大平煤矿瓦斯爆炸事故原因分析及对策

２００６年４月　矿业安全与环保　第３３卷第２期　大平煤矿瓦斯爆炸事故原因分析及对策　刘金城　，郭德勇　，邹山旺　（１．中国矿业大学资源与安全工程学院，北京１０００８３；２．郑州煤业集团公司，河南郑州４５００００）　摘　要：对影响煤与瓦斯突出的相关地质因素和工程因素进行综合分析，研究表明瓦斯突出是受构　造应力、瓦斯压力、煤体结构物理性质、围岩条件等多种因素综合作用的结果。并对瓦斯爆炸事故提出　了有针对性的防治措施。　关键词：大平煤矿；瓦斯爆炸；煤与瓦斯突出　中图分类号：ＴＤ７１２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—４４９５（２００６）０２—００２３—０３　２００４年１Ｏ月２０日２２时ｏ９分，２１岩石下山发　生煤与瓦斯突出事故，突出瓦斯逆流进入西大巷主　ｌ大平煤矿概况及事故过程　郑州煤业集团大平煤矿位于河南省登封市与新　密市交界处（郑州市西南６０　ｋｍ），井田东西走向长　５　，南北倾斜宽２　，面积１Ｏ　。１９８６年建成投　要进风流中，导致１３，１５采空区巷道和工作面的瓦　斯浓度突然上升，并造成西大巷局部地段和１３采区　瓦斯浓度达到爆炸浓度。２００４年１Ｏ月２０日２２时　４ｏ分。在西大巷与ｌ１轨道石门交汇点附近的西大巷　产，矿井原设计生产能力为６ｏ万ｔ／ａ，２０００年、２００１　年分别进行了矿井通风系统、提升系统改造，２００３年　矿井核定生产能力１３０万ｔ。矿井采用立井单水平　上下山开拓方式，井筒位置在吴庄逆断层附近，开采　水平设在±０水平，主要大巷布置在二．煤层底板　内，由架线电机车电火花引起瓦斯爆炸，并迅速传到　ｌ３采区，波及ｌｌ，ｌ５采区、西大巷、２ｌ岩石下山和西　翼回风巷。　【町　层灰岩中，采煤方法采用沿底送巷，一次采全高　２事故原因分析　２．１地质因素　走向长壁全部陷落法管理顶板，回采工艺为单体液　压支柱配合Ⅱ型钢梁炮采，通风方式为混合抽出式。　２００３年瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井。该矿有１　１，１３，　ｌ６三个生产采区和ｌ４，１５，２１三个准备采区，其中２１　岩石下山是为采区专用回风巷而设计（见图１），自　大平井田属于山丘陵区，基岩大面积被第四系　覆盖，仅有零星出露。本区地层由老至新可分为奥　陶系中统马家沟组，石炭系中统本溪组、上统太原　组。二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子　１１采区上车场±０标高开１３。２１岩石下山总长度超　过１　７００　ｍ，位于煤层底板灰岩内，煤层底板厚１２—　１５　ｍ，巷道采用锚网支护，巷道净断面积１Ｏ．３２　ｒｎ２。　组及第四系。大平井田位于新密矿区西南部，嵩山　背斜南翼，总体地质形态为一轴向近东西向，向东倾　伏的向斜构造（大冶向斜），断层比较发育且落差较　大，断层密度为２条／　，落差大于１０　ｍ的断层有　１２条，按断层延伸方向可分为北东向和近东西向　２组（包括边界断层），其中大部分为逆断层，间或有　少量正断层，其中桥板河逆断层、周山逆断层、马沟　逆断层落差均在５０　ｍ以上（见图２）。区内发育有４　图１　２１采区岩石下山平面示意图　个宽缓小褶曲，这些小褶曲对煤层厚度变化有一定　影响，按区内褶曲的发育程度，将矿井地质条件评定　为Ⅲｂ类。矿井开采煤层为二叠系山西组二　煤，煤　层厚度变化较大，厚度为１．１～３０　ｍ，一般为５—７　ｍ，　收稿日期：２００５—１０—２ｏ　基金项目：国家自然科学基金项目（４０４７２０８４）　作者简介：刘金城（１９ｒ７７一），男，江苏盐城人，在读硕士研　究生，研究方向为矿井灾害防治及应急救援。　有时顶板起伏较大，致使煤层厚度变化比较大，一般　是浅部较薄，深部的向斜轴部变厚。顶板为砂质泥　・　２３・　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年４月　矿业安全与环保　第３３卷第２期　岩或细一中粒砂岩，老顶为砂质泥岩或泥岩，直接顶　为砂质泥岩。　Ｌ－一Ｌ＿＿Ｊ　田Ｌ　＿Ｊ　Ｉ向斜日背斜　一　ｋ一　图２大平井田地质构造纲要图　２１岩石下山掘进工作面进入矿井深部，距地表　垂直深度达６１２　ｍ，处于地质构造复杂地带，主要受　大冶向斜、周山逆断层和马沟逆断层等构造的影响。　在２１岩石掘进过程中遇到地质构造带（见图３），为　ｌ条北西向的逆断层，此断层倾向南西，落差约１０　ｍ，　该断层形成的压应力与北东构造应力方向相垂直，　处于挤压状态，这种压性结构带一旦暴露，瓦斯会迅　速释放。逆断层附近煤层在地质构造作用下，煤体　原生结构受到破坏，构造煤成层发育，主要为Ⅳ、Ｖ　类构造煤，降低了煤体的强度，易发生煤与瓦斯突　出。断层附近的２ｌ岩石下山的岩性也发生了变化，　从砂岩过渡到石灰岩，再过渡到砂质泥岩和泥岩，形　成了易产生煤与瓦斯突出的围岩条件。２００４年大平　煤矿曾出现过３次动力现象，这进一步说明大平煤　矿瓦斯地质条件的复杂性。　图３大平煤矿２ｌ岩石下山“ｌ０．２０”煤与瓦斯突出　位置剖面图　２．２工程因素　大平煤矿属于高瓦斯矿井，地质条件复杂，瓦斯　的涌出量常常受到采动影响。大平煤矿二。煤层的　平均厚度达７．５　ｍ，而且采煤方法为沿底送巷，一次　・２４・　采全高走向长壁全部陷落法管理顶板，回采工艺为　单体液压支柱配合１Ｉ型钢梁炮采，此开采工艺更容　易影响瓦斯涌出，甚至因煤层中瓦斯压力大破坏煤　体，易发生煤与瓦斯突出。从图３可以发现，在２ｌ　掘进工作面的前方有一个倾向２１７￣，倾角４９。、落差　约１０　ｍ的逆断层，受到断层构造的作用，使下盘　二　煤层中的瓦斯大量聚积，瓦斯压力达１．０　ＭＰａ以　上。由于逆断层下盘二　煤层下滑，２１掘进工作面　距离煤层较近，下盘附近的拖曳构造致使岩层破碎，　裂隙发育较好，岩石又以泥岩为主，坚固性差。因　此，在炮掘诱导作用之下，煤体原有的力平衡被打　破，掘进工作面前方形成了一个卸压区，在卸压作用　条件形成时，构造煤伸张变形幅度较大，形成新的裂　隙，为煤层瓦斯的释放创造了条件。　２．３煤与瓦斯突出机理分析　大平煤矿２ｌ岩石下山煤与瓦斯突出是构造应　力、煤层瓦斯和煤体结构物理性质共同作用的结果。　构造应力在大平煤矿突出过程中起到重要作　用，它是引发煤与瓦斯突出的重要能量之一。２ｌ岩　石下山逆断层附近的煤层及岩石受到了强烈的挤压　和揉搓，构造变形强烈而且地应力高。在构造应力　场中，煤体既是应力传递者又是应力承受者，因此煤　体容易产生运动和变化，使逆断层下盘二。煤层下　滑。当２ｌ掘进工作面距离断层和煤层较近时，断层　构造应力超过构造煤承受极限时，能量迅速释放，易　造成２ｌ岩石下山煤与瓦斯突出。　煤层瓦斯含量是引起煤与瓦斯突出的一个重要　因素。一般情况下煤层中的瓦斯处于游离和吸附两　种状态。但是２１岩石下山逆断层处的煤层由于受　到断层卸压的影响，在力的作用下，原有的力平衡被　打破，吸附状态的瓦斯转化为游离状态，达到新的平　衡，增大了煤层瓦斯压力。地质构造是控制煤层瓦　斯赋存和含量最重要的地质条件之一…。因此煤层　中的构造裂隙不仅为游离态瓦斯储存提供了空间。　也为游离态瓦斯运移提供了通道。２ｌ岩石掘进工作　面前方的逆断层下盘附近岩层破碎，裂隙发育较好。　煤层瓦斯压力达１．０　ＭＰａ以上，当２ｌ掘进工作面接　近逆断层和煤层，且岩柱厚度小于安全岩柱的厚度　时，即引起煤与瓦斯突出。　构造煤是煤与瓦斯突出的重要条件，构造煤和　煤层瓦斯是造成煤与瓦斯突出的主体。原苏联科学　院地质研究所研究认为，Ⅳ、Ｖ类破坏类型的煤体结　构分层是发生煤与瓦斯突出的必要条件。大平煤矿　突出点的煤层受地质构造变动影响，煤体原生结构　受到不同程度的破坏，构造煤发育，主要是Ⅳ、Ｖ类　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年４月　矿业安全与环保　第３３卷第２期　构造煤，抵御外力作用的能力大大降低，有利于煤与　瓦斯突出。　２．４火源分析　大平煤矿瓦斯爆炸的直接火源是架线电机车取　电弓与架线之间产生的电火花。由于大平煤矿在矿　井延深后没有做进一步的矿井突出鉴定，而按非突　出矿井管理，该矿未按照《煤矿安全规程》执行高突　矿井严禁使用架线机车的规定，也未在１　１轨道与大　巷联络通道处设置瓦斯断电装置，这是导致大平煤　矿瓦斯爆炸的一个重要因素。　３防止瓦斯爆炸的对策　３．１加强瓦斯突出预测　煤与瓦斯突出是造成大平煤矿瓦斯爆炸的主要　原因之一。根据瓦斯地质区划论的基本观点：瓦斯　分布和突出分布受地质条件控制　］。煤与瓦斯突出　常常发生在地质构造带、构造煤发育区和煤层厚度　变化带。地质指标是预测煤与瓦斯突出的重要指　标。进行煤与瓦斯突出预测，不仅能科学地指导防　突措施的运用，减少防突措施工程量，而且由于对工　作面突出危险性进行不间断地检查，还能保证作业　人员的人身安全ｌ３　Ｊ。大平煤矿应利用瓦斯地质理论　分析煤与瓦斯突出的地质背景，研究影响突出的主　要地质因素，预测煤层的突出危险性。大平煤矿采　用一种静态指标预测二．煤层突出危险性，即冗值　综合指标法（Ｓ，ｑ，Ｒ值）。但由于该矿地质条件复　杂，煤与瓦斯突出又是一个多种因素共同作用的结　果，所以单纯依靠静态指标并不能完全准确预测煤　与瓦斯突出危险性。因此，该矿还应结合动态指标　来预测煤与瓦斯突出危险性，这将有助于提高突出　预测的准确性。　３．２加强瓦斯抽放　瓦斯抽放是治理煤与瓦斯突出、降低瓦斯涌出　量的有效措施。大平煤矿在１６掘进工作面、１６０４１　采区积极运用瓦斯抽放技术，抽放后煤层瓦斯压力　得到明显降低，达到了较好的防突效果，见表１。　衰１　瓦斯抽放技术效果表　３．３加强防突管理　加强防突管理是防突工作的重要组成部分。由　大平煤矿瓦斯爆炸事故原因分析可见，煤与瓦斯突　出是引起瓦斯爆炸事故的一个主要原因，地质因素　为煤与瓦斯突出提供了重要条件，工程因素对煤与　瓦斯突出起到了诱发作用，防突管理不到位是引起　煤与瓦斯突出的重要因素。因此，大平煤矿应加强　职工的安全和责任意识教育，严格执行《煤矿安全规　程》，认真按“四位一体”防突管理，建立以瓦斯调度　为中心的信息反馈系统，全面规范调度信息管理。　此外，还应建立防突台帐管理制度，将影响突出的　“煤层、措施、放炮、瓦检”等４个环节现场落实到人，　井上落实到帐，细化防突过程管理，并强化措施的监　督落实，从而减少煤与瓦斯突出的可能性。　３．４杜绝火源　发生瓦斯爆炸事故的一个基本条件就是有点燃　瓦斯爆炸的火源。因此，要认真执行《煤矿安全规　程》，在井下杜绝一切非生产火源；严格管理和　生产中可能发生的火源、热源。严禁井下使用架线　电机车，在生产中采掘分开供电、三专两闭锁、双风　机双电源等措施火源的发生。　４结语　１）煤与瓦斯突出是造成大平煤矿“ｌ０－２０”瓦斯　爆炸事故的主要原因，该矿的地质因素为煤与瓦斯　突出提供了必要条件，工程因素对煤与瓦斯突出起　到了诱发作用，防突管理不到位是引起煤与瓦斯突　出的重要因素。　２）大平煤矿煤与瓦斯突出是受构造应力、瓦斯　压力、煤体结构物理性质、围岩条件、诱发因素等多　种因素综合作用的结果。因此，应加强瓦斯突出预　测及瓦斯抽放和瓦斯防治管理工作。　参考文献：　［１］郭德勇，韩德馨，王新义．煤与瓦斯突出的构造物理环境　及其应用［Ｊ］．北京科技大学学报，２ＯＯ２，２４（６）：５８３　［２］焦作矿业学院瓦斯地质研究室．瓦斯地质概论［Ｍ］．北　京ｉ煤炭工业出版社，１９９０　［３］于不凡，王佑安．煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册　［Ｍ］．北京ｉ煤炭工业出版社，２ＯＯＯ　（责任编辑：卫蓉）　・２５　・