煤炭工業(yè)是關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，煤炭是我國的主要能源。2004年煤炭在我國一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重分別占75.6％和67.7％。"十五"期間，我國煤炭產(chǎn)量由2001年的13.8億噸已增長到2005年的21.9億噸，年均增長2.02億噸，保證了經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要，支撐著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。與此同時(shí)，國民經(jīng)濟(jì)快速增長對煤炭需求的拉動也帶動了煤炭工業(yè)的迅同樣速發(fā)展。國家對煤礦安全生產(chǎn)高度重視，國務(wù)院第81次常務(wù)會議專門研究了煤礦安全生產(chǎn)，會議指出："煤炭行業(yè)又是高危行業(yè)，高瓦斯和瓦斯突出礦井占一半左右，煤礦安全是整個工業(yè)安全生產(chǎn)工作的重中之重。"2005年全國煤礦發(fā)生的各類災(zāi)害事故己下降到3306起，死亡5938人，百萬噸死亡率2.81，首次下降至3以下。在2001～2004年全國每年發(fā)生各類事故中，煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別占全國工礦企業(yè)總數(shù)的30％和40％。我國煤炭產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的31％，但事故死亡人數(shù)卻占了79％，安全生產(chǎn)水平存在很大差距。煤礦安全生產(chǎn)形勢嚴(yán)峻還表現(xiàn)為職業(yè)危害嚴(yán)重，截止到2002年全國累計(jì)檢出塵肺患者58萬余例，煤炭行業(yè)占49％左右。

　　一、煤礦災(zāi)害概況

　　我國煤礦自然條件差，地質(zhì)條件復(fù)雜。我國大陸是由眾多小型地塊多幕次匯聚形成的，主要煤田經(jīng)受了多期次、多方向、強(qiáng)度較大的改造。造成煤田地質(zhì)條件復(fù)雜，伴生的實(shí)災(zāi)害多。我國煤礦均為有瓦斯涌出的礦井，全國煤礦的年瓦斯涌出量在100億立方米以上。國有重點(diǎn)煤礦中，高瓦斯和突出礦井占49.8％，煤炭產(chǎn)量占42％；有煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井占87.4％；煤層具有自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井占51.3％；地質(zhì)條件復(fù)雜或極其復(fù)雜的煤礦占36％，屬簡單的占23％；水文地質(zhì)條件復(fù)雜或極其復(fù)雜的煤礦占27％，屬簡單的占34％。在這種復(fù)雜的地質(zhì)條件下，我國的煤礦尤其是瓦斯礦井容易發(fā)生災(zāi)事故。對我國煤礦發(fā)生的大量災(zāi)害事故進(jìn)行系統(tǒng)分析看出，頂板和瓦斯事故是我國煤礦的主要災(zāi)害事故類型。瓦事故已成為煤礦的"第一殺手"，頂板事故的發(fā)生頻率最高。

　　以2005年數(shù)據(jù)為例，頂板事故起數(shù)占災(zāi)害事故總起數(shù)的52.9％，死亡人數(shù)占事故總死亡人數(shù)的33.3％。瓦斯事故的危害性和危險(xiǎn)性最大，2005年，瓦斯事故起數(shù)占12.13％，但死亡人數(shù)達(dá)到36.5％；一次死亡3人以上重特大事故中，瓦斯事故占59％；一次死亡10人以上特大事故中，瓦斯事故占69％；建國以來發(fā)生的22起一次死亡百人以上的特別重大事故中，20起為瓦斯煤塵事故，事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別占91％和94％。因此，瓦斯災(zāi)害事故防治是煤礦安全工作的重中之重。

　　我國煤礦開采深度平均每年增加10～20米，隨采深的增加，地應(yīng)力、瓦斯壓力、地溫也越來越高，煤自然災(zāi)害的威脅逐步加重，治理的難度也越來越大。煤層瓦斯壓力平均每年增加0.1～0.3兆帕，絕對瓦斯涌出量每年增加15億立方米左右。例如45戶重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)中高瓦斯和突出礦井的比例2005年比2004年增加了10％。淮南礦區(qū)的絕對瓦斯涌出量由1997年的473m3/min增加到2005年的1000m3/min左右，近三年已有3處礦井升級為突出礦井。此外，受沖擊地壓和熱害威脅的礦井也增多，己有102處礦井發(fā)生過程度不同的沖擊地壓，并有70多處礦井存在熱害威脅。

　　隨著煤炭工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變，煤礦生產(chǎn)方式和結(jié)構(gòu)發(fā)生了大的變化。生產(chǎn)機(jī)械化程度的大幅度提高，高產(chǎn)高效礦井生產(chǎn)集中化程度的不斷增強(qiáng)。這種新的生產(chǎn)方式也出現(xiàn)了一些新的安全問題，礦井瓦斯涌出量增大，采掘工作面產(chǎn)塵強(qiáng)度劇增，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。也就是說，煤礦開采自然條件變化、生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和變革都會不斷對煤礦安全保障技術(shù)提出新的更高的要求。針對煤礦安全生產(chǎn)的實(shí)際需求，在國家的支持和引導(dǎo)下，"九五"、"十五"期間都開展了以瓦斯防治技術(shù)為重點(diǎn)的科技攻關(guān)，取得了系列科技成果。為煤礦災(zāi)害防治奠定了良好基礎(chǔ)。

　　二、煤礦安全技術(shù)的進(jìn)展

　　我國煤礦生產(chǎn)的發(fā)展與煤礦安全技術(shù)的進(jìn)步密不可分，煤礦安全技術(shù)進(jìn)展不斷支持著煤礦生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)水平的提高，對煤炭工業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠的能源保障起到重要作用。在國家發(fā)改委、科技部的支持下，原煤炭工業(yè)部、國家煤炭工業(yè)局、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局先后組織了"九五""十五"煤礦安全技術(shù)科技攻關(guān)。充分發(fā)揮煤科總院、中國礦大等高校、科研院所和示范礦區(qū)煤礦企業(yè)的整體優(yōu)勢，以產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的方式，在平頂山煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司、陽泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司、芙蓉礦務(wù)局和淮南礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司所屬礦井進(jìn)行了科技攻關(guān)研究。本著瓦斯災(zāi)害治理示范礦井建設(shè)和煤礦安全關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)相結(jié)合的宗旨，圍繞兩個礦區(qū)瓦斯災(zāi)害防治的實(shí)際需要，"九五"期間在平頂山礦區(qū)開展了"改善煤礦安全狀況綜合配套和關(guān)鍵技術(shù)研究"。"十五"期間在淮南礦區(qū)開展了"礦山重大瓦斯煤塵爆炸事故預(yù)防與監(jiān)控技術(shù)研究"。通過科技攻關(guān)一是建立"平頂山礦區(qū)"和"淮南礦區(qū)"兩個瓦斯綜合治理技術(shù)示范工程；二是圍繞制約煤礦安全生產(chǎn)的部分關(guān)鍵技術(shù)，集中攻關(guān)，研究解決具有共性意義的瓦斯防治、防滅火、礦井通風(fēng)、粉塵控制和應(yīng)急救援等方面的關(guān)鍵技術(shù)。

　　"九五"科技攻關(guān)研究取得了一系列成果。在瓦斯防治技術(shù)方面，建立了綜采機(jī)掘工作面瓦斯涌出量預(yù)測方法，使預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到85％；采空區(qū)瓦斯抽放和上隅角瓦斯治理技術(shù)取得突破，研制成功專門用于采空區(qū)埋管抽放用的菱鎂土抽放管、實(shí)時(shí)監(jiān)控抽放管內(nèi)CH4和CO濃度的監(jiān)控儀，并提出了安全抽放采空區(qū)瓦斯時(shí)，對CH4和CO濃度的控制指標(biāo)，研究成功既能有效抽放采空區(qū)瓦斯，又能控制自然發(fā)火的工藝技術(shù)和配套裝備。使采空區(qū)瓦斯抽出率達(dá)到7％，瓦斯超限次數(shù)減少89％；開發(fā)的系列風(fēng)機(jī)和抽出裝置處理上隅角瓦斯后，使回風(fēng)瓦斯降低27％，單班產(chǎn)量提高50％；首次對煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行了研究并取得初步效果，根據(jù)瓦斯地質(zhì)、地應(yīng)力、突出煤特征并結(jié)合物探技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對新水平、新采區(qū)、新區(qū)段的突出危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。實(shí)際應(yīng)用的兩個采區(qū)，預(yù)測無危險(xiǎn)區(qū)面積分別達(dá)到63％和52％，無危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到100％，減少措施工程量89％，回采速度提高13.5％；在防突技術(shù)方面，采掘工作面防突措施和裝備有了較大進(jìn)展，研制成功輕便型防突鉆機(jī)、采煤工作面預(yù)裂爆破成套技術(shù)取得突破、地質(zhì)雷達(dá)、電磁幅射等物探技術(shù)成功用于監(jiān)測掘進(jìn)工作面前方突出構(gòu)造，為防突技術(shù)和突出預(yù)測技術(shù)的實(shí)施提供了手段；瓦斯抽放技術(shù)和裝備取得重大突破，研制成功定向長鉆孔施工工藝和強(qiáng)力鉆機(jī)，成功施工了603.5m的巖石水平長鉆孔和865m的煤層水平長鉆孔，為抽放鄰近層瓦斯提供了技術(shù)與裝備。試驗(yàn)研究成功高抽巷抽瓦斯技術(shù)，研究成功適用于高瓦斯松軟突出煤層的強(qiáng)力鉆機(jī)和順煤層瓦斯抽放技術(shù)，在突出煤層中成功打出孔深超過100m、最深239.6m的順煤層鉆孔，故本煤層瓦斯預(yù)抽率大幅度提高，達(dá)到28.8～32％，為解決采煤工作面防宊和減少瓦斯涌出量提供了有力的技術(shù)手段。

　　通過"十五"科技攻關(guān)，瓦斯綜合治理技術(shù)又向前發(fā)展了一步。在煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測技術(shù)方面，采用瓦斯地質(zhì)方法，建立了瓦斯地質(zhì)理論與物探技術(shù)相結(jié)合的多技術(shù)（數(shù)字地震勘探、無線電波透視和構(gòu)造軟煤測井曲線識別）集成的多尺度（礦井突出區(qū)和工作面突出帶）瓦斯突出區(qū)域預(yù)測瓦斯地質(zhì)新方法。建立了由3D3C地震技術(shù)、AVO技術(shù)、地震反演技術(shù)、地震屬性分析技術(shù)、地震波形分類技術(shù)等構(gòu)成的瓦斯富集部位探測的核心技術(shù)。采用地質(zhì)動力區(qū)劃的方法，確定了活動構(gòu)造和巖體應(yīng)力狀況對突出的影響，并劃分應(yīng)力升高區(qū)、應(yīng)力降低區(qū)和應(yīng)力梯度。為突出危險(xiǎn)區(qū)、威脅區(qū)和安全區(qū)的劃分奠定了基礎(chǔ)。采用電磁波透視技術(shù)，成功研制出了探測煤層瓦斯災(zāi)害易發(fā)區(qū)的技術(shù)和裝備，建立了電磁波反射和吸收特征數(shù)據(jù)庫和地質(zhì)異常體的識別系統(tǒng)。

　　在煤與瓦斯突出動態(tài)預(yù)測技術(shù)方面，分別研究出了基于動態(tài)瓦斯涌出規(guī)律、AE聲發(fā)射原理和電磁輻射原理的工作面突出危險(xiǎn)性連續(xù)監(jiān)測技術(shù)與裝備。建立了煤巷掘進(jìn)炮后30分鐘的噸煤瓦斯動態(tài)涌出量指標(biāo)、瓦斯涌出變異系數(shù)指標(biāo)、炮后瓦斯涌出最大速率指標(biāo)等連續(xù)預(yù)測指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了炮掘工作面瓦斯動態(tài)預(yù)測，為突出預(yù)測技術(shù)提供了一種新的方法和工藝技術(shù)。開發(fā)出一套AE聲發(fā)射監(jiān)測突出的技術(shù)裝備，通過阻噪、隔噪、擬噪、濾噪和有效AE信號提取等途徑，使濾噪技術(shù)有了突破性進(jìn)展，研究出包括傳感器在內(nèi)的AE聲發(fā)射工藝技術(shù)，為瓦斯動力災(zāi)害的預(yù)測提供了手段。通過連續(xù)監(jiān)測含瓦斯煤巖流變破壞過程中產(chǎn)生的電磁輻射信號強(qiáng)度和脈沖數(shù)及其變化的研究，揭示了電磁輻射與煤與瓦斯突出、沖擊地壓影響因素間的關(guān)系，提出了臨界值法與動態(tài)趨勢法相結(jié)合的煤巖動力災(zāi)害預(yù)警方法，開發(fā)成功KBD7型電磁輻射連續(xù)監(jiān)測儀。