陳家山事故分析

陜西省銅川陳家山煤礦

“11.28”特大瓦斯爆炸事故分析河南理工大學王兆豐

2007年1月一、礦井及事故概況

陳家山煤礦位于銅川市北部約40公里處，為焦坪礦區(qū)西部邊緣井田，走向長5.5km，傾斜寬3.7km，面積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(chǎn)，2004年申報核定生產(chǎn)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(nèi)煤、油、氣共生，火、瓦斯等自然災害嚴重。礦井主要開采侏羅系4-2#煤層，平均可采厚度12m，煤質(zhì)為中灰、低磷、低硫、不粘結長焰煤。煤層堅硬，煤的堅固性系數(shù)f=0.8～2.1。

煤層有自然發(fā)火危險，發(fā)火期3-6個月，最短發(fā)火期24天，屬易自燃煤層；煤塵爆炸指數(shù)為35.42%，火焰長度大于400mm，有爆炸危險。

1991年11月20日11時左右，在四采區(qū)軌道下山掘進過程中，放炮誘發(fā)巖石與油氣突出，拋出巖石101t，噴出瓦斯11736m3，并滲出原油近10t。1993年經(jīng)煤科總院重慶分院鑒定，4-2#煤層底板三疊系T3砂巖層為突出巖層。隨后，礦井調(diào)整采掘部署，將原設計在T3砂巖層的巷道全部調(diào)整到4-2#煤層內(nèi)布置。此后一直沒有再發(fā)生過煤、巖石與瓦斯突出，也未見任何突出預兆。2003年再次經(jīng)煤炭科學研究總院重慶分院鑒定，并經(jīng)陜西省煤炭工業(yè)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含油氣砂巖層頂部法線距離10m以上時，可認定為非突出礦井。2004年礦井瓦斯鑒定結果為：礦井絕對瓦斯涌出量107.61m3/min，相對瓦斯涌出量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(qū)分區(qū)抽出式回風的通風方式，目前僅開采四采區(qū)，一礦一面集約化開采。328m3/min860m3/min1120m3/min1350m3/min1500m3/min640m3/min600m3/min360m3/min490m3/min8491m3/min80m3/min2408m3/min2065m3/min520m3/min320m3/min920m3/min800m3/min

礦井共有8個進風井筒，1個回風井筒,總進8221m3/min,風井總回風8491m3/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，其中一臺工作，一臺備用，最大通風風量可達到10000m3/min。井下局部通風均采用雙風機、雙電源并能實現(xiàn)自動分風、自動切換。且具有風電、瓦斯電閉鎖裝置。

415工作面是礦井唯一的煤炭生產(chǎn)工作面，于2004年2月15日投產(chǎn)，已回采800m以上。工作面采用兩進兩回通風方式，即運順進風通過工作面，由回順回風，還有一部分風流經(jīng)采空區(qū)進入高位巷，形成高瓦斯?jié)舛蕊L流。灌漿巷進風，一部分經(jīng)局部通風機進入灌漿巷橫川以里，供瓦斯抽放、灌漿防滅火等作業(yè)用；主體風流經(jīng)與高位巷聯(lián)接的橫川進入高位巷，與高位巷中高瓦斯?jié)舛鹊娘L流混合，將瓦斯?jié)舛认♂尩?.5%以下，由高位巷回風；在高位巷橫川以里的一段較長時，由灌漿巷引入局部通風機供風，將高瓦斯?jié)舛榷慰刂圃?0m以內(nèi)。

415工作面是礦井唯一的煤炭生產(chǎn)工作面，于2004年2月15日投產(chǎn)，已回采800m以上。工作面采用兩進兩回通風方式，即運順進風通過工作面，由回順回風，還有一部分風流經(jīng)采空區(qū)進入高位巷，形成高瓦斯?jié)舛蕊L流。灌漿巷進風，一部分經(jīng)局部通風機進入灌漿巷橫川以里，供瓦斯抽放、灌漿防滅火等作業(yè)用；主體風流經(jīng)與高位巷聯(lián)接的橫川進入高位巷，與高位巷中高瓦斯?jié)舛鹊娘L流混合，將瓦斯?jié)舛认♂尩?.5%以下，由高位巷回風；在高位巷橫川以里的一段較長時，由灌漿巷引入局部通風機供風，將高瓦斯?jié)舛榷慰刂圃?0m以內(nèi)。高冒帶抽放鉆孔注漿鉆孔灌漿巷回順高位巷運順冒落拱順煤層鉆孔高冒帶抽放鉆孔注漿鉆孔灌漿巷回順高位巷運順冒落拱順煤層鉆孔

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涌出量為79.04m3/min，風排52.25m3/min，抽放26.79m3/min，礦井瓦斯抽放率33.89%。礦井設有3套獨立的瓦斯抽放系統(tǒng)。風井瓦斯抽放泵房有兩套瓦斯抽放泵：一套2BEC60泵系統(tǒng)，抽放416運順瓦斯，抽放瓦斯?jié)舛?～11%，混合瓦斯流量56～60m3/min，純瓦斯流量4.5～6m3/min；一套SKA-670泵系統(tǒng)，2004年7月開始抽放415采空區(qū)瓦斯，抽放瓦斯?jié)舛?5～20%，混合瓦斯流量110～135m3/min，純瓦斯流量20.25～27m3/min。衣食村瓦斯抽放泵房有一套2BEC60泵系統(tǒng)抽放416灌漿巷、高位巷、回順的瓦斯，抽放瓦斯?jié)舛?～8%，混合瓦斯流量50～70m3/min，純瓦斯流量3～5m3/min。隨著416灌漿巷進入低瓦斯區(qū)，鉆孔瓦斯抽放濃度降低，9月24日瓦斯?jié)舛冉档偷?%，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泵系統(tǒng)承擔。2004年1～11月總抽放量為18.54Mm3，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工作面風排瓦斯量29.52m3/min,瓦斯抽放量20.25m3/min,合計瓦斯涌出量49.77m3/min,瓦斯抽放率為40.69%。

礦井瓦斯主要來自回采工作面，回采工作面瓦斯30%來自本煤層工作面煤壁和落煤，70%來自頂?shù)装逵蜌鈱雍筒煽諈^(qū)。本煤層透氣性較好，因此礦井主要采用走向長鉆孔（約700m）煤層瓦斯預抽、傾斜順煤層鉆孔預抽、掘進工作面邊掘邊抽、灌漿巷采空區(qū)高冒帶鉆孔卸壓抽放等瓦斯綜合抽放方法。高冒帶抽放鉆孔注漿鉆孔灌漿巷回順高位巷運順冒落拱順煤層鉆孔

圖3采煤工作面瓦斯抽放方法示意圖

416灌漿巷、運順安設￠300mm管路3500m，￠150mm管路500m，施工長孔鉆場9個、長鉆孔15個，長鉆孔總長6400m;施工短鉆孔鉆場25個，鉆孔170個，鉆孔總長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臺MK-7型鉆機開始施工417運順掘前預抽長鉆孔，1#孔長725m，2#孔長669m，3#孔已施工750m。鉆孔施工完畢即接入抽放，11月15日測定：1#孔瓦斯?jié)舛?0%，負壓280mmHg，純瓦斯流量為2.44m3/min,2#孔瓦斯?jié)舛?0%，負壓290mmHg，純瓦斯流量為4.19m3/min。

415工作面的長鉆孔于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。圖4掘進工作面邊掘邊抽方式

采用MK-7型鉆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8.07Mm3。采用2Y-150鉆機施工中長孔，在掘進巷道兩側間距50～75m邁步鉆場布置邊掘邊抽鉆孔，共施工鉆場55個，施工鉆孔165個，單孔長100～150m，￠75－91mm,總長24750m，抽放瓦斯3.449Mm3;施工巷道頂板抽放孔25組125個,孔徑￠45mm，鉆孔總長942m，抽放瓦斯0.30Mm3。415工作面在運順沿傾斜方向同時施工順煤層鉆孔，鉆孔間距6～12m，單孔長度約145m，孔徑￠91mm。共施工鉆孔43個，鉆孔總長6020m，抽放瓦斯0.777Mm3。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，建有灌漿系統(tǒng)、阻化劑系統(tǒng)、700Nm3/h的注氮系統(tǒng)和凝膠防滅火工藝系統(tǒng)。在工作面灌漿巷內(nèi)每25m施工一組灌漿孔，每組兩孔，利用灌漿孔向采空區(qū)進行灌漿，灌漿孔滯后工作面30～50m，415工作面在2004年1至10月累計灌漿純土方量9974m3。回采工作面同時安裝汽霧阻化系統(tǒng)，分別在前落山、工作面第十架、二十、三十、五十架、后落山處安裝汽霧發(fā)生器，向工作面噴灑阻化劑。415工作面開采以來，累計噴灑阻化劑NaCl97.3t。

每3天在工作面前后落山堵袋子墻，減少采空區(qū)漏風，在灌漿巷每80m左右做密閉，防止灌漿巷里段向采空區(qū)漏風。2004年7～8月間在415運順埋管向采空區(qū)注氮，累計注氮量為217609m3。在415灌漿巷18#鉆場附近，布置四個注膠孔向采空區(qū)注凝膠，終孔位置在回順頂部以上5～6m，工作面爆炸前位置在采空區(qū)以里18～40m之間，共注凝膠260m3。防塵方面主要利用地面水源井經(jīng)φ150mm的6800m鋼管到大巷正頭水倉、再經(jīng)加壓泵加壓，送到工作面實行噴霧灑水降塵。一、礦井及事故概況

礦井設置了25個轉載點噴霧裝置，22個凈化水幕，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40～60m3,共注水6557.1m3。通過注水，有效地抑制了瓦斯的涌出、減少了產(chǎn)塵量、軟化了頂煤。一、礦井及事故概況

2001年礦井安裝了KJ66監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，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采面安設了6個瓦斯傳感器，即回順2個、高位巷2個、灌漿巷6#橫川以里1個，工作面上隅角1個。此外，還裝備有KSS-200型束管（色譜）監(jiān)測系統(tǒng)。

圖5415工作面監(jiān)測系統(tǒng)傳感器布置二、事故發(fā)生經(jīng)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深鉆孔，裝藥11卷長5.5m和三個雷管，起爆松動頂煤后不久，即在約10:40時上隅角采空區(qū)發(fā)生瓦斯爆燃，在83#～89#架后溜槽處發(fā)現(xiàn)明火，并伴隨大量青煙。11:05時礦救護隊采用干粉滅火器直接滅火，12:23時救護隊匯報明火已撲滅。

24日：11:40停采，工作面機尾架后有青煙。12:10上隅角再次發(fā)生瓦斯爆燃，工作面煙霧很大。12:14發(fā)現(xiàn)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，隨后工作面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日決定工作面只割煤不放頂煤，加快推進速度，要求日推進度7m以上。于是從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，在工作面架間噴灑阻化劑，在聯(lián)絡巷利用抽放鉆孔向采空區(qū)注水。同時將工作面機頭逐步抬高約1.5m，運輸機巷也進行挑高作業(yè)。為確保高位巷能夠有效排放工作面架后瓦斯，以降低上隅角瓦斯?jié)舛?，對工作面高位巷兩側頂煤每日至少實?次松動爆破。三、爆源點的認定

▲根據(jù)銅川礦務局救護大隊市區(qū)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(fā)現(xiàn)8名遇難人員，倒向有朝里、外、左、右。由巷口往里的一部、二部皮帶支架受沖擊波的影響，由外向里堆在巷道中，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，只剩鐵環(huán)；瓦斯抽放管道斷裂，散布在井巷中。根據(jù)物體位移及倒向，沖擊波來自巷口外，由此認定爆源點不在416運順。

▲根據(jù)銅川礦務局救護大隊市區(qū)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(fā)現(xiàn)遇難人員，橫川風門和密閉墻被破壞，沖向灌漿巷側。表明沖擊波是由回順、高位巷向灌漿巷沖擊；此外爆炸前在415灌漿巷內(nèi)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(jù)事故后救護偵察報告，415運順口150m以里的皮帶架全部打翻，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掘進工作面運順皮帶、人員倒向向里，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工作面采空區(qū)深部，爆炸沖擊波在傳播過程中受采空區(qū)受限空間、垮落的煤、工作面支架的阻擋，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(qū)連通，該段巷道內(nèi)的氣體濃度基本與采空區(qū)頂板區(qū)域的氣體濃度近似。據(jù)救護隊27日0：15～22：30和28日0：20～6：10，在415高位巷6#橫川以里測量數(shù)據(jù)，該段巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛仍?2％～20％之間、氧氣濃度9％～15％之間，一直處于爆炸限內(nèi)。由此說明415采空區(qū)及高位巷瓦斯?jié)舛染邆湟鹜咚贡ǖ臈l件。

圖6爆炸前高位巷與采面空間關系示意圖采空區(qū)頂板巖層煤層采面矸石煤層15m高位巷摻新風聯(lián)絡巷爆源四、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(wǎng)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(wǎng)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綜放面由于上隅角放炮落頂產(chǎn)生火花引起支架后部采空區(qū)瓦斯爆燃，引燃采空區(qū)遺煤，當時采取了直接滅火措施，但24日又發(fā)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(jù)如下：▲415工作面于23日10：30左右，因上隅角放炮落頂引起瓦斯爆燃，引燃83～89#架子后的遺煤，出現(xiàn)明火，采用干粉滅火器、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，通過灌漿巷打鉆向上隅角采空區(qū)注漿，利用聯(lián)巷2個抽放長鉆孔向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(xiàn)煙霧，12：10上隅角發(fā)生爆燃，12：14發(fā)現(xiàn)53#架尾梁下部著火，經(jīng)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范圍未發(fā)現(xiàn)異常高溫，認為工作面沒有明火后決定工作面不放頂煤快速推采，同時進一步采取工作面機頭抬高1.5m以使工作面中部形成低洼積水，架間噴灑氣霧阻化，長鉆孔注水降溫，上、下隅角袋裝碎煤堵漏，打鉆孔灌漿，注凝膠等防滅火措施.

▲27日上午通過灌漿巷鉆孔壓注20%濃度水玻璃凝膠260m3，成膠速度在30s到2min范圍內(nèi)，據(jù)救護隊員證言已在工作面89#、90#架后見到膠體；▲根據(jù)對CO、CO2濃度和C2H4標志性氣體的測定，高位巷CO濃度在500ppm以下，考慮到陳家山煤礦屬油、氣、煤共存，通過加干擾管對CO進行測定，27日、28日CO濃度在200ppm以內(nèi)，CO2小于1%，無C2H4，未出現(xiàn)自燃征兆?！鴱?4日16：00開始推采至28日7:06，工作面共推進了27m，一直未發(fā)現(xiàn)自燃跡象。由此推斷，雖然存在采空區(qū)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、引燃支架后遺煤和頂煤后，11月24日實行工作面不放頂煤快速推采，為管理工作面及高位巷的瓦斯，必須在高位巷（處于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，實施頂煤松動爆破，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，到機尾后采煤機又向機頭推進。在采煤機向機頭推進后，上隅角需要放炮；且6：10采煤機因轉載機滯后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(nèi)，只有放炮工序。此外，不少證言證明：打眼放炮的人員放完炮后應出班，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(yè)。

綜上所述，引爆瓦斯火源是放炮。五、存在問題及教訓

根據(jù)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(fā)生在2004年11月28日07:06，爆源位于415綜放工作面支架與高位巷處的采空區(qū)。初步分析認為,事故直接原因是工作面放炮引起架后采空區(qū)瓦斯爆炸。