卸壓孔殘留炸藥爆燃引發(fā)煤炭自燃原因分析與探索

高星星，馮良兵，胡晉濤

（山東省天安礦業(yè)集團有限公司 ，山東 曲阜 273100）

0 引言

在有嚴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系，就極有可能導致互相影響，從而威脅到礦井的安全生產(chǎn)。比如打設泄壓孔引爆致使煤炭破碎達到泄壓的目的，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，就會導致爆燃從而引發(fā)煤炭自燃，影響整個礦井的安全生產(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39.7m、溜尾推進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)測點的一氧化碳濃度在50ppm以下，回風流一氧化碳濃度在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，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30分左右，瓦檢員現(xiàn)場測量一氧化碳濃度700ppm，回風流一氧化碳傳感器超過量程（500ppm）。有關人員撤出氣體超限區(qū)域，同時安排做好應急處置相關準備工作。20點，發(fā)現(xiàn)溜尾66號架后尾梁上方冒出濃煙并從軌順及架后返回，整個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行探察。迫于當時情況緊急，20點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23分，先行封閉了軌道順槽，切斷了工作面的供風通道，控制了煙霧及有害氣體的蔓延。6月7日早班12點50分，在運輸順槽防火門處對運輸順槽進行了封閉。封閉后通過軌順注漿管及高壓膠管向工作面壓注氮氣抑制煤炭自燃發(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間，而一氧化碳超限到煤炭自燃出現(xiàn)煙霧需要更長時間。而6月6日3310工作面的火災發(fā)展迅猛，從發(fā)現(xiàn)黃煙后一氧化碳濃度在短時間快速上升，到大量煙霧彌漫整個工作面，只有不到2個小時的時間，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，認為木料也沒有參與此次的火災事故。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（如3105工作面），完全熄滅也要一周以上的時間，火源熄滅后周圍高溫也將持續(xù)較長時間，因此，認為此次著火點不是木料參與的煤炭自燃事故。

從當時事發(fā)突然，高濃度一氧化碳氣體和黃煙快速充滿工作面現(xiàn)象分析，認為這是一起非常規(guī)燃料燃燒的事件。通過對工作面所有可燃物分析，只有火藥具備這個特點，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證：

1）6.21日工作面正常生產(chǎn)后，于7月5日，從1號架架頂漏煤處出現(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，在運輸順槽其它區(qū)域也存在類似的現(xiàn)象。

由于落實防沖措施，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行加溫試驗，通過紅外線測溫儀監(jiān)測試驗過程中的樣品溫度，以觀察兩種樣品的變化。

當加熱溫度為69℃時，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。

當加熱溫度到79℃時，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；

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

以上實驗現(xiàn)象證明，當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氣體。與6月6日事故現(xiàn)場情況基本一致。

綜合分析后認為卸壓爆破熱量積聚、煤層氧化升溫導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、首次實施切眼頂板預裂爆破及順槽頂板深孔爆破，無成熟的經(jīng)驗借鑒，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，導致頂部煤體松動漏風氧化升溫，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)沖擊預警，因此該區(qū)段掘進過程中就進行了多次大孔卸壓和爆破卸壓，也導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)漏風量大，造成工作面煙霧迅速擴散。工作面切眼頂板預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頻繁，工作面將順槽注漿及注氮管路共用同一管路，導致出現(xiàn)火災險情時處理手段單一。

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的煤層中氧化蓄熱、爆燃的幾率非常高。

3）應做好卸壓和預裂爆破相關工作，防止出現(xiàn)熄爆和殘爆現(xiàn)象，同時做好與火藥爆燃有關的應急檢測和處置工作。

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，從安全和生產(chǎn)方面均具有廣泛的推廣及應用前景。