煤礦瓦斯事故原因分析及預(yù)防對策

煤礦瓦斯事故原因分析及預(yù)防對策摘

要

煤礦瓦斯是煤礦采掘空間及圍巖內(nèi)有害氣體的總稱，其主要成分為甲烷。長期以來，煤礦瓦斯是煤礦井下事故的主要隱患，至今也不能達(dá)到完全杜絕瓦斯事故的目的。煤礦瓦斯事故主要有三種表現(xiàn)形式：瓦斯燃燒、瓦斯爆炸、瓦斯噴出、瓦斯窒息及瓦斯特別。瓦斯局部積聚是瓦斯窒息和瓦斯爆炸的主要條件，煤巖層內(nèi)賦存有大量高壓瓦斯是發(fā)生瓦斯噴出和煤與瓦斯特別事故主要條件。

礦井瓦斯事故頻繁發(fā)生是我國煤礦生產(chǎn)中常見的災(zāi)害事故，造成大量人員傷亡，而且嚴(yán)重摧毀井巷設(shè)施，中斷生產(chǎn)，甚至引起煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、井巷垮塌等，二次事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年的事故統(tǒng)計(jì)中來看，煤礦發(fā)生一次死亡10人以上的特大事故中，絕大多數(shù)是由于瓦斯爆炸，約占特大事故總數(shù)的71%左右，為此，瓦斯事故稱為煤礦災(zāi)害頭號殺手。為了探求煤礦瓦斯事故的發(fā)生機(jī)理，分析煤礦瓦斯事故發(fā)生的原因，提出預(yù)防對策，以指導(dǎo)我國煤礦安全生產(chǎn)工作，預(yù)防煤礦瓦斯事故的發(fā)生，從而改善我國煤礦安全生產(chǎn)狀況，保證廣大煤礦職工的人身安全。

〔5〕裝備不夠、管理不落實(shí)

礦井安全裝備配置不夠，“先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控，以風(fēng)定產(chǎn)〞方針未得到完全落實(shí)。有的礦井沒有安裝瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)或運(yùn)行不正常，如2005年發(fā)生的41起特大瓦斯事故中，有的礦井雖安裝有監(jiān)控系統(tǒng)，但因傳感器數(shù)量不夠、安裝位置不對、線路存在故障、顯示器不顯示數(shù)據(jù)等問題。此外鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦發(fā)生的特大瓦斯事故都沒有裝備瓦斯抽放系統(tǒng)或抽放系統(tǒng)不能有效運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)也不能有效發(fā)揮作用，不能有效發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

〔6〕企業(yè)技術(shù)管理薄弱

安全投入對搞好煤礦安全來說是至關(guān)重要的。在前幾年，由于煤礦的經(jīng)濟(jì)效益不好，煤礦企業(yè)降低了安全投入，安全欠賬較多等問。一些煤礦企業(yè)由于采煤方法落后，引起礦井采掘布置不合理，通風(fēng)系統(tǒng)不完善，此外，作業(yè)規(guī)程編制不符合實(shí)際，針對性不強(qiáng)，給安全生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重隱患。

從瓦斯爆炸條件看，氧氣的濃度是引起瓦斯爆炸的因素之一，但在煤礦井下一般不存在氧氣濃度低于12%的狀況。因此，搞好瓦斯爆炸的防治措施體現(xiàn)在兩個(gè)方面：嚴(yán)格控制礦井各區(qū)域的瓦斯?jié)舛取⒍沤^火源和演習(xí)預(yù)案。

瓦斯爆炸事故的防治可分為預(yù)防爆炸和抑制爆炸。預(yù)防爆炸主要有：優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)及通風(fēng)系統(tǒng)，防治瓦斯積聚，進(jìn)行瓦斯抽放，強(qiáng)化瓦斯?jié)舛群突鹪幢O(jiān)測，防止點(diǎn)火源的出現(xiàn)等；抑制爆炸主要采納隔爆抑爆裝置將瓦斯爆炸限制在一定范圍內(nèi)，從而減少人員傷亡和災(zāi)害事故所造成的損失。

通風(fēng)是排放瓦斯最主要的手段。做好通風(fēng)安全技術(shù)管理是防治煤礦主要事故的先決條件和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，所有礦井都必須要建立安全可靠的、獨(dú)立的礦井通風(fēng)系統(tǒng)。建立合理的通風(fēng)系統(tǒng)，能夠保證井下所有工作地點(diǎn)有足夠多的風(fēng)量將井下涌出的瓦斯及時(shí)沖淡并排放出井外，避免瓦斯集聚，所以建立合理的通風(fēng)系統(tǒng)是防止瓦斯爆炸最有效、最基本的措施。

〔1〕我國國有煤礦高瓦斯和瓦斯特別礦井占總礦井?dāng)?shù)的46％。瓦斯抽放是減少礦井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和特別的治本措施，同時(shí)也是開發(fā)利用瓦斯能源、保護(hù)大氣環(huán)境的重要手段。

〔2〕為提升瓦斯抽放率，目前主要需解決長鉆孔定向鉆進(jìn)技術(shù)，包括測斜、糾偏技術(shù)；提升單一低透氣性煤層的抽放率；研制鉆進(jìn)能力更強(qiáng)的鉆機(jī)具；完善和提升擴(kuò)孔技術(shù)、排渣技術(shù)、造穴技術(shù)和封孔技術(shù)；開發(fā)新的瓦斯抽放技術(shù)及設(shè)備。

〔3〕瓦斯抽放方法有本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區(qū)抽放等；抽放工藝有順層長鉆孔、大直徑鉆孔、地面鉆孔、頂板巖石和巷道鉆孔等。并研制出與之相配套的強(qiáng)力鉆機(jī)及配套機(jī)具，如MK型長鉆孔鉆機(jī)和ZSM順層強(qiáng)力鉆機(jī)等[7]。此外已研制出多種抽放泵及配套的監(jiān)控系統(tǒng)和儀表等，大大提升了瓦斯抽放量和抽放率，使安全環(huán)境得到進(jìn)一步改善。

〔4〕利用多分支羽狀適用技術(shù)，解決低滲煤層瓦斯治理問題，提升抽采率。

〔5〕煤礦瓦斯治理也應(yīng)該與煤層氣產(chǎn)業(yè)化緊密結(jié)合起來。

礦井瓦斯?jié)舛燃盎鹪吹膶?shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測關(guān)于防止瓦斯爆炸非常重要，當(dāng)發(fā)現(xiàn)瓦斯異常或有火源產(chǎn)生，馬上采用措施可防止爆炸事故的發(fā)生。我國目前開發(fā)了KJ90、KJ92、KJ94、KJ95、KJ73、KJ66等型號的礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，以及各類檢測傳感器、報(bào)警儀和斷電儀。已有多個(gè)礦井安裝了礦井安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并具有如下功能：①礦井環(huán)境和工況參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控；②主要通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測；③巷道火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測；④礦井瓦斯抽放實(shí)時(shí)監(jiān)測；⑤沖擊地壓實(shí)時(shí)監(jiān)測；⑥煤與瓦斯特別實(shí)時(shí)監(jiān)測；⑦煤層自然發(fā)火實(shí)時(shí)監(jiān)測；⑧瓦斯爆炸或燃燒實(shí)時(shí)監(jiān)測；⑨礦井電網(wǎng)監(jiān)測等多種功能。監(jiān)控系統(tǒng)的安裝極大地提升了煤礦的安全管理自動(dòng)化水平，防止了許多事故的發(fā)生。

合理可靠的通風(fēng)系統(tǒng)是防止瓦斯事故和控制災(zāi)害擴(kuò)展的重要措施，為此，瓦斯防治工程與采掘工程，必須同時(shí)制定，超前施工，同時(shí)投入使用。

礦井隔爆抑爆裝置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障，當(dāng)瓦斯爆炸發(fā)生后，依靠預(yù)先設(shè)置的裝置可以阻止爆炸的傳播，限制火焰的傳播范圍，主要有被動(dòng)式隔爆棚和自動(dòng)抑爆裝置。

2.3煤〔巖〕與瓦斯特別及其預(yù)防

煤礦地下采掘過程中，在極短的時(shí)間內(nèi)〔從幾秒到幾分鐘〕，從煤、巖層內(nèi)以極快的速度向采掘空間內(nèi)噴出煤〔巖〕和瓦斯的現(xiàn)象，稱為煤與瓦斯特別[9]。它是另一類型的瓦斯特別涌出，也是煤礦地下開采過程中的一種動(dòng)力現(xiàn)象。它所產(chǎn)生的高速瓦斯流能夠摧毀巷道設(shè)施，破壞通風(fēng)系統(tǒng)，甚至造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)；噴出的瓦斯由幾百到幾萬立方米，能使巷道充滿瓦斯，造成人員窒息，引起瓦斯燃燒或爆炸；噴出的煤、巖由幾千噸到萬噸以上，能夠造成煤流埋人；猛烈的動(dòng)力效應(yīng)可能導(dǎo)致冒頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。

特別的外部特征是：〔1〕特別的煤、巖在高壓氣流搬運(yùn)過程中，浮現(xiàn)分選性堆積，即近處塊度大，遠(yuǎn)處粒度小，堆積坡度小于煤的自然安息角；〔2〕特別過程中煤巖進(jìn)一步粉碎，產(chǎn)生極細(xì)的粉塵，有時(shí)特別的堆積物好似風(fēng)力填充一樣密實(shí)；〔3〕特別空洞口小肚大，其軸線往往沿著煤層傾斜向上延伸，或與傾向線成不大的夾角；〔4〕特別的相對瓦斯涌出量可以大于煤層的瓦斯含量。

特別的機(jī)理是關(guān)于解釋特別的原因和過程的理論。特別是十分復(fù)雜的自然現(xiàn)象，它的機(jī)理還沒有統(tǒng)一的見解，假說很多，目前多數(shù)人認(rèn)為，特別是地壓、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)和重力綜合作用的結(jié)果。

〔1〕特別多發(fā)生在一定的采深以后；

〔2〕特別多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶、應(yīng)力集中區(qū)；

〔3〕特別的強(qiáng)度和次數(shù)，與煤層厚度、傾角、硬度、透氣性等有關(guān)；

〔4〕特別與瓦斯關(guān)系，瓦斯壓力小含量低，可能發(fā)生特別；

〔5〕特別大多發(fā)生在落煤、放炮工序；

〔6〕特別前有預(yù)兆。

防突措施分為區(qū)域性防突措施和局部防突措施。

〔1〕區(qū)域性防突措施

區(qū)域性防突措施主要有開采保護(hù)層和預(yù)抽瓦斯兩種。開采保護(hù)層是預(yù)防特別最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施。

1〕開采保護(hù)層

在特別礦井中，預(yù)先開采的、并能使其他相鄰的有特別危險(xiǎn)的煤層受到采動(dòng)影響而減少或喪失特別危險(xiǎn)的煤層稱為保護(hù)層，后開采的煤層稱為被保護(hù)層。保護(hù)層開采后，由于采空區(qū)的頂?shù)装鍘r石冒落，移動(dòng)，引起的開采煤層四周應(yīng)力的重新分布，采空區(qū)上、下形成應(yīng)力降低區(qū)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的開采煤層地壓減少，彈性潛能緩慢釋放；煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣性增加；煤層瓦斯涌出后，煤的強(qiáng)度增加。

2〕預(yù)抽煤層瓦斯

關(guān)于無保護(hù)層或單一特別危險(xiǎn)煤層的礦井，可以采納預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施。這種措施的實(shí)質(zhì)是，通過一定時(shí)間的預(yù)先抽放瓦斯，降低特別危險(xiǎn)煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，并由此引起煤層收縮變形、地應(yīng)力下降、煤層透氣系數(shù)增加和煤的強(qiáng)度提升等效應(yīng)，使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱特別危險(xiǎn)性。

〔2〕局部防突措施

大型特別往往發(fā)生于石門揭開特別危險(xiǎn)煤層時(shí)。所以石門揭開特別危險(xiǎn)煤層，以及有特別傾向的建設(shè)礦井或特別礦井開拓新水平常，井巷揭開所有這類煤層都必須采用防止特別的措施，并制定專門制定。

局部防突措施主要有以下8種：①松動(dòng)爆破；②鉆孔排放瓦斯；③水力沖孔；④超前鉆孔；⑤金屬骨架；⑥超前支架；⑦卸壓槽；⑧震動(dòng)放炮。

〔3〕瓦斯賦存、煤與瓦斯特別、沖