煤矿瓦斯爆炸典型案例分析及防治.ppt

瓦斯爆炸事故案例分析,俞启香教授、博导、国家安全生产专家）中国矿业大学国家煤矿瓦斯治理工程研究中心,主要内容,瓦斯爆炸事故案例及其分析例1、阜新孙家湾煤矿海州立井2005年“2.14”特别重大瓦斯爆炸事故例2、鹤壁二矿2005年“10.3”特别重大瓦斯爆炸事故,瓦斯爆炸事故案例分析（例1）2005年2月14日阜新孙家湾煤矿海州立井发生特别重大瓦斯爆炸事故，死亡214人,受伤30人，其中重伤8人。,主要内容一、事故矿井基本情况二、事故发生时间认定三、爆源点的认定四、事故类别认定五、瓦斯来源分析六、引爆火源分析七、灾害波及范围分析八、爆炸强度分析九、事故结论十、事故的技术层面的反思十一、事故间接原因分析,孙家湾煤矿隶属于阜新矿业（集团）公司，系原孙家湾斜井和海州立井合并。生产能力2003年4月28日孙家湾煤矿海州立井年设计能力150万t（未经核定）2004年生产148.8万t，其中海州立井产95.1万t，孙家湾斜井产53.7万t（04年8月后不产煤）。2005年计划150万t，1月已产15.5万t。回采工艺综合机械化放顶煤和炮采放顶煤开采生产采区331采区和242采区通风系统两翼对角混合抽出式通风,一、事故矿井基本情况,,通风系统示意图,,242采区,331采区,安全基本状况绝对瓦斯涌出量23.01m3/min相对瓦斯涌出量13.7m3/t331采区相对涌出量7.27m3/t矿井瓦斯等级高瓦斯矿井煤尘爆炸指数40.88瓦斯抽放系统3台移动抽放泵抽放能力140m3/minKJ75型矿井瓦斯监测监控系统,二、事故发生时间认定,事故发生时间2005年2月14日15时01分主要依据--矿井安全监控系统监测信号中断时间为2005年2月14日15时01分。--阜新地震台监测到的瓦斯爆炸震动波出现时间为2005年2月14日15时01分,三、爆源点的认定,爆源点-500m水平3316架子道内，距专用回风道8m处的配电点1.从冲击波造成的物体位移方向分析井下只有3316架子道配电点爆炸，其冲击波传播方向呈放射状2.从3316架子道配电点处的火源迹象分析有引爆火源的迹象（具体见火源分析）,四、事故类别认定,事故类别瓦斯爆炸事故（1）高瓦斯矿井。（2）造成的冲击波破坏现象十分明显。（3）有爆炸声及浓烟产生（4）有大量有毒有害气体产生（5）爆炸前有高浓度的瓦斯异常涌出，爆炸后有残存瓦斯（6）灾区内未发现煤尘结焦现象，可排除煤尘参与爆炸的可能。（7）事故前爆源点附近未储存、使用炸药等其它爆炸物品。,五、瓦斯来源分析1.冲击地压（矿震）造成3316外风道局部区域瓦斯异常涌出并达到爆炸界限（1）从冲击地压监测报表及矿井安全监控系统监测数据方面进行分析据阜新市地震局提供的资料，2005年2月14日14时49分38.6秒阜新市孙家湾矿区发生了震级为ML2.7级冲击地压；冲击地压发生后11分发生瓦斯爆炸，考虑到瓦斯从涌出点扩散至爆源点、达到爆炸界限的时间，以及在该时间段内带电检修，则冲击地压与瓦斯爆炸两者在时间上有因果关系。,,瓦斯爆炸造成的遇难人员分布,,,,,,,,,,,,,,,,爆点,局部停风积聚瓦斯,冲击地压底鼓顶冒帮片大量涌瓦斯,,＞4,高瓦斯矿井采区无专用回风下山；采区进回风下山皆未贯穿整个采区；3316风巷掘进从3315皮带巷开口，致3315采面和3316风巷掘进都不是独立通风。,,,,,,参与爆炸巷道,,（2）冲击地压引起瓦斯异常涌出，冲击地压发生时间和3316风道的36监测点，3316外风道53监测点瓦斯浓度值的变化，在时间和空间有对应关系①事故前，3316风道回风的36监测点在14时49分瓦斯浓度为2，已严重超限；3316外风道进风系其回风渗入新风（53监测点，若无其他瓦斯，瓦斯浓度应低于36监测点瓦斯浓度；②3316外风道进风53监测点从14时50分20秒已超限的瓦斯浓度1.29，到14时52分29秒急剧增加至4以上，表明36监测点与53监测点之间因冲击地压有额外瓦斯源补充，且补充速度极为迅速。③据现场勘察，冲击地压导致的巷道底臌、冒顶、巷帮变形发生3316外风道53监测点前后。,（3）事故后，3316外风道仍有大量瓦斯涌出。（4）从3316外风道处地质构造状况进行分析3316风道外侧正处于一背斜转向斜的构造地带，且3316架子道斜交于向斜轴部。,,冲击地压致使3316外风道刮板运输机支起,,插图冲击地压致使3316外风道底臌,,2.3316风道有积聚瓦斯排出（1）3316风道工作面（37甲烷传感器）14时40分监测信号恢复时，瓦斯浓度为2.09左右；14时47分开始下降，于14时52分下降至0.3。（2）在3316风道工作面瓦斯下降的同时，3316风道回风（36甲烷传感器）于14时49分瓦斯浓度达2.04峰值，说明3316风道工作面集聚瓦斯排出。（3）瓦斯排放时间与回风侧3316外风道冲击地压发生时间（14时49分38秒）对应；,结论3316外风道因冲击地压异常涌出瓦斯与3316风道工作面排出的积聚瓦斯混合参与瓦斯爆炸。冲击地压前爆源点瓦斯已超限，与冲击地压过程喷出瓦斯叠加达到爆炸浓度。,六、引爆火源分析,引爆瓦斯的火源-500m水平3316架子道内，距专用回风道8m处的配电点ZBZ-4.0M127V型照明信号综合装置接线腔内电火花。,,（1）3316架子道配电点ZBZ-4.0M127V型照明信号综合装置上方顶板，两排钢筋、锚杆托盘呈红锈色，有明显过火痕迹；相邻钢筋没有相似痕迹。,,,23316架子道照明信号综合装置接线腔内有两个接线端子的压紧螺帽松动，一个是接线腔内接地端子，另一个是一相动力电源线接线端子，开关在带电作业下电缆扰动可产生电火花。接线腔没有盖板。,接线腔内两个接线端子有剩余长约2～2.5cm的二根铜芯丝，其端头圆滑有熔化迹象,插图爆源点附近钻机控制手把煤尘附着状况,（3）3316架子道配电点靠煤帮一侧附近发现该照明信号综合装置接线腔盖板和一只附着其上的螺丝，该螺丝中部弯曲120内角、有扭丝和丝扣拉伤痕迹；接线腔盖板防爆结合面侧固定该螺丝的螺孔有明显压伤痕迹；接线腔防爆结合面处，固定该螺丝的螺孔也有明显向外拉伤凸起痕迹；表明接线腔内爆炸压力大于配电点处环境压力。（4）3316架子道配电点附近有10人遇难，并发现两串钥匙和一个扳手，表明事故现场有人作业。,因冲击波和高温火焰的破坏范围331采区3315工作面及其进回风巷、3316风道、3316皮带道、331区轨道下山、331区运煤下山、331区回风斜下、扫泥道、太上一皮运煤道、四皮运煤道、-340盲斜下山，水平大巷；242采区部分巷道。事故造成伤亡人员及破坏情况如图所示,七、灾害波及范围分析,,瓦斯爆炸造成的遇难人员分布,,,,,,,,,,,,,,,,爆点,局部停风积聚瓦斯,冲击地压底鼓顶冒帮片大量涌瓦斯,,＞4,高瓦斯矿井采区无专用回风下山；采区进回风下山皆未贯穿整个采区；3316风巷掘进从3315皮带巷开口，致3315采面和3316风巷掘进都不是独立通风。,,,,,,参与爆炸巷道,,插图爆炸对盲斜下山支护的破坏状况,,八、爆炸强度分析,1.参与爆炸的瓦斯源所在巷道3316外风道中水仓口至外风道掘进头；3316架子道；3316盲斜下山；331轨道下山中自盲斜下山巷口至3315风道口一段。2.瓦斯源所在巷道的瓦斯浓度3316架子道自专用回风道巷口以外一段巷道、331轨道下山中自盲斜下山巷口至3315风道口一段中3.983316架子道自专用回风道巷口以里一段巷道8.06,3.参与爆炸的总瓦斯量246m34.爆炸前异常涌出的总瓦斯量624m35.爆炸强度相当于705kgTNT炸药爆炸效应，1kg碳氢化合物与空气混合的爆炸效应相当于4kgTNT炸药，甲烷的密度0.716kg/Nm3,即1m3甲烷与空气混合的爆炸效应相当于2.86kgTNT炸药,九、结论,事故类别瓦斯爆炸事故时间2005年2月14日15时01分爆源点-500m水平3316架子道内，距专用回风道8m的配电点处；瓦斯来源3316外风道因冲击地压造成的异常涌出的大量高浓度瓦斯与3316风道停工掘进工作面积聚的瓦斯排出混合；引爆火源3316架子道内，距专用回风道8m的配电点处，带电检修ZBZ-4.0M127V型照明信号综合装置，接线腔内产生电火花。,十、事故的技术层面的反思为什么现代化国有重点矿会发生这样大的灾害冲击地压特大瓦斯爆炸，与大平矿事故类似，应急救援能力弱，未能斩断原发性灾害向继发性灾害转化的致灾链1、瓦斯源冲击地压防治、瓦斯异常涌出源，预抽措施失效（延伸到突出、采空区、盲巷违规排放的瓦斯异常涌出源控制）；反思各矿出现瓦斯异常涌出防治与能否避免成灾。,,2、瓦斯异常涌出信息的及时获取、诊断和快速响应失效爆炸浓度瓦斯充满千米巷道达近十分钟未能发现和采取应急措施；监测监控失效不仅必须设置瓦斯监控系统，而且必须注意系统功能的有效性及应用可靠性；（1）瓦斯异常信息的获取（井下便携式仪器的重要作用、监测点的正确布置、井上异常信息的处理）；（2）瓦斯异常信息的快速响应（报警、断电、异地断电；（3）监测信息的及时诊断（怀疑误报、井下、井上信息的处理程序。,3、火源带电检修（多次引起特大瓦斯爆炸事故的违规行为）4、灾害扩大化（1）通风系统的可靠性合理性（开采与掘进接替紧张、为节省巷道而失去独立、合理性）。①下山工作面；②331采区无专用回风巷道；③由上阶段工作面运输巷道中部开下阶段回风巷。（2）人员密集，劳动组织混乱。,5设备采购（1）“ZBZ-4.0M127V型照明信号综合装置”样机正在进行电气性能检验，防爆性能尚未检验，不可能取得该产品的安全标志许可证。（2）该事故开关名牌标注的防爆合格证号在CMExC后无编号；安全标志“MA”号（20034172）经网上查询为非该开关型号。,十一、间接原因分析,1、超能力生产核定生产能力90万t/a，2005年1月实际生产15.5万t，加剧了采掘关系失调；风量不足，瓦斯浓度超限2、巷道布置不合理1）采区无专用回风巷；2）采区进、回风巷未贯通整个采区，边生产边延伸；3）3316风道掘进工作面是从3315皮带道与3316风道之间联络巷开口掘进的，致使3315综放面和3316风道掘进面都没有独立的通风系统。,十一、间接原因分析,3、机电管理混乱1）爆源处工人带电检修综保装置，严重违章；2）使用电气产品不符合规定（1）综保装置无有效安全标志许可证，无有效防爆合格证，”MA”标志系伪造；（2）安设在回风系统中的电气设备没有实现瓦斯电闭锁，瓦斯超限时不能及时断电，致使工人无证违章带电作业引发瓦斯爆炸。4、劳动组织不合理，管理混乱1）事故当班入井574人，在事故区多工种、人员密集、同时交叉作业，构成群死群伤隐患；2）有3支外包工程队在井下进行采掘作业，以包代管，特殊工种无证上岗。,十一、间接原因分析,5、未采取综合防治冲击地压措施矿井虽然有防治冲击地压办公室和防治冲击地压队，也制订了3316顺槽防治冲击地压安全技术措施，但未按煤矿安全规程第84条规定，“应根据预测预报等实际考察资料和积累的数据划分冲击地压危险程度等级并制订相应的综合防治措施。”6、安全监控管理违规，应急处置不当1）当3316风道瓦斯传感器发生通讯中断，无监测数据现象时，没有执行煤矿安全规程第162条规定“安全监控设备发生故障时，必须及时处理，在故障期间必须有安全措施。”2）从冲击地压发生，（瓦斯异常涌出，瓦斯超限）到瓦斯爆炸11分钟时间内，高浓度瓦斯充满千余m巷道，回风系统的电气设备未能断电，井下现场有关人员未采取有效措施，监测中心值班人员失掉时机，处置不当。,十一、间接原因分析,7、安全管理制度不健全，落实不到位矿井虽然配有便携瓦斯检测仪和自救器，但由于安全管理制度不健全、落实不到位，致使有关人员下井不带便携瓦斯检测仪，未执行煤矿安全规程第10条“入井人员随身携戴自救器”的规定。8、职工队伍素质低，不符合安全生产的要求职工队伍文化基础低，专业知识弱，满足不了现代化复杂矿井安全生产的要求。矿长系小学文化水平，难以承担起现代化复杂矿井管理职责；工程技术人员流失严重，技术管理人才短缺；2000年以来，阜新矿业集团公司分配来的大专毕业生只有15人。,例2鹤壁煤业公司二矿采煤工作面“10.3”特别重大瓦斯爆炸事故,直接原因的认定与分析,2005年10月3日4时36分，河南省鹤壁煤业（集团）公司二矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，造成34人死亡、19人受伤。,一、矿井及工作面概况二、事故直接原因三、事故结论四、规程修改有关规定,主要内容,一、矿井及工作面概况,河南省鹤壁煤业（集团）公司二矿，建于1956年，1958年投入生产，属国有重点煤矿，设计年生产能力60万t，2005年核定年生产能力84万t。2004年矿井生产原煤69.24万t，2005年1～9月份实际原煤产量达51.82万t。2005年8月份矿井瓦斯等级鉴定结果绝对瓦斯涌出量为18.90m3/min，相对瓦斯涌出量为11.37m3/t，瓦斯等级为高瓦斯矿井。,一、矿井及工作面概况,1、矿井概况,煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为16.21。煤层自燃倾向等级为Ⅲ类，属不易自燃，最短发火期为148天。矿井开拓方式为立井、暗斜井多水平上、下山开拓，分为三个开采水平。目前，北翼一、二水平和南翼已全部结束，矿井开采均集中在北翼三水平。矿井建立了井下移动式瓦斯抽放系统，安装2台2BEF-4002水环式真空泵。矿井建有地面注浆灭火系统和完整的防尘系统。矿井安装有KJ4煤矿安全生产监测监控系统。,一、矿井及工作面概况,1、矿井概况,矿井采用混合式通风方式，由主、副井和北翼副井进风，北翼风井回风，配备2K60－24型轴流式主要通风机两台，其中一台备用。矿井采用炮采放顶煤和综合机械化放顶煤采煤方法，工作面采用走向长壁布置，用全部冒落法管理顶板。矿井现有三个采煤工作面和两个煤巷掘进工作面。,一、矿井及工作面概况,1、矿井概况,38采区北煤柱1工作面位于3806工作面（已采）东北部，3804工作面（已采）东南部，F100N45号断层的西北部，东北与四矿井田相接。与3806工作面、3804工作面采空区之间分别留有20m、25m区段煤柱。工作面上、下顺槽沿底布置，采用倾斜长壁炮采放顶煤采煤方法，全部垮落法管理顶板。工作面走向长220m，斜长111.9m，开采二叠系山西统下部二1煤层,煤层平均厚度7.76m，平均倾角12。由于煤层顶煤坚硬，需采用预裂爆破，设计预裂爆破眼中心布置在距切顶线1.4m，垂直顶煤沿倾斜方向打一排爆破眼，爆破眼间距1.2m，要求1深1浅，眼深分别为5m和2.5m。,一、矿井及工作面概况,2、工作面概况,该工作面制定了较为完整的工作面作业规程、工作面“一通三防”设计、工作面瓦斯抽放设计、工作面初采初放安全技术措施、工作面回采期间保证通风稳定的安全技术措施和工作面回采期间防治瓦斯安全技术措施。,一、矿井及工作面概况,2、工作面概况,工作面通风系统示意图,二、事故的直接原因,1、事故概述2、瓦斯爆炸时间及爆炸类型3、瓦斯爆炸爆源点的认定4、爆炸瓦斯源的认定5、爆炸火源的认定,二、事故的直接原因,1、事故的概述,2005年10月3日4时36分，矿井38采区北煤柱1工作面靠近上隅角的顶煤17预裂炮眼附近采空区瓦斯浓度达到爆炸和燃烧浓度；顶煤预裂炮眼向采空区方向倾斜，造成装药中心位置至采空区一侧自由面的最小抵抗线不足，炸药起爆后产生爆燃，引燃采空区瓦斯，形成瓦斯爆炸。瓦斯爆炸冲击波主要波及工作面、上顺槽、联络巷、中切巷、外切巷、回风巷和运输巷；工作面有冲击波作用和高温过火痕迹；冲击波对下顺槽和边界巷冲击作用不明显。,据矿井安全监控系统运行记录，确定引发瓦斯爆炸时间为2005年10月3日4时36分。事故性质是瓦斯爆炸事故。,二、事故的直接原因,2、瓦斯爆炸时间及爆炸类型,瓦斯爆炸爆（火）源点在38采区北煤柱1工作面上隅角顶煤17预裂炮眼附近采空区内，主要依据是,爆炸冲击波从工作面上隅角采空区内冲出，孔洞正对工作面上顺槽，致使爆炸冲击波主要沿工作面上顺槽向外传播；工作面有冲击波作用和高温过火痕迹。引火源是向采空区方向倾斜的顶煤预裂炮眼中的炸药，放炮炮火冲破顶煤采空区一侧最小抵抗线引爆瓦斯。现场勘察发现上隅角附近的17及18预裂炮眼已经放过炮，炮眼下面有爆破震落的煤渣，在工作面找到了放炮器和雷管脚线；工作面逃生人员证实，当时正在上隅角附近进行预裂爆破作业，听到放炮声后，发现瓦斯燃烧火焰。,二、事故的直接原因,3、瓦斯爆炸的爆源点认定,事故牺牲人员中大多数为一氧化碳中毒死亡，也间接证明，瓦斯爆炸产生大量一氧化碳。爆源点有瓦斯源，现场实际测定，采空区内距底板3.1m高瓦斯浓度为5.5,距底板3.8m高瓦斯浓度大于10％；工作面顶煤放煤过程中释放的瓦斯一部分在采空区漏风流的作用下向工作面上隅角附近的采空区积聚，使该处采空区顶部瓦斯浓度长期处于爆炸和燃烧浓度。,二、事故的直接原因,3、瓦斯爆炸爆源点认定,爆炸冲击波传播,,现场勘察证据,图11,,图10,,图1,,,图9,图6,,,图8,图3,图4,,,图2,,图5,,,图7,,在距上隅角32～35m的放煤口，对采空区内的瓦斯浓度进行了测定，在工作面后部1.5m处，距底板3.1m高瓦斯浓度为5.5,距底板3.8m高瓦斯浓度大于10％。18个预裂炮眼内的瓦斯浓度测定结果中，有9个炮眼中瓦斯浓度大于5％。由工作面瓦斯涌出分析可知，该工作面相对瓦斯涌出量达18.92m3/t。靠近上隅角附近的采空区内顶部存在浓度达到爆炸和燃烧的高浓度瓦斯,二、事故的直接原因,4、爆炸瓦斯源认定,二、事故的直接原因,4、爆炸瓦斯源的认定,采空区瓦斯浓度分布,二、事故的直接原因,5、爆炸引火源的认定,引火源是向采空区方向倾斜的顶煤预裂炮眼中的炸药爆破火焰；现场实际测定，20个炮眼向采空区倾斜角度为47～74，多数为55左右，距离切顶线距离范围为0.55m～1.20m。20个炮眼中，17＃和18＃两个炮眼放过炮，现场留有放炮器和放炮母线。现场逃生人员也证明了放炮过程。,二、事故的直接原因,5、爆炸引火源的认定,三、结论,鹤壁二矿‘10.3’特别重大瓦斯爆炸事故瓦斯爆炸时间2005年10月3日4时36分，瓦斯爆炸爆源点在38采区北煤柱1工作面上隅角的17预裂炮眼附近采空区内；瓦斯积聚原因顶煤爆破过程中释放的瓦斯，在采空区积聚，使该处采空区顶部瓦斯浓度长期处于爆炸和燃烧浓度；引火源顶煤预裂爆破炮眼向采空区方向倾斜，造成装药中心位置至采空区一侧自由面的最小抵抗线不足，炸药起爆后产生爆燃，引燃采空区瓦斯。,四、第68条第（三）款规定,第六十八条采用放顶煤开采时，必须遵守下列规定（2006年10月修改后）（三）采用预裂爆破对坚硬顶板或者坚硬顶煤进行弱化处理时，应在工作面未采动区进行，并制定专门的安全技术措施。严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理顶煤、顶板及卡在放煤口的大块煤（矸）。,感谢各位领导、专家,