陳家山事故分析

陜西省銅川陳家山煤礦

“11.28”特大瓦斯爆炸事故分析河南理工大學(xué)王兆豐

2007年1月一、礦井及事故概況

陳家山煤礦位于銅川市北部約40公里處，為焦坪礦區(qū)西部邊緣井田，走向長(zhǎng)5.5km，傾斜寬3.7km，面積20.4km2，可采儲(chǔ)量150Mt，設(shè)計(jì)能力為1.50Mt，服務(wù)年限約70年。1982年12月建成投產(chǎn)，2004年申報(bào)核定生產(chǎn)能力2.41Mt。礦井在冊(cè)職工3504人，一個(gè)綜采隊(duì)、三個(gè)綜掘隊(duì)、兩個(gè)炮掘隊(duì)，采掘機(jī)械化程度分別達(dá)到100%和75.7%。

井田內(nèi)煤、油、氣共生，火、瓦斯等自然災(zāi)害嚴(yán)重。礦井主要開采侏羅系4-2#煤層，平均可采厚度12m，煤質(zhì)為中灰、低磷、低硫、不粘結(jié)長(zhǎng)焰煤。煤層堅(jiān)硬，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f=0.8～2.1。

煤層有自然發(fā)火危險(xiǎn)，發(fā)火期3-6個(gè)月，最短發(fā)火期24天，屬易自燃煤層；煤塵爆炸指數(shù)為35.42%，火焰長(zhǎng)度大于400mm，有爆炸危險(xiǎn)。

1991年11月20日11時(shí)左右，在四采區(qū)軌道下山掘進(jìn)過程中，放炮誘發(fā)巖石與油氣突出，拋出巖石101t，噴出瓦斯11736m3，并滲出原油近10t。1993年經(jīng)煤科總院重慶分院鑒定，4-2#煤層底板三疊系T3砂巖層為突出巖層。隨后，礦井調(diào)整采掘部署，將原設(shè)計(jì)在T3砂巖層的巷道全部調(diào)整到4-2#煤層內(nèi)布置。此后一直沒有再發(fā)生過煤、巖石與瓦斯突出，也未見任何突出預(yù)兆。2003年再次經(jīng)煤炭科學(xué)研究總院重慶分院鑒定，并經(jīng)陜西省煤炭工業(yè)局審批為：在確保所有井巷工程不進(jìn)入4-2#煤層底板、4-2#煤層底部距離T3含油氣砂巖層頂部法線距離10m以上時(shí)，可認(rèn)定為非突出礦井。2004年礦井瓦斯鑒定結(jié)果為：礦井絕對(duì)瓦斯涌出量107.61m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量20.44m3/t，屬高瓦斯礦井。

礦井采用平硐與斜井開拓方式、走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化低位放頂煤開采方法、全部垮落法管理頂板。礦井采用多井筒進(jìn)風(fēng)、采區(qū)分區(qū)抽出式回風(fēng)的通風(fēng)方式，目前僅開采四采區(qū)，一礦一面集約化開采。328m3/min860m3/min1120m3/min1350m3/min1500m3/min640m3/min600m3/min360m3/min490m3/min8491m3/min80m3/min2408m3/min2065m3/min520m3/min320m3/min920m3/min800m3/min

礦井共有8個(gè)進(jìn)風(fēng)井筒，1個(gè)回風(fēng)井筒,總進(jìn)8221m3/min,風(fēng)井總回風(fēng)8491m3/min，有效風(fēng)量率為85.3%。礦井主扇型號(hào)為：BDK-8-№28（對(duì)旋式），電機(jī)功率為2×355kw，其中一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，最大通風(fēng)風(fēng)量可達(dá)到10000m3/min。井下局部通風(fēng)均采用雙風(fēng)機(jī)、雙電源并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分風(fēng)、自動(dòng)切換。且具有風(fēng)電、瓦斯電閉鎖裝置。

415工作面是礦井唯一的煤炭生產(chǎn)工作面，于2004年2月15日投產(chǎn)，已回采800m以上。工作面采用兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式，即運(yùn)順進(jìn)風(fēng)通過工作面，由回順回風(fēng)，還有一部分風(fēng)流經(jīng)采空區(qū)進(jìn)入高位巷，形成高瓦斯?jié)舛蕊L(fēng)流。灌漿巷進(jìn)風(fēng)，一部分經(jīng)局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)入灌漿巷橫川以里，供瓦斯抽放、灌漿防滅火等作業(yè)用；主體風(fēng)流經(jīng)與高位巷聯(lián)接的橫川進(jìn)入高位巷，與高位巷中高瓦斯?jié)舛鹊娘L(fēng)流混合，將瓦斯?jié)舛认♂尩?.5%以下，由高位巷回風(fēng)；在高位巷橫川以里的一段較長(zhǎng)時(shí)，由灌漿巷引入局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，將高瓦斯?jié)舛榷慰刂圃?0m以內(nèi)。

415工作面是礦井唯一的煤炭生產(chǎn)工作面，于2004年2月15日投產(chǎn)，已回采800m以上。工作面采用兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式，即運(yùn)順進(jìn)風(fēng)通過工作面，由回順回風(fēng)，還有一部分風(fēng)流經(jīng)采空區(qū)進(jìn)入高位巷，形成高瓦斯?jié)舛蕊L(fēng)流。灌漿巷進(jìn)風(fēng)，一部分經(jīng)局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)入灌漿巷橫川以里，供瓦斯抽放、灌漿防滅火等作業(yè)用；主體風(fēng)流經(jīng)與高位巷聯(lián)接的橫川進(jìn)入高位巷，與高位巷中高瓦斯?jié)舛鹊娘L(fēng)流混合，將瓦斯?jié)舛认♂尩?.5%以下，由高位巷回風(fēng)；在高位巷橫川以里的一段較長(zhǎng)時(shí)，由灌漿巷引入局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，將高瓦斯?jié)舛榷慰刂圃?0m以內(nèi)。高冒帶抽放鉆孔注漿鉆孔灌漿巷回順高位巷運(yùn)順冒落拱順煤層鉆孔高冒帶抽放鉆孔注漿鉆孔灌漿巷回順高位巷運(yùn)順冒落拱順煤層鉆孔

礦井主要采用風(fēng)排和抽放兩種方式治理瓦斯。事故前礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為79.04m3/min，風(fēng)排52.25m3/min，抽放26.79m3/min，礦井瓦斯抽放率33.89%。礦井設(shè)有3套獨(dú)立的瓦斯抽放系統(tǒng)。風(fēng)井瓦斯抽放泵房有兩套瓦斯抽放泵：一套2BEC60泵系統(tǒng)，抽放416運(yùn)順瓦斯，抽放瓦斯?jié)舛?～11%，混合瓦斯流量56～60m3/min，純瓦斯流量4.5～6m3/min；一套SKA-670泵系統(tǒng)，2004年7月開始抽放415采空區(qū)瓦斯，抽放瓦斯?jié)舛?5～20%，混合瓦斯流量110～135m3/min，純瓦斯流量20.25～27m3/min。衣食村瓦斯抽放泵房有一套2BEC60泵系統(tǒng)抽放416灌漿巷、高位巷、回順的瓦斯，抽放瓦斯?jié)舛?～8%，混合瓦斯流量50～70m3/min，純瓦斯流量3～5m3/min。隨著416灌漿巷進(jìn)入低瓦斯區(qū)，鉆孔瓦斯抽放濃度降低，9月24日瓦斯?jié)舛冉档偷?%，因而將衣食村瓦斯抽放泵停機(jī)，416灌漿巷、高位巷、回順的瓦斯抽放轉(zhuǎn)交給安子溝2BEC60泵系統(tǒng)承擔(dān)。2004年1～11月總抽放量為18.54Mm3，其中415抽放量為14.20Mm3（衣食村2BEC60泵抽0.59Mm3，安子溝SKA-670泵抽8.25Mm3），416抽放量為4.34Mm3。415工作面風(fēng)排瓦斯量29.52m3/min,瓦斯抽放量20.25m3/min,合計(jì)瓦斯涌出量49.77m3/min,瓦斯抽放率為40.69%。

礦井瓦斯主要來自回采工作面，回采工作面瓦斯30%來自本煤層工作面煤壁和落煤，70%來自頂?shù)装逵蜌鈱雍筒煽諈^(qū)。本煤層透氣性較好，因此礦井主要采用走向長(zhǎng)鉆孔（約700m）煤層瓦斯預(yù)抽、傾斜順煤層鉆孔預(yù)抽、掘進(jìn)工作面邊掘邊抽、灌漿巷采空區(qū)高冒帶鉆孔卸壓抽放等瓦斯綜合抽放方法。高冒帶抽放鉆孔注漿鉆孔灌漿巷回順高位巷運(yùn)順冒落拱順煤層鉆孔

圖3采煤工作面瓦斯抽放方法示意圖

416灌漿巷、運(yùn)順安設(shè)￠300mm管路3500m，￠150mm管路500m，施工長(zhǎng)孔鉆場(chǎng)9個(gè)、長(zhǎng)鉆孔15個(gè)，長(zhǎng)鉆孔總長(zhǎng)6400m;施工短鉆孔鉆場(chǎng)25個(gè)，鉆孔170個(gè)，鉆孔總長(zhǎng)14000m；施工頂板抽放孔80組共400個(gè)；共預(yù)抽瓦斯量為4.34Mm3。2004年10月下旬用新購置的一臺(tái)MK-7型鉆機(jī)開始施工417運(yùn)順掘前預(yù)抽長(zhǎng)鉆孔，1#孔長(zhǎng)725m，2#孔長(zhǎng)669m，3#孔已施工750m。鉆孔施工完畢即接入抽放，11月15日測(cè)定：1#孔瓦斯?jié)舛?0%，負(fù)壓280mmHg，純瓦斯流量為2.44m3/min,2#孔瓦斯?jié)舛?0%，負(fù)壓290mmHg，純瓦斯流量為4.19m3/min。

415工作面的長(zhǎng)鉆孔于2002年12月10日開始施工，12月15日開始抽放，415掘進(jìn)期間采用掘前預(yù)抽，邊掘邊抽的方法進(jìn)行抽放。圖4掘進(jìn)工作面邊掘邊抽方式

采用MK-7型鉆機(jī)施工大孔徑水平長(zhǎng)距離預(yù)抽孔，共施工預(yù)抽長(zhǎng)孔19個(gè)，單孔深380～865m，孔徑￠193mm,孔深總長(zhǎng)8885m，長(zhǎng)孔共抽放瓦斯8.07Mm3。采用2Y-150鉆機(jī)施工中長(zhǎng)孔，在掘進(jìn)巷道兩側(cè)間距50～75m邁步鉆場(chǎng)布置邊掘邊抽鉆孔，共施工鉆場(chǎng)55個(gè)，施工鉆孔165個(gè)，單孔長(zhǎng)100～150m，￠75－91mm,總長(zhǎng)24750m，抽放瓦斯3.449Mm3;施工巷道頂板抽放孔25組125個(gè),孔徑￠45mm，鉆孔總長(zhǎng)942m，抽放瓦斯0.30Mm3。415工作面在運(yùn)順沿傾斜方向同時(shí)施工順煤層鉆孔，鉆孔間距6～12m，單孔長(zhǎng)度約145m，孔徑￠91mm。共施工鉆孔43個(gè)，鉆孔總長(zhǎng)6020m，抽放瓦斯0.777Mm3。礦井主要采用灌漿、汽霧阻化、堵漏風(fēng)、注氮?dú)狻⒆⒛z等綜合防滅火措施，建有灌漿系統(tǒng)、阻化劑系統(tǒng)、700Nm3/h的注氮系統(tǒng)和凝膠防滅火工藝系統(tǒng)。在工作面灌漿巷內(nèi)每25m施工一組灌漿孔，每組兩孔，利用灌漿孔向采空區(qū)進(jìn)行灌漿，灌漿孔滯后工作面30～50m，415工作面在2004年1至10月累計(jì)灌漿純土方量9974m3?；夭晒ぷ髅嫱瑫r(shí)安裝汽霧阻化系統(tǒng)，分別在前落山、工作面第十架、二十、三十、五十架、后落山處安裝汽霧發(fā)生器，向工作面噴灑阻化劑。415工作面開采以來，累計(jì)噴灑阻化劑NaCl97.3t。

每3天在工作面前后落山堵袋子墻，減少采空區(qū)漏風(fēng)，在灌漿巷每80m左右做密閉，防止灌漿巷里段向采空區(qū)漏風(fēng)。2004年7～8月間在415運(yùn)順埋管向采空區(qū)注氮，累計(jì)注氮量為217609m3。在415灌漿巷18#鉆場(chǎng)附近，布置四個(gè)注膠孔向采空區(qū)注凝膠，終孔位置在回順頂部以上5～6m，工作面爆炸前位置在采空區(qū)以里18～40m之間，共注凝膠260m3。防塵方面主要利用地面水源井經(jīng)φ150mm的6800m鋼管到大巷正頭水倉、再經(jīng)加壓泵加壓，送到工作面實(shí)行噴霧灑水降塵。一、礦井及事故概況

礦井設(shè)置了25個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧裝置，22個(gè)凈化水幕，10處隔爆設(shè)施（水袋）。同時(shí)從回順距切眼30m處施工煤層注水孔，采用傾斜長(zhǎng)孔高壓注水方式，邊采邊注，截止爆炸前共施工注水孔122個(gè)，孔間距10m，其中88個(gè)孔深143m，34個(gè)孔深66m,孔總長(zhǎng)14658m。每孔注水時(shí)間為3～4天，注水壓力為12MPa，注水量為40～60m3,共注水6557.1m3。通過注水，有效地抑制了瓦斯的涌出、減少了產(chǎn)塵量、軟化了頂煤。一、礦井及事故概況

2001年礦井安裝了KJ66監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，共安設(shè)傳感器50個(gè)，其中瓦斯傳感器25個(gè)、風(fēng)機(jī)開停傳感器10個(gè)、風(fēng)門開關(guān)傳感器4個(gè)、CO傳感器2個(gè)、溫度傳感器3個(gè)、風(fēng)速傳感器5個(gè)、負(fù)壓傳感器1個(gè)。415采面安設(shè)了6個(gè)瓦斯傳感器，即回順2個(gè)、高位巷2個(gè)、灌漿巷6#橫川以里1個(gè)，工作面上隅角1個(gè)。此外，還裝備有KSS-200型束管（色譜）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

圖5415工作面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器布置二、事故發(fā)生經(jīng)過

◆爆炸時(shí)間：

2004年11月28日07時(shí)10分◆起始爆燃：2004年11月23日10：20～10：30，上隅角附近施工一個(gè)7m深鉆孔，裝藥11卷長(zhǎng)5.5m和三個(gè)雷管，起爆松動(dòng)頂煤后不久，即在約10:40時(shí)上隅角采空區(qū)發(fā)生瓦斯爆燃，在83#～89#架后溜槽處發(fā)現(xiàn)明火，并伴隨大量青煙。11:05時(shí)礦救護(hù)隊(duì)采用干粉滅火器直接滅火，12:23時(shí)救護(hù)隊(duì)匯報(bào)明火已撲滅。

24日：11:40停采，工作面機(jī)尾架后有青煙。12:10上隅角再次發(fā)生瓦斯爆燃，工作面煙霧很大。12:14發(fā)現(xiàn)53#架的尾梁下部著火，采用灑水滅火，12:36明火撲滅。13:49放50#～55#架頂煤；13:58開動(dòng)采煤機(jī)，隨后工作面進(jìn)入停放頂煤快速推進(jìn)，沒有再見明火和煙霧。為了擺脫火的威脅，24日決定工作面只割煤不放頂煤，加快推進(jìn)速度，要求日推進(jìn)度7m以上。于是從24日16：00到28日爆炸前共推進(jìn)了約27m，同時(shí)在灌漿巷灌漿、注凝膠，在工作面架間噴灑阻化劑，在聯(lián)絡(luò)巷利用抽放鉆孔向采空區(qū)注水。同時(shí)將工作面機(jī)頭逐步抬高約1.5m，運(yùn)輸機(jī)巷也進(jìn)行挑高作業(yè)。為確保高位巷能夠有效排放工作面架后瓦斯，以降低上隅角瓦斯?jié)舛龋瑢?duì)工作面高位巷兩側(cè)頂煤每日至少實(shí)施2次松動(dòng)爆破。三、爆源點(diǎn)的認(rèn)定

▲根據(jù)銅川礦務(wù)局救護(hù)大隊(duì)市區(qū)中隊(duì)一小隊(duì)11月30日3：00～10：00偵察416運(yùn)順情況，偵察路線由四軌下延伸巷左拐直接進(jìn)入416運(yùn)順1700m。沿路發(fā)現(xiàn)8名遇難人員，倒向有朝里、外、左、右。由巷口往里的一部、二部皮帶支架受沖擊波的影響，由外向里堆在巷道中，皮帶堆成一團(tuán)；三部皮帶支架完好，皮帶落地；風(fēng)機(jī)靠幫，風(fēng)筒全部被摧毀，只剩鐵環(huán)；瓦斯抽放管道斷裂，散布在井巷中。根據(jù)物體位移及倒向，沖擊波來自巷口外，由此認(rèn)定爆源點(diǎn)不在416運(yùn)順。

▲根據(jù)銅川礦務(wù)局救護(hù)大隊(duì)市區(qū)中隊(duì)一小隊(duì)11月28日8：50～20：10偵察415灌漿巷情況，偵察路線由四軌下延伸巷進(jìn)入415灌漿巷約700m。沿路未發(fā)現(xiàn)遇難人員，橫川風(fēng)門和密閉墻被破壞，沖向灌漿巷側(cè)。表明沖擊波是由回順、高位巷向灌漿巷沖擊；此外爆炸前在415灌漿巷內(nèi)的救護(hù)隊(duì)員王克修安全逃生，可以認(rèn)定爆源點(diǎn)不在415灌漿巷?！鶕?jù)事故后救護(hù)偵察報(bào)告，415運(yùn)順口150m以里的皮帶架全部打翻，向外傾倒，皮帶落地，玻璃鋼抽放管道破碎，轉(zhuǎn)載機(jī)橫在巷道中；416掘進(jìn)工作面運(yùn)順皮帶、人員倒向向里，由此判斷本次瓦斯爆炸造成的破壞程度較大。若爆源點(diǎn)在415工作面采空區(qū)深部，爆炸沖擊波在傳播過程中受采空區(qū)受限空間、垮落的煤、工作面支架的阻擋，爆炸波衰減較快，難以達(dá)到上述破壞程度。

▲415高位巷未摻入新風(fēng)的一段巷道（約15m）直接與采空區(qū)連通，該段巷道內(nèi)的氣體濃度基本與采空區(qū)頂板區(qū)域的氣體濃度近似。據(jù)救護(hù)隊(duì)27日0：15～22：30和28日0：20～6：10，在415高位巷6#橫川以里測(cè)量數(shù)據(jù)，該段巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛仍?2％～20％之間、氧氣濃度9％～15％之間，一直處于爆炸限內(nèi)。由此說明415采空區(qū)及高位巷瓦斯?jié)舛染邆湟鹜咚贡ǖ臈l件。

圖6爆炸前高位巷與采面空間關(guān)系示意圖采空區(qū)頂板巖層煤層采面矸石煤層15m高位巷摻新風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷爆源四、火源分析

1.對(duì)摩擦火花引爆瓦斯的可能性分析415回順采用金屬錨網(wǎng)支護(hù)，超前支護(hù)為單體液壓支柱，故可排除端頭移架過程中，支架與金屬錨網(wǎng)摩擦起火花引起爆炸的可能。2.對(duì)自燃引爆瓦斯的可能性分析陳家山礦11月23日，415綜放面由于上隅角放炮落頂產(chǎn)生火花引起支架后部采空區(qū)瓦斯爆燃，引燃采空區(qū)遺煤，當(dāng)時(shí)采取了直接滅火措施，但24日又發(fā)生爆燃，表明潛伏有事故隱患，但引爆瓦斯的可能性較小，依據(jù)如下：▲415工作面于23日10：30左右，因上隅角放炮落頂引起瓦斯爆燃，引燃83～89#架子后的遺煤，出現(xiàn)明火，采用干粉滅火器、灑水直接滅火措施，消除了明火。且相繼采用過的措施有：放透30#～109#架子頂煤，通過灌漿巷打鉆向上隅角采空區(qū)注漿，利用聯(lián)巷2個(gè)抽放長(zhǎng)鉆孔向59#、80#支架頂煤注水降溫，由救護(hù)隊(duì)用袋裝碎煤在下隅角和上隅角堵漏。

▲11月24日9：09，在109#支架出現(xiàn)煙霧，12：10上隅角發(fā)生爆燃，12：14發(fā)現(xiàn)53#架尾梁下部著火，經(jīng)過灑水直接滅火，12：36明火撲滅，13:30采用紅外測(cè)溫儀探測(cè)著火范圍未發(fā)現(xiàn)異常高溫，認(rèn)為工作面沒有明火后決定工作面不放頂煤快速推采，同時(shí)進(jìn)一步采取工作面機(jī)頭抬高1.5m以使工作面中部形成低洼積水，架間噴灑氣霧阻化，長(zhǎng)鉆孔注水降溫，上、下隅角袋裝碎煤堵漏，打鉆孔灌漿，注凝膠等防滅火措施.

▲27日上午通過灌漿巷鉆孔壓注20%濃度水玻璃凝膠260m3，成膠速度在30s到2min范圍內(nèi)，據(jù)救護(hù)隊(duì)員證言已在工作面89#、90#架后見到膠體；▲根據(jù)對(duì)CO、CO2濃度和C2H4標(biāo)志性氣體的測(cè)定，高位巷CO濃度在500ppm以下，考慮到陳家山煤礦屬油、氣、煤共存，通過加干擾管對(duì)CO進(jìn)行測(cè)定，27日、28日CO濃度在200ppm以內(nèi)，CO2小于1%，無C2H4，未出現(xiàn)自燃征兆。▲從24日16：00開始推采至28日7:06，工作面共推進(jìn)了27m，一直未發(fā)現(xiàn)自燃跡象。由此推斷，雖然存在采空區(qū)自燃引爆瓦斯的可能性，但很小。

3.對(duì)放炮引爆瓦斯的可能性分析

▲自11月23日因放炮引起瓦斯爆燃、引燃支架后遺煤和頂煤后，11月24日實(shí)行工作面不放頂煤快速推采，為管理工作面及高位巷的瓦斯，必須在高位巷（處于100、101架上方）兩邊打四個(gè)眼，其中在95架、96架、97架的架間打兩個(gè)炮眼，另外在105架、106架、107架的架間打兩個(gè)炮眼，實(shí)施頂煤松動(dòng)爆破，以利高位巷能及時(shí)垮落。

3.對(duì)放炮引爆瓦斯的可能性分析

▲證言表明，28日4：00時(shí)采煤機(jī)已接近機(jī)尾，到機(jī)尾后采煤機(jī)又向機(jī)頭推進(jìn)。在采煤機(jī)向機(jī)頭推進(jìn)后，上隅角需要放炮；且6：10采煤機(jī)因轉(zhuǎn)載機(jī)滯后5.4m，不能割煤，停機(jī)（停在機(jī)頭附近）。自6：10至7:06這一時(shí)間段內(nèi)，只有放炮工序。此外，不少證言證明：打眼放炮的人員放完炮后應(yīng)出班，而事故當(dāng)班放炮人員都沒有出班，由此說明，爆炸前在進(jìn)行放炮作業(yè)。

綜上所述，引爆瓦斯火源是放炮。五、存在問題及教訓(xùn)

根據(jù)以上分析，認(rèn)為：銅川礦務(wù)局陳家山煤礦“11.28”事故為瓦斯爆炸事故，事故發(fā)生在2004年11月28日07:06，爆源位于415綜放工作面支架與高位巷處的采空區(qū)。初步分析認(rèn)為,事故直接原因是工作面放炮引起架后采空區(qū)瓦斯爆炸。