煤矿瓦斯事故原因分析及预防对策

煤矿瓦斯事故原因分析及预防对策摘

要

煤矿瓦斯是煤矿采掘空间及围岩内有害气体的总称，其主要成分为甲烷。长期以来，煤矿瓦斯是煤矿井下事故的主要隐患，至今也不能达到完全杜绝瓦斯事故的目的。煤矿瓦斯事故主要有三种表现形式：瓦斯燃烧、瓦斯爆炸、瓦斯喷出、瓦斯窒息及瓦斯特别。瓦斯局部积聚是瓦斯窒息和瓦斯爆炸的主要条件，煤岩层内赋存有大量高压瓦斯是发生瓦斯喷出和煤与瓦斯特别事故主要条件。

矿井瓦斯事故频繁发生是我国煤矿生产中常见的灾害事故，造成大量人员伤亡，而且严重摧毁井巷设施，中断生产，甚至引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌等，二次事故。据统计每年的事故统计中来看，煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中，绝大多数是由于瓦斯爆炸，约占特大事故总数的71%左右，为此，瓦斯事故称为煤矿灾害头号杀手。为了探求煤矿瓦斯事故的发生机理，分析煤矿瓦斯事故发生的原因，提出预防对策，以指导我国煤矿安全生产工作，预防煤矿瓦斯事故的发生，从而改善我国煤矿安全生产状况，保证广大煤矿职工的人身安全。

〔5〕装备不够、管理不落实

矿井安全装备配置不够，“先抽后采，监测监控，以风定产〞方针未得到完全落实。有的矿井没有安装瓦斯监控系统或运行不正常，如2005年发生的41起特大瓦斯事故中，有的矿井虽安装有监控系统，但因传感器数量不够、安装位置不对、线路存在故障、显示器不显示数据等问题。此外乡镇煤矿发生的特大瓦斯事故都没有装备瓦斯抽放系统或抽放系统不能有效运行，监控系统也不能有效发挥作用，不能有效发挥其应有的作用。

〔6〕企业技术管理薄弱

安全投入对搞好煤矿安全来说是至关重要的。在前几年，由于煤矿的经济效益不好，煤矿企业降低了安全投入，安全欠账较多等问。一些煤矿企业由于采煤方法落后，引起矿井采掘布置不合理，通风系统不完善，此外，作业规程编制不符合实际，针对性不强，给安全生产带来了严重隐患。

从瓦斯爆炸条件看，氧气的浓度是引起瓦斯爆炸的因素之一，但在煤矿井下一般不存在氧气浓度低于12%的状况。因此，搞好瓦斯爆炸的防治措施体现在两个方面：严格控制矿井各区域的瓦斯浓度、杜绝火源和演习预案。

瓦斯爆炸事故的防治可分为预防爆炸和抑制爆炸。预防爆炸主要有：优化通风网络及通风系统，防治瓦斯积聚，进行瓦斯抽放，强化瓦斯浓度和火源监测，防止点火源的出现等；抑制爆炸主要采纳隔爆抑爆装置将瓦斯爆炸限制在一定范围内，从而减少人员伤亡和灾害事故所造成的损失。

通风是排放瓦斯最主要的手段。做好通风安全技术管理是防治煤矿主要事故的先决条件和关键环节。因此，所有矿井都必须要建立安全可靠的、独立的矿井通风系统。建立合理的通风系统，能够保证井下所有工作地点有足够多的风量将井下涌出的瓦斯及时冲淡并排放出井外，避免瓦斯集聚，所以建立合理的通风系统是防止瓦斯爆炸最有效、最基本的措施。

〔1〕我国国有煤矿高瓦斯和瓦斯特别矿井占总矿井数的46％。瓦斯抽放是减少矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和特别的治本措施，同时也是开发利用瓦斯能源、保护大气环境的重要手段。

〔2〕为提升瓦斯抽放率，目前主要需解决长钻孔定向钻进技术，包括测斜、纠偏技术；提升单一低透气性煤层的抽放率；研制钻进能力更强的钻机具；完善和提升扩孔技术、排渣技术、造穴技术和封孔技术；开发新的瓦斯抽放技术及设备。

〔3〕瓦斯抽放方法有本煤层抽放、邻近层抽放和采空区抽放等；抽放工艺有顺层长钻孔、大直径钻孔、地面钻孔、顶板岩石和巷道钻孔等。并研制出与之相配套的强力钻机及配套机具，如MK型长钻孔钻机和ZSM顺层强力钻机等[7]。此外已研制出多种抽放泵及配套的监控系统和仪表等，大大提升了瓦斯抽放量和抽放率，使安全环境得到进一步改善。

〔4〕利用多分支羽状适用技术，解决低渗煤层瓦斯治理问题，提升抽采率。

〔5〕煤矿瓦斯治理也应该与煤层气产业化紧密结合起来。

矿井瓦斯浓度及火源的实时自动监测关于防止瓦斯爆炸非常重要，当发现瓦斯异常或有火源产生，马上采用措施可防止爆炸事故的发生。我国目前开发了KJ90、KJ92、KJ94、KJ95、KJ73、KJ66等型号的矿井安全监控系统，以及各类检测传感器、报警仪和断电仪。已有多个矿井安装了矿井安全综合监控系统，并具有如下功能：①矿井环境和工况参数实时监控；②主要通风机在线监测；③巷道火灾实时监测；④矿井瓦斯抽放实时监测；⑤冲击地压实时监测；⑥煤与瓦斯特别实时监测；⑦煤层自然发火实时监测；⑧瓦斯爆炸或燃烧实时监测；⑨矿井电网监测等多种功能。监控系统的安装极大地提升了煤矿的安全管理自动化水平，防止了许多事故的发生。

合理可靠的通风系统是防止瓦斯事故和控制灾害扩展的重要措施，为此，瓦斯防治工程与采掘工程，必须同时制定，超前施工，同时投入使用。

矿井隔爆抑爆装置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障，当瓦斯爆炸发生后，依靠预先设置的装置可以阻止爆炸的传播，限制火焰的传播范围，主要有被动式隔爆棚和自动抑爆装置。

2.3煤〔岩〕与瓦斯特别及其预防

煤矿地下采掘过程中，在极短的时间内〔从几秒到几分钟〕，从煤、岩层内以极快的速度向采掘空间内喷出煤〔岩〕和瓦斯的现象，称为煤与瓦斯特别[9]。它是另一类型的瓦斯特别涌出，也是煤矿地下开采过程中的一种动力现象。它所产生的高速瓦斯流能够摧毁巷道设施，破坏通风系统，甚至造成风流逆转；喷出的瓦斯由几百到几万立方米，能使巷道充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸；喷出的煤、岩由几千吨到万吨以上，能够造成煤流埋人；猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。

特别的外部特征是：〔1〕特别的煤、岩在高压气流搬运过程中，浮现分选性堆积，即近处块度大，远处粒度小，堆积坡度小于煤的自然安息角；〔2〕特别过程中煤岩进一步粉碎，产生极细的粉尘，有时特别的堆积物好似风力填充一样密实；〔3〕特别空洞口小肚大，其轴线往往沿着煤层倾斜向上延伸，或与倾向线成不大的夹角；〔4〕特别的相对瓦斯涌出量可以大于煤层的瓦斯含量。

特别的机理是关于解释特别的原因和过程的理论。特别是十分复杂的自然现象，它的机理还没有统一的见解，假说很多，目前多数人认为，特别是地压、瓦斯、煤的力学性质和重力综合作用的结果。

〔1〕特别多发生在一定的采深以后；

〔2〕特别多发生在地质构造带、应力集中区；

〔3〕特别的强度和次数，与煤层厚度、倾角、硬度、透气性等有关；

〔4〕特别与瓦斯关系，瓦斯压力小含量低，可能发生特别；

〔5〕特别大多发生在落煤、放炮工序；

〔6〕特别前有预兆。

防突措施分为区域性防突措施和局部防突措施。

〔1〕区域性防突措施

区域性防突措施主要有开采保护层和预抽瓦斯两种。开采保护层是预防特别最有效、最经济的措施。

1〕开采保护层

在特别矿井中，预先开采的、并能使其他相邻的有特别危险的煤层受到采动影响而减少或丧失特别危险的煤层称为保护层，后开采的煤层称为被保护层。保护层开采后，由于采空区的顶底板岩石冒落，移动，引起的开采煤层四周应力的重新分布，采空区上、下形成应力降低区，在这个区域内的开采煤层地压减少，弹性潜能缓慢释放；煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气性增加；煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。

2〕预抽煤层瓦斯

关于无保护层或单一特别危险煤层的矿井，可以采纳预抽煤层瓦斯作为区域性防突措施。这种措施的实质是，通过一定时间的预先抽放瓦斯，降低特别危险煤层的瓦斯压力和瓦斯含量，并由此引起煤层收缩变形、地应力下降、煤层透气系数增加和煤的强度提升等效应，使被抽放瓦斯的煤体丧失或减弱特别危险性。

〔2〕局部防突措施

大型特别往往发生于石门揭开特别危险煤层时。所以石门揭开特别危险煤层，以及有特别倾向的建设矿井或特别矿井开拓新水平常，井巷揭开所有这类煤层都必须采用防止特别的措施，并制定专门制定。

局部防突措施主要有以下8种：①松动爆破；②钻孔排放瓦斯；③水力冲孔；④超前钻孔；⑤金属骨架；⑥超前支架；⑦卸压槽；⑧震动放炮。

〔3〕瓦斯赋存、煤与瓦斯特别、冲