煤矿安全技术发展现状和趋势分析

樊劭

摘 要：本文简述了近30年我国煤矿安全技术发展历程，揭示煤矿安全技术发展趋势与社会热点技术发展相一致的规律，并介绍当前煤矿安全技术的发展现状和趋势，认为以物联网、云计算和大数据技术为基础的煤矿安全信息化技术是未来的发展方向。

关键词：煤矿安全技术；信息化；发展趋势

煤矿安全历来受到政府和企业高度重视，经过全行业多年的努力，煤矿安全生产状况显著改善，每年煤矿事故死亡人数和百万吨死亡率大幅下降，重特大事故数量不断降低。国内各大高校、科研机构和大型企业长期致力于对瓦斯治理、火灾防治等重大灾害的治理研究，形成了一系列适合我国煤矿实际情况的安全技术，形成了完善的灾害防治技术和成套装备设施，为煤矿安全工作提供了重要支撑，成果显著。

在“九五”“十五”时期，我国煤矿安全技术主要致力于解决瓦斯抽采、突出危险监测和粉尘灾害防治等基础技术研究1，煤矿安全技术着重于解决在生产过程中遇到的实际问题，重在煤矿灾害现场治理方面；在“十一五”“十二五”时期，井下雷达用于突出监测，以太网、红外线技术开始用于井下监测监控系统，现代技术逐渐融入煤炭这样的传统工业中，新型安全技术显著发展；现在物联网、数据融合和云计算技术等均已在煤矿安全生产预警平台上开始应用2，煤矿安全保障逐渐从事中、事后处理转向事前预防，在瓦斯抽采、火灾和水害防治方面融入更多信息化技术，强调对灾害防治的精准掌控。随着新型技术的涌现，我国煤炭行业的发展和煤矿安全工作要求的日益提高，煤矿安全技术发展也表现出许多新特点和新方向。

1 新型煤矿灾害预测预警技术快速发展

当前煤矿灾害防治工作重点逐渐由过程治理向源头预防为主转变，更加强调事故的防患于未然。随着科技的发展和信息传输的便捷，更多新技术被用于煤矿灾害预测预警。煤与瓦斯突出声-电-瓦斯实时监测预警系统，通过声发射、电磁辐射和瓦斯动态涌出规律对突出危险进行预判，现在永贵能源等企业得到应用；分布式光纤传感系统用于实时监测煤层、煤仓和传输系统的温度，防止火灾隐患的发生3；GIS技术与水文地质、水文监测结合应用于煤矿水害防治，实现了矿井对水害的动态管理4；中煤部分矿井采用高分辨率激光吸收光谱技术，消除了气体交叉干扰，采用分布式光纤传感技术，实现了长距离无源瓦斯的准确监测；天地科技采用地震波CT探测获取煤岩层波速，通过地震波波速、波速梯度等与冲击危险性密切相关的特征参量，预测潜在的危险冲击区域。同时，新技术也大大提高了传统检测检验技术的精度、减少检验时间，以中煤科工的煤矿井下深孔原位取样测定瓦斯含量技术为例，创建了直接测定煤层瓦斯含量的方法，取样时间小于2h，缩减瓦斯含量测定时间在8h以下、测定误差小于7%，检测时间是以往的三分之一，精度提高了三至七倍。

2 灾害治理技术和装备成套化趋势明显

随着我国煤矿灾害治理难度的加大，一般性技术防范措施往往治标不治本，灾害治理正向工程治理转变，这就要求系统化的技术和配套专用装备保证工程治理的实施。地面抽采矿井采动区和采空区瓦斯作为快速降低矿井瓦斯的有效方法被大力发展，该技术相对成熟但仍受现场环境、道理运输、设备维护的困扰，此后开发的撬装式成套化设备有效的解决该问题5。当前各科研单位为解决矿井灾害治理中的问题，不仅开发相关技术，同时为使解决效果最大化，往往同时开发成套设备作为支撑。针对煤与瓦斯突出问题，中国矿业大学为解决高突煤层快速卸压增透问题，提出“点—线—面—体”耦合整体卸压方法，开发出基于普通孔与割缝孔耦合协同卸压增透技术，同时发明了基于高压射流割缝的“四位一体”卸压增透安全防护成套装备；冀中能源针对松软突出厚煤层开发了沿顶布置安全高效掘进和回采技术，并研发了包括三角煤卧底机、过渡支架、端头液压支架等相关配套设备6。新汶矿业研发了“采充留”无煤柱开采一体化技术，實现体积比近100%填充，使工作面矿压显现减弱，更好地控制顶板下沉，也配套开发了连体式充矸皮带卸载架，进一步提高了充填的自动化水平。

3 无人化和可视化煤矿安全技术日渐成熟

陕煤化黄陵矿业一号煤矿1001综采工作面实现智能化无人开采，充分体现了国家安全生产监督管理总局关于“机械化换人、自动化减人”科技强安的理念。此后，许多企业和科研院所也积极将减人和无人作为煤矿安全技术的努力方向。神华集团研制的煤巷高效快速掘进成套装备，应用掘锚一体机组、锚杆转载机组、可弯曲胶带转载机、自移机尾等成套装备，代替功能单一的掘进机、单体锚杆机、皮带转载机等设备，实现掘、支、运平行连续作业，所有工序机械化一次完成，减少工作面30%的操作人员。特别是煤矿用多功能巷道修复机，实现巷修机械化作业，效率提高三倍，作业人员减少50%。天地科技开发的急倾斜薄煤层无人化综采刨运机组，适用于煤层倾角85°以下的急倾斜薄煤层走向长壁正倾斜综采工作面的刨运机和液压支架，开采过程中实现了工作面内无操作人员。

准确掌握井下人员位置状况，对于煤矿安全生产和事故救援均有十分重要的意义，井下视频图像人员跟踪定位技术可以有效解决这类问题。但煤矿井下昏暗，颜色信息缺乏，人脸易附着黑色粉尘等特殊情况均为视频图像人员定位技术运用带来困难。孙继平等采用依据压缩感知理论，利用随机投影技术对特征降维，用随机特征建立目标模型，采用判别式跟踪算法利用朴素贝叶斯分类器进行目标定位，对被跟踪的人员遮挡、旋转及不均匀的环境照度和照度的剧烈变化都具有极强的鲁棒性7，取得了较好的识别度。孟祥瑞等采用基于三维可视化与Zigbee技术，解决在矿井实际条件下人员地位精度不准确的难题，该技术经检验平均定位误差不足0.8米，能较好满足实际工作需求8。

4 煤矿安全技术信息化将是未来的发展方向

当前以物联网、云计算和大数据技术为引导的新一轮信息化技术正在深刻影响着煤炭这一传统工业，以往困扰信息化的井下易燃易爆气体、环境湿度大、电压不稳等问题被一一克服，智慧矿山、无人工作面、虚拟现实培训和操作有望实现。煤矿作为一项大型生产建设项目，而且是时刻受到多种物理和化学危险源影响的项目，为保证生产本质安全需要的监控数据量十分庞大，包括环境因素（瓦斯和一氧化碳浓度、压力、温度、风量等）、机电因素（设备状态、电压、功率等）、人的因素（人员位置、作业情况等），这些均要在建物联网信息平台上以云计算提供的信息基础配合大数据提供的业务引擎进行监控、分析和识别。对于煤矿物联网的构架，有的观点认为是三层包括感知层、网络层和应用层9，有的观点认为是四层包括感知层、传输层、服务层和应用层10，但大体功能都是通过矿用传感器、3G、4G网络实现各项数据掌控进而保证煤矿安全作业。物联网上的数据经云计算和大数据技术，进行分析和数据挖掘可以有效对事故进行预警，特别是如突出危害这种事故机理尚未完全明晰的情况，更适合以大数据技术的方式进行预判。

5 总结

煤矿开采历来都属于高危行业，煤矿安全不仅对于保障人民生命财产安全至关重要，而且也是保障矿井正产生产的基石，所以煤矿安全技术始终处于快速发展中，社会科技的更新也不断带动煤矿安全科技的发展。我们已处于数字时代，煤矿安全技术信息化是大势所趋，将有助于解决以往安全技术难以克服的难题，带动煤矿安全技术跨越式发展。

参考文献

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[4]王建恒矿井防治水预测预报一体化系统设计研究山西焦煤科技[J] 2014年8月增刊

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