南非煤矿的主导抑爆技术

　　防止煤矿瓦斯、煤尘爆炸，事关矿工生命安全和矿山安全生产，是煤炭行业井工开采中的一个重大课题。南非是一个产煤大国，其煤矿安全生产水平处于国际先进水平，1994年以来从未发生过煤矿瓦斯爆炸事故。近年来，南非在传统的常规技术基础上，研发出主动型抑制瓦斯煤尘爆炸技术（以下简称主动抑爆技术）。
　　
　　一、南非煤矿安全生产概况
　　
　　南非煤炭资源赋存稳定，煤质优良，开采条件良好。目前煤炭年产规模为2.5亿吨左右，其中三分之一出口，其余自用。生产能力前五位煤矿企业的产能占总产能的70%。全国现有生产矿井近百座，60%是井工开采，其余为露天开采。井工矿井多数采用连续采煤机巷柱式开采。
　　南非的煤矿安全生产工作受国家矿业安全法及其配套规定的调整和约束，类似我国的矿山安全法和煤矿安全规程。煤矿井下作业环境的瓦斯浓度控制标准和我国的标准相似，瓦斯浓度达到1%时报警，达到1.2%时自动断电，达到1.4%时必须停止作业。
　　南非历史上也曾是一个煤矿瓦斯事故多发的国家。1993年5月发生一次煤矿瓦斯爆炸事故，死亡53人，事故发生后采取了一系列措施，此后13年来再未发生过瓦斯爆炸事故。2004年全国煤矿死亡20人，百万工时死亡率为0.19%（转换成百万吨死亡率为0.08）；2005年全国煤矿死亡16人，其中顶板事故4人，机械事故10人，其他事故2人，百万工时死亡率0.15（转换成百万吨死亡率为0.06）。煤矿安全生产总体水平是比较高的。
　　
　　二、南非煤矿主动抑爆技术的产生
　　
　　南非对瓦斯、煤尘爆炸事故的预防也是从控制工作空间的瓦斯浓度人手。在通风系统、通风设施，风量配置和风速控制方面，以确保工作空间瓦斯浓度不超限为根本。如果监测区瓦斯浓度超限，则报警、断电、停工、撤人。一旦发生了瓦斯煤尘爆炸，也是采取隔爆水棚，隔爆岩粉棚等被动型抑制措施，以减弱爆炸冲击波的威力，扼制冲击波反射和次生爆炸。
　　南非井工煤矿多使用连续采煤机实行巷柱式采煤，回采工作面的实际生产过程相当于我国的综掘工作面。由于连续采煤机的截割部始终位于工作面的最前端，因此，处于生产动态中的作业面端头部位无法设置瓦斯监测探头。在实际工作中，工作面截割头处基本处于通风盲区，但瓦斯涌出往往最为突出，而大功率连续采煤机截齿火花又是不可避免的。如果瓦斯涌出量达到局部爆炸或燃烧的浓度，那么，在遇到截齿火花时，极有可能引起小规模瓦斯爆炸或燃烧。因此，工作面瓦斯涌出的不稳定性、风量的脉动性、截齿火花的不可避免性等三个因素便构成了连续采煤机工作面瓦斯管理中的基本矛盾。如何及时、有效地抑制截齿火花引起的小规模瓦斯爆炸或燃烧，将其消灭在小空间、小能量的初期，不发展成事故，成为必须解决的重大技术问题。这便是主动抑爆技术研发和产生的背景。
　　
　　三、南非煤矿主动抑爆技术的应用
　　
　　南非煤矿主动抑爆技术是由政府能源和安全部门支持的研究中心研发的，已经投入使用。其基本原理如下：当作业监测区出现瓦斯爆炸时，监测装置以光学原理捕捉信号并传送到信号识别装置进行光谱分析，如信号被解析辨识为设定的事故对象，则发出抑爆指令，触发装置及其配套的储能器立即响应，排出处于压缩状态的抑爆介质，迅速生成高能抑爆屏障，抑爆屏障对爆炸产生的冲击波压力和高温进行降压降温，实现主动抑爆。主动抑爆可以在毫秒级的短时间内以特定介质生成抑爆屏障，对局部爆炸产生的高温冲击波阻隔、抵消、压制，把爆炸消灭在小空间、小能量阶段。经抑爆屏障抑制后传播到作业区的冲击波压力和温度不能对人员造成伤害。
　　按照使用场合，抑爆装置可以是机载式的，固定在采煤机或者掘进机上。也可以是巷置式的，布置在有必要安装抑爆装置的巷道中。抑爆装置在供电条件下进行充电，充电之后无外接电源也能够正常工作，发挥作用。
　　目前，南非已经将该项技术应用于连续采煤机，投入实际使用。这是一种典型的机载式抑爆装置。西班牙、埃及、罗马尼亚相继引进，澳大利亚、美国都在研究试用。主动抑爆技术已取得南非国家专利，并申请了国际专利并获批准。南非国家能源与安全部门把这项技术列为重点推广项目，要求煤矿大量使用。为了推动强制使用主动抑爆装置，正在考虑修改相关的法律和标准。
　　
　　四、我国主动抑爆技术的应用前景
　　
　　我国煤矿回采工作面多数是长壁式开采，掘进工作面中有的是人工爆破，有的是掘进机掘进。鉴于主动抑爆技术的两种布置方式—机载式和巷置式，可以作如下考虑：一是在壁式回采工作面的两个端头之外安装巷置式抑爆装置，在采煤机的前后被筒处安装机载式抑爆装置；二是在炮掘工作面附近安装巷置式抑爆装置；三是在掘进工作面使用的掘进机上安装机载式抑爆装置；四是在临时性工程作业点附近安装巷置式抑爆装置。
　　需要指出以下两点：一是主动抑爆装置以光学原理实现作业现场的实时监测，因此，只有在直线巷道中适用；二是主动抑爆装置具有降压降温作用，但对于局部瓦斯爆炸产生的有毒气体没有消除作用。这是主动抑爆技术中的一个空白。
　　综上所述，第一，南非的主动抑爆技术是一项先进技术，具有较强的生命力；第二，主动抑爆装置对防止瓦斯煤尘爆炸事故是有效的，具有推广价值，应用前景广阔；第三，目前的主动抑爆技术及其装置只能降压降温不能消毒，应当在原有基础上组织力量再研究攻关，使之具备降压、降温、消毒三大功能。