瓦斯灾害防治研究现状及其发展

卢国斌高彬

（辽宁工程技术大学资源与环境工程技术学院辽宁阜新１２３０００）理论广角

‘嶝■ｌ

ｆ摘要】本文在分析煤矿安全科技工作现状和趋势基础Ｅ，介绍了近年来霰罔瓦斯灾害防治技术研究取得的进展和新或果，包括瓦斯煤巾爆炸危险怿ｉ平

价方法、基于瓦斯地质、地质动力反剃、电磁波探测方法的煤与瓦斯突出区域预测技术和基于ＡＥ声发射、电磁辐射等原理的煤与乩斯突出非接触连续预铡技术，提出了目前我国煤矿安伞所面临的挑战和急需开腱的科技研究工作。

【关键＇间】瓦斯突出瓦斯爆炸瓦斯抽放灾害防治

【中图分类号】Ｆ【文献标识码】Ａ［文章编号】１００９－９１４Ｘ（２００９）０９（ｂ）一０２５３—０２

矿井瓦斯是成煤过程中的一种伴生气体，从狭义ｆ：讲，应该是甲烷

（ＣＨ４），赋存在煤的分子团或在煤的袈隙中，在煤矿生产过稃中，由于不断

的揭露煤体，使其暴露在宅削中，甲烷则不断地从煤体中游离出来，进入井

下生产卒间，与其他有害气体混合，如ＣＯ，、Ｎ，、Ｈ，Ｓ、ＣＯ、Ｈ，、ＳＯ，等，

形成一种捏合气体，俗称瓦斯。

１瓦斯的主要灾害及瓦斯治理与利用现状

瓦斯的主要灾害有瓦斯爆炸、燃烧、瓦斯喷出、煤与瓦斯突出。无论是

哪一种灾害，均会对煤矿的生产产生巨大的威胁和危害，对国家财产和人民

的生命造成巨大的损失。而瓦斯本身又是一种洁净的能源，如果能够充分利

用，变有害为有利，则是对国家和人民造福，有利于国民经济的发展。

１．１瓦斯的治理

１．１．１预防瓦斯爆炸、燃烧的措施

防止瓦斯爆炸．燃烧的技术措施很多，可以分为三个方面：防止瓦斯积

聚，防止瓦斯被引燃和防止瓦斯事放的扩大。

防ｌｒ晟＝斯秘聚的根本措施是加强通风，包括矿并必须根据规定配足风

晕，采用机械通风，实行分区通风，工作面采用独屯通风，采空区必须及时

封闭，瓦斯矿井的掘进Ｔ作面禁止使用扩散通风等措施。防止瓦斯秘聚的其

他措施包括及时处理局部积存瓦斯，抽放瓦斯，加强榆查等。防止瓦斯被引

燃是指防止明火、放炮和电火花，摩擦火花、冲击火花等引火源使瓦斯燃烧

爆炸。

１．１．２预防瓦斯喷ｍ的措施

预防处理瓦斯喷出的措施，应根据瓦斯喷出晕的大小和瓦斯压力的高

低来制定，一般采取“探、排、引、堵”等措施。

１．１．３预防瓦斯突出的措施

预防煤和瓦斯突出的措施分为Ⅸ域件措施和局部性措施。开采解放层

是最经济、最有效的匠域性措施。首先开采的非突出层称为解放层，后开采

的突出层称为被解放层。局部性措施是指突出危险煤层采掘时采用的影响范

围较小的预防措施。１２瓦斯抽放

矿井瓦斯抽放是解决瓦斯灾害的最有效的方法。在矿井中利用专门的

巷道系统将瓦斯排至地面或井下同风巷道的安全地点，变现安全生产的目

的。同时，瓦斯抽出后，町以充分利朋，将其作为燃料和化工原料进行生

产，增加产业，创造效益，是一种最适宜当前提倡环保形势的新产业、新能

源。

提高抽放效果的措施有很多。如增大孔径和长度、使用下向钻孔抽放，

提前抽放深水平的瓦斯、井Ｅ下水力压裂、煤层水力破裂、煤层水力剖缝、

综合抽放措施等。目前，瓦斯抽放已由单一抽放犁向综合抽放型发展。

１．３瓦斯的利用情况

由于种种原闪，我闷煤矿抽放的瓦斯大部分被排空，利用率和抽出率

都较低。２００４年，国有重点煤矿的抽采景趔过１８亿立方米。实际利用壁只

有４．１亿立方米．平均利用睾为２４．７％。有关专家认为，煤矿瓦断治理与

利用是一项综合性的系统工程。投资大、风险高，一Ｉ以通过示范工程，用生

动的实例向有关部门、地区和企业证明，开发和利用煤矿瓦斯，不仅叮以有

嫂解决煤矿在安全乍产领域的突出问鹿，而且具有较为明显的投入产出效

益，从而促进瓦斯开发利＿｝｝Ｉ产业的迅速＿；！｝起。月前，人们对Ⅱ斯的认识不断

提高，瓦斯的利用串不断增大，必将会按照人民理想的方向发展。

２目前的问题及分析原因

２．１煤矿事故现状

我罔堞矿事故呈现的特点是事敝总黾高。近年来，全国煤矿每年死亡

人数为６０００人左右，损失十分严重，特别是近年来接连发牛数起死亡百人

以上的特男ｑ重大事故，教训十分沉痛。ｌｉｉｉ瓦斯事故比例高，每年总死亡人数

中有近ｌ／３死千＿瓯斯事故，在特大事故中８０％以上是瓦斯事故，因此预防

瓦斯事故是我们工作的重中之重。２．２事故多发的原因

２．２。１技术和安全保障水平比较低

我国煤矿有２万多处，Ｉｆｉｉ国有重点、国有地方和乡镇煤矿的敏鼋分别为

８００，ｌ７００及２１０００骞处。这屿煤矿中既有达到或接近廿界先进水ｆ的现代

化大煤矿，也有各方面条件比较差的中小型矿井。全周采煤机械化程度仪为

４０％左右，大型煤矿井下作业人鼠一般自教百人之多，一日｜发生乩斯事故往

往伤亡惨重。一半以上的小煤矿仍采用巷采和手工方式开采．效率低下，伤

亡事故多发。２．２．２瓦斯灾害严重

国有重点煤矿中将近一半是高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，在２００４年同

有重点煤矿中煤与瓦斯突出矿井１２４处，占全同重点煤矿的１９．２％・高＿５ｌ：斯

矿井１５６处，占今国重点煤矿的２４．２％；低瓦斯矿井３６５处，占全圉重点煤

矿的５６．６％。近８０％的矿井有煤尘爆炸危险．近６０％的矿井有自然发火危

险现象。

２．２．３安全生产的基础薄弱，抵御事故灾害能力不足

许多国有煤矿经过几十年的开采，已进入衰老期．手要乍产设备老化、

超期服役，隐患十分严重。大多数小璋！煤矿的安全生产条件与安伞生产规章

制度和标准的要求差距较大，在防范伤亡事故特别是重特大事故方面仍然缺

乏把握。

２．２．４煤矿职工队伍素质较低，安全管理难度加大

用工制度改革以来，炊矿职工队伍的构成发生ｒ很大变化。大量农民

工，临时工进入煤矿，逐步成为井Ｆ一线工作的主力，违章蛮干时自发生，

直接威胁安全生产。

２．２．５超能力生产问题突出

当前我陶绎济处于快速增长阶段，煤炭需求景增长，煤炭价格上升较

快。２００６年煤炭产量达到２３．３２亿ｔ，煤炭超产造成的安全隐患十分严重。

３瓦斯灾害防治的新技术３．１瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术

为了自效的遏制瓦斯事故，研究人员一直不懈的努力，进行瓦斯灾害

治理的研究。矿井瓦斯煤尘爆炸危险性评价模型就是其中的一项，开发出ｒ

瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术和专家系统软件，井建立了瓦斯煤尘爆炸

的危险性评价和防治专家系统。３．２煤与瓦斯突出区域预测技术

采用瓦斯地质理跑与物探技术相结合的方法进行突出区域预测，一直

是国内外的研究方向。。十五”计划以来，我国煤与瓦斯突出区域预测技术

取得重要成果。

（１）采片Ｉ瓦斯地质方法．建芷了瓦斯地质理论与物探技术相结合的多技术

集成的多尺度瓦斯突出区域预测疗法，提出ｒ以瓦斯地质荸元基础的由构造

软煤厚度（Ｈ）和煤层瓦斯压力（Ｐ）相配套的突出区域预铡占Ｌ斯地质指标。初步

确定构造软煤厚度的突出临界值，

（２）开发ｒ具有信息输入、动态管理和卒间分析功能的瓦斯突出区域预测

ｗｅｂＧＩＳ信息平台．实现了瓦斯突出区域“斯地质方法的ｒｊ动化和可视化ｌ

采用地球物珲椿测技术．形残ｒ一套矿井瓦斯富集部位地震抹测技术与方

法，形成ｒ瓦斯富集部位探测的核心技术．

（３）采用地质动力区划的方法，确定ｒ活动构造和岩体麻力状志对突出的

影响，并划分Ｈ｛应力升高区、应力降低区和麻力梯度。为此开发ｒ突出每因

素模式识别概率预测计算机软件，确定了活动断裂、最大主应力、应力梯度

等８个主要影响埘翥，并可方便地划分突出的危险区、威胁区和安全区，开

发出了突出ｆ；（域ｆｏｉ侧决策分析系统软件，实现了图、文、声和像的町视化。

（４）采川电磁渡透视技术，成功研制ｍ了株铡煤层瓦斯灾害易发区的技术

和装备，建靠了电磁波反射和吸收特征数据库和地质异常体的识别系统，得

ｍ了瓦斯灾害易发区分布规律，提出了判定瓦斯灾害易发区的敏感指标和临

界值，形成一套适于点［斯灾害易发区的判识方法。

这些技术成果的研究和应用，完善并发展了我国煤矿瓦斯突出区域预测

技术体系，提高了突出预测的准确性，非突出危险区预测准确性达到１００％，

突出危险区预测准确性超过７０％，最大限度地降低ｒ掘进和回采过程中的瓦

斯影响，显著提高掘进速度和提高同采工作面产景。３．３攥与瓦斯突出动态预测技术

煤与＿６ｌ＝斯突出的非接触式预测是通过对瓦斯或煤体本身的信号的实时

监铡而进行的连续动态预测技术。这种办法具有测试简单、不与牛产发生冲

突、实时连续监侧等优点。肉此，非接触式连续预铡是目前突出预测的｝要

研究方向。在。九五”攻关成果的基础上，针对掘进Ｔ作面煤与瓦斯突出非

接触动态预测预报的需要，分别研究出了基于动态瓦斯涌出规律原理、ＡＥ

声发射原理和电磁辐射原理的工作面突ｍ危险性连续监测技术与装备。

３４高产高效矿井瓦斯灾害综合治理技术

加强瓦斯灾害的治理是防ｌ卜煤矿重特大事故发生的重要保证。高瓦斯

煤层群保护层开采，低透气性煤层瓦斯强化抽放、巷道边掘边抽等技术是瓦

斯冶珲的有效措施，也一直部是煤矿瓦斯治珲的重点和堆点。在煤层群保护

层开采方面，通过开展ｒ保护层作甩机理的研究，利用三维离散单元法对淮

科技博览Ｉ

２５３

万方数据理论广角

ｌＩｌＨ，＂

热镀锌锌锅工艺参数的控制及渣带的产生原因和处理

刘维郑成障

（唐钢冷轧薄板厂镀锌精整车间３镀锌河北唐山０６３０００）

【摘要１唐钢冷轧薄板厂３＃热镀锌牛产线采用两锅三位的方法，实现了生产镀锌和镀铝锌硅两种规格产品。介绍一下热镀锌中锌锅工艺参数的控制。对

在镀锌生产过秤中Ｈ１现的渣带产生的原吲和处理提出ｒ一些意见。

【关键词１热镀锌锌锅渣带

【中刚分类号］ＴＧＩ７４．４４［文献标识码】Ａ【文章编号】１００９—９１４Ｘ（２００９）０９（ｂ）一０２５４—０２

ＴｈｅＰｒｏｅｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌＰａｒａｍｅｔｅｒｓＯｆＴｈｅＺｉｎｃＰｏｔＯｎＨｏｔＤｉｐ

ＧａｌｖａｎｉｚｉｎｇＡｎｄＲｅａｓｏｎｓＡｎｄＳｏｌｕｔｉｏｎｓＯｆＴｈｅＳｔｒｉｐＷｉｔｈＤｒｏｓｓ

ＬｉｕＷｅｉＺｈｅｎｇＣｈｅｎｇｂｏ（ＴＩＳＣＯＣＲＮｏ．３ｇａｌｖａｎｉｚｉｎｇｌｉｎｅ）

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＴＩＳＣＯＣＲＮｏ．３ｇａｌｖａｎｉｚｉｎｇｌｉｎｅｕｓｅｔｈｅｗａｙｏｆｔｗｏＺｉｎｃｐｏｔａｎｄｔｈｒｅｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｈｏｔｄｉｐｇａｌｖａｎｉｚｉｎｇ，ａｎｄｔｈｉｓｌｉｎｅｓ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅｇａｌｖａｎｉｚｅｄａｎｄｇａｌｖａｉｕｍｅ．Ｉｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｚｉｎｃｐｏｔ，ａｎｄｇｉｖｅＳｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓＯｆｆｒｅａｓｏｎｓａｎｄ

ｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｔｒｉｐｗｉｔｈｄｒｏｓｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．

【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］Ｈｏｔｄｉｐｇａｌｖａｎｉｚｉｎｇ・Ｚｉｎｃｐｏｔ，ｓｔｒｉｐｗｉｔｈｄｒｏｓｓ

ｌ热镀锌锌锅工艺参数的控制

１．１热浸镀锌使镀层的形成

（１）带钢进人锌液以后很快与锌液之间发生热交换，最终使带钢与锌液

温度基本一致。

（２）带钢首先与锌液中的钻发生反应，形成Ｖｅ２Ａ１５中间化合物，并达到

一定的厚度。

（３）铁原子扩散到锌液中，使带钢表面附近的锌液中的铁浓度升高，由于

Ｆｅ２Ａ１５的目ｌ碍作用，使扩散速度受到很大影响。

（４）表面附近的锌液中的铁的浓度超过其溶解度时，便从膜上开始形成

Ｆｅ２Ａ１５铁锌化台物，井长大到一定的厚度。

（５）带钢离开锌锅．在气刀的作ＩＨｒ刮去多于的锌液，温度开始下降。

（６）液态镀层在４ｌ９。Ｃ左右时凝围、结晶．并在其表面肜成层致密的

氧化铝为扣的保护膜。

（７）镀层在崮态下琳续冷却，井经水淬以后成为常温Ｆ的镀层。

１．２锌锅工艺参数的控制

１．２．１带钢入锌锚温度的挣制

带钢的入锅温度必须控制在此锌锅温度略高的范围内。如果带钢温度

比锌液温度低，则会使带钢附近的钟液发隹冷却，温度卜降，黏度增高，锌液对

带钢的浸润件Ｆ降，不利ｆ镀锌。将带钢温度控制在锌液温废以｝：一定范围，

使带钢与锌液的温度差适当提高，有利于中Ｉｈｌ媒介枯附层铁铝化合物的肜成，

从而抑制铁锌化台物的形成，提高镀锌层的附着力。而且，镀锌中的自效铝｛氐

时，更委适。’提高带钢的人锅温度。

将带钢的入锅温度适当控制在锌液温度以上，还町以利用带钢的热量

加热锌液，可减少能源的消耗。当然，带钢进入锌锅的温度也不宜太高，否

则会使冷却同学哼巾铁锌反麻时｜日Ｊ过长，使形成的中向Ｊ粘附层遗刮破坏，铁

锌化台物层增厚，镀层的粘附性能及韧性恶化。同时过高的帝钢．盘度也会导致锌锅温度超过控制范围，带来一系列问题。因此．生产寅际中一般将带钢

入锅温度控制侄锌锅温度以上２０。Ｃ左右，或以保ｊＩＥ锌锅温度维持在标准范

围内不变为Ｊ泉删。

１．２．２带钢速度控制

带钢速度决定退货时间和浸锌时闻，腼后两者埘镀锌层的附着性有重

要影响。例如，带钢速鹿过快，则退火时ＩｈＪ缩短，就町能引起带钢温度和表

面氧化物还原程度不足，造成镀层的附着性变坏。同样，浸镀时间不足也会

引起附着性Ｆ降。然而，带钢速度过悭，延长ｒ浸锌时间，带钢与锌液反应

时Ｉｈｊ过长．也会引起附着性Ｆ降，｝ｌ｛此，改变带钢速度时，其他ｒ艺参数也

应进行相应的调整，才能获得好的镀层附着性。但还必须考虑降低带铡速度

会降低生产串的Ｊｕ】题。

此外．当变化带钢的品种和带钢规格时应按照由薄到厚或由厚到薄的

顺序安排生产。如果带钢规格不同，带钢速度也璺加以改变，从Ｉｆｉｊ其他Ｊ＝艺

参数也必须做相应的改变。在调整工艺参数时，必须注意生产过稃的连续

性。因为退火炉的升温和降温有一个时间滞后问题，也就足’蜕有一个时间过

程，所以进行工艺＝操作时不仅要注意本卷带钢的质量．而且还应该为Ｉｉ一卷

带钢创造良好的牛产条件。２渣带的产生原因和处理

我唐钢冷轧薄板Ｊ‘三镀锌在牛产过程中，曾出现渣带现象，渣带主要

使由于浮渣引起的，现就渣带的产生原因和处理方法，总结如下：

２１浮渣对产品质量的影响

汀渣形成之后如果能顺利上浮刮锌液表面，则可以及时除去，对产品

质量的影响不大，１Ｈ．旧底滴一样，悬浮任锌液中的浮渣对生产过稃质帚都会

带来很大的影响。浮渣中的铝以及其他高熔点的成分较多，黏度达，枉悬浮

状态和上浮的过程中撒易粘到辊子Ｅ或带钢卜，而且浮渣颢粒和锌液邓黏乎

乎的，熔合在一起，易于牯剑辊子上．而且粘在辊子上的浮渣又会粘附新的

南矿区保护层开采后，采牢尻顶，底板煤岩体应力重新分布的规律、顶底板

变形和破坏特征进行了数值模拟研究，从珲论卜计算了保护层开采后卸压范

嗣向顷、底板方向发腱的深度，为确定被保护层的保护绶粜和卸压范围提供

了ｎ，靠的理沦依据。

４存在的问题和急需开展的研究

瓦斯灾害治理是煤矿安全ｒ作的重点。对煤矿瓦斯灾害进行监测监控、

预警防治等瓦斯综合治理技术措施，是减少煤矿伤亡事故，提高安全生产水

平的重委手段。Ｉ＝１前，煤矿安全工作面临两大的挑战，一是产业结构的调

帮，生产高效集约化程度的提高，乩斯涌ｍ昂倍增，通风压力增大．瓦斯煤

尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害事故的预防难度增大・二是矿井生产水平的逐

年延伸，地应力增大，瓦斯涌出量也增大、煤与瓦斯突出和冲击地压危险性

增加。恶化了煤矿生产条件，增大』．生产中的不安全性。为此，煤矿安全技

术也需从两个方面开展攻关研究：

（１）根据矿区煤层条件不同、瓦斯赋特征不同、生产条件的变化，采用新

的科技手段进一步完善提高现有瓦斯灾害治理技术体系并进ｆｊ适应性研究，

如采用现代通讯技术、自控技术、计算机技术和传感技术，解决我国现有煤

矿安夸监测系统挂Ｉ巨不兼容、无法互联瓦通的技术难题，

（２）不断解决敏＝斯治理技术研究中出现的新同题，如伴随我国东韶深井开

采带来了。二三高”和深部矿井的延期突Ｈ１『口Ｊ题，松软低透气性煤层长钻孔瓦

斯抽放技术难题。这些『口Ｊ题急需开展科技攻关加以解决。

５结语

瓦斯灾害治理新技术在生产矿井进行ｒ试验和应用，取得了经济、社

２５４Ｉ科技博览会、安伞环境的多重效益。这哆研究成果对我国煤矿生产条件和瓦斯灾害特

点具有很强的针埘性和适应性，具体成果表现为：

（１）百斯煤尘爆炸危险性询测评价技术在矿拜生产中应用表明．评价结果

准确一ｆ靠，具自很强的操作性和实＿｝ｆＩ性．为预防煤矿瓦斯煤尘爆炸提供了－重

要技术盘撑。

（２）瓦斯地质、动力区划和地球物理探测方法的煤与瓦斯突出预测技术是

经实践ｉｉＥ明是有效的．是减小防突丁秤帚、提岛防突效果的保障技术措施。

｛３）ＡＥ声发射、电磁辐射等非梭触连续监铡技术取得了突破性进展，并

进入实用化和产业化阶段。

（４Ｊ保护开采、瓦斯强化抽放技术，取得ｒ珥｜论、技术和试验研究的重大

进展，是具有突出矿区治理瓦斯的有效技术途径。

（５）逋风系统的监测．可靠性评价技术随着矿井裳约化水平的提高会越来越突现其皋础作用．而虚拟现实技术蛰达到虚埽阶段仍需开鹱大量工作。

【参考文献】

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万方数据