陈家山事故分析

陕西省铜川陈家山煤矿

“11.28”特大瓦斯爆炸事故分析河南理工大学王兆丰

2007年1月一、矿井及事故概况

陈家山煤矿位于铜川市北部约40公里处，为焦坪矿区西部边缘井田，走向长5.5km，倾斜宽3.7km，面积20.4km2，可采储量150Mt，设计能力为1.50Mt，服务年限约70年。1982年12月建成投产，2004年申报核定生产能力2.41Mt。矿井在册职工3504人，一个综采队、三个综掘队、两个炮掘队，采掘机械化程度分别达到100%和75.7%。

井田内煤、油、气共生，火、瓦斯等自然灾害严重。矿井主要开采侏罗系4-2#煤层，平均可采厚度12m，煤质为中灰、低磷、低硫、不粘结长焰煤。煤层坚硬，煤的坚固性系数f=0.8～2.1。

煤层有自然发火危险，发火期3-6个月，最短发火期24天，属易自燃煤层；煤尘爆炸指数为35.42%，火焰长度大于400mm，有爆炸危险。

1991年11月20日11时左右，在四采区轨道下山掘进过程中，放炮诱发岩石与油气突出，抛出岩石101t，喷出瓦斯11736m3，并渗出原油近10t。1993年经煤科总院重庆分院鉴定，4-2#煤层底板三叠系T3砂岩层为突出岩层。随后，矿井调整采掘部署，将原设计在T3砂岩层的巷道全部调整到4-2#煤层内布置。此后一直没有再发生过煤、岩石与瓦斯突出，也未见任何突出预兆。2003年再次经煤炭科学研究总院重庆分院鉴定，并经陕西省煤炭工业局审批为：在确保所有井巷工程不进入4-2#煤层底板、4-2#煤层底部距离T3含油气砂岩层顶部法线距离10m以上时，可认定为非突出矿井。2004年矿井瓦斯鉴定结果为：矿井绝对瓦斯涌出量107.61m3/min，相对瓦斯涌出量20.44m3/t，属高瓦斯矿井。

矿井采用平硐与斜井开拓方式、走向长壁综合机械化低位放顶煤开采方法、全部垮落法管理顶板。矿井采用多井筒进风、采区分区抽出式回风的通风方式，目前仅开采四采区，一矿一面集约化开采。328m3/min860m3/min1120m3/min1350m3/min1500m3/min640m3/min600m3/min360m3/min490m3/min8491m3/min80m3/min2408m3/min2065m3/min520m3/min320m3/min920m3/min800m3/min

矿井共有8个进风井筒，1个回风井筒,总进8221m3/min,风井总回风8491m3/min，有效风量率为85.3%。矿井主扇型号为：BDK-8-№28（对旋式），电机功率为2×355kw，其中一台工作，一台备用，最大通风风量可达到10000m3/min。井下局部通风均采用双风机、双电源并能实现自动分风、自动切换。且具有风电、瓦斯电闭锁装置。

415工作面是矿井唯一的煤炭生产工作面，于2004年2月15日投产，已回采800m以上。工作面采用两进两回通风方式，即运顺进风通过工作面，由回顺回风，还有一部分风流经采空区进入高位巷，形成高瓦斯浓度风流。灌浆巷进风，一部分经局部通风机进入灌浆巷横川以里，供瓦斯抽放、灌浆防灭火等作业用；主体风流经与高位巷联接的横川进入高位巷，与高位巷中高瓦斯浓度的风流混合，将瓦斯浓度稀释到2.5%以下，由高位巷回风；在高位巷横川以里的一段较长时，由灌浆巷引入局部通风机供风，将高瓦斯浓度段控制在30m以内。

415工作面是矿井唯一的煤炭生产工作面，于2004年2月15日投产，已回采800m以上。工作面采用两进两回通风方式，即运顺进风通过工作面，由回顺回风，还有一部分风流经采空区进入高位巷，形成高瓦斯浓度风流。灌浆巷进风，一部分经局部通风机进入灌浆巷横川以里，供瓦斯抽放、灌浆防灭火等作业用；主体风流经与高位巷联接的横川进入高位巷，与高位巷中高瓦斯浓度的风流混合，将瓦斯浓度稀释到2.5%以下，由高位巷回风；在高位巷横川以里的一段较长时，由灌浆巷引入局部通风机供风，将高瓦斯浓度段控制在30m以内。高冒带抽放钻孔注浆钻孔灌浆巷回顺高位巷运顺冒落拱顺煤层钻孔高冒带抽放钻孔注浆钻孔灌浆巷回顺高位巷运顺冒落拱顺煤层钻孔

矿井主要采用风排和抽放两种方式治理瓦斯。事故前矿井绝对瓦斯涌出量为79.04m3/min，风排52.25m3/min，抽放26.79m3/min，矿井瓦斯抽放率33.89%。矿井设有3套独立的瓦斯抽放系统。风井瓦斯抽放泵房有两套瓦斯抽放泵：一套2BEC60泵系统，抽放416运顺瓦斯，抽放瓦斯浓度8～11%，混合瓦斯流量56～60m3/min，纯瓦斯流量4.5～6m3/min；一套SKA-670泵系统，2004年7月开始抽放415采空区瓦斯，抽放瓦斯浓度15～20%，混合瓦斯流量110～135m3/min，纯瓦斯流量20.25～27m3/min。衣食村瓦斯抽放泵房有一套2BEC60泵系统抽放416灌浆巷、高位巷、回顺的瓦斯，抽放瓦斯浓度5～8%，混合瓦斯流量50～70m3/min，纯瓦斯流量3～5m3/min。随着416灌浆巷进入低瓦斯区，钻孔瓦斯抽放浓度降低，9月24日瓦斯浓度降低到3%，因而将衣食村瓦斯抽放泵停机，416灌浆巷、高位巷、回顺的瓦斯抽放转交给安子沟2BEC60泵系统承担。2004年1～11月总抽放量为18.54Mm3，其中415抽放量为14.20Mm3（衣食村2BEC60泵抽0.59Mm3，安子沟SKA-670泵抽8.25Mm3），416抽放量为4.34Mm3。415工作面风排瓦斯量29.52m3/min,瓦斯抽放量20.25m3/min,合计瓦斯涌出量49.77m3/min,瓦斯抽放率为40.69%。

矿井瓦斯主要来自回采工作面，回采工作面瓦斯30%来自本煤层工作面煤壁和落煤，70%来自顶底板油气层和采空区。本煤层透气性较好，因此矿井主要采用走向长钻孔（约700m）煤层瓦斯预抽、倾斜顺煤层钻孔预抽、掘进工作面边掘边抽、灌浆巷采空区高冒带钻孔卸压抽放等瓦斯综合抽放方法。高冒带抽放钻孔注浆钻孔灌浆巷回顺高位巷运顺冒落拱顺煤层钻孔

图3采煤工作面瓦斯抽放方法示意图

416灌浆巷、运顺安设￠300mm管路3500m，￠150mm管路500m，施工长孔钻场9个、长钻孔15个，长钻孔总长6400m;施工短钻孔钻场25个，钻孔170个，钻孔总长14000m；施工顶板抽放孔80组共400个；共预抽瓦斯量为4.34Mm3。2004年10月下旬用新购置的一台MK-7型钻机开始施工417运顺掘前预抽长钻孔，1#孔长725m，2#孔长669m，3#孔已施工750m。钻孔施工完毕即接入抽放，11月15日测定：1#孔瓦斯浓度50%，负压280mmHg，纯瓦斯流量为2.44m3/min,2#孔瓦斯浓度70%，负压290mmHg，纯瓦斯流量为4.19m3/min。

415工作面的长钻孔于2002年12月10日开始施工，12月15日开始抽放，415掘进期间采用掘前预抽，边掘边抽的方法进行抽放。图4掘进工作面边掘边抽方式

采用MK-7型钻机施工大孔径水平长距离预抽孔，共施工预抽长孔19个，单孔深380～865m，孔径￠193mm,孔深总长8885m，长孔共抽放瓦斯8.07Mm3。采用2Y-150钻机施工中长孔，在掘进巷道两侧间距50～75m迈步钻场布置边掘边抽钻孔，共施工钻场55个，施工钻孔165个，单孔长100～150m，￠75－91mm,总长24750m，抽放瓦斯3.449Mm3;施工巷道顶板抽放孔25组125个,孔径￠45mm，钻孔总长942m，抽放瓦斯0.30Mm3。415工作面在运顺沿倾斜方向同时施工顺煤层钻孔，钻孔间距6～12m，单孔长度约145m，孔径￠91mm。共施工钻孔43个，钻孔总长6020m，抽放瓦斯0.777Mm3。矿井主要采用灌浆、汽雾阻化、堵漏风、注氮气、注凝胶等综合防灭火措施，建有灌浆系统、阻化剂系统、700Nm3/h的注氮系统和凝胶防灭火工艺系统。在工作面灌浆巷内每25m施工一组灌浆孔，每组两孔，利用灌浆孔向采空区进行灌浆，灌浆孔滞后工作面30～50m，415工作面在2004年1至10月累计灌浆纯土方量9974m3。回采工作面同时安装汽雾阻化系统，分别在前落山、工作面第十架、二十、三十、五十架、后落山处安装汽雾发生器，向工作面喷洒阻化剂。415工作面开采以来，累计喷洒阻化剂NaCl97.3t。

每3天在工作面前后落山堵袋子墙，减少采空区漏风，在灌浆巷每80m左右做密闭，防止灌浆巷里段向采空区漏风。2004年7～8月间在415运顺埋管向采空区注氮，累计注氮量为217609m3。在415灌浆巷18#钻场附近，布置四个注胶孔向采空区注凝胶，终孔位置在回顺顶部以上5～6m，工作面爆炸前位置在采空区以里18～40m之间，共注凝胶260m3。防尘方面主要利用地面水源井经φ150mm的6800m钢管到大巷正头水仓、再经加压泵加压，送到工作面实行喷雾洒水降尘。一、矿井及事故概况

矿井设置了25个转载点喷雾装置，22个净化水幕，10处隔爆设施（水袋）。同时从回顺距切眼30m处施工煤层注水孔，采用倾斜长孔高压注水方式，边采边注，截止爆炸前共施工注水孔122个，孔间距10m，其中88个孔深143m，34个孔深66m,孔总长14658m。每孔注水时间为3～4天，注水压力为12MPa，注水量为40～60m3,共注水6557.1m3。通过注水，有效地抑制了瓦斯的涌出、减少了产尘量、软化了顶煤。一、矿井及事故概况

2001年矿井安装了KJ66监测监控系统，共安设传感器50个，其中瓦斯传感器25个、风机开停传感器10个、风门开关传感器4个、CO传感器2个、温度传感器3个、风速传感器5个、负压传感器1个。415采面安设了6个瓦斯传感器，即回顺2个、高位巷2个、灌浆巷6#横川以里1个，工作面上隅角1个。此外，还装备有KSS-200型束管（色谱）监测系统。

图5415工作面监测系统传感器布置二、事故发生经过

◆爆炸时间：

2004年11月28日07时10分◆起始爆燃：2004年11月23日10：20～10：30，上隅角附近施工一个7m深钻孔，装药11卷长5.5m和三个雷管，起爆松动顶煤后不久，即在约10:40时上隅角采空区发生瓦斯爆燃，在83#～89#架后溜槽处发现明火，并伴随大量青烟。11:05时矿救护队采用干粉灭火器直接灭火，12:23时救护队汇报明火已扑灭。

24日：11:40停采，工作面机尾架后有青烟。12:10上隅角再次发生瓦斯爆燃，工作面烟雾很大。12:14发现53#架的尾梁下部着火，采用洒水灭火，12:36明火扑灭。13:49放50#～55#架顶煤；13:58开动采煤机，随后工作面进入停放顶煤快速推进，没有再见明火和烟雾。为了摆脱火的威胁，24日决定工作面只割煤不放顶煤，加快推进速度，要求日推进度7m以上。于是从24日16：00到28日爆炸前共推进了约27m，同时在灌浆巷灌浆、注凝胶，在工作面架间喷洒阻化剂，在联络巷利用抽放钻孔向采空区注水。同时将工作面机头逐步抬高约1.5m，运输机巷也进行挑高作业。为确保高位巷能够有效排放工作面架后瓦斯，以降低上隅角瓦斯浓度，对工作面高位巷两侧顶煤每日至少实施2次松动爆破。三、爆源点的认定

▲根据铜川矿务局救护大队市区中队一小队11月30日3：00～10：00侦察416运顺情况，侦察路线由四轨下延伸巷左拐直接进入416运顺1700m。沿路发现8名遇难人员，倒向有朝里、外、左、右。由巷口往里的一部、二部皮带支架受冲击波的影响，由外向里堆在巷道中，皮带堆成一团；三部皮带支架完好，皮带落地；风机靠帮，风筒全部被摧毁，只剩铁环；瓦斯抽放管道断裂，散布在井巷中。根据物体位移及倒向，冲击波来自巷口外，由此认定爆源点不在416运顺。

▲根据铜川矿务局救护大队市区中队一小队11月28日8：50～20：10侦察415灌浆巷情况，侦察路线由四轨下延伸巷进入415灌浆巷约700m。沿路未发现遇难人员，横川风门和密闭墙被破坏，冲向灌浆巷侧。表明冲击波是由回顺、高位巷向灌浆巷冲击；此外爆炸前在415灌浆巷内的救护队员王克修安全逃生，可以认定爆源点不在415灌浆巷。▲根据事故后救护侦察报告，415运顺口150m以里的皮带架全部打翻，向外倾倒，皮带落地，玻璃钢抽放管道破碎，转载机横在巷道中；416掘进工作面运顺皮带、人员倒向向里，由此判断本次瓦斯爆炸造成的破坏程度较大。若爆源点在415工作面采空区深部，爆炸冲击波在传播过程中受采空区受限空间、垮落的煤、工作面支架的阻挡，爆炸波衰减较快，难以达到上述破坏程度。

▲415高位巷未掺入新风的一段巷道（约15m）直接与采空区连通，该段巷道内的气体浓度基本与采空区顶板区域的气体浓度近似。据救护队27日0：15～22：30和28日0：20～6：10，在415高位巷6#横川以里测量数据，该段巷道内瓦斯浓度在12％～20％之间、氧气浓度9％～15％之间，一直处于爆炸限内。由此说明415采空区及高位巷瓦斯浓度具备引起瓦斯爆炸的条件。

图6爆炸前高位巷与采面空间关系示意图采空区顶板岩层煤层采面矸石煤层15m高位巷掺新风联络巷爆源四、火源分析

1.对摩擦火花引爆瓦斯的可能性分析415回顺采用金属锚网支护，超前支护为单体液压支柱，故可排除端头移架过程中，支架与金属锚网摩擦起火花引起爆炸的可能。2.对自燃引爆瓦斯的可能性分析陈家山矿11月23日，415综放面由于上隅角放炮落顶产生火花引起支架后部采空区瓦斯爆燃，引燃采空区遗煤，当时采取了直接灭火措施，但24日又发生爆燃，表明潜伏有事故隐患，但引爆瓦斯的可能性较小，依据如下：▲415工作面于23日10：30左右，因上隅角放炮落顶引起瓦斯爆燃，引燃83～89#架子后的遗煤，出现明火，采用干粉灭火器、洒水直接灭火措施，消除了明火。且相继采用过的措施有：放透30#～109#架子顶煤，通过灌浆巷打钻向上隅角采空区注浆，利用联巷2个抽放长钻孔向59#、80#支架顶煤注水降温，由救护队用袋装碎煤在下隅角和上隅角堵漏。

▲11月24日9：09，在109#支架出现烟雾，12：10上隅角发生爆燃，12：14发现53#架尾梁下部着火，经过洒水直接灭火，12：36明火扑灭，13:30采用红外测温仪探测着火范围未发现异常高温，认为工作面没有明火后决定工作面不放顶煤快速推采，同时进一步采取工作面机头抬高1.5m以使工作面中部形成低洼积水，架间喷洒气雾阻化，长钻孔注水降温，上、下隅角袋装碎煤堵漏，打钻孔灌浆，注凝胶等防灭火措施.

▲27日上午通过灌浆巷钻孔压注20%浓度水玻璃凝胶260m3，成胶速度在30s到2min范围内，据救护队员证言已在工作面89#、90#架后见到胶体；▲根据对CO、CO2浓度和C2H4标志性气体的测定，高位巷CO浓度在500ppm以下，考虑到陈家山煤矿属油、气、煤共存，通过加干扰管对CO进行测定，27日、28日CO浓度在200ppm以内，CO2小于1%，无C2H4，未出现自燃征兆。▲从24日16：00开始推采至28日7:06，工作面共推进了27m，一直未发现自燃迹象。由此推断，虽然存在采空区自燃引爆瓦斯的可能性，但很小。

3.对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、引燃支架后遗煤和顶煤后，11月24日实行工作面不放顶煤快速推采，为管理工作面及高位巷的瓦斯，必须在高位巷（处于100、101架上方）两边打四个眼，其中在95架、96架、97架的架间打两个炮眼，另外在105架、106架、107架的架间打两个炮眼，实施顶煤松动爆破，以利高位巷能及时垮落。

3.对放炮引爆瓦斯的可能性分析

▲证言表明，28日4：00时采煤机已接近机尾，到机尾后采煤机又向机头推进。在采煤机向机头推进后，上隅角需要放炮；且6：10采煤机因转载机滞后5.4m，不能割煤，停机（停在机头附近）。自6：10至7:06这一时间段内，只有放炮工序。此外，不少证言证明：打眼放炮的人员放完炮后应出班，而事故当班放炮人员都没有出班，由此说明，爆炸前在进行放炮作业。

综上所述，引爆瓦斯火源是放炮。五、存在问题及教训

根据以上分析，认为：铜川矿务局陈家山煤矿“11.28”事故为瓦斯爆炸事故，事故发生在2004年11月28日07:06，爆源位于415综放工作面支架与高位巷处的采空区。初步分析认为,事故直接原因是工作面放炮引起架后采空区瓦斯爆炸。