瓦斯爆炸的科学问题

　　胡千庭始终惦记着陕西铜川的陈家山。他告诉记者，事故已经过去了3个多月，但调查结论仍然没有出来。
　　胡千庭是煤炭科学研究总院重庆分院副院长、陈家山矿难事故调查专家组成员之一。陈家山矿难发生后，由于矿井下有火，并且出现了4次后续爆炸，专家们没能到井下去。春节前夕，他和调查组其他成员又一次赶到铜川，但还是没法下井。事故原因迟迟不能确定，他很是着急：“出了事故，总要有个说法，可时间拖得越久，调查难度就越高。”
　　2004年11月28日的陈家山矿难创造了中国40多年来煤炭行业安全事故的死亡人数新记录：166人。事故的原因还没弄清楚，遇难矿工家属仍在悲伤中度日，记录却在转瞬之间被打破：2005年2月14日，辽宁阜新孙家湾煤矿发生特大瓦斯事故，214个生命就此消失。
　　近年来，科研人员一直在呼吁加大煤矿安全科技的投入。“2.14”孙家湾矿难之后，科技部部长徐冠华组织召开了紧急会议，十天后，科技部网站即发布消息称，该部决定紧急启动煤矿生产安全科技行动专项，“为有效遏制煤矿特大瓦斯事故的多发态势、保障煤矿生产安全提供强有力的科技支撑”。
　　这一紧急决定对煤矿安全领域的科研人员，乃至中国大大小小的煤矿无疑是一个机会。胡千庭说：“这么多生命换来的机会，这么多惨痛教训换来的机会，我们千万不能错过。”
　　不仅仅是管理问题
　　说起煤矿安全，煤炭行业内部也好，外界也好，很多人将矛头完全对准管理问题。
　　国家自然科学基金委员会的朱旺喜和蒋曙光则认为事情并非如此简单。他们撰文称，2002年国家下大力气关停了一批安全检查不合格的煤矿，处分了有关责任领导，2003年5月13日安徽芦岭煤矿瓦斯爆炸事件再次为各煤矿敲响了安全警钟，然而接下来8天内辽阳、山西和云南又接连发生煤矿瓦斯爆炸，死亡130多人。我们没有理由认为芦岭矿难发生后，其他各矿未加强管理，未重视通风，或者未进行安检，这说明在以往历次事故总结出的原因之外，还有很多本质的东西没有认识，很多科学上的问题没有解决。
　　胡千庭对这种看法表示认同。他以芦岭矿难为例说，事故发生的原因是一个采空区的顶板突然落下来，把采空区内积存的瓦斯挤出来，正好有一个开关带电作业，引爆了瓦斯。带电操作当然是违规操作，属于管理问题。另一方面，“5.13”矿难也暴露出了煤矿安全科研的滞后问题：随着开采技术的进步，井下推进速度不断加快，开采深度不断增加，开采空间急剧地扩大，这种大空间条件下矿井安全的基础研究却没有完全跟上去——根据原有的理论解释，芦岭是不应该出问题的。
　　瓦斯爆炸是矿难的一大祸首。许多发达国家为了减少事故的发生，一般不开采高瓦斯灾害隐患严重的矿井。中国是一个能源饥渴大国，不论是低瓦斯还是高瓦斯，都在积极创造条件，照采不误。一般说来，瓦斯爆炸所需浓度范围为5％－15％。因此，采掘空间内瓦斯浓度不允许超限(很多煤矿规定不超过1％)。
　　现在国内许多矿井已经建立了瓦斯浓度的监测系统，但胡千庭说，目前的瓦斯测量技术依然存在诸多软肋。比如，现有技术可以实现对井下某个点进行连续24小时测量，却无法对某个空间进行全方位的连续测量，而井下的瓦斯浓度可能是不均匀的，这就让人防不胜防。
　　对那些高瓦斯的矿井，除了常规的通风措施外，还必须进行瓦斯抽放，以降低瓦斯浓度。不过，在瓦斯抽放的问题上，中国的煤矿再次表现得“先天不良”，绝大多数煤层地质条件不好，渗透率很低，用常规技术手段难以抽放。更要命的是，不少煤矿对瓦斯抽放的认识不到位，国内的瓦斯抽放率还不到10％。
　　瓦斯突出更是一个棘手的世界难题。突出是指井下采掘过程中，由于地质条件等原因，煤及所含瓦斯气体在瞬间涌出，甚至可以在1分钟内涌出上万吨煤和岩石，上百万立方米瓦斯，高浓度的瓦斯气体遇上高温热源时，就会形成瓦斯爆炸。没有哪位科学家能够十分准确地预测地震，也没有哪位科学家能够十分准确地预测瓦斯突出。2004年“10.20”河南大平矿难的原因之一就是在采掘过程中突然遇到断层，导致瓦斯突出。
　　美国也是一个产煤大国，其煤炭产量大约是中国的一半，从业人员不过几万人，而中国有几百万人之多。胡千庭说：“那些科技含量高的煤矿，比如神华集团的神东煤矿，一个工作面只有2个人。而国内有的矿井的一个工作面甚至有几百个人下去，孙家湾煤矿一个工作面就下去了200多人，只要出一点事就是大事故。你能说煤矿安全与科技没有关系吗？”
　　胡千庭还提到，以前的矿难事故调查中，有很多内在的东西并没有被挖掘出来。比如，一些瓦斯爆炸事故中，瓦斯的浓度并不是很高，好几次都不到瓦斯爆炸所需的最小值5％，甚至只有3％，“那么，是计算的方法有问题，还是理论有问题呢，这些都是一笔糊涂账”。
　　煤矿安全的科研困境

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科技部紧急启动煤矿生产安全科技行动专项的消息，让国家安全生产监督管理总局规划科技司朱凤山处长高兴不已。
　　由于各种原因，他明显感觉到“手头吃紧”。例如，安监局成立这几年来，由于没有经费来源，标准制修订工作基本上处于停滞状态。他说，现在的很多标准都是1990年代制定的，《煤尘爆炸危险性鉴定规范》甚至是1984年制定的，“标准不修订的话，新技术怎么应用，新成果怎么推广？”
　　应该说，科技部对煤矿安全是相当重视的。例如，“十五”期间，科技部就支持了在安徽淮南矿区开展试点的国家重大攻关计划“矿山重大瓦斯煤尘爆炸事故预防与监控技术”。
　　国家自然科学基金委员会的朱旺喜告诉记者，安全科学与工程越来越凸显其重要性，2000年该基金委将“瓦斯”列入跨学部重点项目指南，但由于经费有限，仅中国矿业大学、煤炭科学研究总院重庆分院和东北大学获得资助，“平均每个研究人员得到的经费很可怜”。
　　朱凤山说，安全科技融自然科学和社会科学问题，如重大事故的技术原因分析和试验验证、安全技术标准的制修订、安全技术成果的推广等都需要科技经费，国家财政应当有专项安排。
　　与科研经费的窘迫相比，研究队伍的萎缩可能更令人担心。
　　各个煤矿企业更是普遍缺乏从事科技开发和推广的人才。有媒体报道称，铜川矿务局近10年甚至没有进一个大学毕业生，矿上想选拔一个本科生当总工程师都找不到。朱凤山说，难以招聘到大学毕业生的不仅仅是铜川一家矿务局，煤炭行业的职工平均年收入估计最多只有1万出头，这两年国有煤炭企业的经济状况开始好转，但由于工资总额限制，员工的收入仍然得不到大幅度提高，“这么恶劣的环境，这么低的工资，怎么吸引高素质的人才？”
　　“这个账又该怎么算”
　　美国密苏里罗拉大学矿业工程系副教授田正仁经常到国内的煤矿走访，几年前还在山西一家合资煤矿工作过一年半，比较熟悉国内煤矿的情况。
　　在他看来，国内在科学研究上与美国各有所长。国内的地质条件比较差，比如瓦斯突出和煤层自燃在美国很少发生，也就很少有人去研究，在国内则需要研究人员去琢磨，中国矿业大学周世宁、俞启香教授等在瓦斯突出，西安建筑科技大学徐精彩教授等在煤层自燃方面都取得了相当不错的研究成果。
　　田正仁对记者说：“就技术本身而言，国内其实做得相当不错，关键是做好推广。”
　　不过，“2.14”孙家湾矿难之前，安监局基本上拿不出科技推广的经费。所幸的是，科技部紧急启动的煤矿生产安全科技行动专项中，其中一个重要部分就是“加强技术筛选和综合集成，强化科技成果推广应用，建立煤矿生产安全技术示范区”。
　　朱凤山说，安监局将在科技部的支持下，对高瓦斯、高危险性的矿区进行技术诊断，“对症下药，就像看病一样”，然后将“九五”、“十五”期间取得的一大批好的技术成果进行推广。
　　在瓦斯治理方面，河南平顶山煤业集团和安徽淮南矿业集团分别是“九五”和“十五”期间的典范。催生这两个典范的正是一次又一次的特大瓦斯爆炸事故。
　　1997年11月13日及27日，安徽淮南矿区连续发生两起特大瓦斯爆炸事故，导致133名矿工遇难。此后，科技部将“十五”期间的瓦斯治理攻关计划试点放在了淮南。
　　淮南矿区一个非常重要的经验是推广瓦斯抽放。朱凤山说，1997年以前，淮南矿井的瓦斯也老是抽不出来，每年井下瓦斯浓度超限(即浓度超过1％)2000次以上，瓦斯爆炸事故频频发生也就不足为奇。而去年，淮南矿区的瓦斯抽放量由以前的不到1000万立方米增加到1.8亿立方米，瓦斯浓度超限次数下降到每年100多次，煤炭产量则从年产量1000多万吨提高到了3000多万吨，没有再出现重大瓦斯事故。
　　技术的研发和推广往往需要投入，不少国内企业算起经济账以后，对技术研发和推广并不热衷。但胡千庭认为，这笔账看你怎么算，就拿瓦斯抽取来说，并不是随便打个孔就能抽，工程投入很可能要亏，但从另外的角度讲，瓦斯抽放的量增加，通风的成本就可以减少，煤的产量可以增加，可以减少温室气体的排放(瓦斯的主要成分和天然气一样是甲烷)，“更重要的是，少出一次事故，这个账又该怎么算呢？”
　　抽放出来的瓦斯还可以作为一种重要的能源补充，缓解中国的能源紧张状况。美国的年抽出瓦斯量已超过400亿立方米，成为一个重要的能源开发产业。
　　当然，比技术更重要的还是观念。田正仁说，有一个观念在美国煤炭行业已经深入人心：“一个安全的矿就是高产矿”。在国内，“安全生产”的标语比比皆是，但一些煤矿为了增加产量，干脆关掉瓦斯浓度的检测装置，“如果是这种情况，技术再先进又有什么用呢？”