摘要:我国非煤矿山是指除去煤矿之外的所有矿山,包括露天矿山、地下矿山和联合开采矿山。非煤矿山的重大和特别重大生产安全事故发生频率仍处于较高水平,安全生产形势依然严峻,很多非煤矿山重大技术难题仍没有得到解决,急需研究适应我国非煤矿山特点的尾矿库安全技术、采空区治理技术、深井开采安全技术、高风险气田开发安全技术、自然灾害次生衍生生产安全事故预防技术等。
关键词:非煤矿山;安全生产;科学技术;需求分析
1引言
我国将矿山分为煤矿和非煤矿山两类。所谓非煤矿山是指除去煤矿之外的所有矿山。我国非煤矿山具有数量大、规模小、矿种多、分布散、基础差、采矿方法多、地质条件复杂、从业人员多等特点。非煤矿山不仅是我国国民经济的重要支柱产业,还解决了大量就业。同时,非煤矿山每年发生各类生产安全事故2000余起,生产安全事故死亡人数2500余人,特别是几乎每年1起的一次死亡30人以上的特别重大事故和高发的重大事故,造成了极其不良的社会影响。分析我国非煤矿山生产安全事故可以看出,行业技术装备落后、科技投入不足以及缺乏新技术、新产品和新方法,非煤矿山安全生产整体科技水平低,是造成事故多发的重要原因之一。因此,必须研究我国非煤矿山安全生产特点,进行科技问题需求分析,开展重大安全生产科技项目攻关,推广新技术、新产品、新方法,全面提升安全生产科技水平,用安全科技支撑非煤矿山安全,实现安全生产形势的根本好转。
2 我国非煤矿山安全科技研究进展
2.1 矿山科技项目立项及其研究内容简介
近年来,我国加大了矿山安全生产科技投入的强度。主要研究矿产资源勘探技术、危机矿山接替资源勘探开发技术、大型复杂矿山资源开采节能技术、复杂油气田开发技术、尾矿综合利用技术、矿山安全开采技术。此外,在矿山安全领域,教育部立项35项,主要研究矿岩及其成矿基础理论、建立基础数据库;中国科学院立项6项,主要研究三江地区成矿作用、大型矿集区预测与勘查技术、水资源开发的生态环境效应、深海油气资源勘探开发关键技术;国家安全生产监督管理局立项100项左右,研究内容包括煤矿与非煤矿山危险源辨识、风险评价、危机预警、危险控制、应急处置、安全管理、法规标准。
2.2 非煤矿山安全科技成果概述
(1)采空区探测与地压灾害控制关键技术。研究了采空区地压灾害风险分级指标、评价模型和方法,开发出基于探地雷达等先进技术为主体的采空区探测方法与设备。(2)深井开采岩爆防治关键技术。研究了矿岩冲击破坏声发射和电磁辐射前兆特征、变化规律和机理,提出了基于震动、声发射和电磁辐射的岩爆风险评价、分级指标体系和联合监测岩爆的预测预报方法。(3)大水矿井水害监测、预警与控制技术。研究了大水矿井水渗流场压力动态规律,建立了预测模型,提出了流固耦合综合预测方法,建立了水害预警指标体系、突水风险分级指标和评价方法,开发了大水矿床驱水封闭和帷幕注浆的成套工艺设备。(4)含硫矿石自然发火倾向性鉴定与检测预报关键技术。提出了含硫矿石自燃倾向性鉴定指标和鉴定标准,以及含硫矿石自燃发火预报指标、方法及标准,开发出含硫矿石自燃倾向性鉴定仪器和设备。(5)尾矿库风险分级及溃坝监测预警关键技术。初步建立了我国在役尾矿库安全基础数据库,提出了尾矿库风险分级指标,建立了尾矿库溃坝事故风险评价模型,开发了尾矿库安全监测系统,建立了尾矿库溃坝宏观预警指标和方法。(6)灾害实时在线监测、预警和应急的IT技术。提出了非煤矿山安全监测、监控和预警系统标准,开发了非煤矿山矿井重大灾害监测、预警、应急辅助决策方法库和知识库,以及具有矿井人员定位可视化跟踪功能的井下人员跟踪定位系统。
3 我国非煤矿山安全生产科技需求
目前,我国非煤矿山科技水平低的现状没有改变,针对我国非煤矿山特点,非煤矿山急需的安全生产技术主要有:尾矿库及其尾矿回采安全技术,采空区及采空塌陷区探测、评价、治理技术,深井开采安全技术,高风险油气田开发安全技术,深凹露天矿开采安全技术,自然灾害次衍生重大生产安全事故防治技术,以及针对非煤矿山数量多、规模小和尾矿库数量多、下游受溃坝威胁居民多特点的安全管理理论和方法等。
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3.1 尾矿库事故防治技术
近几年我国尾矿库事故表明,溃坝事故危害最大,造成的损失最严重。针对尾矿库溃坝事故防治,主要的科学问题和关键技术有:(1)尾矿库稳定性评价理论和方法,即尾矿坝灾害的辨识技术和尾矿库事故公众危害的评价理论和方法。(2)数字尾矿库技术。该技术是用信息技术构建虚拟尾矿库系统,通过对系统的功能分析,实现尾矿库优化设计和优化运行参数,从而最大限度地降低事故的发生。(3)尾矿库安全数据库。已建立的尾矿库安全基础数据库的数据仅限于库区环境、排洪系统、筑坝方式、坝体参数等。急需建立包括尾矿库坝体下游生态敏感区和人口密集区、能够反映尾矿库实际运行情况和事故风险、能为安全监管提出支撑的尾矿库数据库。(4)尾矿库的安全监测和事故隐患快速诊断技术。包括:尾矿库运行状况的实时、连续监测技术,库区液化、坝体开裂、坝体失稳、坝体管涌等尾矿库事故隐患的识别方法、科学评价和快速诊断技术等。
3.2 采空区及采空塌陷区安全技术
采空区塌方造成的地质灾害因其影响范围广、受害人员多、社会影响大,成为社会关注的重点。但是,采空区事故及采空塌陷灾害防治关键技术没有根本解决。当前,我国急待解决的安全科技问题主要包括:(1)基于GPS与GIS的矿山安全监测、监控技术。目前我国使用的GPS监测网只能得到离散点位数据,难以全面监测矿区的地表形变,急需开发高精度、高清晰度的GPS监测网;需要对GPS与GIS结合、应用传感器网络技术监测矿山开采活动等关键技术攻关。(2)采空区定位和探测技术。包括:岩层稳固性探测雷达、地震层析X射线摄影机、携带式热应力监测计、微震监测系统等安全监测与预测预警技术装备;基于综合探测的采空区定位和范围评价手段、方法和软件。(3)采空区治理技术。包括适合不同采空区赋存条件的低成本、高效率充填材料和充填工艺、充填治理空区的评价指标体系以及矿体开采与采空区处理控制方法等。
3.3 深井开采安全技术
随着矿井开采深度的增加,矿井通风、排水越来越困难,岩爆问题也越来越突出。(1)深井岩爆预测、预警和控制技术。人们对岩爆现象进行分析,提出了一些假说和判据。但由于岩爆发生的随机性、突发性及多样性,单凭一种预测方法往往不能准确预测预报。因此,需要研究矿岩变形失稳全过程的岩石力学参数、声发射和电磁辐射特征及其变化规律,开发具有较高准确性和可靠性的岩爆预测方法和指标,建立基于岩石力学参数、微震监测法和电磁辐射监测法结合的岩爆矿震综合监测预报技术和体系。(2)水害防治技术。经过多年的研究与探索,我国矿山防治水的理论和技术有了很大发展和提高。目前需要解决的关键技术问题是水害事故的监测、预警、灾后应急救援的整套技术。(3)矿井通风新技术。美国矿山井下通风系统装备达到了机电一体化和自动化水平,通风质量得到了保证。我国开发了系列通风装备,形成了主扇通风、局部通风、多级机站通风技术为主的非煤矿山通风技术。但是,深部开采矿井、多中段、多工作面同时作业通风关键技术问题没有解决,急需开展复杂采矿条件下的通风网络优化与局部通风新技术的研究,以及高效、节能通风设备的研发。
3.4 自然灾害次衍生重大生产安全事故防治技术
卡特里娜飓风破坏了其经过的一些化工厂,使有毒化学物质泄漏,造成了严重污染。我国是一个多自然灾害的国家,在受到台风威胁的沿海一带有大量的化工厂。在可能强震区有很多矿山、尾矿库,特别是一些尾矿库下游有大量的居民,一旦发生溃坝事故,将造成大量人员伤亡。如何防治自然灾害引发的次生、衍生生产安全事故,有很多重大技术问题。如台风、飓风时化工厂、油气储存库的火灾防治技术,地震引发尾矿库溃坝灾害防治技术,洪水或泥石流引发矿井事故防治技术等,重大自然灾害时的矿井人员安全撤离技术等。
4 结言
近年来,在非煤露天采石场推广的深孔爆破技术,在金属矿井推广强制通风技术,都取得了较好的成效。因此,不仅要针对非煤矿山急需的重大技术开展科学研究,要尽快研究出采空区灾害、尾矿库溃坝、岩爆、火灾、中毒窒息、放炮等事故防治的新方法、新设备和新技术,选择试点,做好示范。同时,要加大科技推广应用力度,提高企业参加科学研究、使用新技术的意愿和能力,尽快将取得的技术成果产品化、市场化,只有这样才能消除非煤矿山事故多发的根源。
参考文献:
[1] 国家安全生产监督管理总局监督管理一司.非煤矿山生产安全事故分析报告.2009年度全国非煤矿山安全生产工作会议资料,中国.北京,2009.1:18～19
[2] 张兴凯,等.金属非金属尾矿库安全现状及分析.中国安全生产科学技术,2006,2(2)
论文作者:胡浪
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/29
标签：尾矿论文; 技术论文; 煤矿论文; 采空区论文; 矿山论文; 我国论文; 矿井论文; 《防护工程》2017年第22期论文;