摘要：煤矿瓦斯事故是煤矿生产中的一大灾害。随着开采水平的加深, 瓦斯涌出量不断加大, 再加之通风、瓦斯管理不善, 瓦斯燃烧事故时有发生, 由瓦斯燃烧引起的重大火灾事故和瓦斯爆炸事故也不断增多, 它不仅严重影响着煤矿的安全生产, 甚至威胁着矿工的生命安全, 而且给抢险救灾带来诸多难度和危险性。瓦斯燃烧事故破坏性强，一旦发生难以扑救，而且易发展扩大为更大的火灾，甚至引发爆炸，造成这一后果的主要原因是由其灾害特点所决定的。
关键词：瓦斯燃烧典型事故；防范措施；
由于瓦斯爆炸发生在低浓度和高浓度瓦斯燃烧之间, 一旦条件有变, 就有可能由瓦斯燃烧转变为瓦斯爆炸, 导致事故的扩大, 损失会更惨重。所以, 如何安全有效地处理瓦斯燃烧事故, 是亟待解决的一个技术难题。
一、瓦斯燃烧典型事故的原因分析
1.主采煤层为二1煤层。22051工作面位于22采区，上邻22031 工作面，下邻22071工作面。工作面走向长600 m，倾向147 m，煤层厚12m，工作面机巷侧断层较多。工作面风巷膏体墙外每隔8 m 有一组瓦斯高位抽放钻孔，抽采负压7～8 kPa，平均浓度21%，抽放管路里经常监测到CO。
2.瓦斯燃烧爆炸的三个条件。(1)瓦斯浓度:瓦斯浓度在5%～ 16%爆炸, 瓦斯浓度低于5%燃烧, 大于16%既不燃也不爆炸。(2)高温火源:温度在650 ～ 750℃之间。(3)充足的氧气:氧气浓度大于12 %。①事故的瓦斯来源事故的工作面是俯采面, 采空区大量瓦斯积存, 老顶又是白砂岩, 悬顶面积大。烧焊期间老顶垮落使采空区的瓦斯大量涌出。因烧焊地点在前三角点, 风流较大, 则瓦斯浓度在5%以下, 引起瓦斯燃烧。②事故地点的氧气浓度。烧焊地点在工作面前三角处, 按其《煤矿安全规程》规定:采掘工作面入风流中氧气浓度不低于20%的规定, 工作面前三角点的氧气浓度也不能低于20%, 超过瓦斯燃烧的12 %的氧气浓度, 引起瓦斯燃烧。③事故的火源。事故的火源来于电焊的弧光。因电焊的电弧阴极区温度约为2 400 ℃, 阳极区温度为2 600℃, 弧柱的中心部分温度可高达6 000 ～ 7 000℃, 而瓦斯燃烧只需650 ～ 750℃。所以是电焊的焊条火引燃了瓦斯。
3.事故原因分析。瓦斯燃烧事故发生前, 矿井、盘区及工作面通风系统合理稳定, 风量配备正常, 工作面机组司机、班长、瓦斯检查员及现场电工所携带的便携仪及工作面和回风巷的探头未发现瓦斯超限报警, 说明燃烧前工作面机组附近的瓦斯浓度均不超限, 工作面割煤生产正常。通过对瓦斯燃烧事故发生后现场观察及掌握的各类通风瓦斯数据的分析, 我们认为发生在工作面的四次瓦斯燃烧事故是工作面在正常生产过程中煤裂隙中瓦斯与落煤瓦斯突然涌出在机组后滚筒处集聚遇滚筒割煤过程中产生火花引起的瓦斯燃烧, 属局部事故。其原因是:(1)工作面局部瓦斯涌出增大与煤层赋存状况有关。事故中有2 次是该工作面正处在复合向斜构造的轴部, 而煤层一般在向斜轴部瓦斯含量比翼部高, 这是因为轴部岩层受到强力挤压,呈压性闭合, 围岩的透气性会变得更低, 而煤层下部张性裂隙发育, 有利于瓦斯储集, 同时向斜也是良好的蓄水构造, 形成水对瓦斯的封闭作用, 因此向斜轴部往往封存较多的瓦斯。当采煤机一旦割破向斜轴部裂隙, 向斜轴部积存的瓦斯就会通过裂隙瞬间涌向工作面, 随着煤体中瓦斯的涌出, 煤体中瓦斯赋存的平衡状态遭到破坏, 附近煤体中部分吸附瓦斯就会转变成游离瓦斯通过裂隙不断地向工作面采煤空间瞬间大量涌出。(2)工作面煤壁瓦斯涌出增大与煤层顶板周期来压有关。采煤工作面在回采过程中, 随着工作面向前推进, 顶板呈周期性垮落, 煤层顶板在垮落前, 顶板压力不断增大, 并作用于工作面煤体。在顶板压力增大时, 工作面前方煤体的应力平衡状态遭到破坏, 出现透气性大大增加的卸压带。由于煤体内部到煤壁间存在着瓦斯压力梯度, 瓦斯沿卸压带的裂隙向工作面采煤空间涌出, 这时工作面煤壁瓦斯涌出增大。(3)工作面局部瓦斯积聚与机割方向有关。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆工作面局部瓦斯燃烧事故有3 次发生在由机头向机尾方向割煤过程中。根据多次现场观察, 机组由机头向机尾方向割煤过程中, 上滚筒割落的煤落在刮板机上, 拉至下滚筒时与下滚筒割煤和下滚筒装煤混合, 煤量增大, 造成拉煤刮板机在下滚筒处往往堆积较多的煤, 影响刮板机道通风, 在机组下滚筒处形成通风死角, 这时煤体裂隙和落煤涌出的瓦斯不易被迅速稀释带走, 造成后滚筒内侧或两滚筒之间积聚高浓度瓦斯。而采煤机由机尾向机头方向割煤时, 上滚筒割落的煤迅速被刮板机拉走, 上滚筒至下滚筒间刮板机上仅有后滚筒落煤, 不影响刮板机道通风, 因而不易造成瓦斯积聚。
二、防范措施
1.进行本煤层瓦斯抽放。瓦斯抽放一方面可降低煤层瓦斯含量, 另一方面随着抽放时间的延长, 也使煤体富集区瓦斯含量降低, 避免生产过程中突然大量涌向采煤空间。对工作面前方煤体放震动炮。对于透气性差的煤层, 可采用在煤体前方地质构造区域打钻对煤体放震动炮的方法, 人工增加煤层的透气性, 以利于煤层瓦斯平缓涌出, 避免高浓度瓦斯突然涌向采煤空间。
2.开展瓦斯地质预报工作。加强煤层地质物探, 掌握煤层赋存状况, 对工作面煤层赋存状况提前进行详细描述和预测, 通风部门可根据预报有针对性地制定出工作面的瓦斯治理措施和管理重点。
3.严格控制割煤速度。严格控制割煤速度,开机前必须先开刮板机, 停刮板机必须停采煤机,防止刮板机积煤影响刮板机道通风造成的瓦斯积聚。
4.加强机组内外喷雾的使用。采煤机组必须正常使用机组内外喷雾系统, 内外喷雾供水系统使用加压泵, 确保喷雾灵敏可靠、雾化效果好。内喷雾应能够罩住采煤机截齿, 外喷雾应覆盖滚筒。喷雾的正常使用有三方面好处:一是能够降低工作面粉尘浓度;二是高压喷雾能够在滚筒附近形成水射流通风, 及时带走滚筒附近的高浓度瓦斯;三是机组在割煤过程中, 如截齿出现摩擦或碰撞火花, 高压喷雾能够及时浇灭火花, 以使火花存在时间小于瓦斯燃烧感应期。
5.加强机组割煤管理。采煤机在割煤过程中严禁割顶、割底、割支架、割铲板等硬物。割煤过程中支架工与机组司机要密切配合, 防止滚筒割支架的前梁和护帮板;机组与推刮板机的距离要在作业规程中明确规定, 防止滚筒割刮板机。对于煤层中有矸包或夹矸, 必须及时制定放慢机组割煤速度等相应措施。
6.工作面增设随机瓦检员。随机瓦检员随时对机组前后刮板机道、前后滚筒、两滚筒之间、机组下风侧等地点的瓦斯浓度进行检查, 发现瓦斯浓度达到1 %或以上时, 立即停止割煤。采煤工作面每隔10 个支架安设一个灭火器, 在机组上随机携带两个灭火器, 当工作面发生火灾时, 能够及时进行事故抢救。
瓦斯燃烧事故在煤矿井下属于频发事故，并在现阶段呈现出不可避免性，但目前对于相应的科学研究较少，即使是关于瓦斯燃烧事故的发生条件，研究人员的说法也不尽一致。关于瓦斯在裂隙煤层、岩层以及井下巷道中燃烧火焰传播过程的研究还属空白，使得有效防治此类火灾缺少基本的理论指导。鉴于瓦斯燃烧及其引发的火灾事故的频发性和危害性，对其预防与控制机理与方法的研究就显得尤为迫切和重要。
参考文献：
［1］安明燕，杜泽生，张连军，等. 2007-2010 年我国煤矿瓦斯事故统计分析［J］. 煤矿安全,2018,42（5）:177-179.
［2］王德明. 矿井通风与安全［M］. 徐州: 中国矿业大学出版社,2017．
［3］王洪义，刘广金. 处理一起综采面瓦斯燃烧事故的经验与教训［J］.煤矿安全,2017,38（5）:72-74
论文作者:胡俊献
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第08期
论文发表时间:2019/7/15
标签：瓦斯论文; 工作面论文; 煤层论文; 滚筒论文; 事故论文; 机组论文; 浓度论文; 《工程管理前沿》2019年第08期论文;