煤礦瓦斯爆炸事故原因分析及對策

張永剛

（霍州煤電集團宏昌煤業有限責任公司，山西 安澤 033102）

瓦斯爆炸是煤礦特有的極其嚴重的一種災害。一旦發生，不僅能夠造成大量人員傷亡，而且會嚴重摧毀井下設施，中斷生產，有時候還會引起瓦斯連續多次爆炸、井巷垮塌、頂板冒落和井下火災等二次災害，從而加重事故的災害程度。根據我國煤礦歷年的事故統計數據顯示，在煤礦重特大事故中，瓦斯事故居首位。建國以來，我國煤礦共發生一次100人以上的重特大爆炸事故就有22起，其中17起事故是瓦斯爆炸事故，約占77.3%。因此瓦斯爆炸事故給我國煤礦安全生產帶來了嚴重的威脅，如何控制和防止瓦斯爆炸事故是搞好當前煤礦安全的一項重要任務。

1 瓦斯爆炸的基本條件

瓦斯爆炸的發生必須具備3個基本條件，一是瓦斯濃度在爆炸界限內，一般為5%～16%；二是有足夠能量的點火源；三是混合氣體中的氧氣濃度不低于12%。3個條件缺少其中任何一個均不能發生瓦斯爆炸。

1.1 瓦斯的濃度

瓦斯濃度超限是形成瓦斯爆炸事故的根源。引起瓦斯爆炸的瓦斯濃度是有范圍的，凡是濃度低于爆炸下限或高于爆炸上限的瓦斯混合物與點火源接觸時都不會引起火焰自行傳播。瓦斯濃度低于爆炸下限時，由于過量的空氣作為惰性介質參與燃燒反應，消耗一部分反應熱，起到了冷卻作用，阻礙火焰自行傳播；相反瓦斯濃度高于爆炸上限時，由于可燃物過剩，即空氣中氧氣量不足，導致化學反應不完全，反應放出的熱量小于損耗的熱量，因而阻礙了火焰的蔓延。

1.2 氧氣的濃度

氧氣的濃度必須達到12%以上,否則井下瓦斯爆炸反應不能夠持續進行。在井下的封閉區域、采空區內及其他裂隙處由于有氧氣消耗或沒有供氧，可能會出現氧濃度低于12%的可能性外，其他巷道和工作面等一般氧氣濃度都會高于12%。

1.3 火源

火源是引起礦井瓦斯爆炸事故的必備條件之一。火源可以分為弱火源和強火源。一般情況下，弱火源不能形成沖擊波，不能使沉積煤塵轉變為浮游狀態；相反，強火源會產生沖擊波，并把沉積煤塵轉變為浮游狀態。要發生瓦斯爆炸其火源必須要達到足夠的能量,即溫度一般不低于650℃、能量一般大于0.28m J和持續時間大于爆炸感應期，這個條件通常很容易滿足的。在煤礦開采中，對一些不可避免的火源要采取措施，使其成為不能滿足點燃瓦斯的點火源。

2 引起瓦斯爆炸的主要原因

2.1 思想因素分析

引起瓦斯爆炸事故的根源在于思想上認識不足，沒有真正樹立安全第一的思想[1]，特別是在近兩年煤炭行情利好的情況下，許多煤炭企業一味的擴大生產能力，增加煤炭產量，而不能夠正確處理安全與生產，安全與效益的關系。“安全第一”的觀念淡化，是當前煤礦安全生產的最大隱患。

2.2 技術因素分析

隨著以高產高效為基本特征的集約化生產技術的采用，已有的瓦斯災害防治技術及裝備已經不能有效地控制礦井重大瓦斯災害事故的發生[2]。主要原因：①瓦斯災害防治技術分散，沒有形成完整系統的體系；②瓦斯災害防治技術缺乏相應的裝備支撐；③還有很多需要解決的共性關鍵技術問題，特別是運用于集約化生產技術條件下的共性關鍵技術問題。

2.3 管理因素分析

煤礦的安全管理方式滯后，“三違”現象時有發生。瓦斯爆炸事故的發生與安全管理方式有一定的直接關系，對瓦斯的管理很多情況下往往是靠人的主觀和經驗。隨著煤礦開采深度的不斷增加，瓦斯地質條件越來越復雜多變，再加上這種傳統的安全管理方式受到人的經驗、知識和責任心的限制，所以管理因素也是瓦斯事故多發的原因之一。

2.4 安全投入因素分析

安全投入對搞好煤礦安全來說是至關重要的。在前幾年，由于煤礦的經濟效益不好，在煤礦職工的生活都很難維持的情況下，許多煤礦企業降低了安全投入，安全欠賬較多。許多礦存在不同程度的通風系統及配套設施不完善、“一通三防”監測系統不完善和設備設施老化等問題。以1999年的統計數據為例，全國大中型煤礦中只有191座有安全科研投入，僅占大中型煤礦總數的36.77%，安全科研投入總計5 878萬元，平均每礦10萬元左右。美國2002年職業安全健康監察局經費預算總額為4.26億美元，礦山安全健康監察局為2.46億美元。合計6.72億美元，我國在這方面的經費預算無法相比，如2002年我國煤礦安全監察局的經費預算僅是美國的1/60，而煤礦數量約是美國的300倍[3]。近兩年煤礦效益好轉的情況下，許多企業只注重生產投入，安全投入仍然存在嚴重不足，安全生產條件沒有得到明顯改善。

2.5 自然因素分析

進入20世紀90年代以后，隨著開采深度的增加，地質條件變得越來越復雜，煤層瓦斯含量和瓦斯涌出量都隨之增大，煤與瓦斯突出越來越嚴重。同時由于開采深度的加大，使得現有的部分瓦斯治理理論不再能夠適應新的生產條件。以上兩方面原因使得瓦斯的治理難度增加。

3 防止瓦斯爆炸基本措施

從瓦斯爆炸條件看，氧氣的濃度是引起瓦斯爆炸的因素之一，但在煤礦井下一般不存在氧氣濃度低于12%的情況。因此，搞好瓦斯爆炸的防治措施體現在兩個方面：嚴格控制礦井各區域的瓦斯濃度、杜絕火源和演習預案。

3.1 控制井下瓦斯的濃度

3.1.1 建立合理的通風系統，稀釋井下空間的瓦斯濃度

通風是排放瓦斯最主要的手段。做好通風安全技術管理是防治煤礦主要事故的先決條件和關鍵環節。因此，所有礦井都必須要建立安全可靠的、獨立的礦井通風系統。建立合理的通風系統，能夠保證井下所有工作地點有足夠多的風量將井下涌出的瓦斯及時沖淡并排放出井外，避免瓦斯集聚，所以建立合理的通風系統是防止瓦斯爆炸最有效、最基本的措施。平頂山煤業集團十礦通過對戊9-10-21170工作面通風系統進行改造，建立了合理的通風方式，提高了回風流瓦斯濃度和避免了工作面上隅角瓦斯超限，見表1。

表1 平頂山煤業集團十礦戊9-10-21170工作面通風改造前后效果對比

3.1.2 搞好瓦斯抽放，降低煤層瓦斯涌出量

土壤改良措施：采用物理、化學、生物的方法對土地備耕后的種植條溝、表土與深層土壤進行基質改良，改良深度為20cm，撒施酸堿中和劑、土壤改良復合基質、微生物菌劑等土壤改良物質，實施土壤改良過程前期酸化預測與土壤改良過程中的全過程酸化控制，全過程營造有益微生物生長的適宜環境，切斷產酸微生物的生長繁育途徑，引入與培育有益微生物，通過有益微生物的作用持續改良土壤。一般而言，對于土壤pH值在2.5～3.5之間的情況，改良材料的用量如下：酸堿中和劑80t/萬m2，土壤改良復合基質160t/萬m2，微生物菌劑2g/m2，無機肥10t/萬m2。

抽放瓦斯是防止瓦斯集聚的有效措施[5]。隨著煤礦開采深度不斷加深，瓦斯涌出量變得越來越大，通風系統越來越復雜，通過通風的方法來使瓦斯的濃度降低到煤礦安全規程要求范圍內，從技術和經濟角度上看，都是不合理的。瓦斯抽放不僅能夠有效利用瓦斯，還能夠降低煤層的瓦斯涌出量。實行瓦斯抽放是控制采掘空間瓦斯濃度、減少瓦斯積聚、也防止煤與瓦斯突出的根本措施，同時還減少瓦斯對大氣的污染和增加資源與能源。但由于我國普遍屬于低滲透煤層，致使瓦斯預抽難以實施，效果甚差。平頂山煤業集團十礦戊10-20120工作面和戊9-10-20190工作面積極運用瓦斯抽放技術，抽放后煤層瓦斯壓力和瓦斯涌出量得到明顯降低（見表2），較好地控制了瓦斯超限的可能性。

3.1.3 加強瓦斯日常管理

表2 平頂山煤業集團十礦瓦斯抽放技術效果

加強瓦斯日常管理是煤礦安全工作的重要組成部分。瓦斯日常管理就是建立巡回檢查瓦斯制度，就是要瓦檢員不間斷地下井檢查通風情況和瓦斯的濃度，當發現局部積聚瓦斯問題時，要即時處理。因此，瓦檢員在井下工作時，要嚴格執行煤礦安全規程，嚴禁空班漏檢情況發生。《煤礦安全規程》規定，所有采掘工作面，瓦斯濃度的檢查次數：低瓦斯礦井中每班至少檢查2次；高瓦斯礦井中每班至少檢查3次；有煤（巖）與瓦斯（CO2）突出危險的采掘工作面，瓦斯涌出量較大、變化異常的個別采掘工作面，都必須有專人檢查瓦斯或CO2，并安設瓦斯自動檢測報警斷電裝置。對于突出礦井，還應做好瓦斯突出預測工作。瓦斯日常管理是預防瓦斯爆炸事故的重要措施之一。

3.1.4 建立瓦斯監控系統，及時發現瓦斯超限

建立瓦斯監控系統，對控制瓦斯的濃度具有非常重要的作用。瓦斯監控系統能夠實現連續監測瓦斯，及時掌握瓦斯濃度的變化，同時也可能為事故應急救援決策和事故調查提供參考依據。人對瓦斯的監測是一個間斷性的過程，有其必然的缺點，而事故發生的特點是一個隨機性與偶然性相結合的統一體，這就決定了單純依靠人來管理瓦斯，顯然不能夠達到控制瓦斯濃度的目的。但由于瓦斯監控系統能實現連續監控瓦斯的優點，所以瓦斯監控系統的建立能夠達到隨時監控瓦斯的目的。在井下安裝瓦斯監控儀器，對井下主要巷道瓦斯的異常情況實行連續監控，能夠達到預防和控制瓦斯爆炸事故的發生。

3.2 杜絕火源

火源是引起礦井瓦斯爆炸的一個基本條件。要認真執行煤礦安全規程，在井下要杜絕一切非生產火源；嚴格管理和限制生產中可能發生的火源、熱源。嚴禁井下使用架線電機車，在生產中采掘分開供電、三專兩閉鎖、雙風機雙電源等措施限制火源的發生。

3.3 演練瓦斯爆炸預案

演練預案對預防瓦斯爆炸事故具有非常重要的意義。煤礦企業應當在“防救結合，預防為主”方針指導下，認真制定瓦斯爆炸事故專項應急預案，并對其預案進行演習。制定瓦斯爆炸應急預案不僅有助于大平煤礦廣大職工熟悉本企業的情況，而且能夠指導瓦斯爆炸事故的預防工作和事故的應急救援。通過預案的演習不但能夠使廣大煤礦職工掌握各種應急技能，提高應急救援人員的應變能力，而且還能夠在演習的過程中發現瓦斯爆炸防治措施的不足，從而完善瓦斯爆炸措施，盡量避免瓦斯爆炸事故發生的可能性。

4 結束語

預防煤礦瓦斯爆炸是一個復雜的系統工程，煤礦一切生產要把防止瓦斯爆炸事故放在重要位置，認真貫徹“先抽后采、監測監控、以風定產”十二字方針，文章從瓦斯爆炸條件出發，分析和提出了防止瓦斯爆炸應從控制瓦斯濃度、杜絕火源和演習瓦斯爆炸預案出發，采取相應的預防措施，才能使礦井的生產達到本質安全化。參考文獻：

[1]趙鐵錘.中國煤礦安全監察務實.北京:中國勞動社會保障出版社,2003.

[2]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理示范工程:國家“九五”重點科技攻關項目成果.北京:煤炭工業出版社,2004.

[3]范啟煒,王魁軍,曹林.我國煤礦瓦斯災害事故頻發的原因分析.中國煤炭,2003（7）.

[4]于不凡.煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊.北京:煤炭工業出版社,2000.

[6]吳曉煜,付建華,粱家琨,李文俊.煤礦安全管理與監察工作指導.北京:煤炭工業出版社.2002.