一次煤矿瓦斯爆炸事故的分析

摘  要：通过对事故抢救情况的了解、查看相关系统的设计和管理文件，对所获取的资料进行全
面深入的分析，基本查明了瓦斯爆炸事故发生的直接原因。
关键词：瓦斯爆炸；事故分析；煤矿

1  事故区域概况
    某日7：32左右，某矿二号采煤工作面发生了瓦斯爆炸重大事故，死亡4人，重伤2人，轻伤1人。该工作面上部已回采完毕，为三角煤回收的残采面。煤层倾角50°～60°，煤厚2～6 m，煤层下窄上宽，属于急倾斜煤层，高瓦斯区域，瓦斯绝对涌出量3．72m3／min，相对涌出量为20．77m3／t。
    二号采煤工作面巷道布置方式见图1。运输斜巷坡度为25°，采用搪瓷溜槽自动溜煤；2台11kW局部通风机向采煤工作面送风；在东一石门内安装低爆开关和2．5l kVA干变向工作面2台127V煤电钻供电；回采点和回风流各装1台瓦斯监测监控系统传感器。
2  相关系统设计及实际情况
    工作面采用斜坡采煤方法。落煤方式为打眼放炮、爆破落煤，钻具为煤电钻，人工操作，支护方式为木支架梯形支护，巷道断面5．9 m2。采用全部冒落法管理顶板，放煤时利用挡矸闸防止采空区内顶底板矸石串出。工作面及联络巷采用局部通风机送风的方式，设计风量为670 m3／min，实际供风量约为480 m3／min左右。采区供电由中央变电所至—620m水平采区变电所，电压为380V。采区主干线为D50 mm2橡套铜芯电缆，分支为D35mm2橡套铜芯电缆供局部通风机、干变、充电使用。工作面电源由采区变电所180 kVA变压器引一电缆到工作面。
    设计及管理要求坚持使用捡漏继电器、煤电钻、电照明和信号综合维护、坚持使用瓦斯和风电闭锁。实际供电系统，局部通风机即使不开，也能启动和关闭第二部刮板输送机和煤电钻，另外煤电钻变压器综合保护装置(其功能为煤电钻不启动，其供电电缆不带电)已损坏，由KSGB—2．5干式变压器代替。瓦斯监控系统(KJ95型)于3个月前安装，正常运行，工作面设置了2个瓦斯智能探测器KGJl6(见图1)，工作面作业点的瓦斯智

　   

能探测器仅声光报警，不控制任何电源。工作面运输巷的瓦斯智能探测器除声光报警外，还能控制第1部刮板输送机的电源。两探测器每2min采集1次数据，传输至地面调度室。
3　　物证勘察结果及相关人员提供的资料分析
　  (1)瓦斯探测器。工作面探测器外表较为完整，与探测器直接连接的电缆连结较为完整，其他段电缆有拉断迹象，断口不规则。探测器外壳塑料颜色由蓝色变为灰黑色，颜色均匀，该色不是煤灰，显然是探测器外壳塑料受到了高温氧化的结果。说明探测器未受到碰撞，也未受到爆炸冲击波的影响。回风侧探测器被冲击波冲撞成碎片，但报警灯较为完整。探测器外壳塑料片维持原色。
    (2)煤电钻。离工作面外附近约2m处的1＃煤电钻破坏较大，电机外壳裂口较大，手柄一侧断裂不知去向，与煤电钻相连的电缆保护密封套有明显的不规则断口，为强力拉断，电缆不知去向，电缆与电钻连接接线柱处的铜芯线铜丝有部分仍在接线柱的螺丝中，显然电缆与煤电钻是在强劲外力的作用下被拉出脱落的。而2号煤电钻上壳及与连结的电缆均较为完整，基本无破坏。
    (3)瓦斯监控电缆。2根瓦斯监控电缆断口不规则，为拉断构造，外表皮粗糙、硬化，受到了高温烘烤作用。
    (4)矿灯。4＃死者使用的矿灯无灯头、无灯线，只有矿灯的电池，电池外壳完好。2＃死者使用的矿灯外壳较为完好，灯头外壳稍有破碎。
    (5)风筒。取出的风筒撕裂现象严重，大部分裂口新鲜，无煤尘，可能取证时，从堆积物中拉出而形成。
    (6)安全帽。只有一顶安全帽，受外力而砸裂，受到高温现象不明显。
    (7)雷管盒。雷管木盒一般由2＃死者保管，盒子一角受到外力破坏，无雷管爆炸等现象。
    (8)死亡人员和伤者情况。各死者和伤者的位置见图1。1＃死者头发烧焦，面部烧伤严重，全身骨折，显然受到爆炸产生高温气流的灼伤和冲击波的严重冲击，被推射到巷道壁而受伤至死。2＃死者体表烧伤迹象不明显，脚、手、腿等处骨折明显。3＃死者面部有轻微烧伤迹象，头发卷曲，受到高温现象。4＃死者面部及左肩烧伤严重，头发卷曲，受到高温现象。1＃死者烧伤面积达50％以上，2＃伤者烧伤面积达30％，主要是受到高温气流的烧伤。3＃伤者只受到轻伤，为冲击波将其推倒所致，无烧伤迹象。
    (9)相关人员提供的资料。事故前部分曾在工作面的人员感觉头昏，瓦斯味浓(与地面瓦斯监测系统提供的数据相符)。其他有关人员提供资料略。
4  事故直接原因分析
4．1  爆源分析
    根据现场抢救的情况，现场破坏程度的情况，相关人员提供的事故发生的巨响等各种资料，伤亡人员的伤势情况，工作面瓦斯确实超限等情况看，本次事故发生的是瓦斯爆炸。爆炸的爆源(即起爆的准确地点)在工作面附近，该处也就是火源的产生地。
4．2  爆炸的必要条件
    瓦斯爆炸的必要条件是：瓦斯的浓度超过爆炸的下限，即已存在瓦斯积存；氧的浓度不低于12％；长于感应期和高于瓦斯最低点燃温度的点火源。上述3个条件必须同时具备。本次事故爆源处，事故前在正常通风，氧气浓度显然大于12％。因此，必须分析瓦斯聚集到爆炸下限浓度的原因和产生火源的直接原因。
4．3  瓦斯聚集产生的原因
    (1)从事故发生前瞬间瓦斯传感器传输到地面的数据看，工作面处瓦斯浓度由1．5％左右升到3．1％左右。回风处瓦斯浓度为1.9％。
    (2)从离开工作面人员的口述记录看，他在工作面时，已感到头昏，瓦斯气味较浓，工作面瓦斯探测器在报警，读数为3．2％，由此看，事故前工作面附近瓦斯浓度超过3％，已接近高温条件下瓦斯爆炸的下限浓度，但尚不具备瓦斯爆炸浓度的条件。
    (3)采空区已形成了一个约130m3。的较大空间。综合各种因素，引起瓦斯继续升高的原因可能有：一是采空区冒落引起采空区瓦斯积聚；二是由于本残采面位于向斜轴部和三角煤地带，属应力集中区，煤层的垮落，引起瓦斯涌出量增加；三是可能发生煤与瓦斯突出，引起瓦斯浓度急升。
4．4  火源产生分析
    根据已知相关资料，可以排除产生火源的有：煤层自燃、爆破、明火，静电等。可能产生火源的有：①工人在当头拆卸矿灯时产生电火花；②工人进行加强支护用斧子砍树或挖树脚窝时，铁器工具撞击岩石碰出火花。③采空区上部冒落大块岩石砸坏煤电钻电缆引起火花；④采空区上部突然垮落岩块和煤，砸翻溜槽、工具、煤电钻、钻杆等金属物相互碰撞或岩块碰撞产生撞击火花；⑤工人拖煤电钻准备打眼，煤电钻不防爆或接触不良产生火花；⑥煤电钻电缆带电，被突然垮落的煤岩冲击，拉断、拉出煤电钻接线柱处电缆，使电缆接线柱处裸露处产生短路火花。
    根据爆炸现场提取的各种物证，分布的伤者伤之情况，各种火花产生的条件及爆炸后形成的现场、相关人员提供的资料等综合分析，①一⑤种情况火花产生爆炸前后的情况不符合相关条件，而第⑥种情况与产生爆炸前后的情况基本吻合，理由如下：
    (1)如果①、②、③的其中任一种情况产生火花引起爆炸，则死者中有一人即为离爆源最近处的，发生爆炸后，死者将面目全非，至少身体某一部分炸伤严重，从死者尸体均较为完整的情况看，这几种情况完全可以排除。
    (2)由③、④任一种情况产生火花引起的爆炸，则爆炸时主要尚有一定空间，爆炸产生的冲击波会撞击现场最近的3位死者和工作面瓦斯探头，死者会有大量骨折，同时瓦斯探头也会撞击粉碎，而爆炸产生的高温气流会对2＃、3＃、4＃死者烧伤最为严重，而这3位死者反而比2位重伤者烧伤面积小得多，瓦斯探头也较为完整，不符合爆炸后形成的现场条件。
    (3)第⑥种情况产生的火花引起的爆炸，从以。下几个方面分析：①煤电钻的电缆在接线柱处的橡胶套断口，接线柱铜芯脱落情况看，显然电缆是被外力突然拉断的。②从煤电钻的破坏的程度看，煤电钻离爆源应该很近。③从两个不同位置的瓦斯探头的破坏情况看，工作面的瓦斯探头，爆炸前被煤掩埋，受冲击波的破坏较小，只受到间接高温影响，而回风测探头主要受冲击波的破坏成碎片。④从瓦斯探头的电缆均有拉断、表皮间接受高温而粗糙，而非直接受高温烧焦的现象看，电缆也是先埋人煤中的。⑤从4位不同位置的死者和重伤人员的比较看，1＃死者先是被冲击波撞击，后被高温气流的袭击，而2#、3#、4＃死者先被煤、支护材料部分压埋，而产生骨折，裸露部分被爆炸后产生的高温气流部分烧伤。而两位重伤者在空旷处主要为高温气流烧伤。⑥根据离开(约20min后发生事故)工作面的人员提供的资料，他走时，1＃死者(班长)在2＃煤电钻处顺风筒，向工作面送风排瓦斯。从1＃死者的位置看可以判断，死者是出来给煤电钻干式变压器电源合闸送电，为打眼放炮作准备的，为煤电钻电缆带电创造了条件。⑦该处为三角煤带，向斜轴部，周边均为采空区，形成局部应力集中，而上部又采空出较大空间，煤层倾角也较大，为煤岩垮落创造了条件，也为瓦斯突然聚升创造了条件。
    从以上各方面的条件看，火源的产生为：煤电钻电缆带电(而其综合保护装置已坏)，被突然垮落的煤岩冲击，拉断、拉出煤电钻接线柱处电缆，使电缆接线柱处裸露处产生短路火花。
    根据上面的分析，瓦斯进一步积聚是由煤岩自然垮落引起的。
5  结  论
    (1)事故性质：该事故为瓦斯爆炸；
    (2)瓦斯爆炸的爆源，即起爆点在工作面附近；
  　(3)工作面瓦斯浓度在超限的情况下，工作面部分设备(包括煤电钻等)工作电源未能切断；
    (4)工作面为残采面，应力集中，采面在已部分采空的情况下，造成煤岩自然垮落，引起工作面瓦斯浓度进一步上升，使瓦斯积聚达到爆炸浓度，同时，自然垮落的煤岩拉断煤电钻接线柱处电缆，使拉出的电缆裸露，形成短路火花，而此时，局部通风机在向工作面正常送风，有合适的氧气浓度，符合了瓦斯爆炸的3个必要条件；从而引起了本次事故的发生。
    作者简介：张世良(1965—)，男，高级工程师，1987年毕业于淮南矿业学院，现在中煤国际工程集团武汉设计研究院从事设计、研究工作，国家注册安全工程师。
　（作者系中煤集团武汉设计研究院  摘自：《煤矿安全》2004.7）