煤矿瓦斯燃烧事故案例统计与分析.pdf

声明声明下面论文由免费论文教育网 http//www.PaperE 用 户转载自互联网，版权归原作者所有，本文档仅供参考，严禁抄袭 免费免费论文论文教育教育网网 - 1 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 煤矿瓦斯燃烧事故案例统计与分析 韩方伟1，王德明1,2,3，杨永斌1,4* 作者简介韩方伟，（1986-），男，中国矿业大学安全工程学院硕士研究生，从事矿井通风防灭火方向的 研究. E-mail hanfangweixinxiang （1. 中国矿业大学安全工程学院，江苏 徐州 221116； 2. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221008； 3. 中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，江苏 徐州 221008； 4. 中国人民武装警察部队学院消防工程系，河北 廊坊 065000） 摘要不完全统计了 1984 年至 2010 年间我国煤矿发生的瓦斯燃烧事故案例，总计 52 起。 并在此基础上分析了煤矿瓦斯燃烧事故的瓦斯源、点火源、易发生地点的统计规律。统计研 究表明瓦斯源出现主要与通风管理、瓦斯涌出析出、井下客观空间条件等有关。放炮、电 气等设备故障、摩擦撞击、员工违章、煤自燃是产生点火源的主要原因。瓦斯源多、瓦斯燃 烧浓度范围大、瓦斯燃烧感应期短、瓦斯源和点火源耦合几率大等为瓦斯燃烧频发的原因。 研究结果对瓦斯燃烧事故的预防和控制具有一定的指导意义。 关键词瓦斯燃烧；瓦斯源；点火源；频发原因 中图分类号TD712 Statistical analysis of mine gas combustion accidents HAN Fangwei1, WANG Deming1,2,3, YANG Yongbin1,4 1. School of Safety Engineering, CUMT, JiangSu XuZhou 221116; 2. The State Key Lab for Coal Resources 3. Key Laboratory of Gas and Fire Control for Coal Mines ,CUMT, JiangSu XuZhou 221008; 4. Department of Fire Protection Engineering, Chinese People’s Armed Police Forces Academy, HeBei LangFang 065000 Abstract The thesis makes an incomplete statistics on 52 mine gas combustion accidents occurred between 1984 and 2010, and analyses the statistical law of gas source, ignition source, easy-happening location and so on. Then the study finds that gas source is related to the ventilation management, gas emission, objective circumstance condition in mine, etc. Shooting, electric fault, impact-friction spark, peccancy, coal spontaneous combustion are the ation cause of ignition source. The reasons for frequent gas combustion include many gas sources, the large range concentration and the short induction periods of gas combustion, as well as the high coupling efficiency between gas combustion source and ignition source. To some extent the research results have important guidance to prevention and control of mine gas combustion. Keywordsgas combustion; gas source; ignition source; high frequency reason 0 引言引言 瓦斯燃烧是一种特殊的矿井火灾， 如初期灭火不及时将迅速发展， 并极可能转化为重大 火灾或爆炸。20 世纪末日本的四元义博等研究了瓦斯流动状态对其燃烧难易程度的影响[1]。 我国学者张丰海等将瓦斯燃烧分为低浓度层流、低浓度紊流、高浓度层流、高浓度紊流四种 类型 [2]。龙兆鹏讨论了瓦斯燃烧转化为爆炸的可能性及条件[3]。尽管如此，目前对其产生、 发展及演化等相关研究不足，对其治理理论和防治对策还有待进一步研究。 本文通过筛选瓦斯燃烧事故案例，对该类事故的瓦斯源、点火源、发生地点进行了统计 分析，并探讨了瓦斯燃烧的频发原因，以期为预防和控制这类事故提供指导。 1 案例的统计案例的统计 为使统计结果真实有效， 本文统计的案例全部取自公开发表的各类文献， 另外在案例提 - 2 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 取过程中始终遵循了“事故经过必须描述清晰”的原则，案例的分布如表 1 所示。 表 1 统计采用的瓦斯燃烧事故案例 Tab. 1 Adopted gas combustion accidents for statistics 序号序号 时间时间 事故煤矿事故煤矿 序号序号 时间时间 事故煤矿事故煤矿 1 1984.1.12 包头五当沟矿 27 1997.11.12 鸡东仪修所二矿 2 1986.1.20 白沙某矿 28 1997.11.13 淮南潘三矿 3 1986.3.13 阜新高德矿 29 1998.8.6 某矿 4 1986.10.15 徐州义安矿 30 1998.8.19 合山里兰矿 5 1987.4.6 抚顺胜利矿 31 2000.3.16 靖远大水头矿 6 1988.8.12 焦作某村办矿 32 2001.4.28 某矿 7 1988.10.9 淄博岭子矿 33 2001.10.10 晋煤成庄矿 8 1989.8.12 鸡西滴道矿 34 2001.11.19 晋煤成庄矿 9 1991.3.4 靖远魏家地矿 35 2001.12.15 晋煤成庄矿 10 1991.3.5 铁法大明二矿 36 2001.12.27 晋煤成庄矿 11 1991.4.15 铁法大隆矿 37 2002.2.6 淮南潘二矿 12 1992.5.15 六枝四角田矿 38 2002.6.19 鸡西杏花矿 13 1992.9.13 阜新河西村矿 39 2002.11.6 某矿 14 1992.11.5 铁法大兴矿 40 2003.1.20 鸡西梨树矿 15 1993.6.15 盘江土城矿 41 2003.2.1 义马千秋矿 16 1993.10.17 邻水县葛麻湾矿42 2003.4.2 鸡西东海矿 17 1994.1.27 辰溪县花桥联矿43 2003.10.7 平煤八矿 18 1994.2.18 铁法大兴矿 44 2006.2.6 焦煤九里山矿 19 1994.3.17 邯郸陶二矿 45 2006.2.16 南票邱皮沟矿 20 1995.3.10 平煤十矿 46 2006.3.25 淮南谢一矿 21 1995.9.11 石嘴山二矿 47 2006.5.22 曲靖大槐树矿 22 1995.10.29 阜新王营矿 48 2006.9.9 平煤八矿 23 1996.6.13 淮北卢岭矿 49 2007.7.10 抚顺章党矿 24 1996.8.23 峰峰通二矿 50 2008.8.1 乐山宇业矿 25 1997.5.24 伊川县某村办矿51 2009.12.26 瓮安宏福矿 26 1997.10.1 忔城古蓬六利矿52 2010.6.25 红河州毕草凹矿 2 案例的分析案例的分析 瓦斯燃烧的必要条件是 一定浓度的瓦斯、 具有一定能量的点火源、 足够的氧气。 其中， 足够的氧气在正常通风时很容易满足， 因此瓦斯燃烧的发生可看作是瓦斯源和点火源同时出 现的结果。因此，进行瓦斯源和点火源的统计分析很有必要，同时统计分析事故发生地点对 该类事故的预防也有重要意义。 2.1 瓦斯源分析瓦斯源分析 52 起案例中，对瓦斯源分析有效的案例为 49 起，通过分析发现瓦斯源产生的原因有 1）通风不良，包括停用通风机、通风系统缺陷、风速较低、漏风、通风管理不当。 2）瓦斯大量涌出积聚，包括采空区或盲巷瓦斯涌出、冒落后瓦斯涌出、煤体瓦斯涌出、 遇断层等复杂地质条件时瓦斯涌出、透水及瓦斯突出等原因引起瓦斯涌出。 3）瓦斯漏检，包括未按时检测瓦斯、监测计划不当、监测设备失灵、监测设备安设不 当。 4）瓦斯预抽不到位，包括抽放效果不佳、抽放时间不够、未采取抽放措施。 5）特殊位置瓦斯积聚，如支架后空间及高顶区，因其位置特殊而不具备良好通风，易 出现瓦斯积聚。 6）瓦斯积聚处理不当，包括未及时处理积聚的瓦斯、违章排放瓦斯。 从以上可以看出，瓦斯源出现主要与通风管理、瓦斯涌出析出、井下客观空间条件等有 - 3 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 关。 2.2 点火源分析点火源分析 52 起案例中， 对点火源分析有效的案例有 49 起。 经分析， 确定瓦斯燃烧点火源有五种， 如图 1 所示 图 1 点火源统计分析图 Fig. 1 Statistic analysis on ignition source 1放炮主要是炮泥装填不满，炸药不合格等引起。产生明火是放炮引起瓦斯燃烧的 主要原因， 但放炮产生的冲击波可使瓦斯受压升温而燃烧， 日本研究表明放炮冲击波可使浓 度在 3-20的瓦斯引燃，因此放炮冲击波也是原因之一[3]。 2电气设备等设备故障包括电气线路故障和其他设备故障。 其中电气线路故障主要 是电缆等电气线路的短路等。其他设备故障主要包括自救器发热着火、煤电钻插销失爆等。 3摩擦撞击包括机械设备之间的摩擦撞击、采煤机械与煤体的摩擦撞击、顶板冒落 时的撞击、风筒及金属间的摩擦等。如 2006 年 9 月 9 日平煤八矿事故即是由机械摩擦或顶 板冒落撞击引起[4]。 4员工违章包括随意拆矿灯、违章作业等。如 2006 年 3 月 25 日淮南谢一矿事故就 是由员工违章引起[5]。 5煤自燃冒落浮煤自燃、采空区自燃等。如 2003 年 2 月 1 日义马千秋矿事故即是 由煤自燃引起[6]。 该统计结果与瓦斯爆炸的统计结果相似但不同， 二者相似之处在于点火源种类相同， 不 同之处在于各点火源所占比例不同。如电火和放炮在瓦斯燃烧事故中所占比例分别为 27 和 41，而在瓦斯爆炸事故中分别占 41.55和 29.92[7]，这是由于瓦斯燃烧的感应期要低 于瓦斯爆炸的感应期。 2.3 事故发生地点分析事故发生地点分析 52 起案例中，对发生地点分析有效的案例数目为 52，事故发生地点的分布情况如下图 所示 图 2 发生地点分布图 Fig. 2 Statistic analysis on happening location - 4 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 由此可以看出，易发地点主要为采煤工作面、掘进工作面、工作面上隅角。 1）采煤工作面 采煤工作面顶板、 割煤机及靠近煤壁处、 工作面后部与采空区相接处等是容易发生瓦斯 燃烧的地点。如通常情况下，井巷周边风速很小，尤其是采煤工作面的顶板以下护板以上， 风流常稀释不到，容易积聚瓦斯。又如当采煤机割煤时，瓦斯涌出十分不稳定，特别是当采 煤机在工作面中部向回风方向割煤时， 原来漏入采空区的风流携带瓦斯返回工作面， 瓦斯超 限一般就在此时产生。采煤工作面瓦斯源多，同时该区域电气设备多，作业环节多，难以保 证不产生摩擦撞击等点火源，从而造成采煤工作面易发生瓦斯燃烧。 2）掘进工作面 掘进工作面是煤矿生产的重点地段，人员较为集中，通风情况复杂，瓦斯涌出量大，同 时该地段存在电气等设备故障、员工违章、放炮、摩擦撞击等可能的点火源，因此也就造成 了瓦斯燃烧容易在该处发生。 3）工作面上隅角 瓦斯浓度从采面进风侧到采面中部变化不大，采面中部到回风上隅角瓦斯浓度增加较 快，尤其是靠近回风侧时瓦斯浓度较高，从而导致工作面上隅角成为瓦斯较易积聚的地点。 同时，该处也可能存在多种点火源，这就导致了瓦斯燃烧事故容易在该处发生。 3 瓦斯燃烧频发原因分析瓦斯燃烧频发原因分析 从统计结果看， 有相当一部分事故是在监测瓦斯浓度在正常范围内、 通风正常的情况下 发生的， 这表明瓦斯燃烧的发生具有极大可能性， 如晋煤集团成庄矿曾在 2 个月间于同一工 作面发生了 4 次瓦斯燃烧[8]。经统计分析可以得出，瓦斯燃烧频发主要有以下原因 1）瓦斯源多。由于瓦斯赋存于煤层中，采煤时总会有瓦斯析出或涌出，就算通风技术 和管理都得当， 也难免出现短时间局部性的瓦斯积聚。 另外煤与瓦斯突出等也会导致瓦斯浓 度突然上升。在通风方面，制定需风量时参考的是正常情况下瓦斯涌出量，但是井下条件复 杂多变，瓦斯涌出量如突然增大，那么原有风量就很有可能不足。另外，即使通风可以满足 要求，但由于井下情况复杂，总会有局部地点出现风流死角，导致瓦斯积聚，这些地点一旦 满足条件，燃烧便会发生。 2）瓦斯燃烧浓度范围广。有关研究表明，标准状况下当瓦斯浓度在 3-5以下时，能 在火焰外围形成稳定的燃烧层[9]；如果瓦斯浓度过高，氧气浓度相对不足，则由于瓦斯的吸 热能力比空气大，燃烧产生的热容易被周围介质吸收，因此就不能发展成为爆炸，但它可发 生瓦斯燃烧。 3）瓦斯燃烧感应期短，且短于瓦斯爆炸感应期，因此发生瓦斯燃烧的概率高于发生瓦 斯爆炸的概率。 4）点火源多。虽然随着科技的进步，管理水平的提高使得电气等设备故障、员工违章 等出现的概率有所下降，但是摩擦撞击、煤自燃等产生火源的可能性依然很大。 5）瓦斯源和点火源一样多存在于采煤工作面等主要作业地点，因此，二者耦合作用几 率大。 4 结论结论 1）瓦斯源的产生原因有通风不良、瓦斯大量涌出积聚、瓦斯漏检、瓦斯预抽不到位、 瓦斯积聚处理不当以及特殊位置瓦斯积聚等； 放炮、 电气等设备故障、 摩擦撞击、 员工违章、 - 5 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 煤自燃等是产生点火源的主要原因；瓦斯燃烧事故的多发地点是采煤工作面、掘进工作面、 工作面上隅角等。 2）瓦斯燃烧的频发原因有瓦斯源多、瓦斯燃烧浓度范围广、瓦斯燃烧感应期短、点火 源多、瓦斯源和点火源耦合作用几率大。 3）预防瓦斯燃烧事故，需从技术和管理上入手，如采取预抽煤层瓦斯、加强通风的技 术手段从源头上控制瓦斯浓度， 采取科学合理的管理制度避免点火源的出现， 特别是加强对 采煤工作面等事故多发地点的实时监控和严格管理。 同时， 有条件的矿井应配备针对瓦斯燃 烧的灭火装备。 [参考文献参考文献] References [1] 四元义博,木下道明,鹿田则光,等.回采工作面瓦斯涌出的状态及燃烧[J].中州煤炭,1985,252-58 [2] 张丰海,冯云良,倪跃林,等.浅析瓦斯燃烧事故的处理技术[J].矿业安全与环保,2004,314-10 [3] 龙兆鹏.瓦斯燃烧及其转化为爆炸的可能性分析[J].江西煤炭科技,1999210-12 [4] 杜波,张海庆.综采工作面上隅角瓦斯燃烧事故处理技术分析[J].中州煤炭,2007,680-81 [5] 邓连成.放炮着火事故原因分析及防范措施[J].煤矿安全,2007366-67 [6] 慕洪才.高瓦斯易燃厚煤层综放面火灾的安全封闭与启封[J].煤炭科学技术,2005,33233-34 [7] 王树玉.煤矿五大灾害事故分析和防治对策[M].徐州中国矿业大学出版社,2006107-167 [8] 牛海金,李志华,张海军.如何防范综采工作面割煤过程中局部瓦斯燃烧事故[J].煤矿安全,2002,33919-21 [9] 文卿.煤矿重大瓦斯煤尘爆炸事故预测与控制技术手册[M].北京银声音像出版社,2004