煤礦危險源的事故致災機理及其辨識過程研究

李興紅

（神華寧夏煤業集團 紅柳煤礦，寧夏 靈武 751409）

0 引言

安全，是當今世界人們普遍關心的一個重大課題，它已成為日常生活、生產過程、科學試驗、經濟運作等各類活動不可缺少的前提條件。人類社會越向前發展，人類的文明程度越高，人們對安全的要求和重視程度也就越高。

1 煤礦危險源的事故致因機理

煤礦危險源有學者已做過初步研究。同時也提出了礦山重大危險源的定義。

基于前人研究成果和三類危險源理論，本文認為導致煤礦事故發生的三類危險源，即煤礦三類危險源是：

（1）第一類：能夠引起頂板、瓦斯（煤塵）、水、火事故的能量載體或危險物質。

（2）第二類：為預防事故發生而采取的一系列防范措施，即安全防護系統。

（3）第三類：組織管理。

第一類危險源是煤礦事故發生的物質基礎，它決定了事故的危害程度。這類危險源的產生，主要受礦山地質、作業過程及設備設施的影響。

第二類危險源是事故發生的觸發條件。是第三類危險源對第一類危險源的中間控制。煤礦中的安全防護系統主要通過災害監測、預防技術，設備設施防護、維護、檢測等措施來實現對危險源的約束。

第三類危險源是煤礦事故發生的根本原因。幾乎所有的煤礦重大安全事故，其本質都是組織管理的原因。

2 煤礦危險源的辨識

2.1 煤礦事故類型分析

結合災害事故的特點，發現對煤礦安全生產影響最大，發生事故數最多的有以下五類：瓦斯爆炸、火災、煤塵爆炸、頂板事故。及水災等事故。

2.2 煤礦事故發生的影響因素分析

2.2.1 瓦斯爆炸事故

煤礦瓦斯爆炸必須同時具備三個條件：一定的瓦斯濃度；足夠的氧含量；一定的引燃溫度。

瓦斯爆炸事故的發生主要受下列因素的影響：

①瓦斯濃度：在井下氣候環境中，瓦斯只在一定的濃度范圍內爆炸，這個濃度范圍稱瓦斯的爆炸界限。

②氧含量：有研究表明，瓦斯爆炸濃度與氧氣濃度的關系，如柯卡得爆炸三角形。氧濃度降低時，爆炸下限緩慢升高，基本保持不變。爆炸上限則有明顯的降低。當氧濃度低于 12%時，混合氣體就失去爆炸性。

③引燃溫度：瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量決定于空氣中的瓦斯濃度，初壓和火源的能量及其放出強度和作用時間。煤礦井下的明火、煤炭自燃、電弧、電火花、熾熱的金屬表面、摩擦火花和設備失爆，都能點燃瓦斯。此外，采空區內砂巖冒落產生的碰撞火花，也能引起瓦斯的燃燒或爆炸。

2.2.2 煤炭自燃事故

煤炭自燃必須具備三個條件：煤具有自燃傾向性、有連續供氧、熱量易聚積。

煤炭自燃事故的發生主要受下列因素的影響：

①地質構造：煤層中有地質破壞的地方煤質松碎，有大量裂隙，從而增加了煤的氧化活性和供氧通道與氧化表面積。自燃的危險性也就增大。

②煤中瓦斯含量：煤孔隙內存在的瓦斯，能夠占據煤的孔隙空間和內表面，降低了煤的吸氧量。

③煤的碳化程度：煤的碳化程度越低越容易自燃。從無煙煤、半無煙煤、煙煤、褐煤，它們自燃傾向依次增加。

④圍巖性質：頂底板的物理機械性質（結構、硬度、可塑性等）也能夠影響煤炭的自燃過程。圍巖破壞區域漏風大，易發生自燃。

⑤開采深度：煤層埋藏深度增加，地壓和煤體的原始溫度增加，煤內自然水分少，這將使煤的自燃危險性增加。

⑥漏風條件：井下在既有風流流通，而風速又不大的情況下，煤才能自然發火。

⑦開采煤層和傾角：開采煤層厚或傾角越大，自燃危險性就越大。

2.2.3 煤塵爆炸事故

煤塵爆炸必須同時具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性；煤塵必須懸浮于空氣中，并達到一定的濃度；存在能引煤塵爆炸的高溫熱源。

大多數煤塵在一定條件下都能引燃，并能產生猛烈爆炸破壞，一般情況下，煤塵爆炸事故的發生主要與下列因素有關：

①煤的揮發分：一般來說，煤塵的可燃揮發分含量越高，爆炸性越強，即煤化作用程度低的煤，其煤塵的爆炸性強，隨煤化作用程度的增高而爆炸性減弱。

②瓦斯濃度：隨瓦斯濃度的增高，煤塵爆炸濃度下限急劇下降。煤塵爆炸往往是由瓦斯爆炸引起的。有煤塵參與時，小規模瓦斯爆炸可能演變為大規模煤塵瓦斯爆炸事故。

③氧含量：井下巷道內氧含量高時，點燃煤塵的溫度可以降低。氧含量低時，點燃煤塵困難，當氧含量低于17%時，煤塵就不再爆炸。煤塵的爆炸壓力也隨空氣中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸壓力高；含氧低，爆炸壓力低。

④煤塵濃度：煤塵濃度在上、下限內時，有爆炸危險。

⑤煤塵粒度：煤塵粒度越小，所需引燃溫度越低，且火焰傳播速度越快。

⑥引爆熱源：引爆熱源的溫度越高，能量越大，越容易點燃煤塵。而且煤塵爆炸的強度也越大；反之溫度越低，能量越小越難以點燃煤塵，即使發生爆炸，初始爆炸強度也越小。

2.2.4 巷道頂板事故

巷道頂板事故。指在井下采、掘維護過程中，由于礦山壓力或支護不當造成巷道內冒頂、片幫、頂板掉矸、頂板支護垮倒等頂板事故。

巷道頂板事故的發生主要受下列因素的影響：

①地質構造：由于地質構造的作用，造成的斷層、褶曲發育、擠壓、破碎帶、沖刷、節理、裂隙。使煤層的賦存狀況極為復雜，以上地質構造特征使巷道處于不穩定狀態，容易引發頂板事故，不利于安全生產。

②巷道圍巖狀況：巷道圍巖狀況是巷道頂板事故的直接原因之一。巷道圍巖狀況包括圍巖巖性結構、圍巖移動、巷道斷面、服務年限等。

③開采深度：開采深度較大會使巷道支撐壓力增加，從而造成巷道變形。此外，在頂底板圍巖穩定或堅硬、每層具有沖擊傾向性的條件下，容易發生沖擊地壓。

④煤層傾角：煤層傾角大的地段，由于重力作用使圍巖傾斜下推力增大，巷道出現鼓幫、底板滑落及頂板抽條冒落等形式的破壞。

2.2.5 透水事故

礦井在建設和生產過程中，由于防治水措施不到位而導致地表水和地下水通過裂隙、斷層、塌陷區等各種通道無控制地涌入礦井工作面，造成作業人員傷亡或礦井財產損失的水災事故，通常也稱為透水。

礦井透水必須具備兩個條件，即充水水源和涌水通道。水源主要有大氣降水、地表水、地下水、采空區積水。通道分為自然通道和人為通道。自然通道有巖石空隙和構造孔隙。人為通道有廢棄鉆孔和開采圍巖破壞孔隙。

透水事故的發生主要受下列因素的影響：

①地表水：大氣降水滲入或流入，往往是開采地形低洼且埋藏較淺煤層的主要水源。

②地下水：地下水是可以流動的并不斷接受地表水的補給，開采越深水壓越高、裂隙越大含水越豐富，它是井下最直接、最常見的水源。

③老空水：礦井廢棄的舊巷道常常有很多積水。當采掘工作面與之打通時，很短時間內會有大量水涌入，造成透水事故。

④斷層水：有的斷層內會積存水。斷層還將不同的含水層聯通，有的甚至于地表水相同。當開拓掘進或采煤接近或揭露這些的斷層時斷層水便會涌出。

⑤涌水通道：由于地質因素形成的孔隙通道、裂隙通道、隔水斷裂帶、透水斷裂帶都是天然的涌水通道。

4 結束語

總之，煤礦是安全事故的多發地點，煤礦瓦斯爆炸事故、煤炭自燃事故、煤塵爆炸事故、巷道頂板事故、透水事故在煤礦災害事故中占有相當大的比例。因此，對煤礦危險源進行風險評價研究，是當前急需解決的問題。

［1］王培，李新春.煤礦事故單危險源測算與風險評價思路探討[J].工礦自動化，2009，（4）.

［2］吳電軍，羅新榮，鄭永坤，等.基于危險源理論的煤礦風險評價模型研究[J].能源技術與管理，2010，（1）:118~120.