煤矿瓦斯爆炸典型案例分析及防治

瓦斯爆炸事故案例分析俞启香(教授、博导、国家安全生产专家）中国矿业大学国家煤矿瓦斯治理工程研究中心主要内容瓦斯爆炸事故案例及其分析例1、阜新孙家湾煤矿海州立井2005年“2.14”特别重大瓦斯爆炸事故例2、鹤壁二矿2005年“10.3”特别重大瓦斯爆炸事故瓦斯爆炸事故案例分析（例1）2005年2月14日阜新孙家湾煤矿海州立井发生特别重大瓦斯爆炸事故，死亡214人,受伤30人，其中重伤8人。主要内容一、事故矿井基本情况二、事故发生时间认定三、爆源点的认定四、事故类别认定五、瓦斯来源分析六、引爆火源分析七、灾害波及范围分析八、爆炸强度分析九、事故结论十、事故的技术层面的反思十一、事故间接原因分析•孙家湾煤矿隶属于阜新矿业（集团）公司，系原孙家湾斜井和海州立井合并。•生产能力–2003年4月28日：孙家湾煤矿海州立井年设计能力150万t（未经核定）–2004年：生产148.8万t，其中海州立井产95.1万t，孙家湾斜井产53.7万t（04年8月后不产煤）。–2005年：计划150万t，1月已产15.5万t。–回采工艺：综合机械化放顶煤和炮采放顶煤开采–生产采区：331采区和242采区–通风系统：两翼对角混合抽出式通风一、事故矿井基本情况通风系统示意图设计终采线3316工作面皮带道专用回风道3315工作面皮带道3316风道3315工作面风道中间层底板大巷集中回风道234区石门234区轨道上山盲斜下山太上一皮运煤道340盲斜下山四皮运煤道331区轨道下山331区运煤下山东翼回风道扫泥道回风斜下242－2－2工作面风道242－2－2工作面皮带道242－2－3工作面风道242－2－3工作面皮带道242区运煤下山242区轨道下山架子道5＃变电所图例风机及风筒入风乏风密闭风门+300+500+700+900+100-100-300-249.7-264.4-278.2-295.4-230.1-297.7-287.4-285.4-265.1-243.2-354.6-348.5-337.8-356.6-356.2-356.0-356.7-303.3-303.2-303.0-303.4-357.2-356.7-355.6-357.1-356.8-357.2-380.4-3674.9-365.4-389.6-389.3-402.6-443.2-443.3-450.7-499.5-448.7-443.1-449.3-449.7-457.1-452.2-459.5-368.3-516.8-515.8-512.7-530.3-495.2-474.3-480.9-479.8-480.4-516.4-516.1-526.1-529.5-533.3-533.2-503.2-503.1-512.7-526.4-523.1阜新矿业（集团）有限责任公司孙家湾煤矿2.14特别重大瓦斯爆炸事故示意图-1600-1400-1200-1000主井运煤岩巷煤巷-230.5-203.3-203.0-203.3-354.6-401.9-406.2-356.8-356.9+191.5+190.0副井-800探头TTTTTTTTT3316外风道888m3/min801m3/min238m3/min578m3/min886m3/min2544m3/min孙家湾送833m3/min2970m3/min3108m3/min4957m3/min回孙家湾318m3/min2637m3/min187m3/min回孙家湾351m3/min4705m3/min242采区331采区•安全基本状况–绝对瓦斯涌出量：23.01m3/min–相对瓦斯涌出量：13.7m3/t–331采区相对涌出量：7.27m3/t–矿井瓦斯等级：高瓦斯矿井–煤尘爆炸指数：40.88%–瓦斯抽放系统：3台移动抽放泵–抽放能力：140m3/min–KJ75型矿井瓦斯监测监控系统二、事故发生时间认定•事故发生时间：2005年2月14日15时01分•主要依据：--矿井安全监控系统监测信号中断时间为：2005年2月14日15时01分。--阜新地震台监测到的瓦斯爆炸震动波出现：时间为2005年2月14日15时01分三、爆源点的认定•爆源点：-500m水平3316架子道内，距专用回风道8m处的配电点–1.从冲击波造成的物体位移方向分析•井下只有3316架子道配电点爆炸，其冲击波传播方向呈放射状–2.从3316架子道配电点处的火源迹象分析•有引爆火源的迹象（具体见火源分析）四、事故类别认定•事故类别：瓦斯爆炸事故–（1）高瓦斯矿井。–（2）造成的冲击波破坏现象十分明显。–（3）有爆炸声及浓烟产生–（4）有大量有毒有害气体产生–（5）爆炸前有高浓度的瓦斯异常涌出，爆炸后有残存瓦斯–（6）灾区内未发现煤尘结焦现象，可排除煤尘参与爆炸的可能。–（7）事故前爆源点附近未储存、使用炸药等其它爆炸物品。•五、瓦斯来源分析1.冲击地压（矿震）造成3316外风道局部区域瓦斯异常涌出并达到爆炸界限•（1）从冲击地压监测报表及矿井安全监控系统监测数据方面进行分析–据阜新市地震局提供的资料，2005年2月14日14时49分38.6秒阜新市孙家湾矿区发生了震级为ML2.7级冲击地压；–冲击地压发生后11分发生瓦斯爆炸，考虑到瓦斯从涌出点扩散至爆源点、达到爆炸界限的时间，以及在该时间段内带电检修，则冲击地压与瓦斯爆炸两者在时间上有因果关系。瓦斯爆炸造成的遇难人员分布22613936492335561爆点局部停风积聚瓦斯冲击地压底鼓顶冒帮片大量涌瓦斯＞4%高瓦斯矿井采区无专用回风下山；采区进回风下山皆未贯穿整个采区；3316风巷掘进从3315皮带巷开口，致3315采面和3316风巷掘进都不是独立通风。参与爆炸巷道•（2）冲击地压引起瓦斯异常涌出，冲击地压发生时间和3316风道的36#监测点，3316外风道53#监测点瓦斯浓度值的变化，在时间和空间有对应关系：–①事故前，3316风道回风的36#监测点在14时49分瓦斯浓度为2%，已严重超限；3316外风道进风系其回风渗入新风（53#监测点)，若无其他瓦斯，瓦斯浓度应低于36#监测点瓦斯浓度；–②3316外风道进风53#监测点从14时50分20秒已超限的瓦斯浓度1.29%，到14时52分29秒急剧增加至4%以上，表明36#监测点与53#监测点之间因冲击地压有额外瓦斯源补充，且补充速度极为迅速。–③据现场勘察，冲击地压导致的巷道底臌、冒顶、巷帮变形发生3316外风道53#监测点前后。•（3）事故后，3316外风道仍有大量瓦斯涌出。•（4）从3316外风道处地质构造状况进行分析：3316风道外侧正处于一背斜转向斜的构造地带，且3316架子道斜交于向斜轴部。冲击地压致使3316外风道刮板运输机支起插图冲击地压致使3316外风道底臌2.3316风道有积聚瓦斯排出–（1）3316风道工作面（37#甲烷传感器）：14时40分监测信号恢复时，瓦斯浓度为2.09%左右；14时47分开始下降，于14时52分下降至0.3%。–（2）在3316风道工作面瓦斯下降的同时，3316风道回风（36#甲烷传感器）于14时49分瓦斯浓度达2.04%峰值，说明3316风道工作面集聚瓦斯排出。–（3）瓦斯排放时间与回风侧3316外风道冲击地压发生时间（14时49分38秒）对应；结论：3316外风道因冲击地压异常涌出瓦斯与3316风道工作面排出的积聚瓦斯混合参与瓦斯爆炸。•冲击地压前爆源点瓦斯已超限，与冲击地压过程喷出瓦斯叠加达到爆炸浓度。六、引爆火源分析•引爆瓦斯的火源：-500m水平3316架子道内，距专用回风道8m处的配电点ZBZ-4.0M127V型照明信号综合装置接线腔内电火花。•（1）3316架子道配电点ZBZ-4.0M127V型照明信号综合装置上方顶板，两排钢筋、锚杆托盘呈红锈色，有明显过火痕迹；相邻钢筋没有相似痕迹。(2)3316架子道照明信号综合装置接线腔内有两个接线端子的压紧螺帽松动，一个是接线腔内接地端子，另一个是一相动力电源线接线端子，开关在带电作业下电缆扰动可产生电火花。接线腔没有盖板。接线腔内两个接线端子有剩余长约2～2.5cm的二根铜芯丝，其端头圆滑有熔化迹象插图爆源点附近钻机控制手把煤尘附着状况•（3）3316架子道配电点靠煤帮一侧附近发现该照明信号综合装置接线腔盖板和一只附着其上的螺丝，该螺丝中部弯曲120°内角、有扭丝和丝扣拉伤痕迹；接线腔盖板防爆结合面侧固定该螺丝的螺孔有明显压伤痕迹；接线腔防爆结合面处，固定该螺丝的螺孔也有明显向外拉伤凸起痕迹；表明接线腔内爆炸压力大于配电点处环境压力。•（4）3316架子道配电点附近有10人遇难，并发现两串钥匙和一个扳手，表明事故现场有人作业。•因冲击波和高温火焰的破坏范围：–331采区：3315工作面及其进回风巷、3316风道、3316皮带道、331区轨道下山、331区运煤下山、331区回风斜下、扫泥道、太上一皮运煤道、四皮运煤道、-340盲斜下山，水平大巷；–242采区：部分巷道。•事故造成伤亡人员及破坏情况如图所示七、灾害波及范围分析瓦斯爆炸造成的遇难人员分布22613936492335561爆点局部停风积聚瓦斯冲击地压底鼓顶冒帮片大量涌瓦斯＞4%高瓦斯矿井采区无专用回风下山；采区进回风下山皆未贯穿整个采区；3316风巷掘进从3315皮带巷开口，致3315采面和3316风巷掘进都不是独立通风。参与爆炸巷道插图爆炸对盲斜下山支护的破坏状况八、爆炸强度分析•1.参与爆炸的瓦斯源所在巷道–3316外风道中水仓口至外风道掘进头；–3316架子道；–3316盲斜下山；–331轨道下山中自盲斜下山巷口至3315风道口一段。•2.瓦斯源所在巷道的瓦斯浓度–3316架子道自专用回风道巷口以外一段巷道、331轨道下山中自盲斜下山巷口至3315风道口一段中：3.98%–3316架子道自专用回风道巷口以里一段巷道：8.06%•3.参与爆炸的总瓦斯量：246m3•4.爆炸前异常涌出的总瓦斯量：624m3•5.爆炸强度–相当于705kgTNT炸药爆炸效应，(1kg碳氢化合物与空气混合的爆炸效应相当于4kgTNT炸药，甲烷的密度0.716kg/Nm3,即1m3甲烷与空气混合的爆炸效应相当于2.86kgTNT炸药)九、结论•事故类别：瓦斯爆炸事故•时间：2005年2月14日15时01分•爆源点：-500m水平3316架子道内，距专用回风道8m的配电点处；•瓦斯来源：3316外风道因冲击地压造成的异常涌出•的大量高浓度瓦斯与3316风道停工掘进工作面积聚的瓦斯排出混合；•引爆火源：3316架子道内，距专用回风道8m的配•电点处，带电检修ZBZ-4.0M127V型照•明信号综合装置，接线腔内产生电火花。十、事故的技术层面的反思为什么现代化国有重点矿会发生这样大的灾害？冲击地压特大瓦斯爆炸，与大平矿事故类似，应急救援能力弱，未能斩断原发性灾害向继发性灾害转化的致灾链1、瓦斯源：冲击地压防治、瓦斯异常涌出源，预抽措施失效：（延伸到突出、采空区、盲巷违规排放的瓦斯异常涌出源控制）；反思各矿出现瓦斯异常涌出防治与能否避免成灾。2、瓦斯异常涌出信息的及时获取、诊断和快速响应失效爆炸浓度瓦斯充满千米巷道达近十分钟未能发现和采取应急措施；监测监控失效——不仅必须设置瓦斯监控系统，而且必须注意系统功能的有效性及应用可靠性；（1）瓦斯异常信息的获取（井下便携式仪器的重要作用、监测点的正确布置、井上异常信息的处理）；（2）瓦斯异常信息的快速响应（报警、断电、异地断电)；（3）监测信息的及时诊断（怀疑误报、井下、井上信息的处理程序)。3、火源：带电检修（多次引起特大瓦斯爆炸事故的违规行为）4、灾害扩大化（1）通风系统的可靠性合理性（开采与掘进接替紧张、为节省巷道而失去独立、合理性）。①下山工作面；②331采区无专用回风巷道；③由上阶段工作面运输巷道中部开下阶段回风巷。（2）人员密集，劳动组织混乱。5设备采购（1）“ZBZ-4.0M127V型照明信号综合装置”样机正在进行电气性能检验，防爆性能尚未检验，不可能取得该产品的安全标