煤礦瓦斯爆炸事故分析與防治措施探究

高建禎

（同煤集團北辛窯煤業有限公司，山西 忻州 036702）

在煤炭生產過程中，瓦斯爆炸既給安全生產造成危害，也給井下人員的生命安全帶來威脅。本文通過事故樹理論分析瓦斯爆炸事故發生的關鍵因素，以便采取針對性措施預防瓦斯爆炸事故的發生。

1 瓦斯爆炸機理

煤礦開采過程中，由煤、巖層中涌出的以CH4為主的有害氣體總稱為瓦斯，通常CH4占瓦斯含量90%以上。當井巷空氣中瓦斯濃度含量達到5～16%左右，遇到火源會發生瓦斯爆炸。

根據瓦斯爆炸機理，發生瓦斯爆炸必須具備三個條件：（1）井巷空氣中的氧氣濃度應能支持爆炸的氧化作用；（2）瓦斯濃度需要達到爆炸極限范圍；（3）引發爆炸的火源，燃燒、爆炸等劇烈化學反應需達到650K左右的溫度。

2 北辛窯煤礦瓦斯爆炸事故樹分析

北辛窯煤礦位于被稱為“黃土高原上的綠色明珠”的寧武縣陽方口。井田面積為53.3km2，資源儲量9.532億t，礦井產量為800萬t/a。礦井采用斜井開拓，屬低瓦斯礦井，但是存在局部瓦斯聚集區。因此，建立瓦斯爆炸事故樹，為事故預防等提供依據。

2.1 事故樹的建立

根據以往瓦斯爆炸事故分析，瓦斯爆炸事故的多發地點為采煤工作面、掘進工作面。通風系統狀態、通風機性能、風筒狀態等都會影響瓦斯濃度變化、積聚；而電氣設備漏電、電焊、爆破、煙頭、明火以及煤炭自燃等都會形成瓦斯爆炸事故的火源。總結上述各類因素，構建北辛窯煤礦瓦斯爆炸事故樹如圖1所示。

圖1 北辛窯煤礦瓦斯爆炸事故樹示意圖

2.2 事故樹定量分析

關于事故樹最小割集的結構函數為：

整個事故樹共有最小割集180個：

因此可以看出導致瓦斯爆炸的各類事件的可能性組合較多。

關于事故樹最小徑集的結構函數為：

該事故樹的最小徑集有4個：

因此得出為避免瓦斯爆炸事故樹中事件發生各個因素的結構重要度大小為：

瓦斯爆炸事故樹的最小割集為180組，即說明能夠引發煤礦井下瓦斯爆炸的途徑存在180條。而最小徑集為阻止事故樹頂上事件最終發生的路徑，則存在四條路徑能夠阻止礦井瓦斯爆炸的發生：（1）X1氧氣對頂上事件發生起關鍵作用，但是實際工作中氧氣不可調控，瓦斯爆炸都發生在工作面、井巷的掘進或生產中，這類環境必須要充足的新鮮空氣進入，保證作業人員的正常呼吸；（2）X13、X14事件可為主要的控制路徑，及時處置瓦斯含量超限，有效避免爆炸事故的發生；（3）控制礦井生產中可能導致瓦斯超限和產生火源的各類因素，能夠徹底切斷瓦斯爆炸事故發生的各類可能性。

3 瓦斯防治措施

通過上述事故樹分析，制定北辛窯礦瓦斯預防措施。具體有如下幾點：

（1）通風管理。礦井中防治瓦斯超限的最有效措施為井下通風，為此選擇合理的礦井通風系統，加強通風系統管理，保證井下通風連續、有效，并維持合理的風量和風速，使井下各處瓦斯含量低于《煤礦安全規程》中規定的限值。① 嚴禁使用自然通風，礦井必須設計有獨立通風系統，避免獨眼井通風，避免生產中循環風、巷道串聯風；② 正確使用局部通風設施，確保局部風壓低于全風壓以避免循環風，局部風機應采用高效風機，并采用雙風機、雙電源，局部通風機中必須掛牌管理，專人持證管理。③ 加強井下作業管理，局部通風機使用過程中，應確保工作面空氣質量達標后人員方能進入。同時井巷貫通前應制定安全預防措施，誤聯通火區、老塘、采空區、廢棄井巷等處時延時排風，防止瓦斯超限。工作面或井巷停止作業后應繼續通風。局部通風機非正常停止時，及時停工并撤出人員，長時間停工設置警示標志及柵欄，廢棄井巷、工作面及時做好密閉。

（2）瓦斯超限管理。掌握各個作業地點瓦斯濃度是及時采取措施避免瓦斯突出及瓦斯爆炸事故的基本舉措。對井下作業過程中各工作地點設置瓦斯自動監測系統或瓦斯超限報警器，配備專業的瓦檢員，當作業過程中風機、電機、電氣設施20m范圍的瓦斯濃度超出限值1.5%后，及時停工，切斷電源，撤出人員，排查后采取措施。

（3）爆炸火源管理。井下作業人員禁止攜帶引火物及穿著易引起靜電的服裝，井下禁止出現明火及明電照明。選用的通風及電氣設施應滿足井下防火、防爆要求，同時通風機設置應按照“三專兩閉鎖”設計，電氣安裝或維修禁止帶電操作，并確保電線、電纜完好無破損，同時應確保局部風機、電氣開關處10m范圍內的瓦斯含量低于0.5%的限值。工作面或其掘進巷道中當內部瓦斯濃度超過1.0%，應停止電鉆鉆孔、爆破等作業，并且井下爆破時應嚴格執行“一炮三檢”和“三人連鎖”制度。

（4）安全管理制度。必須具備完善的安全管理機構，配備足夠的專業人員及設備，落實領導安全生產責任制，嚴格落實管理人員、職工的安全培訓制度，確保各項安全規則制度切實執行，杜絕作業人員違章作業。具備完整的瓦斯爆炸災害救援機構和預案，確保救護人員進行專業培訓，并配備專用設備。

（5）注重先進通風監控設備的應用。通過加大安全資金投入，引進新的通風檢測設備。如新型的基于超聲波時差原理研制的風速傳感器可以檢測0.1～15m/s的風速，分辨率為0.01m/s；KJ90NB煤礦安全監控系統可以實時監測井下風速、風壓、溫度等參數，也可以檢測風門開閉、風機開停等狀態參數。而且隨著自動化水平的提高，一些對通風設施進行遠程調節與控制、智能化監測的設備也逐漸用于實踐，這些設備都將成為煤礦減少和杜絕瓦斯事故的重要保障。

4 結論

本文根據瓦斯爆炸事故發生的特點，應用事故樹分析法對可能導致北辛窯煤礦瓦斯爆炸事故的各類原因進行分析，計算了不同因素對事故產生的結構重要度，并根據分析提出具有針對性的預防措施和控制手段。為北辛窯煤礦瓦斯防治工作提供了理論依據，也降低了瓦斯爆炸事故發生的可能。