特大型煤与瓦斯突出事故发生条件及防范措施.doc

特大型煤与瓦斯突出事故发生条件及防范措施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1329t，突出总瓦斯量为24788m3；最大一次突出煤量314t，平均突出煤量95t次，瓦斯量1770m3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04：18，8183#溜煤岩石斜巷掘进工作面发生了突出煤量105kt、瓦斯量930km3、死亡14人的特大型煤(岩)与瓦斯突出，而且是在石门前方有112m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矿井概况芦岭煤矿属宿东煤田，井田东西走向长82km，倾斜宽36km，面积295km2，设计生产能力为1500kt/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2400kt?a，2001年实现扩建达产，实际生产能力为2460kta。矿井开拓方式为立井石门开拓，分3个水平，一水平标高为400m，二水平标高为590m，三水平标高暂定700m。矿井为高瓦斯突出矿井，2001年矿井绝对瓦斯涌出量12925m3min，相对瓦斯涌出量3149m3t，矿井总进风量13000m3min。矿井开采煤层有8煤、9煤、10煤3层。其中，8煤平均厚度90m，9煤平均厚度3；0m，8煤、9煤间距平均为35m，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21m，独立布置。2事故区域概况发生事故的81采区走向长1100m，倾向宽550m，开采标高下限为590m。采区可采储量为9000kt，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500kt/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5417m3min。采区实测煤层瓦斯压力为241270MPa，按压力梯度预测，三区段瓦斯压力为368MPa，590m水平最大瓦斯压力达410MPa。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事取经过发生突出的是8183#溜煤斜巷掘进工作面。该巷在2001年6月施工8183#联巷时，已施工平巷47m，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020，回风流026；23：4024：00放炮，放炮后测定C1厶浓度为：工作面020，回风流026。4月6日零点班(4月7日00：0006：00)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822个采区。瓦斯逆流3120多米，事故发生2h后(7日06：30)在风井扩散口测定瓦斯浓度为9，26h后降到1，58h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06。突出时煤层底板距工作面法线垂距达112m，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10500t，突出瓦斯量为9382km3；填堵全巷道总长度796m，堆积煤厚超过200mm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5t的有2块：尺寸分别为215mx08mxl35m和21mx08mxl5m.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8222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3120m。4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120m范围尚未进行瓦斯抽放，而煤层原始瓦斯压力达410MPa，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=017，且有连片发育的构造煤存在，煤层瓦斯放散初速度p达1308，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1000t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120m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47m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(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和地质构造情况。(2)进一步提高对煤与瓦斯突出规律的认识，尤其是从