［摘要］总结了“十二五”以来我国煤矿安全科技在技术装备等方面取得的进展，分析了现阶段我国煤矿安全科技面临的形势和存在的问题，提出要加大煤矿安全科技创新，打好防范煤矿事故的对抗战、外围战、应急战和监管战，推动煤矿安全生产形势持续稳定好转。同时，针对煤矿安全重点领域和薄弱环节的科技需求，提出了“十三五”期间煤矿安全的科技对策和发展方向。
［关键词］煤矿安全;技术进展;科技对策;发展方向
近年来，我国在煤矿安全生产领域加大了政策扶持、资金支持、科技创新和监管监察的力度，煤矿安全生产形势持续稳定好转［1］。2005年到2014年的十年间，我国煤炭产量从2.11Gt攀升到3.87Gt，增加83.4%;煤矿事故起数从3306起下降到509起，下降84.6%;煤矿事故死亡人数从5938人下降到931人，下降84.3%;百万吨死亡率从2.811下降到0.255，下降90.9%。但在当前宏观经济运行和煤炭行业发展的新形势下，我国煤矿安全依然面临行业形势不容乐观、事故总量仍然偏高、区域发展极不平衡、职业健康备受关注、科技支撑仍待加强等突出问题和严峻挑战。“十三五”期间，有必要围绕煤矿安全重点领域和薄弱环节，强化技术创新和集成示范，推动煤矿安全科技水平再上新台阶。为此，在总结分析我国煤矿安全科技近年来的主要进展和当前面临形势的基础上，提出了“十三五”我国煤矿安全科技的对策和方向建议。
1煤矿安全科技主要进展
“十二五”以来，煤矿安全领域相关科研院所、高等院校、生产企业注重产学研用相结合，以实施“973”计划、国家科技支撑计划、国家科技重大专项等国家科技计划为契机，广泛开展科技合作和技术创新，在基础理论、关键技术、重大装备和工程示范等领域取得了重要突破，为煤矿安全生产形势持续稳定好转提供了重要支撑。
1.1煤矿瓦斯灾害防治
瓦斯灾害监控预警和瓦斯高效抽采利用是瓦斯治理的重点和难点。近年来，瓦斯含量快速准确测定技术实现了120m长钻孔定点取样，20min内快速测定瓦斯含量，测定误差小于7%，并在100多个矿井推广应用。开发的基于2个“四位一体”煤矿瓦斯灾害监控预警系统，大幅提高了瓦斯灾害预警自动化水平，预警准确率达75%以上。研制成功国内首台最大扭矩12000N•m大功率定向钻机，在晋城寺河煤矿完成1881m井下近水平长钻孔施工，创造了煤矿井下顺煤层定向钻孔深度的世界纪录。研制成功适用于f≤0.5松软煤层的高转速大扭矩螺旋钻进装备、空气套管钻进装备及地面远距离自动控制钻进装备，在松藻、淮南、平顶山等矿区广泛开展示范应用，松软煤层钻孔深度最深达271m，钻孔成孔率达到76.9%。开发了煤矿采动区顶板“L”型地面井抽采技术并在晋城寺河煤矿成功应用，抽采浓度最高达93%，抽采纯量最高达3.11万m3/d，实现了本煤层采动影响区、采空区连续抽采，工作面瓦斯浓度降低约30%［2］。
1.2煤矿水害防治
水源和导水通道探测、水害预测、注浆堵水等关键技术取得突破，水文地质探测与水害治理技术体系日趋完善。研发的井下瞬变电磁仪，可用于井下掘进头、侧帮、顶底板、充水采空区、充水陷落柱、含水层等隐蔽水害探测，最大探测距离达200m，准确率达到70%。研发的自记式地震仪及数据处理与解释软件，显著提高了断层、陷落柱、煤层变薄带等异常体的探测精度，探测距离达1600m。研发的动水大通道突水钻孔控制注浆高效封堵技术，解决了携袋钻进、钻注一体化转换、注浆入袋、抛袋提钻等技术难题，在陕西榆卜界煤矿涌水量约1200m3/h的动水条件下，对高3m宽4m的过水巷道实施封堵一次成功，封堵巷道不足50m，注浆量不到850m3，施工工期仅18d［3］。
1.3煤矿火灾防治
早期预测预报、监测预警、新型防灭火材料和装备等是矿井火灾防治的关键。目前已形成了以自然发火早期预测预报、阻化剂防火、氮气防灭火、凝胶防灭火、黄泥灌浆防灭火技术等为主体的内因火灾防治技术体系。形成了以胶带机火灾预测与自动灭火技术，惰气灭火、泡沫灭火、惰泡灭火技术等为主体的外因火灾防治技术体系。煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置关键性能指标达到国际先进水平，氮气出口浓度≥98%，出口流量≥2000m3/h，填补我国煤矿井下移动式大流量制氮装置的空白［4］。
1.4煤矿粉尘防治
形成以煤层注水防尘、喷雾降尘、通风除尘、个体防护等为主体的防降尘技术体系，以及被动式隔爆、自动抑爆技术两大类多类型防隔爆技术体系。粉尘浓度、粒度分布测定等粉尘检测技术取得重要突破，可对作业环境粉尘浓度进行实时、在线监测［5］。研制出国内首套煤矿井下掘进工作面综合除尘系统，在神东等矿区得到成功应用，呼吸性粉尘除尘效率≥99%，达到国际先进水平。
1.5冲击地压防治
形成了以岩石力学方法和地球物理方法为主的冲击地压监测预警与评价体系，建立了包括区域防治与局部防治的冲击地压防治体系［6］。针对目前国内外已有微震监测系统只能被动接受煤岩体破裂产生的微震信号和震源定位精度不高的现状，研发出自震式微震监测系统，实现了监测区域内波速场的实时反演与解算，提高了微震监测系统的定位精度，微震监测系统的震源定位精度达到5～10m。
1.6煤矿热害防治
形成了矿井热害预测、评价、控制成套技术和装备，为改善工作环境和保障职业健康提供了重要技术装备支持。成功研制首套地面集中降温的核心设备———高低压转换装置，温度跃升小于0.5℃，设计压力16MPa，已在平煤神马集团建设示范矿井［7］。
1.7煤矿应急救援
形成了事故预警、培训演练、逃生避难、抢险救援等一系列成套技术和装备。在人员精确定位技术、无线救灾通讯、应急避灾信号引导、应急救援指挥系统等领域取得一系列先进成果。采用无线MESH网络、骨传导等技术研制了KJ30矿用救灾无线通信系统，救护队员可快速搭建数据传输通道，将事发地点的现场图像、环境参数、救护队员生命体征等信息传输至指挥中心，支持双向对讲，供救援指挥人员实时掌握救援情况并进行可视化管理和调度，目前已在14个国家矿山应急救援区域队进行推广［8］。
2煤矿安全科技面临的形势
在当前宏观经济运行和煤炭行业发展的新形势下，我国煤矿安全生产也呈现新的特点，面临行业形势不容乐观、事故总量仍然偏高、区域发展极不平衡、职业健康备受关注等突出问题和严峻挑战。
2.1煤矿安全形势依然严峻
首先，尽管我国煤矿安全生产形势持续稳定好转，但重特大事故仍时有发生。据统计，2012～2014年全国工矿商贸企业共发生重特大事故71起，死亡1278人，其中煤矿44起，死亡747人，分别占61.97%和58.45%;其次，我国煤矿安全生产水平与发达国家先进水平仍然存在较大差距。2014年我国煤矿百万吨死亡率0.255，仍远高于欧美主要产煤国家平均0.03的水平;再次，煤矿安全生产指标持续走低，百万吨死亡率等指标低位反弹和反复的风险增大。此外，能源革命也给煤矿安全生产提出了更高的要求。
2.2煤矿安全水平极不平衡
长江以南及西南地区地质条件极为复杂，80%煤层为急倾斜、倾斜煤层，薄煤层多，厚度0.6～2m，局部断层密度达到35条/km2，机械化程度极低。2012年，全国仅云、贵、川、渝、湘5省市的煤矿事故死亡人数均超100人，共死亡672人，占全国的49%，而5省市煤炭产量仅占全国的13%。2013年，全国仅云、贵、川、渝、湘5省市的煤矿事故死亡人数均超90人，共死亡494人，占全国的46%，而5省市煤炭产量仅占全国的12%。
2.3煤矿开发条件不断变化
我国煤炭资源分布具有“东贫西富”、“东深西旱”的特点，煤炭开发不断向西部和深部转移。东部拥有约90%的经济总量，而煤炭资源的赋存仅占总量的30%;西部煤炭资源的赋存占70%，经济总量仅约为10%。目前全国已有47座超千米深井，最深已达1501m，随东部煤炭开采深度增加，高地应力、高瓦斯、高地温、高承压水等带来的安全问题更加突出［9］。新疆等西部地区大倾角煤层、巨厚煤层、三软煤层的安全高效开采也面临严峻挑战。
2.4隐蔽致灾因素难以精确普查
煤矿隐蔽致灾因素通常无明显的显现特征，具有隐蔽性、时变性、脆弱性等特点，探测和预防难度大。煤矿灾害事故大多都与隐蔽致灾地质因素紧密相关，隐蔽致灾因素已成为引发煤矿水害、瓦斯和顶板等重大灾害事故的主要原因［10］。据不完全统计，在煤矿重大事故中，与地质条件有关的各类重大事故占90%。隐蔽致灾因素的致灾机理和预防机制、隐蔽致灾地质因素的快速精细探查技术与装备是研发重点。
2.5煤矿职业危害备受关注
煤炭开采过程中存在的粉尘、噪声、高温、振动、高湿等职业危害，对职工安全健康造成严重威胁。2013年共报告职业病26393例，其中尘肺病23152例;煤矿职业病15078例，其中尘肺病13955例［11］。煤矿尘肺病约占新发尘肺病总数的60%。在有效遏制重大人员伤亡事故的同时，如何预防和控制职业危害，做到早发现、早诊断、早治疗已成为煤矿安全生产工作的重点。
2.6煤矿安全投入面临困局
受宏观经济影响，煤炭需求持续下滑，供大于求现象十分严重，煤炭行业低迷现状或将持续。煤炭企业在经济效益普遍下滑亏损条件下，资金周转困难，安全投入难以保证。因此，煤矿安全技术装备的经济性和实用性越来越成为现场应用考虑的重要方面，技术成果应用示范和推广难度加大，容易影响科技成果研发和应用两方面的积极性。
3煤矿安全科技发展的方向
国家能源局、环保部、工信部在《促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》中提出，到2020年，全国煤矿采煤机械化程度达到85%以上，掘进机械化程度达到62%以上。煤矿安全生产形势根本好转，煤炭百万吨死亡率下降到0.15以下。为实现煤矿安全生产形势根本好转的目标，有必要针对煤矿安全的重点领域和薄弱环节，提出针对性科技对策和发展方向。
3.1攻克灾害防治技术瓶颈，打好灾害对抗战
针对煤炭开发向深部和西部转移出现的灾害新特点，以“超前预测、主动预警、综合防治”为重点，研发煤矿隐蔽致灾因素动态智能探测、煤矿重大灾害风险判识及监控预警、煤矿深部开采动力灾害防控技术。重点突破小尺度地质异常体精细探测技术、隐蔽致灾因素井上下立体动态探测技术、煤矿重大灾害判识预警模型及方法、突水水源在线快速判别与智能注浆系统、超千米深部流变围岩控制技术、深部矿井耦合动力灾害防治技术、高温诱发瓦斯煤尘爆炸及自燃火灾防控技术、矿山呼吸性粉尘监测与防治技术等。
3.2提升信息化和智能化水平，打好安全外围战
当前“减人促安”、“无人则安”的理念被广泛认同，通过提升煤矿机械化、自动化、信息化、智能化水平，可在提高煤炭生产效率的同时显著提升煤矿安全生产水平。为此，有必要围绕煤矿重点生产环节及安全保障系统的机械化、自动化和智能化开展攻关，重点突破煤矿巷道高效快速掘进技术与装备、难采煤层机械化开采技术与装备、清洁智能辅助运输技术与装备、无人化综采工作面巡检机器人、“人－机－环境”信息感知和交互技术与装备、智能生产调度系统等，促进煤矿“机械化换人、自动化减人”，提升安全高效开采水平。
3.3提升应急救援装备水平，打好灾变时应急战
煤矿应急处置与救援是煤矿安全生产的最后一道防线，为保障煤矿灾变时期应急救援技术装备“找得到、调得来、用得好”，急需研制集紧急避险、灾区侦测、通信定位、应急救援于一体的煤矿重大事故应急处置与救援技术和装备。重点突破煤矿重大灾害灾情演变规律、煤矿灾变环境侦测及存储技术、灾变环境应急通信及遇险(难)人员精确定位技术、快速逃生避险救援保障技术及装备、煤矿救援通道快速构建技术及装备、智能化应急预案及应急救援辅助决策技术，提升煤矿重大事故应急处置与救援技术装备水平。
3.4提高监管执法技术水平，打好安全监管战
监管监察是加强煤矿安全管理的重要手段，当前有必要进一步提高煤矿安全监管监察的科技含量和科学化水平。重点突破现场监督检测装备、现场执法与调查取证分析装备、信息化装备、执法配套装备等，全面提升监管监察技术装备水平［12］。此外，要加强对煤矿安全现有技术标准和规程的调研和梳理工作，对缺乏科学性、合理性的重点技术条款和关键技术参数进行深入研究，做好技术标准规范的修订和制定工作，为煤矿安全生产和监管监察提供科学指导和依据。
4结束语
实践表明，煤矿安全科技对促进我国煤矿安全生产形势持续稳定好转发挥了重要支撑和保障作用，但随着发展环境、行业形势、开发条件的不断变化，煤矿安全生产紧迫性增强，煤矿安全科技挑战性加剧。当前，以信息技术为代表的现代科学技术日新月异，煤矿安全科技发展有必要固本拓新，加强煤矿灾害防治瓶颈技术、减人增效高端技术、应急救援保障技术、监管监察支撑技术的研发和应用，全面提升煤矿安全技术装备水平，为早日实现煤矿安全生产形势根本好转提供科技保障。
作者：雷毅 单位：中国煤炭科工集团有限公司
