煤礦爆炸事故及其防治對策

目錄煤礦平安生產形勢國家局治理瓦斯的方針煤礦爆炸事故的類型防止爆炸事故的措施一、煤礦平安生產形勢國有重點煤礦平安生產狀況總體穩定，并趨于好轉平安生產形勢依然嚴峻百萬噸死亡率仍居高不下，職業危害嚴重煤礦事故造成的經濟損失巨大。1.事故根本情況2003年全國煤礦共發生傷亡事故4143起，死亡6434人，同比下降7.9%和8%.重大事故中，國有重點煤礦占13.9%，國有地方煤礦占13.5%，鄉鎮煤礦占72.6%．特別重大事故中，國有重點煤礦占29.1%，國有地方礦占14.4%，鄉鎮煤礦占56.5%．2004年上半年，全國煤礦各類事故1736起，死亡2644人，分別減少9.4%和12.4%.2.瓦斯事故仍然嚴重2002年全國煤礦共發生瓦斯事故743起，死亡2407人，分別占事故總數的17.1%和死亡人數的34.4%．瓦斯煤塵爆炸事故28起，死亡304人．煤與瓦斯突出事故16起，死亡130人．2003年，瓦斯事故584起，死亡2061人，同期分別下降8.9％和10.3％．3.瓦斯對大氣的危害瓦斯主要成分是甲烷，是一種溫室氣體，它的溫室效應是CO2的21倍，對大氣環境造成極大的危害.煤礦的大氣排放的瓦斯量大約每年為90~100億m3．二、國家局治理瓦斯的方針先抽后采以風定產監測監控1.國家提出到2007年

煤礦平安生產控制目標事故死亡人數由現在的7000人，下降至5000人，降幅30%；百萬噸死亡率由現在的4降到3以下，降幅25%；特大事故由目前60起左右降至40起左右，降幅30%；80%的大中型礦井，50%的小礦井要實現平安質量標準化。我國煤礦死亡人數多的事故是瓦斯和頂板事故一次死亡人數多、損失嚴重、對生產和社會影響惡劣的是瓦斯事故我國煤礦發生特別重大事故主要是瓦斯事故實現控制目標的重點是：瓦斯爆炸、煤塵爆炸事故。三、煤礦爆炸事故的類型

瓦斯爆炸煤塵爆炸瓦斯煤塵爆炸1.瓦斯爆炸礦井瓦斯－主要由煤層氣構成的以甲烷為主的有害氣體.煤礦常見的可燃性氣體：甲烷〔ＣＨ4〕、一氧化碳〔ＣＯ〕、氫〔Ｈ2〕等瓦斯爆炸是可燃氣體〔甲烷〕與空氣混合后，在一定條件下遇高溫熱源發生的劇烈的連鎖反響．1.1瓦斯爆炸的反響過程瓦斯爆炸是一個復雜的化學反響過程，是一個連鎖反響。爆炸性混合氣體吸收一定能量后，反響分子鏈斷裂，離解成兩個或兩個以上游離基〔自由基〕。在適合條件下，每一個游離基又進一步分解，再產生兩個或兩個以上的游離基。如此別離下去，游離基愈來愈多，與氧發生的化學反響也愈劇烈，最后開展為燃燒或爆炸。CH4[CH3]和[H][CH3]+O2[HCHO]+[OH][H]+O2[OH]+[O][OH]+CH4[CH2]+[H2O][O]+CH4[OH]+[CH3][HCHO]+O2CO+[O]+H2OCO+O2CO2+[O]一般只用最終結果來表達瓦斯爆炸的化學反響，即：CH4+O2CO2+H2O+833.28Ｊ／mol1.2瓦斯爆炸的條件及其影響因素〔1〕瓦斯濃度〔2〕影響瓦斯爆炸界限的因素混合氣體初始壓力（ＭＰa）爆炸下限（％）爆炸上限（％）0.15.614.31.05.917.25.05.429.412.55.745.7混合氣體初始溫度（℃）爆炸下限（％）爆炸上限（％）206.0013.41005.4513.53005.4014.256003.3516.47003.2518.7590029.00混合物的初始溫度，初始溫度增高時，爆炸范圍擴大〔上限有大的變化〕同系物〔乙烷、丙烷等〕混入，爆炸下限下降。煤塵混入可使瓦斯爆炸下限下降。不同濃度瓦斯的誘導期CH4（%）火源溫度（℃）77582587592597510751175誘導期（S）61.080.380.350.20.120.03971.150.60.360.210.130.0410.0181.250.620.370.220.140.0420.01291.30.650.390.230.140.0440.016101.40.680.410.240.150.0490.018121.640.740.440.250.160.0550.020對于煤塵云，誘導期取決于煤塵的揮發分含量。揮發分10%、30%的煤塵，誘導期相應為0.24s，0.05s。〔3〕氧濃度Ｏ2小于12％ＣＨ4混合氣體失去爆炸性。瓦斯爆炸范圍隨混合氣體氧濃度的降低現時縮小，爆炸下限緩緩增高，爆炸上限那么迅速下降。1.3瓦斯爆炸的危害〔2〕沖擊波沖擊波是傳播壓力的突變．是使介質狀態參數突躍，并以超聲速傳播的壓力波。正向沖擊波傳播時，其波速的壓力10ＫPa～2ＭＰa，正向沖擊波疊加或反射時，可形成高達10ＭＰa的壓力。沖擊波的傳播速度高于音速〔340m/s〕，隨著爆炸波的衰減，沖擊波轉變為聲波。正向、反向和斜向沖擊波通過時引起的危害人體受創傷，多數情況下，這些創傷具有綜合〔創傷、燒傷等〕多樣的特點。沖擊波前沿剩余壓力對人的作用特點0.003~0.01MPa無創傷0.011~0.02MPa頭昏、輕傷0.04MPa中度創傷：震傷、失去知覺、骨折0.06MPa重傷：內臟受傷，嚴重腦震蕩、骨折0.3MPa有較大死亡可能性〔75%〕0.4MPa死亡率為100%沖擊波前沿剩余壓力對物體或巷道的作用特點0.011~0.02MPa:支架局部破壞，密閉被破壞〔密閉不穩定時〕。.021~0.06木支架相當程度被破壞，金屬支架移動，混凝土整體支護發生片狀脫落。0.061~0.3木支架完全破壞，金屬支架局部破壞，發碹巷道出現裂隙，片況脫落，鐵軌變形，枕木脫開，小于1噸的設備整體破壞、變形、位移，大于1噸設備翻倒、位移、局部變形。0.31~0.65金屬支架巷道全長全面破壞，形成密實堆積物，整體鋼筋混凝土支架局部破壞，混凝土整體遭破壞，設備和設施完全破壞。0.66~1.17混凝土支架完全破壞，形成密實堆積物，整體鋼筋混凝土支架相當大破壞，可能形成冒落拱。〔3〕礦井空氣成分改變氧化反響氧被消耗，氧濃度降低分解出對人體有毒和有害氣體形成爆炸性氣體〔4〕瓦斯爆炸最終氣體產物礦井空氣成分變化爆炸下限時最佳爆炸濃度時爆炸上限時O216-1862CO微量12CO2微量9微量水蒸氣小于10小于10小于4H2微量122.煤塵爆炸煤塵是煤炭因機械性撞擊，破碎而產生的固體微粒．煤礦生產過程中產生的粉塵總體小于100μm，其中95%小于80μm。綜采工作面0~0.5mm的煤塵占9.03%〔山東某礦〕綜放工作面0~0.5mm的煤塵占7.23%2.1煤塵爆炸及反響過程煤塵爆炸也是一種劇烈的氧化反響。煤塵粒子在高溫熱源的作用下發生蒸餾和熱分解反響，生成可燃性氣體。生成的各種氣體都按瓦斯的連鎖反響相似的方式進行氧化反響。形成擴散燃燒或爆炸。煤塵粒子的氣相燃燒模型反響生成物O2、H2OO2可燃氣體煤塵粒子熱熱煤塵爆炸反響與燃燒反響是相同的反響形式。煤塵爆炸反響時煤塵粒沒有完全燃燒盡，殘留的碳未燃燒煤塵燃燒反響時，生成的可燃性氣體外碳也被燒盡。煤塵爆炸最終產物數量大、種類多。〔１〕煤塵爆炸的粒度小于0.75~1.0mm的煤塵都能參與爆炸小于60μm的煤塵爆炸性強過小粒徑〔如小于20μm〕爆炸下限有增高趨勢．〔2〕煤塵有無爆炸性的判斷可燃性揮發分VΓ亦稱爆炸性指數，是判斷煤塵有無爆炸性和爆炸性強弱的依據之一．VΓ=Vad/〔100-Mad-Aad〕×100%Vad——空氣干噪煤樣的揮發分產率，%Mad——空氣干噪煤樣的水分產率，%Aad——空氣干噪煤樣的灰分產率，%日本：Vad＞11%粒徑＜0.64mm德國：Vad

＞14%英國：Vad

＞15%粒徑＜0.59mm美國：Vad

＞10%粒徑＜0.64mm前蘇聯：Vad

＞10%粒徑0.75～1mm〔3〕煤塵揮發分與不爆率的關系不爆臨界值：Vad

=6.21%〔4〕煤塵爆炸的濃度范圍各國發表的煤塵爆炸下限濃度各國煤塵爆炸上限濃度我國大同煤塵爆炸上限濃度〔5〕氧氣濃度氧氣濃度對爆炸上下限的影響2.3煤塵爆炸的影響因素爆炸特性爆炸特性——表徵爆炸各種性質的參數，也是表示不同粉塵相對危險程度的參數。一般是從平安工學立場出發，以防止爆炸為目的，直接與防爆措施相關聯的角度來研究這些特性。是指對爆炸特性的影響的主要因素。表徵爆炸特性的參數：爆炸的容易度、爆炸的烈度。〔１〕影響爆炸特性的因素隨粒徑的減小煤塵爆炸下限濃度降低。粒徑減小到某種程度后下限濃度的變化變小。粒徑變大，煤塵爆炸下限濃度增大，粒徑增大到某一值后，爆炸不會發生。隨著粒徑減小，煤塵爆炸壓力增高，爆炸范圍擴大。煤塵粒度對爆炸壓力的影響粒徑對爆炸下限的影響水分的影響灰分的影響灰分的影響沼氣的影響沼氣〔瓦斯〕與煤塵共存時，煤塵爆炸下限濃度下降，爆炸上限濃度提高.爆炸范圍往高濃度側移動，最大達3500g/m3.瓦斯濃度大于6％時，不同煤種的煤塵的爆炸上限濃度之差不大．小于6％時，它們之間差異較大．沼氣的影響〔２〕煤塵爆炸的危害煤塵爆炸具有連續傳播爆炸的特點，一次比一次劇烈，呈跳躍式開展．可能導致全礦井被毀．法國古利耶爾礦發生煤塵爆炸死亡1099人〔當時井下1664人〕，蔓延100km，一年后恢復生產．17起死亡100人以上的特別重大事故中瓦斯煤塵＼瓦斯＼煤塵爆炸事故14起，占82.3％．大同老白洞礦發生的煤塵爆炸事故死亡684人，全井被毀．爆炸生成的氣體中有毒有害氣體生成量最多，除ＣＯ2氣體外，還存在各種碳氫化合物氣體．煤塵爆炸、瓦斯煤塵爆炸成氣體礦井大氣在成分上的變化不同濃度煤塵爆炸時沼氣和煤塵共同參與時爆炸下限濃度時最強爆炸濃度時爆炸上限濃度時氧濃度降低到剩余濃度，%分解出對人健康有毒有害氣體，%

一氧化碳，爆炸下限=12%時二氧化碳水蒸汽分解出爆炸性氣體，%

氫，爆炸下限=4%時沼氣及其同系列5～161～25～108～160～10～22～54～86～912～201～52～53～82～74～86～100～50～3達到0達到16達到12達到24達到16達到5各國對CO的允許濃度的規定中國〔煤礦平安規程〕24ppm〔0.03mg/L〕工業廠房24ppm前蘇聯18ppm〔0.02mg/L〕英國50ppm日本50ppm德國50ppm美國50ppmCO對人的危害人體內的血紅蛋白〔Hb〕通過肺與CO結合生成碳氧血紅蛋白〔CO—Hb〕，阻礙了Hb向體內運送氧的功能，因而使人的體內缺氧。CO與Hb的結合力比O2與Hb的結合力強210~300倍。CO—Hb的濃度到達50~60%時，人就會產生痙攣、昏睡、假死。人對CO的耐受程度CO濃度耐受程度Vol%ppmMg/L0.011000.11可耐受2—3h0.04~0.05400~5000.46~0.6在1h內無明顯作用0.06~0.07600~7000.7~0.81h后才有作用0.1~0.121000~12001.1~1.41h內有不快感0.15~0.221500~22001.7~2.31h內有生命危險>0.440004.01h內致死CO2的允許濃度中國采掘工作面5000ppm英國5000ppm美國5000ppm日本1%德國5000ppmCO2造成的危害當CO2濃度達2.5%〔45mg/L〕時，在1h內不呈現任何中毒病癥；當到達3%時才加深呼吸；到達4%〔72mg/L〕時，才略呈局部刺激，有頭痛感、耳鳴、心悸、血壓升高、眩暈等；到達6%時，病癥更加明顯；到達8%時，呼吸變得十分困難；到達8~10%時，立即發生意志昏沉、痙攣、虛脫，進而停止呼吸，以致死亡；到達20%時，數秒內立即引起中樞神經障礙，生命陷于危險狀態。正向、反向和斜向沖擊波通過時引起的危害人體受創傷，多數情況下，這些創傷具有綜合〔創傷、燒傷等〕多樣的特點。沖擊波前沿剩余壓力對人的作用特點0.003~0.01MPa無創傷0.011~0.02MPa頭昏、輕傷0.04MPa中度創傷：震傷、失去知覺、骨折0.06MPa重傷：內臟受傷，嚴重腦震蕩、骨折0.3MPa有較大死亡可能性〔75%〕0.4MPa死亡率為100%四、防止爆炸事故的措施１．防止瓦斯超限和積聚國外統計：掘進巷道的瓦斯超限有35％發生在停電時，與停電無關的停止局部通風機運轉占13％，風筒破壞占9％，瓦斯局部積聚占22％，其它占21％．原蘇聯的統計：掘進巷道的瓦斯超限次數超過回采工作面5～18倍，瓦斯燃燒和瓦斯爆炸80～90％發生在掘進巷道．因此，保持掘進巷道有效通風對防止瓦斯超限極其重要．巷道防護重點防止巷道頂板附近瓦斯層狀積聚和靠支架附近空洞中瓦斯積聚防止回風巷矸石帶附近和報廢的獨頭巷道瓦斯積聚．防止打鉆時的瓦斯積聚。防止掘進機附近瓦斯積聚。回采工作面的防護重點回采工作面的瓦斯10～60％來自煤壁和落煤時涌出；采空區中來自鄰近層、丟煤和巖層的瓦斯約占30～90％；進風巷或運輸巷中來自運輸機中的煤和煤壁的瓦斯約占5～40％．加強通風是防止回采工作面瓦斯超限、積聚最根本最有效的措施．瓦斯礦井要建立平安可靠的獨立通風系統，實行分區通風，回采和掘工作面都應采用獨立通風方式．防止上隅角瓦斯及工作面與回風巷交界處瓦斯積聚．防止采煤機附近瓦斯積聚防止采空區巖石冒落引起瓦斯燃燒或爆炸．2.瓦斯抽放治理瓦斯災害的治本措施，也是防止瓦斯爆炸的治本之策。本煤層抽放、鄰近層抽放、采空區抽放、綜合抽放。是提高本煤層瓦斯抽放效果而研究成功的預抽瓦斯方法。從運輸巷沿煤層打平行鉆孔和交叉鉆孔進行抽放。交叉鉆孔因卸壓帶疊加影響，相當于加大了鉆孔直徑，提高了抽放效果。交叉布孔鉆孔布置圖初始瓦斯抽放量交叉孔為平行孔的2~53倍；

140d后，瓦斯抽放量交叉孔為平行孔的1.85倍；交叉孔提高抽放量46~102%；鉆孔交叉點鉆孔之間高程差為5~8D。在回采工作面運輸巷和回風巷布置平行于工作面，相隔一定間距，孔深50米左右的爆破孔，二者交替布置。控制孔內不裝藥，爆破孔裝藥段長30米左右。爆破孔直徑75~100mm，控制孔直徑90~150mm。孔間距5~8m，封孔深度10~12m。效果煤層透氣性系數提高3.45倍。預裂爆破抽放率是普通鉆孔抽放率的1.68~2.22倍，一個月抽放率可達15.97%，三個月可達26.6%。工作面瓦斯涌出量平均下降了61.25%，突出危險指標平均下降47.9%。6個月的抽放期內，瓦斯抽放總量可提高1.5倍。ＺＳＭ－250鉆機ZSM-250型順層強力鉆機鉆孔深度：150～250m鉆桿直徑：63mm開孔：95~115mm終孔：90mm鉆孔傾角：0~50?轉速：100.60r/min輸出力矩：1.5、2.4kN.m給進力：78kN效果〔４〕頂板巖石巷道〔高抽巷〕鄰近層瓦斯抽放在開采層頂部裂隙帶內布置專用巷道抽放鄰近層卸壓瓦斯。分走向抽放巷和傾斜抽放巷。高抽巷的適宜位置應選擇在裂隙帶中下部〔即底板以上7~11倍采高〕，鄰層近較密集的層位．應超過破壞冒落高度1~1.5倍采高，以至高抽巷不被破壞。走向高抽巷距回風巷水平投影距離應保證高抽巷處于充分卸壓裂隙帶范圍內，不能超過工作面長度的1／2。效果抽放量大〔平均為17.036m3/min〕，抽放率高〔平均為49.05%，在有效抽放距離內抽放率達63.5%〕鐵法曉南礦鄰近層瓦斯抽放率73.1%〕五礦82042工作面平均抽放量60.99%，抽放濃度65.4%，鄰近層抽放率94.6%．82022工作面上述參數分別為：32.25m3/min，76%和92.6%．走向高抽巷布置圖傾向高抽巷剖面布置圖鉆孔深度：800～1000m鉆桿直徑：89mm開孔直徑：300mm終孔直徑：50~200mm鉆孔傾角：0~±10?功率：90kW最大扭矩：8000kN.m/1000kN.m給進力：250kN轉速：5~200r/min鐵法曉南礦巖石水平長鉆孔鉆場布置示意圖鉆孔迎工作面推進方向布置，鉆孔覆蓋工作面長度的1／2的2／3．鉆孔的傾角和方位角必須在鄰近層裂隙發育帶內．兩面鉆場之間的鉆孔重疊長度應保持20m以上．效果鐵法曉南礦鄰近層瓦斯抽放率73.1%；426d抽出2068km3；陽泉20d平均抽放量為20.3m3/min，瓦斯濃度最高90%，平均60%左右；上鄰近層瓦斯抽放率到達53%〔2個孔〕；噸煤瓦斯抽放本錢降低65%，經濟效益顯著。淮南礦區煤層群柱狀圖C13B11B8B7B6B4A3A170m70m70m60m首采層在開采過程中，頂底板巖層冒落、移動、產生裂隙，形成環形裂隙圈，開采煤層和卸壓煤層內的瓦斯卸壓和解吸。由于瓦斯具有升浮移動和滲流特性，來自大面積的卸壓瓦斯沿裂隙通道聚集到裂隙發育的環形裂隙圈內，形成瓦斯積存庫。把抽放鉆孔和巷道布置在環形裂隙圈內，可以抽放出大量瓦斯。將頂板抽放鉆孔或巷道布置在距離回風巷一定垂距和平距的位置，有利于控制采空區瓦斯積聚，提高抽放量和抽放率。潘三礦距煤層10~16m，與回風巷水平距離5~15m，鉆場間距70~100米。效果淮南潘三礦采用“環形裂隙圈內走向長鉆孔法〞抽放瓦斯，工作面瓦斯涌出量33m3/min，鉆孔抽放量達15m3/min。李一礦采用環形裂隙圈巷道抽放瓦斯最高抽放瓦斯純量達7.8m3/min。保護層開采后，其上覆巖層將形成冒落帶，裂隙帶和彎曲下沉帶。根據巷道維護，確保抽放濃度，不誤穿突出層等因素綜合考慮，在距主采層〔突出煤層〕底板10~20米的花斑粘土巖和砂巖中布置抽和巷道，在抽放巷內向主采層打網格上向穿層鉆孔抽放瓦斯．卸壓煤層底板巖巷和網格式上向穿層鉆孔遠程卸壓法投放瓦斯現場布置圖潘一礦應用效果C13煤層掘進工作面防突效果檢驗，卸壓區域內鉆孔瓦斯涌出初速度的最大值小于臨界值4L/min，鉆屑量最大值低于臨界值6kg/m，消除了突出危險性。煤巷平均月掘進速度提高2.5倍，到達200m/月以上，瓦斯涌出量僅1.8m3/min，回采工作面產量提高3倍左右，到達5100噸/天。瓦斯涌出量由25m3/min降低到5m3/min.回風流平均瓦斯濃度由1.15%降低到0.5%。保護層和主采層開采后，采空區下方巖層向采空區膨脹開成裂隙，使得下方煤體產生位移，透氣性增加，瓦斯壓力減小，煤體中瓦斯解吸．在此裂隙帶的底板布置巷道和網格式穿層鉆孔就可實現多重高效抽放瓦斯．新莊孜礦實施效果鉆孔單孔最大瓦斯流量到達了0.442m3/min，比未卸壓前的0.009m3/min增大了48.1倍，B7a煤層的瓦斯含量由9.43m3/t降至0.58%m3/t，降低了93.8%，B6煤層的瓦斯含量由9.26m3/t降至1．44%m3/t，降低了84.4%，B4煤層的瓦斯含量由11.66m3/t降至1．64%m3/t，降低了83.9%。B6煤巷掘進提高60m/月，回采工作面提高了4032t/月。①引巷密閉插管抽放法在工作面起采線附近預留專用巷道，向采空區密閉插管抽放。在老虎臺礦54001-1綜采工作面9個月共抽出瓦斯2.2Mm3，抽放率到達93.69%，根本消除了瓦斯超限和瓦斯積聚。②鉆孔抽放法利用采空區周邊已有巷道向采空區打鉆孔，抽放采空區瓦斯。在綜放工作面11個月抽出瓦斯21.12Mm3，抽放率到達88.07%。③埋管抽放法將抽放瓦斯管埋設在采空區起采線附近，實施抽放。在平頂山礦區試驗結果說明，極大地減少了采空區向采場瓦斯的涌出量，提高了抽放量和濃度，抽放率到達57%。④采空區瓦斯抽放應注意的幾點加強監測，只要符合以下要求就能實施平安抽放：O2≯7%，最大≯10%；CO濃度≯臨界值〔由開采礦井考查確定，撫順礦區確定為CO≤50ppm〕；利用瓦斯時，抽放瓦斯濃度≮30%。不利用瓦斯，采用干式抽放瓦斯設備時，抽放瓦斯濃度≮25%。混合氣體溫度不得大于所在場所〔地點〕的空氣溫度。4．防止煤塵爆炸措施撒布巖粉法巖粉應具有：比熱容大、密度小、不溶或難溶于水、吸濕性小、無毒無嗅化學性質穩定，不燃燒、飛揚性好反射能力強〔即顏色淺〕等特點．巖粉質量要求可燃物的含有率不得超過5％，游離二氧化硅含量不得超過10％，不含砷＼五氧化二磷不超過10％，巖粉粒度會部小于0.5mm，其中70％以上小于0.075mm。呈現淺色。巖粉撒布量確實定在大型煤層爆炸試驗巷道內，進行實際規模實驗確定。實驗室專用試驗裝置試驗確定，大型試驗巷道試驗驗證。計算法：Ｒ＝[N-〔a+b〕]/[100－〔a+b〕]×100%r=[R/(100-R)]Z式中：Ｒ-巖粉撒布率Ｎ－控制煤塵爆炸所必須的不燃物量，％r－巖粉撒布量a－煤塵中的不燃物含量〔灰分＋水分〕％b－混入煤塵中的不燃物量〔天然巖粉＋付著水分〕，％Ｚ－沉積煤塵的絕對量，t。瓦斯礦井條件下，當瓦斯濃度在３％以下時：Ｓ＝100-1250/V+F(208/V)式中：Ｓ－瓦斯共存時的巖粉用量，％Ｖ－煤塵的揮發分含量％Ｆ－瓦斯濃度％．煤礦防塵標準規定：巷道中煤塵和巖粉混合粉塵中，不燃物質組份不得低于60％，如果巷道風流中含有0.5%以上的甲烷那么不燃物質組份不低于90％．撒布巖粉的巷道長度不得小