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大平煤矿瓦斯突出延时爆炸事故案例分析

提示:

2004年10月20日22时40分,河南省郑州煤业集团有限责任公司大平煤矿发生一起特大型煤与瓦斯突出引发的特别重大瓦斯爆炸事故,造成148人死亡,32人受伤,直接经济损失3936万元。 一、矿井基本情况 大平煤矿位于河南省登封市与新密市交界处,距郑州市西南60km。井田东西走向5km,南北宽2km,面积10km²。 大平煤矿隶属于郑州煤

    200410202240分,河南省郑州煤业集团有限责任公司大平煤矿发生一起特大型煤与瓦斯突出引发的特别重大瓦斯爆炸事故,造成148人死亡,32人受伤,直接经济损失3936万元。

    一、矿井基本情况

    大平煤矿位于河南省登封市与新密市交界处,距郑州市西南60km。井田东西走向5km,南北宽2km,面积10km²。

    大平煤矿隶属于郑州煤业集团有限责任公司,是国有重点煤矿企业,证照齐全,属于合法矿井。1982年开始建井,1986年建成投产。矿井原设计生产能力60t/a2000年至2001年进行了矿井通风系统、提升系统改造,2003年矿井核定生产能力130t/a20041~9月份累计生产原煤96t

    矿井为立井单水平上下山开拓方式,采用抽出式混合通风方式,有6个采区同时进行采掘活动,其中2个采区生产,2个准备采区,2个掘进采区。布置有2个采煤工作面,5个煤巷掘进工作面,3个岩巷掘进工作面。2003年瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井,煤尘具有爆炸性,煤层自然发火期为2~6个月。井下建立有局部瓦斯抽放系统,矿井安装有KJ90安全监控系统。

    二、煤与瓦斯突出情况简介

    20041020229分,当21轨道下山岩石掘进工作面(标高- 282m、距地表垂深612m)掘到位于向斜构造轴部、落差约10m的逆断层处时,在掘进面爆破以后,掘进面迎头发生了特大型煤与瓦斯突出,突出煤岩量1894t,突出瓦斯量约25

    巷道位于断层上盘的煤层底板岩石中,掘进面实际距欲揭露的煤层还有7. 5m的岩石,如图7-1~7-3所示。

    根据大平煤矿矿井瓦斯监测系统显示,在井下21岩石下山处,从20220953秒至1226秒,短短233秒的时间,瓦斯浓度由1. 49%升至40%以上,并迅速波及整个矿井。从22095321岩石下山处瓦斯传感器监测到超限瓦斯,至223945秒矿井西翼1313121采煤工作面回风流瓦斯浓度达6. 3%,短短2952秒时间,共突出瓦斯纯量6.1m³。11区轨道上山风流逆转瓦斯情况如图7-4所示。

大平矿21岩石下山掘进面剖面图

    7-1    大平矿21岩石下山掘进面剖面图

大平矿21岩石下山掘进面事故勘察素描剖面图

    7-2    大平矿21岩石下山掘进面事故勘察素描剖面图

 大平矿21岩石下山平面图(局部)

    7-3    大平矿21岩石下山平面图(局部)

大平矿“10·20”事故11区轨道上山处瓦斯传感器监测数据图

    7-4    大平矿“10·20”事故11区轨道上山处瓦斯传感器监测数据图

    当郑煤集团大平煤矿通风科安全监控系统监测室值班员发现微机屏幕显示井下21下山瓦斯传感器瞬间由1. 49%升到40%时,即向通风科调度员贾某汇报,贾某认为是瓦斯传感器失灵造成,便通知瓦斯传感器修理工下井维修。

    2214分左右,矿总调度室值班人员在瓦斯监控终端显示屏上发现13区抽放泵站瓦斯超限,并向贾某进行了汇报,贾某将此情况告诉了调度室调度员景某。2218分左右,该矿通风科的工作人员王某又发现井下十几个地方瓦斯超限,又向贾某进行了汇报,贾某向替通风科科长彭某(离岗回家)值班的职工于某作了汇报。2230分,调度室调度员景某接到井下安检员汇报“13121工作面进风流中瓦斯达到6%”,同时从瓦斯监控终端显示屏上发现井下有许多地方瓦斯超限,但是未采取停电撤人措施。矿长助理付某为事故当日的值班领导,在值班期间和他人一起玩牌,在接到井下瓦斯大面积超限报警后,未按规定采取停电撤人措施。

    三、瓦斯爆炸情况简介

    21岩石下山掘进面突出的瓦斯以极高的速度冲向11区回风上山时,遇到与回风上山相通的回风联络巷中的控风设施——调节风窗的阻挡,高速气流和大量的瓦斯逆流进入11区轨道上山,继而逆流冲破石门中的风门,进入西大巷进风流中(7-5),造成西大巷与11轨道石门交汇处的瓦斯浓度达到爆炸界限。

大平煤矿21岩石下山通风设施示意图

    7-5    大平煤矿21岩石下山通风设施示意图

    根据瓦斯传感器反映到监控中心站终端上的数据显示,由于瓦斯突出引起风流逆转进入新鲜风流中,造成西翼13采区13121采煤工作面成为灾区。该采煤工作面回风流中瓦斯传感器监测数据显示,223216秒至3945秒这729秒时间,瓦斯浓度从0. 5%上升到6.3%。距11采区较远的西翼15下山采区瓦斯传感器223131秒至3515秒这344秒的时间,瓦斯浓度从0.  17%上升到4.0%。整个西翼所有采区全部成为灾区。

    瓦斯突出后,21岩石掘进工作面已经断电,但是西翼大巷和西翼其他采区仍然有电,大巷使用的架线式电机车正在运行,2240分,当电机车运行至西大巷与11轨道石门交汇点附近的瓦斯灾区时,由于架线式电机车的受电弓与架空线间摩擦产生的电火花,点爆了瓦斯,造成矿井西翼瓦斯灾区的大部分人员因有害气体中毒死亡。

    四、瓦斯爆炸原因分析

    (一)直接原因

    局部通风设施管理混乱,21岩石下山回风联络巷内设有调节风窗并堆积有大量物料,促使瓦斯向进风系统内逆流。逆流到西大巷新鲜风流中的瓦斯达到爆炸浓度,架线式电机车取电弓与架线间产生的电火花,引发了瓦斯爆炸。

    (二)间接原因

    (1)瓦斯突出与发生瓦斯爆炸有31min的间隔时间,没有执行应急处置措施,没有对瓦斯波及区域实施停电撤人措施。

    (2)通风管理混乱,掘进回风系统建有控风设施,且堆积有物料。

    (3)矿井应及时升级为突出矿井,但未升级。大平煤矿曾在距地表垂深250~320m时,发生过数次瓦斯动力现象(即小型瓦斯突出),但矿井瓦斯等级仍鉴定为高瓦斯矿井,造成煤矿干部职工的防突意识淡薄。未按突出矿井严格管理,“四位一体”不到位。

    (4)技术管理和瓦斯地质预报工作不到位,没有及时预测到21岩石下山掘进工作面遇到的逆断层。

    (5)高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井不应使用架线式电机车。在矿井进风的主要运输巷道内,应使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆柴油机车。

    (6)安全监控系统没能起到应有的作用。矿井一翼的瓦斯传感器监测到的瓦斯全部超限,而不能将一翼全部断电,大巷架线式电机车仍然有电。

    (7)安全教育和安全培训不到位,造成工人自主保护意识差,工人在瓦斯超限的情况下,不知迅速撤退或紧急自救(迅速佩戴自救器撤退)。

    五、事故现场勘察

    现场勘察包括爆炸现场勘察和突出现场勘察。爆炸现场要找到爆炸源点,找到瓦斯爆炸的条件——瓦斯积聚的原因和火源。突出现场要找到突出的孔洞、诱发突出的因素、突出能量积聚和释放的原因等。

    (一)瓦斯爆炸现场的勘察

    1.爆炸源点的确定

    从图7-6所示的照片可以看出:在西大巷与11采区轨道石门交叉口附近的架线式电机车被炸坏,受电弓严重炸坏,主通讯电缆被炸断。结合瓦斯爆炸条件的分析和现场勘察的情况,可以确定瓦斯爆炸的爆源点在西大巷与11采区交叉口附近的西大巷内。

    2.爆炸条件

    只有当瓦斯达到爆炸浓度,氧含量适应爆炸,引火温度点爆瓦斯。这有3个条件同时满足,才能产生爆炸。

大平矿“10·20”事故勘察电机车及通讯电缆损坏情况

    7-6    大平矿“10·20”事故勘察电机车及通讯电缆损坏情况

    (1)瓦斯浓度。21岩石下山发生煤与瓦斯突出后,回风联络巷内设有调节风窗并堆积有大量物料,造成突出的瓦斯逆流到西大巷新鲜风流中。根据安全监控系统中心站的数据显示,21岩石下山掘进面传感器,从20220953秒至1226秒,短短233秒时间内,瓦斯浓度由1. 49%升至40%以上。由于风流逆转进入西大巷,继而进入西翼13采区的13121采煤工作面,该采煤工作面回风流中瓦斯传感器监测数据显示,223945秒瓦斯浓度上升到了6. 3%。西大巷内虽然没有安设瓦斯传感器,但从气流和瓦斯逆流的路线和时间上分析,此时西大巷与11采区交叉口附近的瓦斯浓度应在6. 3%以上,达到了瓦斯爆炸的下限。因突出的瓦斯一部分沿11采区回风回到风井,逆流进入西大巷内的高浓度瓦斯有大量的新鲜风参入,故此处的瓦斯浓度在瓦斯爆炸上限以下。

    (2)氧含量。西大巷是进风大巷,有充足的氧气。

    (3)火源。因西大巷未停电,架线式电机车仍在运行,架线与电机车受电弓之间摩擦出现的电火花,足以点爆瓦斯。

    (4)瓦斯爆炸的范围。只要是瓦斯浓度达到爆炸范围的地点,都参与了爆炸。因西翼已经全部成为瓦斯漫延的灾区,且浓度基本上都在瓦斯爆炸范围内,故矿井西翼基本上都有爆炸,因此,整个西翼变成了灾难区,造成非突出区131人的死亡。

    (二)煤与瓦斯突出情况的勘察

    煤与瓦斯突出也要有突出的条件,才会形成煤与瓦斯突出。煤与瓦斯突出的条件是:有煤与瓦斯突出的危险性——即高气体含量的瓦斯或CO2,有打破平衡的挠动因素,即地应力——压力。

    1.突出危险性

    大平煤矿虽然被鉴定为高瓦斯矿井,但该矿曾在距地表垂深250~320m时,发生过数次瓦斯动力现象(即小型瓦斯突出)。说明该矿煤层是含有高浓度瓦斯的,是具有突出危险的矿井。

    经查阅有关鉴定和技术资料知:该矿所采煤层煤质松软,煤的坚固性系数f=0. 12,煤的破坏类型为Ⅳ、Ⅴ类煤,推算煤层的瓦斯压力在2MPa以上,煤的瓦斯放散初速度快,△p达到31

    2.地应力——压力

    21岩巷掘进工作面延深到标高- 212m,即距地表垂深612m,这时发动突出的瓦斯压力和地应力较高。经计算,此处的地层垂直应力达到15MPa。掘进迎头正好到断层面处,增加了地应力的作用。

    3.挠动因素

    爆破是引发突出的挠动因素。

    (1)当班为掘进班,爆破员领有炸药和雷管,但在事故后的现场勘察中却没有发现炸药和雷管,在现场清理突出物的过程中也没有发现炸药或雷管;专家组与技术组在突出现场勘察时,发现该工作面的炸药箱内没有炸药,说明炸药和雷管已用于爆破。

    (2)突出的上一班是喷浆班,但据现场勘察,巷道壁锚喷的末端到突出孔洞的距离尚有1.0~1. 5m未锚喷,表明这是当班爆破的进尺。

    (3)当班在上部车场的工人付某在突出的高浓度瓦斯到来之前闻到了严重的刺鼻气味(炮烟味)。

    (4)现场勘察发现,距中部车场421m处死亡的3人中,有一人身上挎有一台爆破器,身下压着一盘爆破母线。这说明爆破员已经完成了爆破、躲炮烟、回收爆破母线等工序后,突出尚未开始,而是在人员外撤的过程中发生了突出,即从爆破到突出的发生之间存在一定的时间间隔。

    以上情况说明,爆破是引发煤与瓦斯突出的挠动因素。

    突出延时的原因是:由于掘进迎头距煤层还有7. 5m的岩石,虽然处于断层破碎带,但岩石对突出仍有一定阻力,岩石裂隙在瓦斯压力的作用下逐渐加大,最终形成煤与瓦斯突出。

    六、技术点评

    通过这起事故,分析人的不安全行为、物的不安全状态和环境的不利因素对事故的作用很有必要,我们可以从中吸取许多教训。

    (一)本事故中“人的不安全行为”

    在本起事故中人的不安全行为主要是管理失误和设计缺陷。其表现有:

    1.管理失误

    (1)矿井已经发生过所谓的瓦斯动力现象,其实就是瓦斯突出,为了减少安全费用的投入,仍将矿井定为高瓦斯矿井。

    (2)掘进工作面离落差40m的马沟逆断层已经很近,应当预测到其有伴生小断层,但没有及时预测到21岩石下山掘进工作面遇到的落差为10m的逆断层。

    (3)不按煤与瓦斯突出矿井管理,防突的“四位一体”不到位,反风门没安装或反风门没有关闭。

    (4)大巷使用架线式电机车。

    (5)通风管理方面,回风系统设置有调节风窗,增加了风流逆转的必然性。

    (6)发现井下瓦斯急剧增大,不认为是瓦斯超限或事故。

    (7)发现井下大面积瓦斯超限和报警,不下令停电和撤人。

    (8)值班领导脱岗。

    (9)巷道掘进不做巷道岩性素描,或做素描时发现岩层变化不采取任何措施。

    (10)安全培训和教育方面不到位,工人缺乏自主保安意识,瓦斯超限报警后不知佩戴自救器逃生。

    2.设计缺陷

    (1)作为高瓦斯矿井且已经有突出发生的矿井,应采用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆柴油机车,违反《煤矿安全规程》,仍使用架线式电机车。

    (2)当安全监测系统在监测到井下瓦斯大面积严重超限的情况下,监测监控装置不能切断全井或矿井一翼的电源。

    (3)没有按煤与瓦斯突出矿井管理、设计和施工有关通风设施和配备电器设备。

    (4)高、突矿井的掘进回风设计有调节风窗。

    (二)本事故中“物的不安全状态”

    在本起事故中,物的不安全状态主要有:

    (1) 11采区轨道石门中的反风门不关闭,或风门质量不是按防突要求建造的。

    (2)掘进回风系统中安设闭墙式的调节风窗,既容易造成突出气流逆转进入新鲜风流中,又不利于逃生(火灾时)。

    (3)大巷使用的电机车是架线式的,产生的电火花容易点燃突出的瓦斯。

    (4)安全监控系统不能在井下瓦斯大面积超限时自动切断矿井一翼的电源。

    (三)本事故中“环境的不利因素”

    在本起事故中,环境的不利因素主要有:

    (1)作为国有企业为了完成上级政府部门下达的生产任务,矿井超设计能力生产、超通风能力生产,打破了矿井正常的生产接替。

    (2)矿井为避免安全监察部门的执法,把生产能力为60t的矿井核定为130t,给矿井的事故发生埋下了祸根。

    (3)矿井和其上级管理机构为了完成上级下达的利润任务,除超能力生产外,为减少安全投入,把有煤与瓦斯突出危险的矿井鉴定为高瓦斯矿井。

    (4)由于煤矿工人的社会地位低下,人们对煤矿的印象不好,所以煤矿很难招到较高学历的工人,造成安全培训和教育提高非常慢,工人的安全技术水平不高,自主保护能力差。

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