煤与瓦斯突出--煤爆控制(Coal Burst Controls)
1 引言
最近几天, 连续发生了两起煤与瓦斯突出事故. 由于我国目前还是煤炭生产大国, 因此偶然发生这样的事故毫不奇怪. 公平地来说, 发生事故一方面是管理方面的原因, 另一方面煤与瓦斯突出确实非常难以预测和控制. 美国在上个世纪90年代, 出于能源战略需要和环境污染的考虑, 逐渐减少了煤矿开采的规模, 主要使用石油和天然气, 因此进入21世纪后已经很少看见美国在煤矿开采方面的深度研究, 相应地也鲜有煤矿发生事故. 目前还在进行煤矿开采研究的主要国家首先是中国, 其次是澳大利亚.
2 事故经过
(1) 6月5日12时07分，黑龙江龙煤矿业集团鸡西矿业公司滴道盛和煤矿在平巷钻孔期间发生煤与瓦斯突出事故，6日20时10分, 被困的8名旷工全部升井, 无人员伤亡.
(2) 6月4日17时50分，河南省鹤壁煤电股份有限公司六矿发生煤与瓦斯突出事故，截至6日18时, 已经造成4人遇难，4人失联。
3 煤爆控制
煤与瓦斯突出正式的学术名称称之为煤爆(coal burst), 这个术语是从岩石力学中的岩爆(rock burst)延伸而来的, 在一些文献中, 有些作者也称之为Coal bumps. 在美国, 偶然地人们也称作coal bounces. 不管如何称呼, 煤爆是发生在地下煤矿的一种突然而剧烈的岩石/煤炭破坏, 储存在煤中的能量突然释放出来。尽管已经进行了大量的研究, 然而目前还无法准确预测出煤爆事件, 包括具体的时间和发生地点。
煤爆主要发生在长臂开采和房柱开采中, 发生的主要原因是应力集中, 因此为了避免发生煤爆, 最有效的措施是对采矿方法和开采顺序进行优化设计. 总的来说, 使用两种方法进行煤爆控制: 第一种方法是预防控制(prevention controls)，在开采过程早期对采矿方法和开采顺序进行整体布局, 尽量减轻煤爆的危险; 第二种方法是补救控制(remediation controls)，当开采时确定了煤爆的危险区域, 在保证安全的情况下采取一些措施, 例如去应力和注水等。
4 煤爆研究方法
煤爆的宏观工程研究主要有两种方法: 一种是监测采场附近地质结构的应力状态和变形状态, 这可能是最有效的方法. 包括在采矿和巷道顶板以及矿柱上安装微震检波器、应力计和伸长计，从而可以获得在开采期间的静力和动力变化数据。另一种是进行模拟和预测, 研究应力分布和应变能量集中. 然而数值模拟需要模拟者具有非常高的"素质", 不仅要确切明白采矿工序, 而且要对地质工程和工程力学知识有透彻的了解, 这样建立起来的模型才有实际意义,而不至于数值模拟被滥用.
在写这个笔记的时候, 顺便产生了两个数据集: Coal burst和Coal bumps, 它们将与coal pillar design和coal pillar strength两个数据集交叉地使用. (..\Coal Pillar;
..\Rock Burst).
5 参考文献
[1] Hoelle J (2008) Coal bumps in an Eastern Kentucky coal mine 1989 to 1997. In: Proceedings of the 27th international conference on ground control in mining. West Virginia University, Morgantown, WV, pp 14–19.
[2] DeMarco MJ, Koehler JR, Maleki H (1995) Gate road design considerations for mitigation of coal bumps in western U.S. longwall operations. In: Maleki H, Wopat PF, Repsher R C, Tuchman R J (eds) Proceedings: mechanics and mitigation of violent failure in coal and hard-rock mines. U.S. Department of the Interior, Bureau of Mines, SP 01-95, Spokane,WA, pp 141–165.
[3] Hamid, M. (2017). "Coal pillar mechanics of violent failure in U.S. Mines." International Journal of Mining Science and Technology 27(3): 387-392.
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[5] Maleki H, Rigby S, McKenzie J, Faddies T (2011). Historic mine designs and operational practices used in deep mines for controlling coal bumps. In: Proceedings of the 45th US Rock Mechanics Symposium. American Rock Mechanics Association, Alexandria, VA; 2011. doc ID 11–276.
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