【原创】为什么煤矿容易发生矿难？

近些年来，人们经常在媒体上看到煤矿发生矿难的报道，政府为此采取了一系列的措施，先后发布了多个关于加强煤矿安全生产管理的法规和通知，关闭了大量的小型煤矿，但矿难依然一个接一个，这是为什么呢？事实上，煤矿的矿难并不是近几年才有的，可以说，从有煤矿开采以来，矿难就没有停止过，只是由于透明度不高，极少见于媒体而已。   

为什么煤矿容易发生矿难呢？首先我们从煤矿的形成说起，我们知道在地质历史上，地球上曾经有过大片的沼泽、密集的森林覆盖了广袤的大地，特别是热带和亚热带的温暖多雨地区，生长着大量的苔藓类、藻类、蕨类植物及鳞木等乔木，由于气候的剧烈变化如暴风雨使洪水泛滥，地壳的运动使海平面上升等因素，至使大片植被死亡并被埋压。植物残骸经过复杂的生物化学作用，既分解又化合，{zh1}形成泥炭或腐泥。它们都含有大量的腐植酸，这时的组成和植物的组成已经有很大的不同，这是成煤的{dy}阶段叫泥炭化阶段。 

    随着地壳的升降运动不断进行，这有机质层慢慢被埋到更深的地方，这时渐渐进入成煤的第二阶段即煤化阶段，

煤化阶段包含两个连续的过程：  

　　1、在地热和压力的共同作用下，泥炭层被压实、失水、发生老化、硬结等各种变化而成为褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在组成上也发生了显著的变化，碳含量相对增加，腐植酸和氧含量减少。因为煤是一种有机岩，所以这个过程又叫做成岩作用。  

　　2、是褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。在这个过程中煤的本质发生了变化，所以这个过程又叫做变质作用。地壳继续下沉，褐煤的覆盖层也随之加厚。在地热和静压力的共同作用下，褐煤继续经受着物理化学变化而进一步被压实、失水。其内部组成、结构和性质都进一步发生着变化。这个过程就是褐煤变成烟煤的变质作用。烟煤比褐煤的碳含量更高，氧含量进一步减少，腐植酸在烟煤中已经不存在了。烟煤继续进行着变质作用，由低变质程度向高变质程度变化。从而出现了低变质程度的长焰烟、气煤，中等变质程度的肥煤、焦煤和高变质程度的瘦煤、贫煤。它们之间的碳含量也随着变质程度的加深而增大。

一般来说，成煤时期越久，由于有机层上部堆积的沉积物越厚，对其的静压力越大，同时温度也越高，煤化程度就越高。

地质历史上的成煤时期主要有三个时段： 

(1)古生代的石炭纪和二迭纪，成煤植物主要是孢子植物：苔藓类、藻类和蕨类。主要煤种为烟煤和无烟煤。  

　　(2)中生代的侏罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物：鳞木类等。主要煤种为褐煤和烟煤。  

　　(3)新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。  

煤层在不同地区的存在状态是不同的，在我国北方一般为较稳定的层状，可以是单层或多层，而南方则主要是稳定性极差的鸡窝状、团块状。

有机质层（即后来的煤层）的上部和下部一般都有或薄或厚的粘土层和沙粒层，这粘土层在漫长的地质年代中，在高温和高压的作用下而变为页岩，页岩和粘土一样有很好的隔水作用。而沙粒层则变为了砂岩，砂岩也是较好的隔水层。

     构成煤炭的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等，碳、氢、氧是煤炭的主体，占95％以上，此外，还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。一般来说煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低。

    由于煤层在演变过程中，特别是早期，大量的有机质被掩埋，在缺氧和xx的共同作用下，使有机质发生腐败，产生沼气（甲烷）和一氧化碳。

我们平常说的瓦斯的主要成分就是甲烷，是一种xx、无味、无色，可以燃烧的气体，当浓度在5~16%, 氧气浓度大于12%时, 遇明火就会引起爆炸, 浓度9.5%时爆炸威力{zd0}, 当浓度大于16%时, 只燃烧不爆炸。

煤层和其它地层一样会受到地球运动所产生的地质力学的影响，它包括使岩层弯曲的挤压力（图1），使岩层发生断裂的剪切力，断裂的岩层发生明显位移叫断层（图2）；当这剪切力还没有达到足够大时，会在岩层中形成一组或两组平行的较小裂隙，这在地质学中称为节理（图3）。

                      图1

                     图2

                     图3

由于煤层的密度大大低于其它地层，在外力的作用下煤层更容易产生节理，煤层中的节理一般不能穿透其相邻地层。在长期的地质活动中，煤层中的部分节理有可能互相连通，可能成为瓦斯的储存场所。

煤层在形成的过程中，必须经过漫长的高压和高温阶段，在高压和高温的作用下，会使煤层压实、失水、老化、硬结，这些变化会使煤层收缩，煤层的收缩就会在煤层中产生收缩缝（图4），收缩缝一般不规则，大多垂直煤层分布，收缩缝并不是均匀分布在煤层中，而是主要分布在结构相对较松散或硬结程度较差的局部煤层中，这些收缩缝可以互相连通，成为瓦斯储存的主要场所。

                     图4

在成煤过程中，由于压力逐渐增加，煤层被压实，把它里面的瓦斯（甲烷）从煤内部挤压进入节理和裂隙中，随着地层静压力的不断增加，被挤压进裂隙的瓦斯也相应增加，加之煤层的顶底板的封闭作用，使裂隙中气体的压力明显增加，形成含高压瓦斯裂隙群。

断层、裂隙、地下水、小煤窑积水、一氧化碳和瓦斯是造成煤矿矿难的主要自然因素。

矿难的种类：主要有瓦斯（爆炸、突出）、透水、缺氧、冒顶、塌方。

瓦斯：

正常情况下，煤层中所含的少量瓦斯，会在煤矿掘进过程中慢慢释放，只要矿井中的通风良好，不会对生产和人员安全造成任何影响；但是如果在掘进过程中，掌子面（坑道的采掘工作面）已经距含高压瓦斯裂隙群较近时，高压的瓦斯就可能突破掌子面的屏障，进入坑道，骤然减压，在很短时间内(几秒)，大量的瓦斯连同煤粉、岩块突然喷出，数量可达数十上百吨，大量的瓦斯占据了大部分坑道空间，使正在坑道工作的人员因埋压或窒息而死。如果这时遇到明火，就会发生爆炸，造成更严重的灾难。由此可见，瓦斯是隧道施工中最危险的“敌人”。

透水：

最常见的是在煤层中掘进到断层或其附近时，由于断层破坏了煤层顶底板的隔水作用，含水层中的大量水体沿着断层的破碎带突然涌入坑道，造成严重的透水事故。透水事故可以直接将施工人员淹死，也可以将人员困在较高的地方，如果救援不及时，被困人员可能因缺氧或没有食物补充而死去。

透水的另一常见原因是，坑道的上部有过去的小煤窑，其中有大量的积水，当煤矿巷道掘进到小煤窑下方，其下部的煤层又无法继续支撑上部的压力时，即可发生透水事故。3.28山西王家岭矿难，就属于这一类。

缺氧：

多见于小型煤矿，由于巷道的通风不良，煤矿中的一氧化碳和瓦斯大量聚集，使工人因缺氧窒息而死。

冒顶、塌方：

由于施工过程中遇到破碎带、裂隙发育区或松散地层，巷道没有及时支护或支护不合格，致使巷道顶部坍塌，称为冒顶，致使巷道多方坍塌称为塌方，实际工作中两者往往不易区分。

这么多的煤矿矿难有没有办法预防呢？有的。它包括煤矿开采前的勘探和开采过程中的各项防护措施。

煤矿的勘探分找煤、普查、详查、精查四个阶段, 通过钻探和槽探、井探、巷探，以及清理小煤窑等坑探工程，配合各种先进的地球物理勘探手段，如：重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地球物理测井和遥感物探等，其中以地震法、电法和测井应用得最广泛。这些方法能比较准确地计算出煤层的储量，预估什么地方有断层或褶皱，含水层和岩溶的位置及地下水流量……。在钻孔中使用地球物理测井能较好地弥补钻探的不足，常用的有电法测井、声波测井、放射性测井等。主要用于确定煤层和岩层的深度、厚度及其结构,含水层的深度和厚度,裂隙发育带、断层及破碎带、地温异常带的位置，放射性物质的赋存状况等。做好勘探过程的每一个环节，就是把好了煤矿安全的{dy}关。

在煤矿开采过程中，也可以使用地球物理勘探的方法，如 同层地震法，它是通过煤层与其它岩层对地震波传播速度不同来确定煤层顶底板的位置的，也可以xx地发现落差仅1米或稍大于煤层厚度的小断层并判断其延伸情况，从而可有效地预防透水事故的发生。

瓦斯的预防是用什么办法呢？长期以来对瓦斯就有着各种各样很好的监测仪表和灯具，而且随着时代的发展，监测仪表灵敏度越来越高，对瓦斯的预报也越来越准确了。大中型煤矿矿井一般都有着十分强大的排水和通风系统，它们可以解决巷道内的正常的地下水渗出和瓦斯、一氧化碳气体的逸出。

及时、正确牢固的支护是预防塌方和冒顶的事故的有效办法。

既然有了这么多措施为什么还有那么多煤矿事故呢？

这要分为自然因素、技术因素和人为因素三个方面。

自然因素：

自然因素包括煤层及其邻近地层的褶皱、断层、破碎带、节理、裂隙等构造发育状况，煤层的瓦斯含量及煤层中是否存在含高压瓦斯裂隙群，岩溶和地下水的状况等。

技术因素：是指我们对煤田了解程度和处理能力。

1、虽然现在对煤层的了解能力远远强于过去，但距离真正的了解还存在一定的距离，例如瓦斯的突出，虽然瓦斯监测仪表可以发现瓦斯浓度的改变，我们可以加大通风量来稀释瓦斯浓度，使其不会发生爆炸，但这瓦斯浓度的增加是煤层本身瓦斯量的稍稍增加，还是瓦斯突出的前兆，无法准确鉴别，这时如果为防止瓦斯突出而停产，要是附近没有含高压瓦斯裂隙群，就白白浪费了宝贵的生产时间；相反如果以为是正常的瓦斯逸出，继续正常生产，而它却是靠近了高压瓦斯裂隙群的前兆，那么一场灾难将在所难免。目前的科技似乎还没有准确发现和定位这含高压瓦斯的裂隙群的办法。

2、各种地球物理探矿也存在着许多可变因素，由于这些探矿方法都是属于间接的探矿手段，技术人员不能直接看到煤层的情况，而是通过对各种数据或曲线的分析，达到探矿的目的，虽然有许多经典实例作为参考，但毕竟自然界的情况是千差万别的，不能一律死搬硬套，更何况有许多不明显的小波形或个别不符合规律的数据，往往容易被人们忽略，或认为可能是仪器故障引起的，但危险可能正好隐藏在这不为人们注意的小波形或不符合规律的数据里。

3、透水事故的预防应该是可以做到的。多种物理探矿的方法都能较详细了解煤层及其顶底板的构造和状况，各种电法还广泛用于解决矿区的水源、水文地质和工程地质问题，如确定古河床位置，寻找和圈定含水层的范围和岩溶发育带，测定地下水流向、流速、探测废矿井的位置、边界等。为煤矿的透水事故预防起到决定性作用。但是，废弃矿井、矿坑的水量和其下方的煤层的支持力度，以及煤矿建设和开采过程中，使用xx和大型机械引起的震动，都可能改变下方煤层的支持力度，而发生严重的透水事故。

人为因素：是发生煤矿矿难的主要因素，大致可以分为以下几方面：

1、在煤田勘探过程中，钻孔岩芯、煤芯的采取率是否合格，如果不合格对煤层的厚薄、煤质的好坏、煤层顶底板的状况就不能有一个较客观的了解，但是有些施工人员可能为了追求钻探进尺和完成工作量，往往忽略了岩芯、煤芯的采取率，为了凑足采取率，他们往往昧着良心从废弃的其它钻孔旁检来岩芯充数。

在钻孔完成后，钻孔水位数据的收集，对了解煤矿及其邻近环境的水文地质状况有着十分重要的作用，由于收集钻孔水位数据必须按要求日夜定时进行，有些责任心差的人在值班时，或睡觉或干私事，到时间随意填上一些数字交班，使十分重要的水文数据大大失真。

钻孔的封孔也是重要的一环，如果断层、煤层和岩溶地段没有用水泥封固，那么就可能为今后煤层的开采留下隐患。

钻探过程中这些作假行为大多不易被发现，有些即使发现了，检查人员为了不影响工程进度、也为了不使勘探成本过高或尽快给甲方一个满意的答卷，因此也就睁只眼闭只眼过关算了。

2、在设计阶段就应该从各个方面考虑到矿井的安全：竖井、斜井的选址是否避开了破碎带和旧煤窑，巷道顶部离老旧煤窑底部是否留有有足够的安全距离，安全柱和回填区的设置安排是否合理……。

3、在开采过程中任何人为的疏忽都有可能造成无法挽回的巨大损失，这里面包括企业安全规程的制定是否全面，安全设施是否完善，如：瓦斯监测仪表的安放是否及时、合理；防爆灯具、防爆开关、防爆电机等设备是否正确安装和使用，通风和排水设备是否运行正常；井下工作人员的安全意识也十分重要，下井是否戴安全帽，在含瓦斯的煤层施工是否在井下抽烟，手拿或搬运金属物件（镐、铲、锤等）是否会与金属、水泥、石块等碰出火花……；选择使用风镐和爆破的地层或地段是否恰当；巷道的支护材料：坑木、水泥、模板是否合格，支护技术是否符合规范，任何环节的疏忽都将造成无法挽回的后果。

4、安全员和安全部门人员是否每天定时逐个巷道和工作面都进行仔细全面的安全检查，包括工作人员是否有违反安全原则的行为，瓦斯检测仪表工作是否正常，防爆设备的防爆性能如何，是否需要更换；各种支护设施是否出现松动、裂缝和弯曲等异常情况；各巷道的瓦斯含量和水量有何变化，发现问题是否及时上报并解决，任何细节的疏忽都将造成无法挽回的后果。

5、企业负责人是煤矿安全的至关重要的一环，一些企业负责人为了尽快拿到安全生产许可证和营业执照，假报企业的安全设施配备情况，靠利用金钱和美女等等非法手段，收买腐蚀当地安全监管部门领导和具体经管人员，由于这种非法手段取得了施工所必须的证照，因此省略了大量必须的安全设备，为煤矿生产埋下了一颗危险的定时xx，安全设备不完善使得安全员形同虚设，这种状况不发生事故才怪呢！

一味追求进度，追求产量，忽略安全生产是企业负责人最容易患的通病。

6、麻痹思想，侥幸心理是许多工作人员和管理人员的通病，在煤矿正常生产几月或几年甚至更长时间未发生事故后，就认为这个煤矿不会出问题，因而放松警惕，这也是煤矿矿难发生的重要原因。

7、对于地方安全监督管理部门的领导和具体经管人员，即使没有受贿，如果领着公务员的俸禄，却懒得对所辖的煤矿进行经常的检查，或虽然去了，却走马看花般地逛一趟，甚至还没有进到施工现场，就被企业负责人请到酒店去了。这就是煤矿矿难多发的十分重要的原因。

以上各种原因中，任何一个部门或个人对工作的失误或失职，各种麻痹思想、侥幸心理都可能酿成严重的煤矿矿难，除了有法律和规章制度约束以外，加强责任心，提高每一个人的安全意识是不可忽略的一环；对于地方安全监管部门的领导和具体经管人员，必须严格履行自己的职责，要把他们的业绩与煤矿安全紧密挂钩（当然不是也绝不能从煤矿领取安全奖金），不能发现问题，就下发一个《整改通知书》了事，必须是没有xx达到整改要求，不许开工。

技术因素不是靠完善法律、法规和增强安全意识所能办到的，我国应该在对含瓦斯煤层的研究和探测仪器的研究方面走出自己的路，才有望得到彻底解决。

勘探过程中，各种地球物理探矿方法，由于曲线和数据的利用有很大的人为因素，对于含高压瓦斯裂隙群的定位及瓦斯压力大小的确定，还需要科研部门加大研究力度。由于电法勘探原理是根据不同岩层的电导性不同来确定它们的位置的，同样，煤层中的含高压瓦斯裂隙群的电导性也明显低于煤层，也有别于其它岩层，因此我们设想在煤层中采用同层电法，有可能发现巷道周围数十米至数百米以外的含高压瓦斯的裂隙群，对瓦斯突出也许会有很好的预防作用。

同样的道理，我想现有的同层地震法也可以试用于对含高压瓦斯裂隙群位置的确定，由于地震波在含高压瓦斯裂隙群的波速不同于正常煤层及顶底板岩层的波速，因此，在煤层内激发时，可产生煤层内含高压瓦斯裂隙群特有的波。在一定条件下，这特有的波被限制在煤层内特有的区域传播，如果在同一煤层内拉开距离布置激发点和接收点,有可能监测到含高压瓦斯裂隙群的具体位置。希望有关科研单位加强这方面的研究。

我又从医院用B超诊断疾病得到启示，B超是根据人体脏器和病变组织对超声波有不同的吸收作用，用来诊断疾病的，而B超不能用于中空的脏器，这是因为中空脏器中的空气对超声波有很强的反射作用，这反射波可严重干扰B超的正常功能。我想我们能否利用气体对超声波的这一特性，来寻找煤层中的含高压瓦斯裂隙群呢。当然瓦斯压力的大小有可能能从波幅的大小来确定，如果不能确定，恐怕还需进行高压瓦斯的遥感仪器研究，希望地球物理研究所和相关科研单位，能开展或加强用于在煤层中寻找含高压瓦斯裂隙群的超声探测仪的研究，如果能研制出这种探测仪和遥感仪器，我相信煤矿矿难的发生率将会大大降低。