煤矿瓦斯爆炸的火花诱因分析与应对措施

煤矿瓦斯爆炸的火花诱因分析与应对措施我国煤矿井下开采条件普遍较差，据2000年统计，全国国有重点煤矿共有580个矿井进行了瓦斯等级鉴定，其中高瓦斯矿井160个，低瓦斯矿井298个，煤与瓦斯突出矿井122个；有自然发火矿井372个，占64%；有煤尘爆炸危险矿井427个，占73.6%。

瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、火灾等事故多发，而瓦斯爆炸事故是其中最常见的，也是易造成损失最大的。

从有关部门事故统计来看，煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中，瓦斯爆炸约占总数的70%，被称为煤矿灾害之王。

因此，分析瓦斯爆炸原因，采取相应的防治对策，显得特别重要。

1 事故致因分析瓦斯爆炸的3个必要条件：一是要有在爆炸限内的瓦斯(φ(CH4)=5%～16%)；二是要有引爆瓦斯的火源；三是要有足够的氧气供应(φ(O2)在12%以上)。

这3个条件一旦在空间和时间上交汇，即可引发瓦斯爆炸。

煤矿中除盲巷、火区等不通风的地点氧气浓度达不到12%以上外，其他地点氧气浓度都在12%以上，因此，在煤矿生产中防止瓦斯爆炸的重点在于控制前2个条件。

由于瓦斯一直伴随着煤矿的生产，控制引爆火源就成为防止瓦斯爆炸的重中之重。

2 火花诱因分析煤矿井下能引爆瓦斯的火源主要有：电气火花、爆破火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等。

据对361次一次死亡3人以上的瓦斯事故引爆火源的分析结果表明：电气火花引爆的为150次，占总次数的41.55%；爆破火花引爆的为108次，占总次数的29.92%；摩擦火花引爆的为31次，占总次数的8.59%；吸烟明火引爆的为7次，占总次数的1.94%；静电火花、煤炭自燃等其他火源引爆的为65次，占总次数的18.0%。

2.1 电气火花诱因1)电气设备不具备防爆性能。

因煤矿井下运行环境恶劣，造成电气设备绝缘降低、破坏、短路、漏电等，产生电气火花，引起煤矿井下瓦斯爆炸。

2005年2月15日，云南曲靖富源县竹园镇上则勒村煤矿发生特大瓦斯爆炸事故，死亡27人。

该矿采用非防爆鼓风机且用编织袋作为风筒向作业地点供风，明刀闸、明接头、明插座及使用煤矿井下禁止使用的照明线向鼓风机和井下非防爆潜水泵供电，井下电工操作潜水泵过程中产生电火花引爆瓦斯。

2)电气设备使用中维护不到位，维修时损坏防爆性能，严重老化，超期服役等，降低了电气设备的安全可靠性、运行可靠性，造成电气设备防爆性能的缺失。

据中国工程院和煤炭信息总院联合撰写的《我国煤矿安全生产形势、差距和对策》的课题报告分析，目前中国矿井的原有安全设施严重老化，不少设备超期服役。

煤矿不能进行足额安全投入，不但新设备无法补充，原有设备的维护、维修也被省略，或维护、维修后设备防爆性能未进行有效验证。

加之我国目前尚无在用电气设备的维护、检修、报废标准，缺乏相应的基础研究，对在用电气设备的安全可靠性、运行可靠性的判定缺乏技术依据，埋下了不安全隐患。

3)矿井电气作业不遵守安全操作规程，如煤矿在未做好相关安全措施情况下，擅自停、送电，或明电下井、电工带电安装电气设备，或井下作业工人擅自打开矿灯灯罩、不安全使用照明灯具等人员行为过失和管理缺陷，均会导致产生电气火花，引发瓦斯爆炸事故。

2000年9月27日，贵州省水城矿务局木冲沟煤矿发生特别重大瓦斯煤尘爆炸事故，死亡162人，事故的原因是巷道内瓦斯浓度过高，现场人员违章拆卸矿灯引起火花，造成瓦斯爆炸。

2002年6月20日，黑龙江省鸡西矿务局城子河煤矿发生特大瓦斯爆炸事故，死亡115人，对局部通风机停电停风管理不严是酿成这起事故的直接原因。

2003年5月13日，安徽省淮北矿业集团公司芦岭煤矿发生瓦斯爆炸事故，死亡86人，其主要原因是工人维修电器开关时带电作业产生火花引起瓦斯爆炸。

4)电气设备选型、配置不合理，超负荷使用，防爆类型的级别、组别选择不符合相应场所及使用条件的要求，产生电气火花或电气爆炸诱发煤矿瓦斯爆炸事故。

2004年3月1日，山西省某煤矿爆炸，死亡28人。

事故当日，该煤矿市电大电网限电停电，使用1台90 kW的发电机发电，由于该发电机容量小，只能带动主通风机，其他生产用电供应不上，通风不畅，造成局部瓦斯积聚，引发瓦斯爆炸。

2005年，国家煤矿安全监察局与科技部共同组织对45户重点监控对象中瓦斯灾害严重和存在重大隐患矿井开展了安全技术“会诊”，其中就发现存在未按相应场所及使用条件的要求，对矿用一般型、矿用特殊型、矿用增安型、铸铁防爆外壳等防爆电器进行正确的选型使用；局部通风机技术参数与实际使用工况不匹配，工作面风量不能有效排放瓦斯等问题。

2.2 摩擦撞击火花诱因1)机械摩擦撞击火花。

煤矿井下使用的旋转机械设备，如通风机、瓦斯抽放泵等，其金属材料间在摩擦撞击运行工况下，会产生旋转或撞击摩擦火花。

其他设备，如支架、金属外壳的仪器仪表和灯具及电钻、插销等，在自由落体打击摩擦运行工况下，也会产生摩擦撞击火花，尤其在使用有轻合金材料时。

1987年9月28日，徐州矿务局庞庄矿掘进工作面钢丝绳与扒斗机摩擦造成瓦斯爆炸，死亡26人。

1988年2月6日，鹤岗矿务局南山矿带式输送机巷，输送机电动机风扇与风扇罩摩擦撞击产生火花，发生瓦斯爆炸，造成5人死亡。

1988年11月26日，鸡西矿务局平岗矿用绞车拖电动机时，机壳与轨道摩擦产生火花引爆瓦斯，死亡45人。

2)岩石摩擦撞击火花。

煤矿井下有不少岩层为石英质砂岩，在煤层里有不少黄铁矿集合体。

试验证明，在岩层垮落等工况下，两者都具有摩擦着火的潜在危险，而且石英质砂岩的摩擦着火强度是随岩石中的石英含量及粒径的增大而增加。

黄铁矿集合体摩擦着火的是黄铁矿的矿粒散放在空气中被氧化燃烧而引起瓦斯爆炸。

1999年2月14日，黑龙江省七台河新建煤矿，由于报废的机巷与高瓦斯煤层相通，形成瓦斯积聚，在石英砂岩顶板垮落的过程中，岩石碰撞摩擦产生火花，引发瓦斯爆炸事故，造成48人死亡。

1999年11月5日，河北省郎郭市磁县翼南煤矿，由于采区空顶面积过大，造成瓦斯积聚，在顶板垮落时，因岩石碰撞产生火花，引起瓦斯爆炸事故，导致3人死亡。

3)机械和岩石摩擦撞击火花。

煤矿井下机械和岩石产生摩擦撞击火花的工况很多，如采掘工作面的采掘机械截齿截割岩石产生的火花；掘进风镐、钢钎旋转与岩石摩擦撞击产生的火花；井下工人用镐、钎、铁锨掏挖孔槽和装卸岩石等撞击产生的火花；岩石自由落下与金属器具碰撞产生的火花等。

研究表明：在金属与岩石撞击或相互剧烈摩擦出的部分灼热导致熔化的颗粒沿着旋转或飞散的轨迹飞溅，颗粒在离切削表面10～30 cm处最先产生火花，这时其切削面的表面温度往往能达到或超过1400℃，致使瓦斯被点燃或引爆。

1994年9月17日，黑龙江鹤岗矿务局南山煤矿，采煤工用手锤敲打铰接顶梁联接销时产生火花，引起瓦斯爆炸，死亡56人。

1994年吉林省辽源矿务局泰信煤矿，矿车鸭嘴断脱跑车，造成机械与机械、机械与岩石撞击产生火花，引起瓦斯煤尘爆炸，死亡79人。

2.3 静电火花诱因煤矿井下使用了大量高分子聚合物制品，如风筒、输送带、管材、电缆、塑料网、仪器设备外壳或零部件等。

这些高分子聚合物制品在煤矿井下使用过程中受到机械摩擦、高速风流及风流中所含的粉尘与其表面发生摩擦而产生静电[8]。

由于高分子聚合物材料都是绝缘材料，因摩擦产生的静电荷积聚在表面不易消失，当静电荷积聚达到一定程度时会对接地体产生放电现象，当放电能量达到0.28 mJ时，就会引起瓦斯爆炸。

据文献资料报道，日本北海道地区的煤矿曾经发生的8次爆炸事故中，推测由静电放电引起的有4次，在事故调查时找不出除静电以外的点火原因。

我国鹤岗矿务局新一矿、四川省綦江县一乡镇煤矿、北票矿务局、丰城矿务局、鸡西矿务局、淮南矿务局等，也曾发生过多起因使用非阻燃抗静电风筒，引起瓦斯爆炸的事故。

目前，煤矿井下采用具有阻燃抗静电的高分子聚合物制品，但在使用过程中，高分子聚合物制品会随着时间推移而发生老化、抗静电剂发生迁移，导致安全性能降低，甚至失效。

而我国目前尚无在用高分子聚合物制品的维护、检修、报废标准，缺乏相应的基础研究。

2.4 爆破火花诱因爆破火花诱因除炸药安全性不够外，人员行为过失和管理缺陷也是引起爆破火花的主要原因，如违章放炮、炮泥充填不满、放炮时未按规定检测瓦斯浓度，爆破区域未采用风电闭锁、瓦斯电闭锁等措施，导致引爆瓦斯。

2005年3月19日，山西省朔州市平鲁区白塘乡细水煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，并波及相邻的康家窑煤矿，共死亡72人，事故原因是该矿从黑市购买炸药，违法组织生产，明火放炮引起瓦斯爆炸。

2.5 煤炭自燃诱因开采的煤层具有自燃倾向性，煤自燃而形成的高温点成为引爆瓦斯的火源。

2004年11月28日，陕西省铜川矿务局陈家山煤矿发生特大瓦斯爆炸事故，死亡116人，采空区煤炭自燃是瓦斯爆炸的引爆源。

3 应对措施从以上分析可以看出，煤矿瓦斯爆炸的火花诱因与许多因素有关，但总体而言，主要与自然因素、安全技术手段、安全装备水平、安全意识和管理水平等有关，也可能是以上因素相互作用所导致的。

为从源头上有效预防煤矿瓦斯爆炸，针对火花诱因的种类采取相应的应对措施，效果会更加明显。

3.1 防范电气火花诱因的应对措施1)严格执行国家有关矿用产品安全准入制度，选型、配置符合煤矿相应场所及使用条件要求的电气防爆产品，杜绝假冒伪劣、存在不安全隐患的产品在煤矿井下使用。

2)目前，对煤矿在用电气防爆产品使用过程中，可能造成电气设备防爆性能的缺失，我国尚未制订相应的维护、检修、报废的安全标准、规程和规范，因此，有必要加强基础研究，形成该方面的安全标准、规程和规范体系，提升煤矿在用电气防爆产品的安全可靠性和运行可靠性。

3)加强电气防爆产品的安全管理知识培训和岗位技术培训，细化安全管理规章制度，杜绝人员行为过失和管理缺陷。

3.2 防范摩擦撞击火花诱因的应对措施1)严格执行国家有关矿用产品安全准入制度，选择符合GB/T 13813—2001《煤矿用金属材料摩擦火花安全性试验方法和判定规则》和GB 3836.1—2000《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》的摩擦撞击火花安全性产品。

2)应进一步高度重视对机械与岩石、岩石与岩石摩擦撞击火花的发生机制和预防措施的基础研究，制订出有关安全性试验方法、判定规则和防治技术规范，最大程度地降低其引爆瓦斯的概率。

3.3 防范静电火花诱因的应对措施1)严格执行国家有关矿用产品安全准入制度，选择具有阻燃抗静电性能的煤矿井下用高分子聚合物制品。

2)加大基础研究力度，制订煤矿井下在用高分子聚合物制品安全性能技术规范，确保其可靠性。

3.4 防范爆破火花、煤炭自燃诱因的应对措施1)加强炸药的采购管理制度，强化在用炸药安全性检查，细化放炮工艺流程，放炮时检测瓦斯浓度，采用风电闭锁、瓦斯电闭锁等措施，防止火源与瓦斯积聚在同时同地点出现。