陕西省铜川陈家山煤矿“11.28”特大瓦斯爆炸事故分析

陕西省铜川陈家山煤矿“11.28”特大瓦斯爆炸事故分析

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。

矿井共有8个进风井筒，1个回风井筒,总进8221 m3/min, 风井总回风8491 m3/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。

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79.04 m3/min，风排52.25 m3/min，抽放26.79 m3/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56～60 m3/min，纯瓦斯流量4.5～6 m3/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110～135 m3/min，纯瓦斯流量20.25～27 m3/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50～70 m3/min，纯瓦斯流量3～5 m3/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18.54M m3，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29.52 m3/min,瓦斯抽放量20.25 m3/min,合计瓦斯涌出量49.77 m3/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。

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。

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8.07M m3。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3.449M m3;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0.30M m3。

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0.777M m3。

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9974 m3。

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NaCl 97.3t。

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 217609 m3。

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260 m3。

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40～60 m3,共注水6557.1 m3。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。

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。

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。

五、存在问题及教训

1、高瓦斯矿井放顶煤开采在工作面顶部放炮落煤时，极易引燃引爆采空区瓦斯，造成特别重大事故。在无法证实老空区瓦斯不超限的情况下，建议禁止高瓦斯矿井在工作面向顶煤或采空区方向放炮这种方法。

2、陈家山矿为油气共生的矿井，规程上所规定的有关参数，不适应这种条件的需要。全国此类矿井还不少，因此要补充和修改规程的规定。

3、陈家山矿调度系统与安全CAD多媒体开发均是两张皮，不能有效地指挥生产，应重新对调度工况、安全监测、机电系统监控等集中联合开发。

五、存在问题及教训

4、一矿一面集约化生产的矿井生产非常集中，人员也非常集中，一旦发生事故，将必然造成重大伤亡。建议对于不具备高度集中生产的条件，或在系统上不能满足安全需要的高突煤层的开采，应根据自身条件选择合理的开拓布局和产量。

5、如何实现专用瓦斯巷高浓度瓦斯的智能化控制，是一个新课题。3%瓦斯浓度在强点火高温情况下(特别是有油气混入)，也会引起爆炸。因此要注重高浓度瓦斯专用巷道防爆监控技术研究。

6、对于围岩瓦斯及油气含量较大的煤层，应考虑上部先采一层，作为下部煤的开采保护层，在解决瓦斯后，下部煤再实施放顶煤开采。

五、存在问题及教训

7、高位巷和风巷锚网支护时，开采后锚网不易垮落，网刺于上端头支架升降移架易摩擦生出火花引爆瓦斯，因此在支护上应重新考虑选择其支护方式。

8、现玻璃钢抽放管抗冲击能力不能抵抗爆炸波的冲击，致使爆炸时抽放管路炸碎，管内大量高浓度瓦斯涌出，加剧了爆炸威力。建议加大玻璃钢管路的强度或改用其他管路。

五、存在问题及教训

9、陈家山矿瓦斯爆炸后，救援时有害气体测试系统跟不上，靠救护队提供的现场数据一是不及时，二是有误差，应研究建立应急救援可视化监控系统。

10、此类矿井应加大瓦斯综合利用，抽放和瓦斯利用相结合，用利用来促进抽放，以达到洁净安全能源生产的目的。