防止火区内瓦斯爆炸造成救灾人员伤亡的对策研究

    随着煤矿井下开采规模的不断扩大，生产水平的延伸，矿井瓦斯涌出量将逐渐递增，很多矿井发火现象也越来越严重。在井下高瓦斯区域，一旦发火，无论是内因火灾还是外因火灾，或者是由于瓦斯燃烧、瓦斯爆炸后产生的火源，处理不当就会发生瓦斯爆炸，造成救灾人员伤亡的后果。本文在分析鹤岗矿区和黑龙江省其它煤矿发生的几起火区爆炸，造成救灾人员伤亡的实例，对火区内发生瓦斯爆炸的原因进行分析，并提出预防和处理火区爆炸事故的建议，供从事煤矿救灾人员参考。

    一、火区内瓦斯爆炸造成救灾人员伤亡的实例

    据不完全统计，从2000年至2004年鹤岗矿区范围内共发生火区爆炸事故12起，造成34人死亡，25人受伤。发生在黑龙江省鸡西矿业集团东海煤矿和方正县宝兴煤矿的瓦斯爆炸事故也是由于处理火灾时采取措施不当，在封闭火区时发生瓦斯爆炸，酿成了救灾人员重大伤亡的后果。

    1、  2001年12月16日，鹤岗区域矿山救护大队处理鹤岗市霖源煤矿火灾事故，已经支好木方正准备施工板闭时，由于矿方人员运料的矿车掉道，将风门撞坏，使两道风门同时敞开近一个小时，井下风流的不稳定造成采空内突然发生瓦斯爆炸，冲击波将木方摧倒，使现场作业的9名救护队员摔伤，4人一氧化碳轻微中毒。

    2、  2002年4月8日，鸡西矿业集团东海煤矿在处理矿井火灾时，组织几十名作业人员对火区进行封闭，就在救灾人员封闭火区过程当中，火区内突然发生瓦斯爆炸，造成24人死亡，19人受伤。

    3、  2003年1月11日，黑龙江省方正县宝兴煤矿二段-388水平左五片自然发火，矿方组织30余人准备施工两道永久密闭封闭火区，已经封完一道密闭，正在施工第二道密闭时，采空区内发生瓦斯爆炸，井下当班作业的36人除2人脱险外，其余34人全部遇难。

    4、  2004年1月1日，鹤岗矿业集团公司兴煤公司二水平五石门中左上段已采区+20标高火区内发生瓦斯爆炸，将密闭墙摧毁。救护大队四中队队员在入井进行撤人，检查气体勘察现场时，火区内又发生第二次瓦斯爆炸，将两名队员烧伤。

    二、火区内发生瓦斯爆炸的原因分析

    火区内瓦斯爆炸的原因，应根据爆炸三要素来分析，由于火区中，火源始终存在，因此主要分析火区内氧气和瓦斯浓度的变化趋势。根据多起火区发生瓦斯爆炸的成因特点，我们可以把火区爆炸原因类型分为以下几种形式加以分析：

    1.风流逆转型如图一所示

    在通风系统正常情况下，火区内有一定的风量经过，风向也是稳定的。上风流没有积聚瓦斯的条件，而下风流煤层岩涌出的瓦斯和燃烧物起随风流流走，下风流即使有积存瓦斯的条件也未经过火源，发生不了爆炸。如果由于受通风设施设备状态改变的影响，或者巷道有多风路，网络复杂，在其它风压作用下，就可造成井下风流发生逆转，风流反向使下风侧达到爆炸界限的瓦斯气体经过火源，从而引起瓦斯爆炸，也就是说在火区中如果改变了风向就有发生瓦斯爆炸的可能。采取调风方案必须慎之又慎。

    2.火区封闭如图二所示

    火区在封闭过程中及封闭后，由于隔绝供氧，火区内燃烧也不断消耗剩余氧气，生成二氧化碳，并与涌出的瓦斯一起渗入火区内大气中，引起火区空气中氧气浓度持续下降。由于煤层中瓦斯不断涌出，瓦斯浓度继续增加，瓦斯浓度曲线呈上升趋势。见火区内O2和CH4变化趋势图。如果予封闭区域瓦斯涌出量较大，在氧气浓度没有降至12%之前，瓦斯浓度就已上升至爆炸界限，就会发生爆炸。如果火区封闭严密，由于封闭区内仍由岩、煤层涌入气体，区内气压增加，可抑制CH4涌出，使CH4浓度增加速率变缓。O2浓度至12%以上时，CH4没有达到爆炸界限浓度，就不会发生爆炸。而当密闭存在漏风时，新鲜风流进入增加了O2浓度，使瓦斯浓度上升至爆炸界限内时，O2浓度还没降下来，火区内又有明火存在，极易发生爆炸。封闭高瓦斯区域火区时封闭顺序十分重要。因火区封闭顺序不当可造成火区内风流逆转和其它巷道瓦斯供入火区的可能。

    3.风流供氧如图三所示

   

    在火区没有得到彻底根治，但进行封闭后起到了隔绝供氧的作用。火区内O2浓度低于5%，火焰燃烧将开始逐渐减弱乃至熄灭，O2浓度在1%以下时，火焰燃烧完全熄灭。但即使在空气中O2浓度为零的条件下，着火带可燃物的阴燃仍可持续相当长的一段时间，此时火区处于缺氧、阴燃状态。如果由于人为调风或构筑设施设备无意改变了通风系统（启封火区或调整风路），使含有足够O2的新风供入火区内，造成火势增大，并使达到爆炸界限浓度的瓦斯经过火源，就可导致火区爆炸。如果火区未完全达到熄灭条件就风供启封火区极易发生爆炸。

    4.瓦斯供入型如图四所示

    在火区有多条漏风通道存在的情况下，火区内有少量风流经过不含瓦斯或瓦斯浓度很小，即使瓦斯经过火源也发生不了爆炸。而外界瓦斯在风压作用下进入火区，或者把与火区相通的其它巷道积存的瓦斯气体带入火区，就会引起瓦斯爆炸。封闭火区后排放瓦斯时，应尤为注意。

    三、处理矿井火灾时防止控制火区爆炸措施的建议

    通过以上分析可以看出，火区爆炸一般是出现在通风系统不稳定，或与火区连通的旧巷多，风路复杂；火区密闭不严密漏风；人为进行调整风路；火区封闭顺序不当等情况时才发生的。为避免以上现象发生，特提出预防、控制火区爆炸的一般措施。

    （一）要全面详细了解火区情况

    1.进一步查清火源地点，明确火区范围，查清火区内通向外界或地面的废旧巷道，地质钻孔，灌浆孔以及采空区与火区内相通的巷道，风路关系，需封闭的及时予以封堵。

    2.了解火区煤层的开采情况，丢失的煤柱，瓦斯涌出情况和变化规律，以及火区内其它气体的浓度。掌握火区及其附近的地质构造（如褶曲、断层、破碎带等），以防止封闭时瓦斯进入火区或造成封闭不严出现漏风。

    3.了解与火区相关的巷道布置、通风系统、、通风设施、巷道的断面和支护形式、风量、风向、巷道的烟雾和温度情况等。所有巷道必须对照清楚（层间关系、采空关系、巷道关系、临区关系），把图纸上齐上全。

    4．救护队侦察工作力求细致认真，尽量摸清火情，做到一次侦察完结。指挥部要详细研究火性，分析瓦斯爆炸的可能和灭火工作的复杂性，制订周密的灭火方案和安全措施才能保证救灾人员安全。

    （二）控制风量、减小火势

    矿井火灾时期，风流控制是救灾中最主要的措施之一，风流控制包括风量控制和风向控制两个方面。在正常生产时期主要进行风量的控制，而在灾变时期主要是进行风向控制，防止风流紊乱。一般在确保瓦斯不积聚的前提下，进行缩风来减小火势，保证向火区内流入一部分风量，使火灾生成的易燃物和涌出的瓦斯不断流出着火带，保持风向一致性。在处理由于瓦斯燃烧和瓦斯爆炸引起的火灾时，在井下没有人员的情况下，可采用风流短路措施。之后人员在安全地点观测。

    （三）保证通风系统稳定

    控风后，必须保证井下通风系统的稳定，保证风流连续地正向流动，不发生风流逆转和瓦斯供入火区现象。应采取如下措施：

    1．专人看主扇，保证通风机正常运转。

    2．局部通风机保持原状态，不得随意停开。

    3．专人看有关风门，保证井下通风系统、通风网路维持原状态。

    4.如出现风流逆转，风压（风量）变化频繁或严重的烟流滚退等现象或进入火区的风速小于防止烟流滚退的最小风速，所有人员必须撤退。

    （四）监测气体，观测听响。

    处理火区爆炸事故，监测气体是一种有效的重要手段，采用定时人工检测与色谱仪化验分析相结合方法，把火区内气体数据真实反映出来，建立观测记录，绘制气体变化曲线图，同时要测定风量，在不受爆炸冲击波威胁的安全地点设观测站，掌握火区变化情况，用于指导各项救灾工作的实施。当火区气体变化异常，处于不稳定状态时，严禁人员入井。

    （五）火区封闭

    根据井下实际情况及火灾特点选择封闭顺序，必须认真考虑每条巷道封闭后，对整个火区系统风路的影响和风压的变化。多条巷道需要进行封闭时，应先封闭对系统风路无大影响的巷道。

    1．封闭有爆炸危险火区时，首先考虑控爆问题，一般先封入风侧密闭，采用码放砂袋或用充砂隔爆方法，并预留通风窗口，保证向火区供入一定风量，隔爆工作结束后，将通风窗口堵严，观察24小时无问题后，再施工回风侧密闭。

    2．在火区封闭时，要安排专人密切监测火区回风气体变化情况，火区取样应在巷道顶部、中部和底部三点提取，才能真实反映火区的空气成分，在倾斜巷道更应如此。最好的办法是一次安装完束管，进行束管监测，避免人员多次进入。

    3．火区封闭时要注意监测大气压力的变化，大气压力上升是构筑防火墙的最好时刻，有助于避免火区气体从封闭区外溢，威胁救灾人员。

    4．只有在保证火区封闭条件好，能保证不漏风的情况下，可考虑同时封闭方法，尽可能缩短构筑密闭时间，快速施工临时板闭，迅速切断供氧条件，但要保证封闭的同时性，在施工板闭时预留门孔，保证门孔封堵前的火区通风。封堵门孔时，统一指挥，保证按预定时间同时封闭。如果能在同时封闭之前注入CO2、N2等惰气，则更利于保证火区封闭的安全。