高星星，馮良兵，胡晉濤

（山東省天安礦業(yè)集團(tuán)有限公司 ，山東 曲阜 273100）

0 引言

在有嚴(yán)重沖擊地壓的礦井煤炭開采過程中，防沖和防火同樣重要，但如果不能很好的處理好兩者間的關(guān)系，就極有可能導(dǎo)致互相影響，從而威脅到礦井的安全生產(chǎn)。比如打設(shè)泄壓孔引爆致使煤炭破碎達(dá)到泄壓的目的，但是對于礦井防滅火來說，放炮形成的高溫和瞎跑、爆炸不充分、殘留炸藥等，無形中給礦井防滅火帶來了額外壓力。鑒于以上情況，若卸壓孔殘留炸藥管理不善，一旦出現(xiàn)引燃源，就會(huì)導(dǎo)致爆燃從而引發(fā)煤炭自燃，影響整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)。因此，搞清楚卸壓孔殘留炸藥爆燃引發(fā)煤炭自燃的原因，并做到防患于未然就顯得尤為重要。

1 工作面概況

3310工作面走向長為681m（平距），傾向長度為100m,平均煤厚7.28m；煤層傾角2～13°，平均8°。5月22日正式生產(chǎn)。本次工作面安裝過程中，未使用木料接頂。截止6月6日早班，工作面溜頭推進(jìn)39.7m、溜尾推進(jìn)37.8m，此段工作面平均煤厚6.62m。

2 工作面發(fā)火經(jīng)過

工作面從開始回采至6月6日早班，共推進(jìn)39米，期間束管氣體分析結(jié)果顯示，采空區(qū)內(nèi)所有監(jiān)測點(diǎn)的一氧化碳濃度在50ppm以下，回風(fēng)流一氧化碳濃度在8ppm以下。無論是推采速度還是環(huán)境氣體情況均好于以往初采工作面。

6月6日中班18時(shí)，在溜頭過橋上方聞到煤焦油氣味，隨后發(fā)現(xiàn)溜頭端頭架架后上方有黃煙。18點(diǎn)30分左右，瓦檢員現(xiàn)場測量一氧化碳濃度700ppm，回風(fēng)流一氧化碳傳感器超過量程（500ppm）。有關(guān)人員撤出氣體超限區(qū)域，同時(shí)安排做好應(yīng)急處置相關(guān)準(zhǔn)備工作。20點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)溜尾66號(hào)架后尾梁上方冒出濃煙并從軌順及架后返回，整個(gè)工作面煙霧中一氧化碳濃度超過2000ppm,人員無法靠近工作面溜頭進(jìn)行探察。迫于當(dāng)時(shí)情況緊急，20點(diǎn)02分，組織停電撤人、并立即封閉工作面。在軌道順槽防火門處施工一道密閉。22點(diǎn)23分，先行封閉了軌道順槽，切斷了工作面的供風(fēng)通道，控制了煙霧及有害氣體的蔓延。6月7日早班12點(diǎn)50分，在運(yùn)輸順槽防火門處對運(yùn)輸順槽進(jìn)行了封閉。封閉后通過軌順注漿管及高壓膠管向工作面壓注氮?dú)庖种泼禾孔匀及l(fā)火。

3 原因分析

3.1 直接原因分析

由于綜放工作面煤層自然發(fā)火是一個(gè)緩慢氧化升溫的過程，通常要經(jīng)過一氧化碳濃度逐漸升高，急劇增加直至出現(xiàn)煙霧的過程，一般情況下從出現(xiàn)一氧化碳到超限，至少需要一周到一旬左右時(shí)間，而一氧化碳超限到煤炭自燃出現(xiàn)煙霧需要更長時(shí)間。而6月6日3310工作面的火災(zāi)發(fā)展迅猛，從發(fā)現(xiàn)黃煙后一氧化碳濃度在短時(shí)間快速上升，到大量煙霧彌漫整個(gè)工作面，只有不到2個(gè)小時(shí)的時(shí)間，無論是煤的自燃，還是木垛料參與的燃燒，都不具有這種特征。

在工作面封閉后只采取注氮和阻化泡沫滅火措施的條件下，6月20日啟封以后未找到高溫源、也未發(fā)生復(fù)燃現(xiàn)象，據(jù)此可基本確定此次事故不是煤炭的自然發(fā)火事故。

通過分析此次發(fā)火過程以及啟封后現(xiàn)場情況，認(rèn)為木料也沒有參與此次的火災(zāi)事故。在以往處理木料參與煤層自燃的歷次事故過程中，每次都有一個(gè)緩慢發(fā)展過程，先發(fā)現(xiàn)一氧化碳，而后發(fā)現(xiàn)煙霧，即使能夠直接處理到發(fā)火點(diǎn)（如3105工作面），完全熄滅也要一周以上的時(shí)間，火源熄滅后周圍高溫也將持續(xù)較長時(shí)間，因此，認(rèn)為此次著火點(diǎn)不是木料參與的煤炭自燃事故。

從當(dāng)時(shí)事發(fā)突然，高濃度一氧化碳?xì)怏w和黃煙快速充滿工作面現(xiàn)象分析，認(rèn)為這是一起非常規(guī)燃料燃燒的事件。通過對工作面所有可燃物分析，只有火藥具備這個(gè)特點(diǎn)，因此初步分析，這是一起防沖爆破殘藥自燃引發(fā)的意外事故。上述分析結(jié)果可從以下情況中得到驗(yàn)證：

1）6.21日工作面正常生產(chǎn)后，于7月5日，從1號(hào)架架頂漏煤處出現(xiàn)微煙、束管分析檢測出高濃度一氧化碳、乙烯氣體，說明工作面前方煤壁區(qū)域，由于提前實(shí)施大量的爆破卸壓措施，煤體內(nèi)積聚大量熱量、已超前氧化升溫。由此可以推斷，在運(yùn)輸順槽其它區(qū)域也存在類似的現(xiàn)象。

由于落實(shí)防沖措施，此區(qū)域斷頂爆破及煤體爆破較集中，爆破過程中有可能出現(xiàn)熄爆或拒爆而留下殘藥，在爆破積熱及煤體自熱升溫過程中出現(xiàn)自燃。據(jù)調(diào)查，在以往掘進(jìn)和回采工作面割煤過程中也多次發(fā)現(xiàn)未完全起爆的殘留炸藥。

2）為檢驗(yàn)以上分析的可靠性，7月17日早班，在工業(yè)廣場注漿站對單純煤粉、和煤粉與炸藥混合物進(jìn)行加溫試驗(yàn)，通過紅外線測溫儀監(jiān)測試驗(yàn)過程中的樣品溫度，以觀察兩種樣品的變化。

當(dāng)加熱溫度為69℃時(shí)，煤粉和炸藥混合物開始出現(xiàn)白煙，而單純煤粉沒有變化；

繼續(xù)加熱，煤粉和炸藥混合物繼而產(chǎn)生微黃色濃白煙。

當(dāng)加熱溫度到79℃時(shí)，炸藥和煤粉混合物爆燃，并快速燒盡，冒出大量黃煙，而單純煤粉樣卻無任何反應(yīng)；

當(dāng)加熱溫度達(dá)200℃時(shí)，單純煤粉樣才開始冒煙，出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象。

以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明，當(dāng)殘留火藥混入破碎煤炭后，在70℃左右就能引起燃燒，而且釋放大量煙霧和一氧化碳?xì)怏w。與6月6日事故現(xiàn)場情況基本一致。

綜合分析后認(rèn)為卸壓爆破熱量積聚、煤層氧化升溫導(dǎo)致殘留炸藥爆燃是造成本次事故的直接原因。

3.2 新工藝下的新問題是造成本次事故的次要因素

工作面首次使用超前支架、首次實(shí)施切眼頂板預(yù)裂爆破及順槽頂板深孔爆破，無成熟的經(jīng)驗(yàn)借鑒，新工藝下深孔爆破、順槽支架頻繁挪移對頂板煤體影響較大，導(dǎo)致頂部煤體松動(dòng)漏風(fēng)氧化升溫，是造成本次事故的次要原因。

3.3 斷層構(gòu)造是本次事故的客觀原因

該工作面處于兩個(gè)斷層之間，且面前18～25米范圍內(nèi)存在小型正斷層，受斷層切割影響，裂隙發(fā)育，煤層厚度變化較大，煤體松散，煤粉較多，加上大量卸壓爆破熱量積聚，致使煤體提前氧化。工作面運(yùn)順發(fā)火區(qū)域與3308工作面煤柱較小，施工過程中多次出現(xiàn)沖擊預(yù)警，因此該區(qū)段掘進(jìn)過程中就進(jìn)行了多次大孔卸壓和爆破卸壓，也導(dǎo)致了煤體的提前升溫氧化。截止6月6日，溜尾采空區(qū)頂板存在不同程度的懸頂，致使溜尾防火隔離墻未施工，形成采空區(qū)漏風(fēng)量大，造成工作面煙霧迅速擴(kuò)散。工作面切眼頂板預(yù)裂爆破施工在切眼防火處理施工之后，破壞了原切眼頂煤注膠封堵效果，減弱了注膠延緩煤體氧化的作用和工作面防火效果。該工作面由于受沖擊地壓影響較大，順槽施工期間大能量震動(dòng)頻繁，工作面將順槽注漿及注氮管路共用同一管路，導(dǎo)致出現(xiàn)火災(zāi)險(xiǎn)情時(shí)處理手段單一。

3.4 專家分析意見

1）此次工作面發(fā)火不是煤炭及其木材的自燃。

2）深孔爆破拒爆或殘藥在松動(dòng)的煤層中氧化蓄熱、爆燃的幾率非常高。

3）應(yīng)做好卸壓和預(yù)裂爆破相關(guān)工作，防止出現(xiàn)熄爆和殘爆現(xiàn)象，同時(shí)做好與火藥爆燃有關(guān)的應(yīng)急檢測和處置工作。

4 結(jié) 論

通過對我公司3310工作面卸壓孔殘留炸藥爆燃引發(fā)煤炭自燃的過程及原因的詳細(xì)闡述，初步分析研究出了七大原因，再加之部分專家意見，基本上搞清楚了卸壓孔殘留炸藥爆燃引發(fā)煤炭自燃的原因。對癥下藥，采取相應(yīng)措施后，確保了3310工作面回采期間不再發(fā)生因卸壓孔殘留炸藥爆燃引發(fā)煤炭自燃，實(shí)現(xiàn)了我公司工作面回采的防滅火安全，保證了全礦井的正常生產(chǎn)和接續(xù)，并為今后工作面防治煤炭自燃提供了新的依據(jù)和成功的經(jīng)驗(yàn)，從安全和生產(chǎn)方面均具有廣泛的推廣及應(yīng)用前景。