陝西省銅川陳家山煤礦“11.28”特大瓦斯爆炸事故分析

陝西省銅川陳家山煤礦“11.28”特大瓦斯爆炸事故分析

一、礦井及事故概況

陳家山煤礦位於銅川市北部約40公裏處，為焦坪礦區西部邊緣井田，走向長5.5km，傾斜寬3.7km，麵積20.4km2，可采儲量150Mt，設計能力為1.50Mt，服務年限約70年。1982年12月建成投產，2004年申報核定生產能力2.41Mt。礦井在冊職工3504人，一個綜采隊、三個綜掘隊、兩個炮掘隊，采掘機械化程度分別達到100%和75.7%。

井田內煤、油、氣共生，火、瓦斯等自然災害嚴重。礦井主要開采侏羅係4-2#煤層，平均可采厚度12m，煤質為中灰、低磷、低硫、不粘結長焰煤。煤層堅硬，煤的堅固性係數f=0.8～2.1。

煤層有自然發火危險，發火期3-6個月，最短發火期24天，屬易自燃煤層;煤塵爆炸指數為35.42%，火焰長度大於400mm，有爆炸危險。

1991年11月20日11時左右，在四采區軌道下山掘進過程中，放炮誘發岩石與油氣突出，拋出岩石101t，噴出瓦斯11736m3，並滲出原油近10t。1993年經煤科總院重慶分院鑒定，4-2#煤層底板三疊係T3砂岩層為突出岩層。

隨後，礦井調整采掘部署，將原設計在T3砂岩層的巷道全部調整到4-2#煤層內布置。此後一直沒有再發生過煤、岩石與瓦斯突出，也未見任何突出預兆。

2003年再次經煤炭科學研究總院重慶分院鑒定，並經陝西省煤炭工業局審批為：在確保所有井巷工程不進入4-2#煤層底板、4-2#煤層底部距離T3含油氣砂岩層頂部法線距離10m以上時，可認定為非突出礦井。

2004年礦井瓦斯鑒定結果為：礦井絕對瓦斯湧出量107.61m3/min，相對瓦斯湧出量20.44m3/t，屬高瓦斯礦井。

礦井采用平硐與斜井開拓方式、走向長壁綜合機械化低位放頂煤開采方法、全部垮落法管理頂板。

礦井采用多井筒進風、采區分區抽出式回風的通風方式，目前僅開采四采區，一礦一麵集約化開采。

礦井共有8個進風井筒，1個回風井筒,總進8221 m3/min, 風井總回風8491 m3/min，有效風量率為85.3%。礦井主扇型號為：BDK-8-№28(對旋式)，電機功率為2×355kw，其中一台工作，一台備用，最大通風風量可達到10000m3/min。

井下局部通風均采用雙風機、雙電源並能實現自動分風、自動切換。且具有風電、瓦斯電閉鎖裝置。

415工作麵是礦井唯一的煤炭生產工作麵，於2004年2月15日投產，已回采800m以上。工作麵采用兩進兩回通風方式，即運順進風通過工作麵，由回順回風，還有一部分風流經采空區進入高位巷，形成高瓦斯濃度風流。灌漿巷進風，一部分經局部通風機進入灌漿巷橫川以裏，供瓦斯抽放、灌漿防滅火等作業用;主體風流經與高位巷聯接的橫川進入高位巷，與高位巷中高瓦斯濃度的風流混合，將瓦斯濃度稀釋到2.5%以下，由高位巷回風;在高位巷橫川以裏的一段較長時，由灌漿巷引入局部通風機供風，將高瓦斯濃度段控製在30m以內。

礦井主要采用風排和抽放兩種方式治理瓦斯。事故前礦井絕對瓦斯湧出量為79.04 m3/min，風排52.25 m3/min，抽放26.79 m3/min，礦井瓦斯抽放率33.89%。礦井設有3套獨立的瓦斯抽放係統。

風井瓦斯抽放泵房有兩套瓦斯抽放泵：一套2BEC60泵係統，抽放416運順瓦斯，抽放瓦斯濃度8～11%，混合瓦斯流量56～60 m3/min，純瓦斯流量4.5～6 m3/min;一套SKA-670泵係統，2004年7月開始抽放415采空區瓦斯，抽放瓦斯濃度15～20%，混合瓦斯流量110～135 m3/min，純瓦斯流量20.25～27 m3/min。

衣食村瓦斯抽放泵房有一套2BEC60泵係統抽放416灌漿巷、高位巷、回順的瓦斯，抽放瓦斯濃度5～8%，混合瓦斯流量50～70 m3/min，純瓦斯流量3～5 m3/min。

隨著416灌漿巷進入低瓦斯區，鑽孔瓦斯抽放濃度降低，9月24日瓦斯濃度降低到3%，因而將衣食村瓦斯抽放泵停機，416灌漿巷、高位巷、回順的瓦斯抽放轉交給安子溝2BEC60泵係統承擔。2004年1～11月總抽放量為18.54M m3，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工作麵風排瓦斯量29.52 m3/min,瓦斯抽放量20.25 m3/min,合計瓦斯湧出量49.77 m3/min,瓦斯抽放率為40.69%。

礦井瓦斯主要來自回采工作麵，回采工作麵瓦斯30%來自本煤層工作麵煤壁和落煤，70%來自頂底板油氣層和采空區。

本煤層透氣性較好，因此礦井主要采用走向長鑽孔(約700m)煤層瓦斯預抽、傾斜順煤層鑽孔預抽、掘進工作麵邊掘邊抽、灌漿巷采空區高冒帶鑽孔卸壓抽放等瓦斯綜合抽放方法。

416灌漿巷、運順安設￠300mm管路3500m，￠150mm管路500m，施工長孔鑽場9個、長鑽孔15個，長鑽孔總長6400m;施工短鑽孔鑽場25個，鑽孔170個，鑽孔總長14000m;施工頂板抽放孔80組共400個;共預抽瓦斯量為4.34Mm3。

2004年10月下旬用新購置的一台MK-7型鑽機開始施工417運順掘前預抽長鑽孔，1#孔長725m，2#孔長669m，3#孔已施工750m。鑽孔施工完畢即接入抽放，11月15日測定：1#孔瓦斯濃度50%，負壓280mmHg，純瓦斯流量為2.44m3/min,2#孔瓦斯濃度70%，負壓290mmHg，純瓦斯流量為4.19m3/min。

415工作麵的長鑽孔於2002年12月10日開始施工，12月15日開始抽放，415掘進期間采用掘前預抽，邊掘邊抽的方法進行抽放。

采用MK-7型鑽機施工大孔徑水平長距離預抽孔，共施工預抽長孔19個，單孔深380～865m，孔徑￠193mm,孔深總長8885m，長孔共抽放瓦斯8.07M m3。采用2Y-150鑽機施工中長孔，在掘進巷道兩側間距50～75m邁步鑽場布置邊掘邊抽鑽孔，共施工鑽場55個，施工鑽孔165個，單孔長100～150m，￠75-91mm,總長24750m，抽放瓦斯3.449M m3;施工巷道頂板抽放孔25組125個,孔徑￠45mm，鑽孔總長942m，抽放瓦斯0.30M m3。

415工作麵在運順沿傾斜方向同時施工順煤層鑽孔，鑽孔間距6～12m，單孔長度約145m，孔徑￠91mm。共施工鑽孔43個，鑽孔總長6020m，抽放瓦斯0.777M m3。

礦井主要采用灌漿、汽霧阻化、堵漏風、注氮氣、注凝膠等綜合防滅火措施，建有灌漿係統、阻化劑係統、700Nm3/h的注氮係統和凝膠防滅火工藝係統。

在工作麵灌漿巷內每25m施工一組灌漿孔，每組兩孔，利用灌漿孔向采空區進行灌漿，灌漿孔滯後工作麵30～50m，415工作麵在2004年1至10月累計灌漿純土方量9974 m3。

回采工作麵同時安裝汽霧阻化係統，分別在前落山、工作麵第十架 、二十、三十、五十架、後落山處安裝汽霧發生器，向工作麵噴灑阻化劑。415工作麵開采以來，累計噴灑阻化劑NaCl 97.3t。

每3天在工作麵前後落山堵袋子牆，減少采空區漏風，在灌漿巷每80m左右做密閉，防止灌漿巷裏段向采空區漏風。

2004年7～8月間在415運順埋管向采空區注氮，累計注氮量為 217609 m3。

在415灌漿巷18#鑽場附近，布置四個注膠孔向采空區注凝膠，終孔位置在回順頂部以上5～6m，工作麵爆炸前位置在采空區以裏18～40m之間，共注凝膠260 m3。

防塵方麵主要利用地麵水源井經φ150mm的6800m鋼管到大巷正頭水倉、再經加壓泵加壓，送到工作麵實行噴霧灑水降塵。

一、礦井及事故概況

礦井設置了25個轉載點噴霧裝置，22個淨化水幕，10處隔爆設施(水袋)。同時從回順距切眼30m處施工煤層注水孔，采用傾斜長孔高壓注水方式，邊采邊注，截止爆炸前共施工注水孔122個，孔間距10m，其中88個孔深143m，34個孔深66m,孔總長14658m。每孔注水時間為3～4天，注水壓力為12MPa，注水量為40～60 m3,共注水6557.1 m3。通過注水，有效地抑製了瓦斯的湧出、減少了產塵量、軟化了頂煤。

一、礦井及事故概況

2001年礦井安裝了KJ66監測監控係統，共安設傳感器50個，其中瓦斯傳感器25個、風機開停傳感器10個、風門開關傳感器4個、CO傳感器2個、溫度傳感器3個、風速傳感器5個、負壓傳感器1個。

415采麵安設了6個瓦斯傳感器，即回順2個、高位巷2個、灌漿巷6#橫川以裏1個，工作麵上隅角1個。

此外，還裝備有KSS-200型束管(色譜)監測係統。

二、事故發生經過

◆爆炸時間：

2004年11月28日07時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7m深鑽孔，裝藥11卷長5.5m和三個雷管，起爆鬆動頂煤後不久，即在約10:40時上隅角采空區發生瓦斯爆燃，在83#～89#架後溜槽處發現明火，並伴隨大量青煙。11:05時礦救護隊采用幹粉滅火器直接滅火，12:23時救護隊彙報明火已撲滅。

24日：

11:40停采，工作麵機尾架後有青煙。

12:10上隅角再次發生瓦斯爆燃，工作麵煙霧很大。12:14發現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開動采煤機，隨後工作麵進入停放頂煤快速推進，沒有再見明火和煙霧。

為了擺脫火的威脅，24日決定工作麵隻割煤不放頂煤，加快推進速度，要求日推進度7m以上。於是從24日16：00到28日爆炸前共推進了約27m，同時在灌漿巷灌漿、注凝膠，在工作麵架間噴灑阻化劑，在聯絡巷利用抽放鑽孔向采空區注水。同時將工作麵機頭逐步抬高約1.5m，運輸機巷也進行挑高作業。為確保高位巷能夠有效排放工作麵架後瓦斯，以降低上隅角瓦斯濃度，對工作麵高位巷兩側頂煤每日至少實施2次鬆動爆破。

三、爆源點的認定

▲根據銅川礦務局救護大隊市區中隊一小隊11月30日3：00～10：00偵察416運順情況，偵察路線由四軌下延伸巷左拐直接進入416運順1700m。沿路發現8名遇難人員，倒向有朝裏、外、左、右。由巷口往裏的一部、二部皮帶支架受衝擊波的影響，由外向裏堆在巷道中，皮帶堆成一團;三部皮帶支架完好，皮帶落地;風機靠幫，風筒全部被摧毀，隻剩鐵環;瓦斯抽放管道斷裂，散布在井巷中。根據物體位移及倒向，衝擊波來自巷口外，由此認定爆源點不在416運順。

▲根據銅川礦務局救護大隊市區中隊一小隊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入415灌漿巷約700m。沿路未發現遇難人員，橫川風門和密閉牆被破壞，衝向灌漿巷側。表明衝擊波是由回順、高位巷向灌漿巷衝擊;此外爆炸前在415灌漿巷內的救護隊員王克修安全逃生，可以認定爆源點不在415灌漿巷。

▲根據事故後救護偵察報告，415運順口150m以裏的皮帶架全部打翻，向外傾倒，皮帶落地，玻璃鋼抽放管道破碎，轉載機橫在巷道中;416掘進工作麵運順皮帶、人員倒向向裏，由此判斷本次瓦斯爆炸造成的破壞程度較大。若爆源點在415工作麵采空區深部，爆炸衝擊波在傳播過程中受采空區受限空間、垮落的煤、工作麵支架的阻擋，爆炸波衰減較快，難以達到上述破壞程度。

▲415高位巷未摻入新風的一段巷道(約15m)直接與采空區連通，該段巷道內的氣體濃度基本與采空區頂板區域的氣體濃度近似。

據救護隊27日0：15～22：30和28日0：20～6：10，在415高位巷6#橫川以裏測量數據，該段巷道內瓦斯濃度在12%～20%之間、氧氣濃度9%～15%之間，一直處於爆炸限內。由此說明415采空區及高位巷瓦斯濃度具備引起瓦斯爆炸的條件。

四、火源分析

1.對摩擦火花引爆瓦斯的可能性分析

415回順采用金屬錨網支護，超前支護為單體液壓支柱，故可排除端頭移架過程中，支架與金屬錨網摩擦起火花引起爆炸的可能。

2.對自燃引爆瓦斯的可能性分析

陳家山礦11月23日，415綜放麵由於上隅角放炮落頂產生火花引起支架後部采空區瓦斯爆燃，引燃采空區遺煤，當時采取了直接滅火措施，但24日又發生爆燃，表明潛伏有事故隱患，但引爆瓦斯的可能性較小，依據如下：

▲415工作麵於23日10：30左右，因上隅角放炮落頂引起瓦斯爆燃，引燃83～89#架子後的遺煤，出現明火，采用幹粉滅火器、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，通過灌漿巷打鑽向上隅角采空區注漿，利用聯巷2個抽放長鑽孔向59#、80#支架頂煤注水降溫，由救護隊用袋裝碎煤在下隅角和上隅角堵漏。

▲11月24日9：09，在109#支架出現煙霧，12：10上隅角發生爆燃，12：14發現53#架尾梁下部著火，經過灑水直接滅火，12：36明火撲滅，13:30采用紅外測溫儀探測著火範圍未發現異常高溫，認為工作麵沒有明火後決定工作麵不放頂煤快速推采，同時進一步采取工作麵機頭抬高1.5m以使工作麵中部形成低窪積水，架間噴灑氣霧阻化，長鑽孔注水降溫，上、下隅角袋裝碎煤堵漏，打鑽孔灌漿，注凝膠等防滅火措施.

▲27日上午通過灌漿巷鑽孔壓注20%濃度水玻璃凝膠260m3，成膠速度在30s到2min範圍內，據救護隊員證言已在工作麵89#、90#架後見到膠體;

▲根據對CO、CO2濃度和C2H4標誌性氣體的測定，高位巷CO濃度在500ppm以下，考慮到陳家山煤礦屬油、氣、煤共存，通過加幹擾管對CO進行測定，27日、28日CO濃度在200ppm以內，CO2小於1%，無C2H4，未出現自燃征兆。

▲從24日16：00開始推采至28日7:06，工作麵共推進了27m，一直未發現自燃跡象。

由此推斷，雖然存在采空區自燃引爆瓦斯的可能性，但很小。

3.對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、引燃支架後遺煤和頂煤後，11月24日實行工作麵不放頂煤快速推采，為管理工作麵及高位巷的瓦斯，必須在高位巷(處於100、101架上方)兩邊打四個眼，其中在95架、96架、97架的架間打兩個炮眼，另外在105架、106架、107架的架間打兩個炮眼，實施頂煤鬆動爆破，以利高位巷能及時垮落。

3.對放炮引爆瓦斯的可能性分析

▲證言表明，28日4：00時采煤機已接近機尾，到機尾後采煤機又向機頭推進。在采煤機向機頭推進後，上隅角需要放炮;且6：10采煤機因轉載機滯後5.4m，不能割煤，停機(停在機頭附近)。自6：10至7:06這一時間段內，隻有放炮工序。此外，不少證言證明：打眼放炮的人員放完炮後應出班，而事故當班放炮人員都沒有出班，由此說明，爆炸前在進行放炮作業。

綜上所述，引爆瓦斯火源是放炮。

五、存在問題及教訓

根據以上分析，認為：銅川礦務局陳家山煤礦“11.28”事故為瓦斯爆炸事故，事故發生在2004年11月28日07:06，爆源位於415綜放工作麵支架與高位巷處的采空區。初步分析認為,事故直接原因是工作麵放炮引起架後采空區瓦斯爆炸。

五、存在問題及教訓

1、高瓦斯礦井放頂煤開采在工作麵頂部放炮落煤時，極易引燃引爆采空區瓦斯，造成特別重大事故。在無法證實老空區瓦斯不超限的情況下，建議禁止高瓦斯礦井在工作麵向頂煤或采空區方向放炮這種方法。

2、陳家山礦為油氣共生的礦井，規程上所規定的有關參數，不適應這種條件的需要。全國此類礦井還不少，因此要補充和修改規程的規定。

3、陳家山礦調度係統與安全CAD多媒體開發均是兩張皮，不能有效地指揮生產，應重新對調度工況、安全監測、機電係統監控等集中聯合開發。

五、存在問題及教訓

4、一礦一麵集約化生產的礦井生產非常集中，人員也非常集中，一旦發生事故，將必然造成重大傷亡。建議對於不具備高度集中生產的條件，或在係統上不能滿足安全需要的高突煤層的開采，應根據自身條件選擇合理的開拓布局和產量。

5、如何實現專用瓦斯巷高濃度瓦斯的智能化控製，是一個新課題。3%瓦斯濃度在強點火高溫情況下(特別是有油氣混入)，也會引起爆炸。因此要注重高濃度瓦斯專用巷道防爆監控技術研究。

6、對於圍岩瓦斯及油氣含量較大的煤層，應考慮上部先采一層，作為下部煤的開采保護層，在解決瓦斯後，下部煤再實施放頂煤開采。

五、存在問題及教訓

7、高位巷和風巷錨網支護時，開采後錨網不易垮落，網刺於上端頭支架升降移架易摩擦生出火花引爆瓦斯，因此在支護上應重新考慮選擇其支護方式。

8、現玻璃鋼抽放管抗衝擊能力不能抵抗爆炸波的衝擊，致使爆炸時抽放管路炸碎，管內大量高濃度瓦斯湧出，加劇了爆炸威力。建議加大玻璃鋼管路的強度或改用其他管路。

五、存在問題及教訓

9、陳家山礦瓦斯爆炸後，救援時有害氣體測試係統跟不上，靠救護隊提供的現場數據一是不及時，二是有誤差，應研究建立應急救援可視化監控係統。

10、此類礦井應加大瓦斯綜合利用，抽放和瓦斯利用相結合，用利用來促進抽放，以達到潔淨安全能源生產的目的。