企业的安全生产事故[2]。

1.2 煤矿企业生产安全工作所面临的严峻挑战

尽管现阶段国内的煤矿领域的生产安全状况获得了大幅度的改善和提升，然而其生产过程中的安全工作依旧面临着极大的挑战和问题。目前国内煤矿行业（百万吨级别的）人员死亡率虽然已经达到了历史上的最低档位（详见图1），不过国内的煤炭行业由于产量非常高，煤炭资源在开采过程中导致的死亡人数依旧比较巨大。值得相关人员关注的一个重大问题是，国有性质煤矿的生产过程的安全性虽然得到了有效保证，但是某些地方性质煤矿生产过程的安全却难以得到有效保证。形成这种差异的重要原因即为国有性质的煤矿资金相对充裕，能够在安全生产工作方面更加游刃有余地投入，然而地方性煤矿因为资金相对匮乏，安全方面的设备以及宣传方面的投资相对较少。除此以外，在地表浅部的煤炭资源枯竭以后，煤炭矿区发生地质灾害的可能性也就会大大增加，比如冲击性地压、煤炭和瓦斯气体发生突出。更为关键的问题是，冲击性地压与煤炭和瓦斯发生突出的有关灾害的生成机理目前还没有明确定论，这种情况就给相关部门对于灾害的预防和治理带来了非常大的难度。上述问题均为后期在煤炭生产过程中将会发生的棘手难题，是亟需妥善解决的核心问题。

图1 2004～2020 年中国煤矿百万吨级别的人员死亡率

2 煤矿生产安全工作和采煤相关技术之间的联系

上文着重研究了煤矿行业的安全生产现状，其工作的改善涉及到很多层面的因素。下文将着重探讨煤炭挖掘相关技术和煤矿企业安全的相互联系。煤炭挖掘相关技术发展一方面有益于改进煤矿企业的生产安全状况，另一方面也有可能引发某种特定的灾害。

在煤矿企业开采作业的过程中，相关煤矿企业必须依据企业本身真实状况选择科学合理的煤矿开采技术。相关煤矿安全生产技术人员为了改进煤矿安全任务，必须加大对安全管理及安全设施的资金投入[3]。领先的煤矿开采技术可以最大限度地提升煤矿的生产效率，为相关煤矿开采企业带来可观的经济效益。基于此，煤矿开采企业必须将安全与经济的关系进行合理平衡。

2.1 先进的煤炭开采相关技术促进挖掘工作更为安全

煤炭挖掘相关技术的发展历经了炮采模式的技术、常规的机械化开采技术和综合类机械化模式的开采技术几个发展阶段，随着煤炭挖掘相关技术的愈发成熟和进步。煤炭行业相关企业的生产效率以及作业过程的安全均获得了显著提高。在应用炮采模式的技术时，矿井内部的顶板是应用单体的液压支柱实施支护操作，装煤的流程需要依靠人工来进行，破煤开采使用炸药的爆破操作来进行。在实施爆破的过程中，有可能将液压支架震倒，此时就会引发严重的冒顶事故[4]。因为炮采模式的技术出煤效率相对不高，作业面需要大量的操作工人。这样的情况造成炮采模式下，其工作面发生安全事故时，可能带来比较大的人员伤亡。相关煤炭开采企业在使用先进的综采技术以后，工作面可实现无人化工作，进而最大程度上确保井下煤矿作业工人的生命财产安全。液压支架支护顶板支护强度非常高，能够行之有效降低冒顶安全事故的发生概率。

2.2 先进的相关煤炭开采技术所存在的安全问题

先进采煤技术的使用实现了开采速度快、开采厚度大，现阶段的综采挖掘技术的开采高度最大可达到8.95m 以上。更高强度的煤炭开采挖掘意味着在煤炭开采挖掘的进程中会对煤矿井下的煤炭岩层产生非常大的振动，该振动将会导致比较大的安全隐患，可能会造成煤矿井下安全事故。

因为煤炭开采强度非常大，会造成煤层顶部的综采工作面出现断层活化现象，进而导致煤矿安全生产事故的发生。在高强度开采过程中煤体破碎量是非常大的，会造成煤体中释放出较大量的瓦斯气体，很可能导致非常严重的瓦斯爆炸安全事故的发生。

2.3 煤矿开采使用的“三机配套”机械设备

2.3.1 采煤机

采煤机是综采设备的最重要煤矿机械设备。采煤机是一种集机械、电气及液压为一体的机电一体化设备，煤矿综采工作面的工作条件是非常恶劣的，一旦发生设备故障将会引起整个煤炭开采工作的中断，导致非常严重的经济损失。采煤机是达成煤矿生产自动化、智能化及模块化的关键设备。煤矿矿井下机械化挖掘能够降低体力劳动、提升安全等级，实现煤炭高产、高效及低能耗的目标。在放顶煤工作面开采的过程中，采煤机使用采煤机械将煤炭从煤壁上破碎下来（破煤）并且装进综采工作面的刮板运输机。采煤机按照预先设置的牵引速度进行行走（牵引），使破煤及运煤工艺步骤可以持续进行。采煤机如图2 所示。

图2 采煤机

2.3.2 刮板运输机

刮板运输机指的是煤矿开采工作面应用的“链式运输”机械设备。刮板运输机通常使用在煤矿开采工作面及煤矿开采区域的顺槽运输，该设备也能够在煤矿巷道及半煤岩层巷道综掘工作面进行应用。刮板运输机既可以向上运输煤炭，也可以向下运输煤炭，向上运输煤炭时工作角度通常小于等于35.55°；向下运输煤炭时工作角度通常小于等于25.55°，但是在综采工作面刮板运输机真实的输送工作角度通常小于等于20.55°。刮板运输机具备不受货载宽度及湿度制约的煤炭运输能力，整体机身最大高度非常适合煤炭的装载，机身总长度非常便于调整，机身经过CAE 模拟仿真分析刚度及强度非常优异，因此在许多大型煤矿开采企业中使用非常广泛。刮板运输机如图3 所示。

图3 刮板运输机

2.3.3 液压支架

液压支架指的是控制综采工作面顶部煤矿压力的煤矿机械设备。综采工作面矿压将负载力作用在液压支架上。在液压支架与综采工作面围岩层之间相互作用的力学体系内，如果液压支架的各个零部件负载和顶部支撑板作用在液压支架上的外部负载处于同一直线上，因此此类液压支架对该综采工作面围岩层是非常匹配的。液压支架如图4 所示。

图4 液压支架

3 结束语

综上所述，煤矿安全开采作业是煤矿企业需要面对的重要问题，然而煤矿开采技术又是煤矿生产作业的核心内容。科学合理判断煤矿安全和煤矿开采技术之间的关系有利于煤矿挖掘相关企业实现安全高效作业。国内煤矿企业必须依据本企业真实的生成条件选择适合的煤矿开采技术，同时做好煤矿开采企业的安全管理工作。