特大型煤与瓦斯突出事故发生条件及防范措施

特大型煤与瓦斯突出事故发生条件特大型煤与瓦斯突出事故发生条件 及防范措施及防范措施 2002 年 4 月 7 日前 芦岭煤矿共发生煤与瓦斯突出 14 起 突出总煤量仅为 1 329 t 突出总瓦斯量为 24 788m3 最大一次 突出煤量 314t 平均突出煤量 95 t 次 瓦斯量 1 770 m3 次 基本上均为小型突出 其中大多数为压出和倾出类型 2002 年 4 月 7 日 04 18 818 3 溜煤岩石斜巷掘进工作面发生了突出 煤量 10 5 kt 瓦斯量 930 km3 死亡 14 人的特大型煤 岩 与瓦 斯突出 而且是在石门前方有 11 2 m 岩柱的条件下发生的 这在我国尚属首次 因此 对这次事故的发生条件 发生原因 经验教训以及防范措施进行分析 对防止类似事故的发生具有 重要的指导意义 1 矿井概况矿井概况 芦岭煤矿属宿东煤田 井田东西走向长 8 2 km 倾斜宽 3 6 km 面积 29 5 km2 设计生产能力为 1 500kt a 从 1988 年起 对矿井进行改扩建 改扩建后年设计生产能力为 2 400 kt a 2001 年实现扩建达产 实际生产能力为 2 460kt a 矿井开拓方式为立井石门开拓 分 3 个水平 一水平标高 为 400 m 二水平标高为 590 m 三水平标高暂定 700 m 矿井为高瓦斯突出矿井 2001 年矿井绝对瓦斯涌出量 129 25 m3 min 相对瓦斯涌出量 31 49m3 t 矿井总进风量 13 000m3 min 矿井开采煤层有 8 煤 9 煤 10 煤 3 层 其中 8 煤平均 厚度 9 0m 9 煤平均厚度 3 0 m 8 煤 9 煤间距平均为 3 5m 采用联合布置 在 9 煤底板岩石中布置采区上山及区 段集中轨道平巷和集中运煤平巷 采用斜上山与煤层的运输巷 回风巷联络 10 层煤平均厚度 2 1m 独立布置 2 事故区域概况事故区域概况 发生事故的 81 采区走向长 1 100 m 倾向宽 550m 开 采标高下限为 590 m 采区可采储量为 9 000 kt 采区共有 2 个采煤面 6 个掘进面 煤巷 4 个 岩巷 2 个 设计生产能力为 500 kt a 在采区中部 9 煤底板布置有人行 运输 轨道 3 条上 山 见图 1 采区上山与区段岩石集中巷间通过石门联接 采区 沿倾斜方向划分为 4 个区段 事故发生时 三区段为生产区段 四区段为岩巷准备区段 采区从一水平和二水平同时进风 东 西 2 翼各布置了 1 条回风上山 采区总配风量为 5 417m3 min 采区实测煤层瓦斯压力为 2 41 2 70mpa 按压力梯度 预测 三区段瓦斯压力为 3 68mpa 590 m 水平最大瓦斯压 力达 4 10 mpa 至 2002 年 3 月底共施工钻场 30 个 钻孔 295 个 连孔抽放 283 个钻孔 采区一至三区段生产揭露小型断裂 构造较为发育 四区段在突出前尚未发现较大的地质构造 3 事取经过事取经过 发生突出的是 818 3 溜煤斜巷掘进工作面 该巷在 2001 年 6 月施工 818 3 联巷时 已施工平巷 4 7m 2002 年 4 月 2 日恢复掘进施工 4 月 6 日 23 30 瓦检员在迎头装药 前测定 ch4 浓度为 工作面 0 20 回风流 0 26 23 40 24 00 放炮 放炮后测定 c1 厶浓度为 工 作面 0 20 回风流 0 26 4 月 6 日零点班 4 月 7 日 00 00 06 00 该掘进工作面出勤 7 人 4 人在工作面打锚杆 2 人在车场卸石子 1 人看工具及充电 零点班人行下口风门时 发现风门有异常扇动 随即撤出 验收员在做炮泥时发现 1 股 烟雾涌出 也随即撤离 2 名在石门卸碴子的工人同时跟着撤 离现场 跟班的 1 位区队工会主席在 817 轨道巷发现风筒有 异响 遂带领该工作面施工人员撤离 在经过石门变电所时 发现该处煤尘较大 能见度很低 他将工人带至副井下口向矿 调度汇报后又只身返回 发现石门变电所段已被煤岩堵塞 此 时 因风流逆转 高浓度瓦斯已波及 81 和 82 2 个采区 瓦 斯逆流 3 120 多米 事故发生 2 h 后 7 日 06 30 在风井扩散口 测定瓦斯浓度为 9 26h 后降到 1 58 h 后才降到事故前的 正常值 即到 4 月 9 日 10 00 瓦斯浓度才降到 0 6 突出时煤层底板距工作面法线垂距达 11 2 m 突出是以 小断层弱面带为突破口的 据统计 这次突出煤岩量总计 10 500 t 突出瓦斯量为 938 2 km3 填堵全巷道总长度 796 m 堆积煤厚超过 200 mm 以上巷道 34m 见图 1 抛出 50kg 以上 的岩块达 100 多块 其中重量超过 5 t 的有 2 块 尺寸分别为 2 15mx0 8mxl 35m 和 2 1mx0 8mxl 5m 由于突出强度大 瓦斯逆流往东冲毁 818 车场 3 道正反 向风门 进入 81 轨道上山及 81 运输上山 然后彼及整个 81 采区 瓦斯流往西冲毁 818 岩石轨道巷 2 道正反向风门 逆流至 81 返煤下山 进入 301 皮带机巷和 82 返煤皮带巷 至 82 一区段皮带机巷 波及 822 2 工作面及 8413 的队里 验收员于 7 日 03 30 到掘进工作面 看到顶板完好 锚杆钻眼 已打完 正在安装锚杆 工作面上部钻眼已打完 2 台凿岩机 正在打下部钻眼 4 月 7 日凌晨 04 00 1 名工人寻找炮棍至 81 等掘进工 作面 瓦斯逆流最远距离 3 120m 4 事故发生原因及发生条件分析事故发生原因及发生条件分析 综合事故工作面煤层瓦斯赋存 煤质特征和地质构造等因 素 分析认为本次特大型突出发生的原因主要有 1 芦岭煤矿以往石门揭煤及机巷掘进均在底板钻孔预抽瓦 斯 2 年以后进行的 而事故地点前后 120 m 范围尚未进行瓦斯 抽放 而煤层原始瓦斯压力达 4 10 mpa 较高的煤层瓦斯压 力为特大煤与瓦斯突出提供了发生突出的基础条件 2 本区段煤层为特厚煤层 煤厚达 10m 以上 煤层软分层 发育 f 0 17 且有连片发育的构造煤存在 煤层瓦斯放散初 速度 p 达 13 08 煤层破坏程度高 为在突出后形成搬运突 出物的瓦斯流提供了条件 3 地质构造复杂 尽管在巷道掘进时预计煤层底板距工作 面法线垂距达 10m 左右 但由于有与突出煤层相连的小断层存 在 断层弱面带在复杂 强大构造应力作用下 发生蠕变破坏 而掘进中用风镐清底又加剧了破坏过程 使岩柱承载能力下降 同时 构造使得煤层提前切人巷道 构造应力场为该次突出提 供了破碎煤 岩所需要的弹性潜能 降低了岩柱抵抗突出的阻 力 因此 地质构造应力是此次突出的主要因素 构造应力场 为突出提供了应力和煤强度条件 4 对 81 四区段煤与瓦斯突出危险性认识不足 石门揭煤 局部防治措施编制不严密 在 81 采区没有按规定设置避难硐 室和压风自救系统是煤与瓦斯突出导致伤亡事故的间接原因 此次突出是煤岩层在构造应力作用下迅速 连续破坏 煤 体内的高压瓦斯瞬间解吸 形成强大的瓦斯与煤粒风暴 以断 层弱面为突出口 挟带岩块冲向采掘空间 从技术上分析 导 致突出的走向小断层在无钻孔和巷道直接揭露条件下 客观上 难以预见和防治 尽管煤与瓦斯突出机理目前尚未被人们完全认识 导致特 大型突出的因素尚未被我们确知 但从此次事故可以初步认为 发生特大型突出至少具备以下条件 地质构造及构造应力场 的存在 构造产生构造煤 构造应力场为特大型突出提供破碎 煤岩所需要的弹性潜能 煤层内高瓦斯压力和厚度较大的构 造煤软分层存在 高瓦斯压力和放散能力强的软分层是形成瓦 斯流的基础条件 5 经验教训经验教训 芦岭煤矿过去没有发生过特大型突出 也是此次突出造成 伤亡事故的原因之一 过去从未发生过特大型突出 不能证明 现在和将来不会发生特大型突出 对于防突工作必须持科学而 又严谨的态度 应严格按 煤矿安全规程 和 防治煤与瓦斯 突出细则 的要求进行 不能存在半点侥幸和麻痹大意 此次事故进一步证明了煤层是非均质体 瓦斯突出分布是 极不均匀的 瓦斯突出强度增加并不二定是渐进的 河南东平 煤矿第一起突出发生在向斜轴附近 强度达 1 000 t 以上 因此 在突出煤层采掘过程中加强地质工作尤其重要 而此次事故 在三号溜煤眼东西共 120 m 范围内 未进行煤层赋存情况 地 质构造探明工作 该掘进工作面在 2001 年 6 月施工的 4 7m 平巷时已见铝土层位异常 2002 年 4 月 3 日刷邦时又发现铝土 层 但未能引起足够的重视 未能按 煤矿安全规程 第 181 条 在突出煤层顶底板掘进岩巷时 必须定期验证地质资料 及时掌握施工动态和围岩变化情况 防止误穿突出煤层 的规定 及时探明 验证地质资料 基础培训工作薄弱 部分职工对发 生突出灾变后的避难知识掌握不牢固 不能自觉配带自救器逃 生 致使灾变发生后该区域多名作业人员因缺氧受到不同程度 伤害 同时 由于 81 二区段五号溜煤眼的安全防护设施不完 善 致使灾变发生后 掘进二区副队长在组织工人逃生时误坠 该溜煤眼身亡 6 防范措施防范措施 1 在突出煤层采掘过程中加强地质技术和管理工作 细致 分析地质和钻孔资料 尤其是石门揭煤工作面前方的地质构造 形态及构造演化史研究分析工作 努力掌握本矿地质构造和煤 与瓦斯突出之间的规律 更好地指导防突工作 揭煤前坚持打 构造探测孔 确切掌握煤层的确切位置