煤矿瓦斯燃烧事故案例统计与分析 精灵论文.doc

煤矿瓦斯燃烧事故案例统计与分析韩方伟1，王德明1,2,3，杨永斌1,4（1. 中国矿业大学安全工程学院，江苏 徐州 221116；2. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221008；3. 中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，江苏 徐州 221008；4. 中国人民武装警察部队学院消防工程系，河北 廊坊 065000） 摘要：不完全统计了 1984 年至 2010 年间我国煤矿发生的瓦斯燃烧事故案例，总计 52 起。 并在此基础上分析了煤矿瓦斯燃烧事故的瓦斯源、点火源、易发生地点的统计规律。统计研究表明：瓦斯源出现主要与通风管理、瓦斯涌出析出、井下客观空间条件等有关。放炮、电气等设备故障、摩擦撞击、员工违章、煤自燃是产生点火源的主要原因。瓦斯源多、瓦斯燃 烧浓度范围大、瓦斯燃烧感应期短、瓦斯源和点火源耦合几率大等为瓦斯燃烧频发的原因。 研究结果对瓦斯燃烧事故的预防和控制具有一定的指导意义。 关键词：瓦斯燃烧；瓦斯源；点火源；频发原因中图分类号：td712statistical analysis of mine gas combustion accidentshan fangwei1, wang deming1,2,3, yang yongbin1,4(1. school of safety engineering, cumt, jiangsu xuzhou 221116;2. the state key lab for coal resources & safe mining, cumt, jiangsu xuzhou 221008;3. key laboratory of gas and fire control for coal mines ,cumt, jiangsu xuzhou 221008;4. department of fire protection engineering, chinese peoples armed police forces academy, hebei langfang 065000)abstract: the thesis makes an incomplete statistics on 52 mine gas combustion accidents occurredbetween 1984 and 2010, and analyses the statistical law of gas source, ignition source, easy-happening location and so on. then the study finds that gas source is related to the ventilation management, gas emission, objective circumstance condition in mine, etc. shooting, electric fault, impact-friction spark, peccancy, coal spontaneous combustion are the formation cause of ignition source. the reasons for frequent gas combustion include: many gas sources, the large range concentration and the short induction periods of gas combustion, as well as the high coupling efficiency between gas combustion source and ignition source. to some extent the research results have important guidance to prevention and control of mine gas combustion.keywords:gas combustion; gas source; ignition source; high frequency reason0引言瓦斯燃烧是一种特殊的矿井火灾，如初期灭火不及时将迅速发展，并极可能转化为重大 火灾或爆炸。20 世纪末日本的四元义博等研究了瓦斯流动状态对其燃烧难易程度的影响1。 我国学者张丰海等将瓦斯燃烧分为低浓度层流、低浓度紊流、高浓度层流、高浓度紊流四种 类型 2。龙兆鹏讨论了瓦斯燃烧转化为爆炸的可能性及条件3。尽管如此，目前对其产生、 发展及演化等相关研究不足，对其治理理论和防治对策还有待进一步研究。本文通过筛选瓦斯燃烧事故案例，对该类事故的瓦斯源、点火源、发生地点进行了统计 分析，并探讨了瓦斯燃烧的频发原因，以期为预防和控制这类事故提供指导。1案例的统计为使统计结果真实有效，本文统计的案例全部取自公开发表的各类文献，另外在案例提作者简介：韩方伟，（1986-），男，中国矿业大学安全工程学院硕士研究生，从事矿井通风防灭火方向的 研究. e-mail: 取过程中始终遵循了“事故经过必须描述清晰”的原则，案例的分布如表 1 所示。表 1 统计采用的瓦斯燃烧事故案例tab. 1 adopted gas combustion accidents for statistics序号时间事故煤矿序号时间事故煤矿11984.1.12包头五当沟矿271997.11.12鸡东仪修所二矿21986.1.20白沙某矿281997.11.13淮南潘三矿31986.3.13阜新高德矿291998.8.6某矿41986.10.15徐州义安矿301998.8.19合山里兰矿51987.4.6抚顺胜利矿312000.3.16靖远大水头矿61988.8.12焦作某村办矿322001.4.28某矿71988.10.9淄博岭子矿332001.10.10晋煤成庄矿81989.8.12鸡西滴道矿342001.11.19晋煤成庄矿91991.3.4靖远魏家地矿352001.12.15晋煤成庄矿101991.3.5铁法大明二矿362001.12.27晋煤成庄矿111991.4.15铁法大隆矿372002.2.6淮南潘二矿121992.5.15六枝四角田矿382002.6.19鸡西杏花矿131992.9.13阜新河西村矿392002.11.6某矿141992.11.5铁法大兴矿402003.1.20鸡西梨树矿151993.6.15盘江土城矿412003.2.1义马千秋矿161993.10.17邻水县葛麻湾矿422003.4.2鸡西东海矿171994.1.27辰溪县花桥联矿432003.10.7平煤八矿181994.2.18铁法大兴矿442006.2.6焦煤九里山矿191994.3.17邯郸陶二矿452006.2.16南票邱皮沟矿201995.3.10平煤十矿462006.3.25淮南谢一矿211995.9.11石嘴山二矿472006.5.22曲靖大槐树矿221995.10.29阜新王营矿482006.9.9平煤八矿231996.6.13淮北卢岭矿492007.7.10抚顺章党矿241996.8.23峰峰通二矿502008.8.1乐山宇业矿251997.5.24伊川县某村办矿512009.12.26瓮安宏福矿261997.10.1忔城古蓬六利矿522010.6.25红河州毕草凹矿2案例的分析瓦斯燃烧的必要条件是：一定浓度的瓦斯、具有一定能量的点火源、足够的氧气。其中， 足够的氧气在正常通风时很容易满足，因此瓦斯燃烧的发生可看作是瓦斯源和点火源同时出 现的结果。因此，进行瓦斯源和点火源的统计分析很有必要，同时统计分析事故发生地点对 该类事故的预防也有重要意义。2.1 瓦斯源分析52 起案例中，对瓦斯源分析有效的案例为 49 起，通过分析发现瓦斯源产生的原因有：1）通风不良，包括停用通风机、通风系统缺陷、风速较低、漏风、通风管理不当。2）瓦斯大量涌出积聚，包括采空区或盲巷瓦斯涌出、冒落后瓦斯涌出、煤体瓦斯涌出、 遇断层等复杂地质条件时瓦斯涌出、透水及瓦斯突出等原因引起瓦斯涌出。3）瓦斯漏检，包括未按时检测瓦斯、监测计划不当、监测设备失灵、监测设备安设不 当。4）瓦斯预抽不到位，包括抽放效果不佳、抽放时间不够、未采取抽放措施。5）特殊位置瓦斯积聚，如支架后空间及高顶区，因其位置特殊而不具备良好通风，易 出现瓦斯积聚。6）瓦斯积聚处理不当，包括未及时处理积聚的瓦斯、违章排放瓦斯。 从以上可以看出，瓦斯源出现主要与通风管理、瓦斯涌出析出、井下客观空间条件等有关。2.2 点火源分析52 起案例中，对点火源分析有效的案例有 49 起。经分析，确定瓦斯燃烧点火源有五种， 如图 1 所示：图 1 点火源统计分析图fig. 1 statistic analysis on ignition source1)放炮主要是炮泥装填不满，炸药不合格等引起。产生明火是放炮引起瓦斯燃烧的 主要原因，但放炮产生的冲击波可使瓦斯受压升温而燃烧，日本研究表明放炮冲击波可使浓 度在 3%-20%的瓦斯引燃，因此放炮冲击波也是原因之一3。2)电气设备等设备故障包括电气线路故障和其他设备故障。其中电气线路故障主要 是电缆等电气线路的短路等。其他设备故障主要包括自救器发热着火、煤电钻插销失爆等。3)摩擦撞击包括机械设备之间的摩擦撞击、采煤机械与煤体的摩擦撞击、顶板冒落 时的撞击、风筒及金属间的摩擦等。如 2006 年 9 月 9 日平煤八矿事故即是由机械摩擦或顶 板冒落撞击引起4。4)员工违章包括随意拆矿灯、违章作业等。如 2006 年 3 月 25 日淮南谢一矿事故就是由员工违章引起5。5)煤自燃冒落浮煤自燃、采空区自燃等。如 2003 年 2 月 1 日义马千秋矿事故即是 由煤自燃引起6。该统计结果与瓦斯爆炸的统计结果相似但不同，二者相似之处在于点火源种类相同，不 同之处在于各点火源所占比例不同。如电火和放炮在瓦斯燃烧事故中所占比例分别为 27% 和 41%，而在瓦斯爆炸事故中分别占 41.55%和 29.92%7，这是由于瓦斯燃烧的感应期要低 于瓦斯爆炸的感应期。2.3 事故发生地点分析52 起案例中，对发生地点分析有效的案例数目为 52，事故发生地点的分布情况如下图 所示：图 2 发生地点分布图fig. 2 statistic analysis on happening location由此可以看出，易发地点主要为：采煤工作面、掘进工作面、工作面上隅角。1）采煤工作面 采煤工作面顶板、割煤机及靠近煤壁处、工作面后部与采空区相接处等是容易发生瓦斯燃烧的地点。如通常情况下，井巷周边风速很小，尤其是采煤工作面的顶板以下护板以上， 风流常稀释不到，容易积聚瓦斯。又如当采煤机割煤时，瓦斯涌出十分不稳定，特别是当采 煤机在工作面中部向回风方向割煤时，原来漏入采空区的风流携带瓦斯返回工作面，瓦斯超 限一般就在此时产生。采煤工作面瓦斯源多，同时该区域电气设备多，作业环节多，难以保 证不产生摩擦撞击等点火源，从而造成采煤工作面易发生瓦斯燃烧。2）掘进工作面 掘进工作面是煤矿生产的重点地段，人员较为集中，通风情况复杂，瓦斯涌出量大，同时该地段存在电气等设备故障、员工违章、放炮、摩擦撞击等可能的点火源，因此也就造成 了瓦斯燃烧容易在该处发生。3）工作面上隅角 瓦斯浓度从采面进风侧到采面中部变化不大，采面中部到回风上隅角瓦斯浓度增加较快，尤其是靠近回风侧时瓦斯浓度较高，从而导致工作面上隅角成为瓦斯较易积聚的地点。 同时，该处也可能存在多种点火源，这就导致了瓦斯燃烧事故容易在该处发生。3瓦斯燃烧频发原因分析从统计结果看，有相当一部分事故是在监测瓦斯浓度在正常范围内、通风正常的情况下 发生的，这表明瓦斯燃烧的发生具有极大可能性，如晋煤集团成庄矿曾在 2 个月间于同一工 作面发生了 4 次瓦斯燃烧8。经统计分析可以得出，瓦斯燃烧频发主要有以下原因：1）瓦斯源多。由于瓦斯赋存于煤层中，采煤时总会有瓦斯析出或涌出，就算通风技术 和管理都得当，也难免出现短时间局部性的瓦斯积聚。另外煤与瓦斯突出等也会导致瓦斯浓 度突然上升。在通风方面，制定需风量时参考的是正常情况下瓦斯涌出量，但是井下条件复 杂多变，瓦斯涌出量如突然增大，那么原有风量就很有可能不足。另外，即使通风可以满足 要求，但由于井下情况复杂，总会有局部地点出现风流死角，导致瓦斯积聚，这些地点一旦 满足条件，燃烧便会发生。2）瓦斯燃烧浓度范围广。有关研究表明，标准状况下当瓦斯浓度在 3%-5%以下时，能 在火焰外围形成稳定的燃烧层9；如果瓦斯浓度过高，氧气浓度相对不足，则由于瓦斯的吸 热能力比空气大，燃烧产生的热容易被周围介质吸收，因此就不能发展成为爆炸，但它可发 生瓦斯燃烧。3）瓦斯燃烧感应期短，且短于瓦斯爆炸感应期，因此发生瓦斯燃烧的概率高于发生瓦 斯爆炸的概率。4）点火源多。虽然随着科技的进步，管理水平的提高使得电气等设备故障、员工违章 等出现的概率有所下降，但是摩擦撞击、煤自燃等产生火源的可能性依然很大。5）瓦斯源和点火源一样多存在于采煤工作面等主要作业地点，因此，二者耦合作用几 率大。4结论1）瓦斯源的产生原因有通风不良、瓦斯大量涌出积聚、瓦斯漏检、瓦斯预抽不到位、 瓦斯积聚处理不当以及特殊位置瓦斯积聚等；放炮、电气等设备故障、摩擦撞击、员工违章、煤自燃等是产生点火源的主要原因；瓦斯燃烧事故的多发地点是采煤工作面、掘进工作面、 工作面上隅角等。2）瓦斯燃烧的频发原因有瓦斯源多、