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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。一、前言中国煤炭资源一直占化石能源总量的96%以上图1中国化石能源构成图2007年中国化石能源资源探明可采储量及构成煤炭96.55%天然气1.77%石油1.68%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%。一、前言图22008年我国能源生产和消费结构能源生产结构图核电、水电等9.00%天然气3.90%煤炭76.70%石油10.40%能源消费结构图核电、水电等9.50%天然气3.80%煤炭68.70%石油18.00%图32000～2008年全国煤炭生产情况12.9913.8114.5517.2219.9221.923.2525.2327.2200020012002200320042005200620072008一、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4中国煤层瓦斯含量与煤矿瓦斯区划煤层瓦斯含量：1.4m3/t；2.4~8m3/t；3.8~12m3/t；4.12~16m3/t；5.16m3/t；6.发生过煤和瓦斯突出的矿区；7.瓦斯大区界线；8.瓦斯带（亚区）界线图5煤与瓦斯突出过程模拟瓦斯爆炸浓度范围：5%~16%图6瓦斯爆炸模拟图二、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。煤尘爆炸浓度范围：35g/m3~2000g/m3图7煤尘爆炸现场图二、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。图8中国煤种分布与煤层自燃倾向性区划1.褐煤；2.低变质烟煤；2.炼焦用煤；4.贫煤；5.无烟煤I-东北褐煤-烟煤自燃区；II-华北烟煤自燃区；III-西北低变质烟煤自燃区；IV-南方高硫煤自燃区二、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。图9中国煤矿水害分区I-东北裂隙水水害区；II-华北奥灰水-裂隙水水害区：东部亚区（IIa），西部亚区（IIb）；III.-华南岩溶水水害区：江南亚区（IIIa），西南亚区（IIIb）；IV.-西北裂隙-孔隙水水害区；V.-滇藏裂隙水水害区二、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。图10中国煤矿热害区划图I-东部高地温-热害区；II-中部中地温-热害区；III-西北低地温热害区；IV-青藏中地温-热害区三、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699564346009593847463786321519542421294533063853414343441.181.492.042.813.103.715.000100020003000400050006000700080002002200320042005200620072008年度事故起数/死亡人数0123456百万吨死亡率事故起数死亡人数百万吨死亡率三、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。图122008年各类型煤矿事故基本情况顶板，1032起，52.8%瓦斯，182起，9.3%机电，106起，5.4%运输，348起，17.8%放炮，39起，2.0%水害，59起，3.0%火灾，11起，0.6%其他，177起，9.1%运输，400人，12.4%放炮，55人，1.7%顶板，1222人，38.0%瓦斯，778人，24.2%机电，109人，3.4%水害，263人，8.2%火灾，111人，3.5%其他，277人，8.6%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。图13中国煤矿百万吨煤死亡率地理分布四、煤矿灾害事故原因分析1.自然条件差、伴生灾害多，容易引发事故我国大陆是由众多小型地块多幕次汇集形成，煤盆地经受了多期次、多方面、强度较大的改造，“先天性”条件较差。正因为这种地质构造，造成我国地质灾害严重。大地构造的特点决定了煤矿地质条件的复杂性，井工矿的生产条件又增加了安全生产的难度。国有重点煤矿中地质构造复杂或极其复杂的占36%，地质构造简单的只占23%。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JG.准噶尔地块；TH.吐哈地块；IL.伊犁地块；TR.塔里木地块；MZ.马鬃山地块；HB.好比如地块；TA.塔河地块；JM.佳木斯地块；SL.松辽地块；AL.阿拉善地块；MQ.中祁连地块；TD.达肯达坂地块；QD.柴达木地块；NC.华北地块；SC.华南地块；HN.海南地块；QT.羌塘地块；LS.拉萨地块；HM.喜马拉雅地块；BS.保山地块由30多个地块组成图17亚洲大地构造简图中国现今地壳运动基本上受喜马拉雅系统和太平洋系统的共同影响图18中国大陆现今构造位移矢量图四、煤矿灾害事故原因分析2.煤矿生产条件复杂我国煤矿以井工矿为主，占产能的95%；美国统计资料露天矿百万吨死亡率为0.0138、井工矿为0.0623、后者是前者的4.54倍；每年以10～20m的速度延深，深井数量逐年增加，千米深井已超过20个；煤矿巷道呈管网式的空间布置，多种致灾因子共存于同一环境，一旦发生灾害事故容易发生致灾因子作用的耦合，形成更大灾难。四、煤矿灾害事故原因分析3.生产力整体水平低97%的煤矿为小煤矿，整体规模小，设施简陋，经济增长方式粗放；y=109.39x-1.0184R2=0.924802468101205010015020025