煤矿瓦斯爆炸事故及其防治对策（041021）(黑白稿)

煤矿爆炸事故及其防治对策

目录煤矿平安生产形势国家局治理瓦斯的方针煤矿爆炸事故的类型防止爆炸事故的措施一、煤矿平安生产形势国有重点煤矿平安生产状况总体稳定，并趋于好转平安生产形势依然严峻百万吨死亡率仍居高不下，职业危害严重煤矿事故造成的经济损失巨大。1.事故根本情况2003年全国煤矿共发生伤亡事故4143起，死亡6434人，同比下降7.9%和8%.重大事故中，国有重点煤矿占13.9%，国有地方煤矿占13.5%，乡镇煤矿占72.6%．特别重大事故中，国有重点煤矿占29.1%，国有地方矿占14.4%，乡镇煤矿占56.5%．2004年上半年，全国煤矿各类事故1736起，死亡2644人，分别减少9.4%和12.4%.2.瓦斯事故仍然严重2002年全国煤矿共发生瓦斯事故743起，死亡2407人，分别占事故总数的17.1%和死亡人数的34.4%．瓦斯煤尘爆炸事故28起，死亡304人．煤与瓦斯突出事故16起，死亡130人．2003年，瓦斯事故584起，死亡2061人，同期分别下降8.9％和10.3％．3.瓦斯对大气的危害瓦斯主要成分是甲烷，是一种温室气体，它的温室效应是CO2的21倍，对大气环境造成极大的危害.煤矿的大气排放的瓦斯量大约每年为90~100亿m3．二、国家局治理瓦斯的方针先抽后采以风定产监测监控1.国家提出到2007年

煤矿平安生产控制目标事故死亡人数由现在的7000人，下降至5000人，降幅30%；百万吨死亡率由现在的4降到3以下，降幅25%；特大事故由目前60起左右降至40起左右，降幅30%；80%的大中型矿井，50%的小矿井要实现平安质量标准化。我国煤矿死亡人数多的事故是瓦斯和顶板事故一次死亡人数多、损失严重、对生产和社会影响恶劣的是瓦斯事故我国煤矿发生特别重大事故主要是瓦斯事故实现控制目标的重点是：瓦斯爆炸、煤尘爆炸事故。三、煤矿爆炸事故的类型

瓦斯爆炸煤尘爆炸瓦斯煤尘爆炸1.瓦斯爆炸矿井瓦斯－主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体.煤矿常见的可燃性气体：甲烷〔ＣＨ4〕、一氧化碳〔ＣＯ〕、氢〔Ｈ2〕等瓦斯爆炸是可燃气体〔甲烷〕与空气混合后，在一定条件下遇高温热源发生的剧烈的连锁反响．1.1瓦斯爆炸的反响过程瓦斯爆炸是一个复杂的化学反响过程，是一个连锁反响。爆炸性混合气体吸收一定能量后，反响分子链断裂，离解成两个或两个以上游离基〔自由基〕。在适合条件下，每一个游离基又进一步分解，再产生两个或两个以上的游离基。如此别离下去，游离基愈来愈多，与氧发生的化学反响也愈剧烈，最后开展为燃烧或爆炸。CH4[CH3]和[H][CH3]+O2[HCHO]+[OH][H]+O2[OH]+[O][OH]+CH4[CH2]+[H2O][O]+CH4[OH]+[CH3][HCHO]+O2CO+[O]+H2OCO+O2CO2+[O]一般只用最终结果来表达瓦斯爆炸的化学反响，即：CH4+O2CO2+H2O+833.28Ｊ／mol1.2瓦斯爆炸的条件及其影响因素〔1〕瓦斯浓度〔2〕影响瓦斯爆炸界限的因素混合气体初始压力（ＭＰa）爆炸下限（％）爆炸上限（％）0.15.614.31.05.917.25.05.429.412.55.745.7混合气体初始温度（℃）爆炸下限（％）爆炸上限（％）206.0013.41005.4513.53005.4014.256003.3516.47003.2518.7590029.00混合物的初始温度，初始温度增高时，爆炸范围扩大〔上限有大的变化〕同系物〔乙烷、丙烷等〕混入，爆炸下限下降。煤尘混入可使瓦斯爆炸下限下降。不同浓度瓦斯的诱导期CH4（%）火源温度（℃）77582587592597510751175诱导期（S）61.080.380.350.20.120.03971.150.60.360.210.130.0410.0181.250.620.370.220.140.0420.01291.30.650.390.230.140.0440.016101.40.680.410.240.150.0490.018121.640.740.440.250.160.0550.020对于煤尘云，诱导期取决于煤尘的挥发分含量。挥发分10%、30%的煤尘，诱导期相应为0.24s，0.05s。〔3〕氧浓度Ｏ2小于12％ＣＨ4混合气体失去爆炸性。瓦斯爆炸范围随混合气体氧浓度的降低现时缩小，爆炸下限缓缓增高，爆炸上限那么迅速下降。1.3瓦斯爆炸的危害〔2〕冲击波冲击波是传播压力的突变．是使介质状态参数突跃，并以超声速传播的压力波。正向冲击波传播时，其波速的压力10ＫPa～2ＭＰa，正向冲击波叠加或反射时，可形成高达10ＭＰa的压力。冲击波的传播速度高于音速〔340m/s〕，随着爆炸波的衰减，冲击波转变为声波。正向、反向和斜向冲击波通过时引起的危害人体受创伤，多数情况下，这些创伤具有综合〔创伤、烧伤等〕多样的特点。冲击波前沿剩余压力对人的作用特点0.003~0.01MPa无创伤0.011~0.02MPa头昏、轻伤0.04MPa中度创伤：震伤、失去知觉、骨折0.06MPa重伤：内脏受伤，严重脑震荡、骨折0.3MPa有较大死亡可能性〔75%〕0.4MPa死亡率为100%冲击波前沿剩余压力对物体或巷道的作用特点0.011~0.02MPa:支架局部破坏，密闭被破坏〔密闭不稳定时〕。.021~0.06木支架相当程度被破坏，金属支架移动，混凝土整体支护发生片状脱落。0.061~0.3木支架完全破坏，金属支架局部破坏，发碹巷道出现裂隙，片况脱落，铁轨变形，枕木脱开，小于1吨的设备整体破坏、变形、位移，大于1吨设备翻倒、位移、局部变形。0.31~0.65金属支架巷道全长全面破坏，形成密实堆积物，整体钢筋混凝土支架局部破坏，混凝土整体遭破坏，设备和设施完全破坏。0.66~1.17混凝土支架完全破坏，形成密实堆积物，整体钢筋混凝土支架相当大破坏，可能形成冒落拱。〔3〕矿井空气成分改变氧化反响氧被消耗，氧浓度降低分解出对人体有毒和有害气体形成爆炸性气体〔4〕瓦斯爆炸最终气体产物矿井空气成分变化爆炸下限时最佳爆炸浓度时爆炸上限时O216-1862CO微量12CO2微量9微量水蒸气小于10小于10小于4H2微量122.煤尘爆炸煤尘是煤炭因机械性撞击，破碎而产生的固体微粒．煤矿生产过程中产生的粉尘总体小于100μm，其中95%小于80μm。综采工作面0~0.5mm的煤尘占9.03%〔山东某矿〕综放工作面0~0.5mm的煤尘占7.23%2.1煤尘爆炸及反响过程煤尘爆炸也是一种剧烈的氧化反响。煤尘粒子在高温热源的作用下发生蒸馏和热分解反响，生成可燃性气体。生成的各种气体都按瓦斯的连锁反响相似的方式进行氧化反响。形成扩散燃烧或爆炸。煤尘粒子的气相燃烧模型反响生成物O2、H2OO2可燃气体煤尘粒子热热煤尘爆炸反响与燃烧反响是相同的反响形式。煤尘爆炸反响时煤尘粒没有完全燃烧尽，残留的碳未燃烧煤尘燃烧反响时，生成的可燃性气体外碳也被烧尽。煤尘爆炸最终产物数量大、种类多。〔１〕煤尘爆炸的粒度小于0.75~1.0mm的煤尘都能参与爆炸小于60μm的煤尘爆炸性强过小粒径〔如小于20μm〕爆炸下限有增高趋势．〔2〕煤尘有无爆炸性的判断可燃性挥发分VΓ亦称爆炸性指数，是判断煤尘有无爆炸性和爆炸性强弱的依据之一．VΓ=Vad/〔100-Mad-Aad〕×100%Vad——空气干噪煤样的挥发分产率，%Mad——空气干噪煤样的水分产率，%Aad——空气干噪煤样的灰分产率，%日本：Vad＞11%粒径＜0.64mm德国：Vad

＞14%英国：Vad

＞15%粒径＜0.59mm美国：Vad

＞10%粒径＜0.64mm前苏联：Vad

＞10%粒径0.75～1mm〔3〕煤尘挥发分与不爆率的关系不爆临界值：Vad

=6.21%〔4〕煤尘爆炸的浓度范围各国发表的煤尘爆炸下限浓度各国煤尘爆炸上限浓度我国大同煤尘爆炸上限浓度〔5〕氧气浓度氧气浓度对爆炸上下限的影响2.3煤尘爆炸的影响因素爆炸特性爆炸特性——表徵爆炸各种性质的参数，也是表示不同粉尘相对危险程度的参数。一般是从平安工学立场出发，以防止爆炸为目的，直接与防爆措施相关联的角度来研究这些特性。是指对爆炸特性的影响的主要因素。表徵爆炸特性的参数：爆炸的容易度、爆炸的烈度。〔１〕影响爆炸特性的因素随粒径的减小煤尘爆炸下限浓度降低。粒径减小到某种程度后下限浓度的变化变小。粒径变大，煤尘爆炸下限浓度增大，粒径增大到某一值后，爆炸不会发生。随着粒径减小，煤尘爆炸压力增高，爆炸范围扩大。煤尘粒度对爆炸压力的影响粒径对爆炸下限的影响水分的影响灰分的影响灰分的影响沼气的影响沼气〔瓦斯〕与煤尘共存时，煤尘爆炸下限浓度下降，爆炸上限浓度提高.爆炸范围往高浓度侧移动，最大达3500g/m3.瓦斯浓度大于6％时，不同煤种的煤尘的爆炸上限浓度之差不大．小于6％时，它们之间差异较大．沼气的影响〔２〕煤尘爆炸的危害煤尘爆炸具有连续传播爆炸的特点，一次比一次剧烈，呈跳跃式开展．可能导致全矿井被毁．法国古利耶尔矿发生煤尘爆炸死亡1099人〔当时井下1664人〕，蔓延100km，一年后恢复生产．17起死亡100人以上的特别重大事故中瓦斯煤尘＼瓦斯＼煤尘爆炸事故14起，占82.3％．大同老白洞矿发生的煤尘爆炸事故死亡684人，全井被毁．爆炸生成的气体中有毒有害气体生成量最多，除ＣＯ2气体外，还存在各种碳氢化合物气体．煤尘爆炸、瓦斯煤尘爆炸成气体矿井大气在成分上的变化不同浓度煤尘爆炸时沼气和煤尘共同参与时爆炸下限浓度时最强爆炸浓度时爆炸上限浓度时氧浓度降低到剩余浓度，%分解出对人健康有毒有害气体，%

一氧化碳，爆炸下限=12%时二氧化碳水蒸汽分解出爆炸性气体，%

氢，爆炸下限=4%时沼气及其同系列5～161～25～108～160～10～22～54～86～912～201～52～53～82～74～86～100～50～3达到0达到16达到12达到24达到16达到5各国对CO的允许浓度的规定中国〔煤矿平安规程〕24ppm〔0.03mg/L〕工业厂房24ppm前苏联18ppm〔0.02mg/L〕英国50ppm日本50ppm德国50ppm美国50ppmCO对人的危害人体内的血红蛋白〔Hb〕通过肺与CO结合生成碳氧血红蛋白〔CO—Hb〕，阻碍了Hb向体内运送氧的功能，因而使人的体内缺氧。CO与Hb的结合力比O2与Hb的结合力强210~300倍。CO—Hb的浓度到达50~60%时，人就会产生痉挛、昏睡、假死。人对CO的耐受程度CO浓度耐受程度Vol%ppmMg/L0.011000.11可耐受2—3h0.04~0.05400~5000.46~0.6在1h内无明显作用0.06~0.07600~7000.7~0.81h后才有作用0.1~0.121000~12001.1~1.41h内有不快感0.15~0.221500~22001.7~2.31h内有生命危险>0.440004.01h内致死CO2的允许浓度中国采掘工作面5000ppm英国5000ppm美国5000ppm日本1%德国5000ppmCO2造成的危害当CO2浓度达2.5%〔45mg/L〕时，在1h内不呈现任何中毒病症；当到达3%时才加深呼吸；到达4%〔72mg/L〕时，才略呈局部刺激，有头痛感、耳鸣、心悸、血压升高、眩晕等；到达6%时，病症更加明显；到达8%时，呼吸变得十分困难；到达8~10%时，立即发生意志昏沉、痉挛、虚脱，进而停止呼吸，以致死亡；到达20%时，数秒内立即引起中枢神经障碍，生命陷于危险状态。正向、反向和斜向冲击波通过时引起的危害人体受创伤，多数情况下，这些创伤具有综合〔创伤、烧伤等〕多样的特点。冲击波前沿剩余压力对人的作用特点0.003~0.01MPa无创伤0.011~0.02MPa头昏、轻伤0.04MPa中度创伤：震伤、失去知觉、骨折0.06MPa重伤：内脏受伤，严重脑震荡、骨折0.3MPa有较大死亡可能性〔75%〕0.4MPa死亡率为100%四、防止爆炸事故的措施１．防止瓦斯超限和积聚国外统计：掘进巷道的瓦斯超限有35％发生在停电时，与停电无关的停止局部通风机运转占13％，风筒破坏占9％，瓦斯局部积聚占22％，其它占21％．原苏联的统计：掘进巷道的瓦斯超限次数超过回采工作面5～18倍，瓦斯燃烧和瓦斯爆炸80～90％发生在掘进巷道．因此，保持掘进巷道有效通风对防止瓦斯超限极其重要．巷道防护重点防止巷道顶板附近瓦斯层状积聚和靠支架附近空洞中瓦斯积聚防止回风巷矸石带附近和报废的独头巷道瓦斯积聚．防止打钻时的瓦斯积聚。防止掘进机附近瓦斯积聚。回采工作面的防护重点回采工作面的瓦斯10～60％来自煤壁和落煤时涌出；采空区中来自邻近层、丢煤和岩层的瓦斯约占30～90％；进风巷或运输巷中来自运输机中的煤和煤壁的瓦斯约占5～40％．加强通风是防止回采工作面瓦斯超限、积聚最根本最有效的措施．瓦斯矿井要建立平安可靠的独立通风系统，实行分区通风，回采和掘工作面都应采用独立通风方式．防止上隅角瓦斯及工作面与回风巷交界处瓦斯积聚．防止采煤机附近瓦斯积聚防止采空区岩石冒落引起瓦斯燃烧或爆炸．2.瓦斯抽放治理瓦斯灾害的治本措施，也是防止瓦斯爆炸的治本之策。本煤层抽放、邻近层抽放、采空区抽放、综合抽放。是提高本煤层瓦斯抽放效果而研究成功的预抽瓦斯方法。从运输巷沿煤层打平行钻孔和交叉钻孔进行抽放。交叉钻孔因卸压带叠加影响，相当于加大了钻孔直径，提高了抽放效果。交叉布孔钻孔布置图初始瓦斯抽放量交叉孔为平行孔的2~53倍；

140d后，瓦斯抽放量交叉孔为平行孔的1.85倍；交叉孔提高抽放量46~102%；钻孔交叉点钻孔之间高程差为5~8D。在回采工作面运输巷和回风巷布置平行于工作面，相隔一定间距，孔深50米左右的爆破孔，二者交替布置。控制孔内不装药，爆破孔装药段长30米左右。爆破孔直径75~100mm，控制孔直径90~150mm。孔间距5~8m，封孔深度10~12m。效果煤层透气性系数提高3.45倍。预裂爆破抽放率是普通钻孔抽放率的1.68~2.22倍，一个月抽放率可达15.97%，三个月可达26.6%。工作面瓦斯涌出量平均下降了61.25%，突出危险指标平均下降47.9%。6个月的抽放期内，瓦斯抽放总量可提高1.5倍。ＺＳＭ－250钻机ZSM-250型顺层强力钻机钻孔深度：150～250m钻杆直径：63mm开孔：95~115mm终孔：90mm钻孔倾角：0~50˚转速：100.60r/min输出力矩：1.5、2.4kN.m给进力：78kN效果〔４〕顶板岩石巷道〔高抽巷〕邻近层瓦斯抽放在开采层顶部裂隙带内布置专用巷道抽放邻近层卸压瓦斯。分走向抽放巷和倾斜抽放巷。高抽巷的适宜位置应选择在裂隙带中下部〔即底板以上7~11倍采高〕，邻层近较密集的层位．应超过破坏冒落高度1~1.5倍采高，以至高抽巷不被破坏。走向高抽巷距回风巷水平投影距离应保证高抽巷处于充分卸压裂隙带范围内，不能超过工作面长度的1／2。效果抽放量大〔平均为17.036m3/min〕，抽放率高〔平均为49.05%，在有效抽放距离内抽放率达63.5%〕铁法晓南矿邻近层瓦斯抽放率73.1%〕五矿82042工作面平均抽放量60.99%，抽放浓度65.4%，邻近层抽放率94.6%．82022工作面上述参数分别为：32.25m3/min，76%和92.6%．走向高抽巷布置图倾向高抽巷剖面布置图钻孔深度：800～1000m钻杆直径：89mm开孔直径：300mm终孔直径：50~200mm钻孔倾角：0~±10˚功率：90kW最大扭矩：8000kN.m/1000kN.m给进力：250kN转速：5~200r/min铁法晓南矿岩石水平长钻孔钻场布置示意图钻孔迎工作面推进方向布置，钻孔覆盖工作面长度的1／2的2／3．钻孔的倾角和方位角必须在邻近层裂隙发育带内．两面钻场之间的钻孔重叠长度应保持20m以上．效果铁法晓南矿邻近层瓦斯抽放率73.1%；426d抽出2068km3；阳泉20d平均抽放量为20.3m3/min，瓦斯浓度最高90%，平均60%左右；上邻近层瓦斯抽放率到达53%〔2个孔〕；吨煤瓦斯抽放本钱降低65%，经济效益显著。淮南矿区煤层群柱状图C13B11B8B7B6B4A3A170m70m70m60m首采层在开采过程中，顶底板岩层冒落、移动、产生裂隙，形成环形裂隙圈，开采煤层和卸压煤层内的瓦斯卸压和解吸。由于瓦斯具有升浮移动和渗流特性，来自大面积的卸压瓦斯沿裂隙通道聚集到裂隙发育的环形裂隙圈内，形成瓦斯积存库。把抽放钻孔和巷道布置在环形裂隙圈内，可以抽放出大量瓦斯。将顶板抽放钻孔或巷道布置在距离回风巷一定垂距和平距的位置，有利于控制采空区瓦斯积聚，提高抽放量和抽放率。潘三矿距煤层10~16m，与回风巷水平距离5~15m，钻场间距70~100米。效果淮南潘三矿采用“环形裂隙圈内走向长钻孔法〞抽放瓦斯，工作面瓦斯涌出量33m3/min，钻孔抽放量达15m3/min。李一矿采用环形裂隙圈巷道抽放瓦斯最高抽放瓦斯纯量达7.8m3/min。保护层开采后，其上覆岩层将形成冒落带，裂隙带和弯曲下沉带。根据巷道维护，确保抽放浓度，不误穿突出层等因素综合考虑，在距主采层〔突出煤层〕底板10~20米的花斑粘土岩和砂岩中布置抽和巷道，在抽放巷内向主采层打网格上向穿层钻孔抽放瓦斯．卸压煤层底板岩巷和网格式上向穿层钻孔远程卸压法投放瓦斯现场布置图潘一矿应用效果C13煤层掘进工作面防突效果检验，卸压区域内钻孔瓦斯涌出初速度的最大值小于临界值4L/min，钻屑量最大值低于临界值6kg/m，消除了突出危险性。煤巷平均月掘进速度提高2.5倍，到达200m/月以上，瓦斯涌出量仅1.8m3/min，回采工作面产量提高3倍左右，到达5100吨/天。瓦斯涌出量由25m3/min降低到5m3/min.回风流平均瓦斯浓度由1.15%降低到0.5%。保护层和主采层开采后，采空区下方岩层向采空区膨胀开成裂隙，使得下方煤体产生位移，透气性增加，瓦斯压力减小，煤体中瓦斯解吸．在此裂隙带的底板布置巷道和网格式穿层钻孔就可实现多重高效抽放瓦斯．新庄孜矿实施效果钻孔单孔最大瓦斯流量到达了0.442m3/min，比未卸压前的0.009m3/min增大了48.1倍，B7a煤层的瓦斯含量由9.43m3/t降至0.58%m3/t，降低了93.8%，B6煤层的瓦斯含量由9.26m3/t降至1．44%m3/t，降低了84.4%，B4煤层的瓦斯含量由11.66m3/t降至1．64%m3/t，降低了83.9%。B6煤巷掘进提高60m/月，回采工作面提高了4032t/月。①引巷密闭插管抽放法在工作面起采线附近预留专用巷道，向采空区密闭插管抽放。在老虎台矿54001-1综采工作面9个月共抽出瓦斯2.2Mm3，抽放率到达93.69%，根本消除了瓦斯超限和瓦斯积聚。②钻孔抽放法利用采空区周边已有巷道向采空区打钻孔，抽放采空区瓦斯。在综放工作面11个月抽出瓦斯21.12Mm3，抽放率到达88.07%。③埋管抽放法将抽放瓦斯管埋设在采空区起采线附近，实施抽放。在平顶山矿区试验结果说明，极大地减少了采空区向采场瓦斯的涌出量，提高了抽放量和浓度，抽放率到达57%。④采空区瓦斯抽放应注意的几点加强监测，只要符合以下要求就能实施平安抽放：O2≯7%，最大≯10%；CO浓度≯临界值〔由开采矿井考查确定，抚顺矿区确定为CO≤50ppm〕；利用瓦斯时，抽放瓦斯浓度≮30%。不利用瓦斯，采用干式抽放瓦斯设备时，抽放瓦斯浓度≮25%。混合气体温度不得大于所在场所〔地点〕的空气温度。4．防止煤尘爆炸措施撒布岩粉法岩粉应具有：比热容大、密度小、不溶或难溶于水、吸湿性小、无毒无嗅化学性质稳定，不燃烧、飞扬性好反射能力强〔即颜色浅〕等特点．岩粉质量要求可燃物的含有率不得超过5％，游离二氧化硅含量不得超过10％，不含砷＼五氧化二磷不超过10％，岩粉粒度会部小于0.5mm，其中70％以上小于0.075mm。呈现浅色。岩粉撒布量确实定在大型煤层爆炸试验巷道内，进行实际规模实验确定。实验室专用试验装置试验确定，大型试验巷道试验验证。计算法：Ｒ＝[N-〔a+b〕]/[100－〔a+b〕]×100%r=[R/(100-R)]Z式中：Ｒ-岩粉撒布率Ｎ－控制煤尘爆炸所必须的不燃物量，％r－岩粉撒布量a－煤尘中的不燃物含量〔灰分＋水分〕％b－混入煤尘中的不燃物量〔天然岩粉＋付着水分〕，％Ｚ－沉积煤尘的绝对量，t。瓦斯矿井条件下，当瓦斯浓度在３％以下时：Ｓ＝100-1250/V+F(208/V)式中：Ｓ－瓦斯共存时的岩粉用量，％Ｖ－煤尘的挥发分含量％Ｆ－瓦斯浓度％．煤矿防尘标准规定：巷道中煤尘和岩粉混合粉尘中，不燃物质组份不得低于60％，如果巷道风流中含有0.5%以上的甲烷那么不燃物质组份不低于90％．撒布岩粉的巷道长度不得小