煤塵爆炸事故分析與預防對策建議 趙全福

按：本文綜合美、英、法、日及我國曆史上曾發生的有關煤塵爆炸的諸多翔實資料，通過對大量理論和實驗數據的研究和對比03manbetx ，揭示出煤塵爆炸的三個基本條件、發生機理和三個階段的過程，概括了煤塵爆炸“三高一多”的特征和四個方麵的嚴重危害。在此基礎上，就黑龍江七台河東風煤礦“11.27”特別重大煤塵爆炸02manbetx.com 發生的原因進行了03manbetx ，提出了汲取02manbetx.com 教訓，預防煤塵爆炸的措施建議。
主題詞：煤塵爆炸 基本特征 預防對策
煤礦在生產過程中，采掘裝運作業均可產生大量煤塵。其中，采掘作業產生的煤塵量占80%，裝運產生的煤塵量占20%。具有煤塵爆炸危險的煤礦都有發生特別重大煤塵爆炸02manbetx.com 的可能。其災害程度可造成礦毀人亡，國內外煤礦曾多次發生煤塵爆炸02manbetx.com 。典型案例如下：
1906年，法國吉利耶爾煤礦發生煤塵爆炸死亡1099人，煤礦經兩年重建才恢複生產。這是一個無瓦斯煤礦，也是世界上第一次發生煤塵爆炸。從此，世界上各主要產煤國家對煤塵爆炸開始進行廣泛研究，重視預防煤塵爆炸事故工作。
1907年，美國孟諾加煤礦發生煤塵爆炸，死亡362人，占入井人數的97%。
1910年，英國黑裏頓煤礦煤礦發生煤塵爆炸，並引起瓦斯爆炸事故，死亡346人，其中287人死於CO中毒。
1913—1933年，法國和英國還多次發生煤塵、瓦斯煤塵爆炸事故，每次事故都造成一、二百人死亡。
1942年，日本侵占東北時期，采取不顧工人死活的掠奪式生產方式，致使本溪煤礦發生了世界史上最大的一次瓦斯煤塵爆炸事故，死亡1549人，傷殘246人，死亡者中多為CO中毒。事故前巷道內沉積了大量煤塵，電火花點燃局部聚存瓦斯而引起煤塵爆炸。為掩人耳目，日本侵略者將礦井封閉。
1962年，山西大同老白硐煤礦在高產日發生了電火花引燃局部瓦斯導致煤塵爆炸，死亡629人。
1963年，日本三池煤礦發生煤塵爆炸，死亡458人，傷832人，死亡者多為CO中毒。這次事故是發生在該煤礦的主提煤斜井，是電絞車提升裝滿煤的串車，由於礦車脫鉤順斜井翻滾滑下，將沉積的大量煤塵和礦車內的煤衝擊飛揚形成煤塵雲，加之礦車與軌道摩擦產生火花，引起煤塵大爆炸。此事故後經還原實驗證實。
2005年，七台河東風煤礦主要提煤皮帶斜井發生煤塵爆炸，死亡171人。
從上列事故中可以得出如下結論：
1、煤塵能在無瓦斯的情況下發生單純的煤塵爆炸；
2、瓦斯燃燒或爆炸可導致煤塵爆炸，並可造成更大的破壞，二者互為因果關係；
3、瓦斯煤塵同時存在，可降低煤塵爆炸下限濃度並增加煤塵爆炸的危險性；
4、煤塵爆炸產生大量一氧化碳，這是造成大量人員傷亡的主要原因。
一、煤塵爆炸條件、機理和過程
（一）爆炸條件。在礦井正常通風的情況下，具備以下三個條件即可發生爆炸：
1、煤塵本身具有爆炸性。其爆炸性是經技術鑒定和實驗測出的：一是在煤塵瓦斯爆炸實驗巷道，進行模擬實驗測得。二是在實驗室用大管狀煤塵爆炸鑒定儀試驗得出。三是通過03manbetx 煤的揮發分得出。當揮發分（V指）<10%時，可認定煤塵基本無爆炸性，但按規定必須進試驗才能最後確定。當V指>10%時，有爆炸性。（V指<10% 為無爆炸性，V=10%-15%為弱爆炸性，V指=15-28%為強爆炸性，V指>28%為強烈爆炸性）
2、煤塵在空氣中的濃度。煤塵是指煤的顆粒直徑在1mm以下的粉煤。煤塵參與爆炸的主體是直徑在0.075mm的煤塵。由於實驗煤樣和實驗條件的不同，測得爆炸濃度的下限和上限濃度也不同。我國下限濃度為45g/m3，前蘇聯為30-50g/ m3，波蘭為30 g/ m3，德國為28 g/ m3，美國32 g/ m3，英國50 g/ m3，法國23 g/ m3，日本48g/ m3。爆炸上限為最強的濃度為300-400 g/ m3。國外測得的煤塵爆炸上限濃度目前為1000-2000g/ m3，這在煤礦生產環節中是不常有的。
3、煤塵爆炸的點燃熱源。經實驗，煤塵點燃濃度為650-990℃，但由於煤的可燃揮發分和試驗的條件不同而不同，煤塵點燃溫度有時低於650℃的，有時高於1000℃。前蘇聯測得的最高點燃溫度達937-1150℃。在煤礦井下能點燃煤塵的熱源有：放炮火焰（這是大量存在的）、電氣設備產生的火花、電纜接頭不良或電纜損壞產生的短路或撞擊產生電弧、斜井跑車產生的摩擦火花、皮帶堵轉產生摩擦皮帶著火、礦井內外因火災、瓦斯燃燒或爆炸以及炸藥爆炸等。
（二）煤塵爆炸的機理。一是煤塵懸浮在空氣中，因顆粒小與氧氣接觸麵積增大，加強了煤的氧化速度和強度；二是煤塵受熱後可產生大量的可燃氣體，如1kg 的焦煤（揮發分在20%-26%）受熱後可產生290-350L的可燃氣體。
（三）煤塵爆炸過程。第一階段，煤塵在熱源的作用下氧化釋放大量可燃氣體；第二階段，可燃氣體和空氣混合後促使強烈氧化燃燒；第三階段，熱分子傳導和火焰輻射在介質中迅速傳播，使附近煤塵揚起，受熱燃燒，之後，燃燒產物迅速膨脹而形成火焰，前麵的壓縮波、衝擊波使火焰前方氣體壓力增高，引起火焰自動加速，繼續循環下去，因煤塵的存在可持續發生劇烈的化學反應，使火焰跳躍或發生爆炸。這個過程是瞬間的，在煤塵爆炸地點發生激烈的化學反應，空氣受熱膨脹形成負壓區，其負壓值可達0.5kg/cm2，造成逆向衝擊波，如爆炸地點仍有煤塵瓦斯時可發生第二次爆炸。該地點爆炸力正反向交錯，支架和物料設備移動方向紊亂，這是判明二次爆炸的重要依據。
　　二、煤塵爆炸的特征和危害
　 煤塵爆炸可呈現“三高一多”的特點，即高溫、高速、高壓，產生大量一氧化碳。具體是：
高溫：煤塵爆炸按理論計算，溫度高達2300-2500℃。日本實驗測得為1600-1900℃。
高速：用化學方法計算爆炸波速度高達1120m/s。實驗室測得為1100-1800 m/s ，按理論計算最大速度為 2340 m/s。
高壓：理論壓力為7.5kg/cm2，距爆源越遠壓力越大。據美國喬治拉伊斯的巷道實驗結果是：在有大量煤塵沉積的巷道內發生煤塵爆炸後，距爆源越遠爆炸壓力越大。距爆源106米時壓力為4.43kg/ cm2，距228米時壓力為8.37kg/cm2。因此煤塵爆炸呈離爆源越遠破壞越嚴重的特點。國外實驗測得爆炸壓力高達19kg/cm2，甚至將抗壓強度為40 kg/ cm2鋼板巷道爆壞，並把鋼板拋出150米，表現出遇巷道中障礙物拐彎處爆炸壓力有很大的增高。
煤塵爆炸可產生大量CO。在一般情況下爆炸後的巷道空氣中的CO含量為2-3% 。這是造成礦工大量死亡的主要原因。
煤塵爆炸時，結焦煤塵（氣煤、肥煤）部分可焦化成煤炭皮渣與粘塊，粘附在支架和巷道壁上，這一點是區別瓦斯爆炸還是煤塵爆炸的重要標誌。根據皮渣和粘塊粘在支柱的位置，還可判斷煤塵爆炸的強度。皮渣和粘塊粘在支柱兩側，表明是火焰傳播速度較慢，為弱爆炸；皮渣和粘塊粘在支柱近風側並較密時，表明為中等強度爆炸；皮渣與粘塊粘在支柱背風側或逆風側，有火烤痕跡時，則表明為強爆炸。
煤塵爆炸的危害性極大：1.可以摧毀整個礦井、井巷、采煤工作麵，導致大麵積頂板垮塌冒落，壓埋井下作業人員，堵塞通風。2、可以將設備損壞，把支柱設備、煤石塊吹起撞擊，導致井下作業人員死亡，爆炸波可使礦工粉身碎骨；爆炸波還可以通向地麵的井筒、衝擊破壞與井筒連接的地麵廠房，造成作業人員傷亡。3、煤塵爆炸火焰還可引起井下可燃物著火，引起局部積存的瓦斯發生爆炸，造成事故擴大。4. 煤塵爆炸產生的CO隨風流進入全礦井的所有地點，致使井下作業人員CO 中毒死亡。
三、對七台河東風煤礦“11.27”煤塵爆炸事故的認識和03manbetx
針對這起事故，根據掌握的情況，作簡要分析。
（一）事故的性質、地點及二次爆炸的判定。一般認為，爆炸後首先要搶救可能生還的人，但探查爆炸性質、地點，是否有自燃發火、煤炸後是否引起著火、井下巷道和通風係統破壞情況，以及井下空氣中的CO、CO2、O2 等氣體的含量都很重要。這是保證井下遇險人員不受再次爆炸的傷害和搶救人員實施安全搶救最重要的工作。這次事故發生後，爆炸的煙霧和巨大響聲，都是從皮帶斜井口的機房衝出，救護隊首先要探查皮帶斜井，則很容易探查出爆源，根據爆炸的痕跡查明是煤塵爆炸。同時，派出的井下其它地點的救護隊探查小隊探查是否有著火和發生二次爆炸的可能性，以及井巷通風係統的破壞情況。發現遇難人員的地點可以告知地麵搶救指揮部集中力量搶救人員。
（二）主要皮帶斜井發生煤塵爆炸的直接原因分析。根據國內外煤塵爆炸事故的教訓，運煤井是最易發生煤塵爆炸的地點之一。因此處有大量煤塵沉積，有形成煤塵雲和引爆煤塵的條件。這次煤塵爆炸可能有以下三種情況：一是皮帶打滑，堵轉皮帶滾筒並與皮帶摩擦著火，斷帶下滑形成煤塵雲，從而造成煤塵爆炸。二是由於皮帶接頭質量不好，斷帶滑下不僅形成煤塵雲而且可能打斷電纜形成電纜火花而引起煤塵爆炸。三是運煤皮帶上部有一個小煤庫（倉），也叫緩衝煤倉，由工人打開煤倉閘門向皮帶放煤。過去普遍存在大塊煤和井下坑木堵塞閘門的問題，當人工捅不開時，就用放明炮和糊炮崩開，很有可能由於放炮造成煤塵雲，再由放炮火焰引起煤塵爆炸。以上第一、第三種情況可能性最大，因為曾多次發生此類情況，而該事故很可能是第三種情況。
（三）煤塵爆炸的預防措施存在問題。主要是對以往其它單位發生的煤塵爆炸事故沒有汲取足夠的教訓，或者沒有堅持理論聯係實際，對照事故教訓、01manbetx 和有關理論知識預想到事故發生的可能性和危害性。分析可能有以下幾種情況：一是沒有完善的防止煤塵爆炸、火災、人員傷害的有關設施和裝備。二是沒有安裝皮帶防打滑、堵轉，皮帶跑偏、撕裂的監測係統。三是在皮帶斜井的各種作業場所，有關防爆炸、防火的安全01manbetx 01manbetx 和檢查、維修、管理責任製度不健全或不落實。日常很少有領導、相關負責人和安檢人員對存在的諸多嚴重隱患進行檢查，也沒有製定一旦發生火災、爆炸事故而防止事故擴大和及時滅災的處置預案；沒有設置防止煤塵爆炸的隔爆水棚或岩棚；沒有防火的隔離防火閘門；沒有設置反風門，或者有也不完善，沒有發揮應有的作用。如果火災和煤塵爆炸發生後，立即進行反風，可使井下大量人員安全逃生。該省過去曾發生的雞西小恒山皮帶斜井著火事故，由於及時反風使井下幾百人安全逃生。
（四）對煤礦安全生產的長期性和複雜性認識不足。該礦是一個被正式命名的質量標準化礦井，為何還發生了如此大的事故？煤礦生產的特點決定嚴重災害的多元化。煤礦點多線多麵廣，作業人員多而分散，工作環境差、條件複雜艱難；煤礦對短時間或一個時期的平穩沒有清醒的認識。錯誤地認為沒有發生事故就是安全生產的標誌，而沒有認真檢查是否全麵貫徹安全生產的法律法規、標準；領導幹部是否堅持安全第一，預防為主的原則，高度警惕，真抓實幹，常抓不懈，持之以恒；整個煤礦是否建立起安全生產工作的長效機製，組織管理體製、機製是否完善；是否抓好安全生產宣傳教育，反複采取多種有效方式對安全科學知識、法律法規、安全01manbetx 01manbetx 、安全製度進行教育培訓，並嚴格考試考核，積極開展反“三違”活動，以提高廣大職工的安全意識，增強安全生產的責任感、遵章守紀的自覺性和自我保安的能力；是否做到加強企業生產技術、勞動和安全管理，及時發現和消除隱患。隻有以上這些方麵都做到了，才是安全生產礦井的重要標誌，並且要一絲不苟，缺一不可。
對於安全生產標準的認定不能憑印象，不能用親情、友情、同情代替評定標準和法規，更不能進行權錢交易，而是要用安全生產的科學標準、安全生產法律法規到井下現場進行一項一項、一條一條，深入全麵地對照檢查，並要填寫對照檢查記錄，建立檢查人、審核人簽字負責的製度，保證經得起實踐和曆史的檢驗。如果安全生產工作缺乏注重實效和深、細、準，嚴、緊、狠的工作作風，事故前什麼都好，對隱患熟視無睹，就會導致事故的發生，等事故發生所有問題都暴露出來，就為時已晚。
抓好安全生產，必須思想上真正重視。如果忽視安全，對問題失去警覺，工作上時緊時鬆，就會造成安全生產時好時壞。抓好安全必須堅持“響鼓更要重錘敲”。常理是響鼓不用重錘敲，但安全生產上越是響鼓越要用重錘敲，越要高標準嚴要求。在安全生產上沒有絕對放心的煤礦。由於沒有認真舉一反三、全麵細致地分析和汲取有關類似事故教訓，進而采取有效防範措施，也是事故接連發生的一個重要原因。
四、汲取事故教訓，采取切實措施的建議
（一）搞好事故調查。對照安全生產法律法規、國家和上級有關安全生產指令、規定、01manbetx 01manbetx 、事故災害預防對策和事故處理預案、01manbetx 、各項安全製度，逐項逐條進行調查分析，特別是要調查領導幹部對安全生產的重視情況、有關規定的落實情況，貫徹執行安全生產重大舉措的情況，包括領導的工作作風、責任製的執行情況、違反安全法規的情況等。要調查清楚防止事故的安全措施是否完善有效，對事故的根本性、綜合性和深層次原因、教訓進行剖析，嚴肅處理事故的領導責任者，對失職瀆職、玩忽職守的煤礦企業各級領導幹部、職能部門負責人進行嚴厲查處，對直接責任的領導者和肇事人絕不放過，依法嚴肅處理，公開懲處。要公開事故查處結果和事故教訓，讓所有煤礦都汲取教訓，以防止類似事故發生。
（二）總結事故教訓。對前一階段發生的具有代表性、典型性的特別重大事故編寫成典型事故教材，使其具有思想性、理論性、技術性、法規性、管理性，發揮典型事故的警示教育作用。要堅持安全第一，預防為主，綜合治理，總體推進，切實執行黨和國家有關安全生產的方針政策、法律法規和企業安全規章製度，完善防止事故的針對性措施，進一步抓好安全生產。
（三）抓好隱患的排查治理。各行業管理部門、集團公司、煤礦企業要抓好安全管理，及時查處事故隱患，特別是對安全生產管理混亂、重大安全隱患整改不及時、嚴肅違反安全法律法規和規章製度的單位和責任人。要進行認真調查、監察，嚴厲懲處責任人。在懲治上要依法從重，行政上撤職降級，經濟上按高限罰款。依法從重處理，可以起到警示教育，防止事故，保護廣大礦工人身安全的作用，體現“嚴是愛鬆是害”的理念。對待不認真切實汲取事故教訓，經教育不改的，處罰上一定要更加嚴厲，決不能輕處。同時，各煤礦企業要針對查處的隱患和事故教訓，補充修改措施，完善事故處理預案，並認真貫徹執行。

本文作者係原煤炭部總工程師