一起典型的瓦斯爆炸事故原因探析及對策研究

雷咸銳，李清汝

(山西潞安環(huán)保能源開發(fā)有限公司 安全監(jiān)察部，山西 長治 046204)

2020年10月20日，山西某礦井下發(fā)生一起較大瓦斯爆炸事故，造成4人死亡、1人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失1 073萬元。經(jīng)調(diào)查分析，造成此次事故的直接原因是井下密閉區(qū)域內(nèi)頂板垮落，撞擊金屬物體產(chǎn)生火花，引發(fā)瓦斯爆炸、摧毀密閉墻，橫飛的料石擊中1208回風(fēng)巷(密閉前)內(nèi)的作業(yè)人員，導(dǎo)致人員傷亡。由于此次事故發(fā)生在密閉空間內(nèi)，具有一定的特殊性和典型性。為深刻吸取事故教訓(xùn)，防范類似事故再次發(fā)生，本文基于此次事故調(diào)查分析過程并結(jié)合事故調(diào)查結(jié)果，通過對事故原因進(jìn)行深入探析后，提出在特殊圍巖條件下頂板管理及隱蔽工程風(fēng)險辨識管控的措施和對策，從而為煤礦有關(guān)安全生產(chǎn)工作提供指導(dǎo)和借鑒[1]。

1 事故基本情況

本起事故發(fā)生在15號煤層1208安裝工作面回風(fēng)巷。該工作面原切眼于2020年7月14日形成，后因頂板壓力大廢棄，并于8月2日封閉；2020年7月28日向外退出30 m新開掘切眼，9月20日形成，10月1日開始安裝。

10月20日凌晨2時許，1208工作面回風(fēng)巷(安裝期間進(jìn)風(fēng))密閉墻體產(chǎn)生沖擊波，導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)側(cè)端頭密閉墻被摧毀，造成被毀密閉正前方1名絞車司機(jī)及3名跟車人員死亡、班組長受傷，其余11名安裝隊人員自行安全升井。

2 事故原因探析

2.1 巷道礦壓監(jiān)測及頂板淋水觀測

2.1.1 礦壓監(jiān)測點(diǎn)布置

1) 頂板離層監(jiān)測布置：一次切眼和二次切眼每隔50 m打設(shè)1組頂板離層儀，共打設(shè)8組頂板離層儀，頂板離層儀深部基點(diǎn)位置8.3 m，淺部基點(diǎn)位置2.3 m.

2) 表面位移觀測點(diǎn)布置：在切眼開口掘進(jìn)69 m和99 m處設(shè)置了兩個表面位移測站，觀測頂板下沉量、頂?shù)装逡平俊蓭鸵平縖2]，見圖1.

圖1 礦壓監(jiān)測點(diǎn)布置圖

2.1.2 頂板淋水情況

巷道在二次切眼拉底之前未有明顯礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象，拉底期間，地測辦于7月12日發(fā)現(xiàn)1208切眼內(nèi)80 m位置，頂板面積8 m×2 m，形成頂板水珠狀， 二次切眼內(nèi)該區(qū)域的1根錨索淋水量為0.2 m3/h.7月13日地測防治水技術(shù)人員現(xiàn)場對1208切眼內(nèi)頂板淋水處施工探孔，疏放水鉆孔水量經(jīng)觀測基本穩(wěn)定為0.35 m3/h，無水壓。隨后該區(qū)域不斷擴(kuò)大，淋水錨索數(shù)量也增加。經(jīng)分析判定，1208切眼充水來源為頂板K2含水層水，1208切眼受掘進(jìn)擾動影響產(chǎn)生裂隙形成導(dǎo)水通道。

2.1.3 礦壓監(jiān)測及分析

7月16日日常巡查中發(fā)現(xiàn)1208舊切眼70～110 m段巷道頂板破碎且有淋水現(xiàn)象，該區(qū)域的3號、7號頂板離層儀深部均進(jìn)入黃區(qū)，有3根單體柱大板棚壓裂，8根單體柱底部所墊木墩出現(xiàn)壓裂現(xiàn)象，礦壓顯現(xiàn)嚴(yán)重。隨后安排對巷道60～120 m段進(jìn)行頂板加固。7月20日加固完成后每班安排專人進(jìn)行礦壓觀測，發(fā)現(xiàn)1208切眼部分巷道下沉速度更快，至7月23日零點(diǎn)班，3號、7號頂板離層儀深部基點(diǎn)均已進(jìn)入紅區(qū)，淺部均為黃區(qū)，1號表面位移測站測得頂?shù)装逡平窟_(dá)250 mm，2號表面位移測站測得頂?shù)装逡平窟_(dá)180 mm，底板均無鼓起，因此，頂?shù)装逡平恳簿褪琼敯逑鲁亮縖3]。巷道兩幫位移量最大為50 mm.

頂板離層儀觀測數(shù)據(jù)表明：離層儀安設(shè)至7月15日，頂板淺部和深部的離層值小、變化速度慢，且基本一致，都趨于正常范圍之內(nèi)。7月15日至16日，3號、7號離層儀深部離層突增分別為30 mm、36 mm，均進(jìn)入黃區(qū)(分別為52 mm、53 mm)，隨后變緩。7月20日至21日，3號、7號離層儀淺部離層突增43 mm和40 mm，進(jìn)入黃區(qū)，離層值均為52 mm，然后變緩，且深部離層值超過淺部。盡管3號、7號淺部離層值均進(jìn)入黃區(qū)，但直至7月23日都沒有進(jìn)入紅區(qū)，而深部離層值比較大，都由黃區(qū)變?yōu)榧t區(qū)，3號、7號深部離層值分別達(dá)到105 mm和110 mm，錨桿、錨索均未出現(xiàn)破斷現(xiàn)象。可見，7月20日加固完成后，3號、7號離層儀的淺部離層值均趨于平緩，說明加固起到支護(hù)效應(yīng)，但深部離層還在增加，尚不能控制總體頂板下沉，3號、7號頂板離層儀曲線見圖2、圖3.

圖2 3號頂板離層儀曲線圖

圖3 7號頂板離層儀曲線圖

表面位移測站觀測數(shù)據(jù)表明：1號、2號表面位移測站均呈現(xiàn)頂板連續(xù)下沉的趨勢，與3號、7號離層指示儀觀測數(shù)值相呼應(yīng)，盡管比3號、7號離層指示儀安裝時間晚，但2號表面位移測站的頂板下沉量數(shù)據(jù)(181 mm、184 mm)與附近的3號、7號頂板離層的觀測值(173 mm、180 mm)相比還要稍大，說明7月23日時，離層儀的深部基點(diǎn)層位巖層也已有離層現(xiàn)象。也能解釋頂板水對錨索錨固段上部巖層的崩解、軟化、破壞作用[4]。

7月23日召開1208切眼安全隱患專題會，認(rèn)為：由于切眼斷面跨度大，施工時巷道頂板平整度差，存在破碎、墜包現(xiàn)象，且70～110 m段巷道頂板有淋水，面積較大，支護(hù)范圍內(nèi)頂板巖性為泥巖，遇水易軟化，初步判斷頂板錨網(wǎng)支護(hù)有失效跡象。在采取聯(lián)合支護(hù)等措施后，仍無法有效控制頂板變形下沉，在安裝、運(yùn)輸設(shè)備期間需拆除被動支護(hù)，危險程度極大，不能保證安全作業(yè)。會議遂做出對切眼進(jìn)行報廢的決定。

2.2 事故原因分析

1) 頂板垮落。根據(jù)頂板淋水情況及礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析，不難看出頂板淋水是造成頂板垮落的主要誘因。

1208舊切眼在掘進(jìn)時，中段頂板平整度差，存在破碎、墜包現(xiàn)象，受到二次切眼的掘進(jìn)擾動，變形加劇。加上15號煤層上覆泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖在切眼掘進(jìn)的擾動下產(chǎn)生導(dǎo)水通道，致使頂板水滲入，局部出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，致使巷道頂板泥質(zhì)砂巖層在淋水的情況下快速崩解，再加上該地段頂板探水鉆孔的施工，加劇了頂板巖層的崩解進(jìn)程，進(jìn)而形成更大范圍泥巖巖層崩解，致使巷道圍巖與錨固頂板巖層喪失完整性和承載能力[5]，后期雖然采取了加固措施，但仍不足以控制頂板下沉，最終導(dǎo)致頂板垮落。

2) 瓦斯積聚。瓦斯抽采時間不足，未對切眼上方煤體區(qū)域進(jìn)行瓦斯治理，切眼區(qū)域瓦斯抽采時間不足6個月，密閉后周邊瓦斯涌出造成密閉內(nèi)瓦斯積聚，瓦斯防治措施不到位[6]。

3) 密閉構(gòu)筑不合格。切眼密閉墻未嚴(yán)格按照密閉設(shè)計構(gòu)筑，閉墻厚度施工與設(shè)計不符，現(xiàn)場工程質(zhì)量把控不嚴(yán)，砌筑時灰漿不飽滿，堅固性、可靠性差，不符合永久密閉墻施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由于開掘二次切眼，對切眼兩端巷道產(chǎn)生較大壓力，密閉墻周圍產(chǎn)生裂隙導(dǎo)致漏風(fēng)，形成密閉內(nèi)瓦斯爆炸所需的氣體條件[7]。頂板突然垮落，碰撞巷道內(nèi)的金屬物體產(chǎn)生沖擊火花，引起瓦斯爆炸，產(chǎn)生沖擊波摧毀密閉墻導(dǎo)致事故發(fā)生。

3 事故主要教訓(xùn)

3.1 巷道支護(hù)設(shè)計有缺陷

1) 對巷道圍巖的地質(zhì)力學(xué)調(diào)查不全面，未能充分了解頂板泥質(zhì)砂巖局部含水對錨索錨固力的影響，尤其是對錨索錨固段泥質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)、礦物成分、水理分析進(jìn)行的調(diào)查了解不夠。

2) 未明確錨桿、錨索的強(qiáng)度級別。

3) 巷幫錨桿的預(yù)緊力設(shè)計低于《礦區(qū)煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求。

3.2 礦壓監(jiān)測不到位

1)礦壓監(jiān)測設(shè)計不規(guī)范、不系統(tǒng)。未明確頂板離層監(jiān)測、巷道表面位移監(jiān)測、錨桿(索)受力監(jiān)測安設(shè)位置和數(shù)量，各自獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，不能互相驗證，不能全面分析錨固系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

2)盡管設(shè)計中的礦壓監(jiān)測不規(guī)范、不系統(tǒng)，但是現(xiàn)場仍未按設(shè)計要求安設(shè)，致使礦壓監(jiān)測過于片面，只有頂板離層監(jiān)測，后期加固后才設(shè)置表面位移監(jiān)測，未進(jìn)行錨桿錨索受力監(jiān)測，出現(xiàn)頂板離層突增時，不能準(zhǔn)確分析判斷支護(hù)系統(tǒng)失效的原因。

3.3 瓦斯防治工作開展不到位

1) 1208工作面為二采區(qū)首采面，設(shè)計之初未充分考慮瓦斯賦存及地質(zhì)條件，導(dǎo)致工作面布置在采區(qū)埋深最大、原始瓦斯含量最大的區(qū)域[8]，瓦斯治理難度陡然增大。

2) 礦井采掘工作由原來的一采區(qū)轉(zhuǎn)移到現(xiàn)在的二采區(qū)，工作面位置從淺部到深部、從相對低瓦斯區(qū)域進(jìn)入到一級瓦斯管理區(qū)域，瓦斯含量、瓦斯壓力等參數(shù)發(fā)生了很大變化[9]，但礦方思想上、措施上、安全意識及管理方面未能及時跟進(jìn)，對瓦斯防治工作重視不夠，沒有充分預(yù)測和掌握煤層瓦斯地質(zhì)變化規(guī)律，采取針對性防范措施。

3.4 工程質(zhì)量及安全監(jiān)管存在盲區(qū)

1208切眼密閉構(gòu)筑缺乏監(jiān)管，驗收徒有形式，密閉質(zhì)量不合格，通風(fēng)、抽采等隱蔽設(shè)施和工程的施工缺少質(zhì)量管控；另外，密閉墻施工完成后沒有按照《煤礦安全規(guī)程》等有關(guān)規(guī)定進(jìn)行管理，密閉后期維護(hù)管理不到位，檢查頻次不夠，未能及時發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患。

3.5 安全風(fēng)險辨識不到位

在決定廢棄1208舊切眼時，未對密閉內(nèi)情況進(jìn)行綜合風(fēng)險辨識評估，一閉了之。

1) 未辨識密閉區(qū)域可能引發(fā)的頂板大面積垮落風(fēng)險，更未能考慮頂板跨落可能產(chǎn)生碰撞火花引發(fā)爆炸等次生災(zāi)害情況，從而提前采取科學(xué)的防范治理措施。

2) 打設(shè)密閉時，未能充分辨識密閉區(qū)域瓦斯積聚、密閉漏風(fēng)等危險因素，仍然采取單一、常規(guī)的密閉方式；密閉完成后亦未對閉墻內(nèi)氣體進(jìn)行分析，加之密閉施工質(zhì)量差、維護(hù)不到位等諸多因素導(dǎo)致事故發(fā)生。

3) 未辨識因密閉墻質(zhì)量不合格，在密閉前拉底作業(yè)可能導(dǎo)致的閉墻垮塌風(fēng)險。

3.6 變化管理執(zhí)行不到位

該礦未執(zhí)行集團(tuán)公司變化匯報有關(guān)規(guī)定，巷道頂板出現(xiàn)淋水、頂板離層突增時，未按變化管理要求上報上級業(yè)務(wù)主管部門[11]，自行采取聯(lián)合支護(hù)等措施。在采取聯(lián)合支護(hù)措施仍無法有效控制頂板變形下沉的情況下，礦方?jīng)Q定對原切眼進(jìn)行報廢，亦未將此情況上報集團(tuán)公司有關(guān)部門。

4 對策及措施

4.1 特殊圍巖條件下頂板管理

1) 大跨度、大斷面巷道(硐室)、大型交叉點(diǎn)的支護(hù)管理。第一，要有專項的支護(hù)設(shè)計。由經(jīng)驗豐富的專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)評估和現(xiàn)場調(diào)查，詳細(xì)了解頂板巖性及礦物成分(特別是泥質(zhì)巖層和水理分析)，進(jìn)行必要的地質(zhì)力學(xué)測試；錨桿錨索支護(hù)設(shè)計采用理論計算設(shè)計時，應(yīng)針對不同的巷道圍巖條件選擇最合適的理論計算模型，按照“初始設(shè)計—礦壓監(jiān)測—信息反饋—設(shè)計修改”的動態(tài)信息設(shè)計流程進(jìn)行設(shè)計。第二，抓好錨桿支護(hù)巷道礦壓監(jiān)測和數(shù)據(jù)整理工作，尤其是大跨度、大斷面、復(fù)雜圍巖條件的巷道和硐室，要規(guī)范測站布置、規(guī)范監(jiān)測儀器配置，確保重點(diǎn)區(qū)域、關(guān)鍵點(diǎn)、關(guān)鍵部位監(jiān)測到位；規(guī)范監(jiān)測頻度、做好分析總結(jié)，為支護(hù)設(shè)計和頂板管理提供準(zhǔn)確、可靠的現(xiàn)場資料，發(fā)現(xiàn)異常情況及時上報上級主管部門，采取有效管控措施。第三，進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注重點(diǎn)督查。業(yè)務(wù)管理部門及安監(jiān)部門要經(jīng)常深入施工現(xiàn)場，查設(shè)計、查資料、查制度、查現(xiàn)場、查管理，及時開展隱患排查治理、管控安全風(fēng)險。

2) 強(qiáng)動壓巷道頂板的管理。要優(yōu)化巷道布置設(shè)計和采掘抽銜接管理，避免人為的采動應(yīng)力集中影響安全生產(chǎn)。條件允許時，要積極推廣應(yīng)用切頂卸壓技術(shù)，一方面能有效減小采動壓力影響，也能減小煤柱損失提高回采率、并有效緩解采掘銜接緊張[10]。對于有沖擊動力傾向的礦井或區(qū)域，要積極采取專業(yè)的防沖措施。

3) 加強(qiáng)錨固劑的現(xiàn)場檢測工作。如巷道頂板出現(xiàn)淋水時、遇地質(zhì)構(gòu)造或巷道圍巖發(fā)現(xiàn)明顯變化時、施工中發(fā)現(xiàn)錨固劑有異常時、更換錨固劑廠家或調(diào)整錨固劑配方時，必須進(jìn)行現(xiàn)場的錨固劑粘結(jié)強(qiáng)度測試，并做好相關(guān)記錄。

4.2 隱蔽工程風(fēng)險辨識管控

1) 提高安全風(fēng)險辨識管控意識。煤礦企業(yè)要把安全風(fēng)險辨識和管控放在一切工作的前面，做好源頭安全管控，采取有效措施防范同類事故發(fā)生。要明確煤礦礦長是風(fēng)險辨識的第一責(zé)任人，對風(fēng)險辨識不全或漏辨風(fēng)險的煤礦，上級公司要嚴(yán)肅追責(zé)礦長的第一責(zé)任人責(zé)任。要嚴(yán)格落實風(fēng)險防控措施和管控責(zé)任，根據(jù)不同風(fēng)險級別扎實開展煤礦安全風(fēng)險分級管控責(zé)任落實。

2) 抓好非常規(guī)作業(yè)管理。多數(shù)煤礦對非常規(guī)作業(yè)缺少足夠的重視，缺乏成熟的管控技術(shù)和管理經(jīng)驗，但風(fēng)險卻往往暗藏其中，如廢棄巷道的管理、煤倉清理的安全管理等。廢棄的巷道不能簡單地一閉了之，需要在密閉之前組織各專業(yè)部門深入細(xì)致地進(jìn)行安全風(fēng)險辨識和隱患排查，全面梳理各類問題和隱患，按照風(fēng)險大小分級管理，制定針對性的管控措施，確保問題和隱患不漏網(wǎng)，治理措施不缺失。如果該礦能夠在1208舊切眼密閉前進(jìn)行全范圍、全過程的安全風(fēng)險辨識，并采取得力措施，就有可能避免這起事故的發(fā)生。

3) 強(qiáng)化隱蔽工程監(jiān)督管理。一是加強(qiáng)施工過程監(jiān)管，如錨網(wǎng)支護(hù)重點(diǎn)檢查錨網(wǎng)支護(hù)質(zhì)量、支護(hù)材料是否合格，是否存在偷工減料現(xiàn)象；噴漿巷道重點(diǎn)檢查是否按照設(shè)計施工，噴漿質(zhì)量是否符合設(shè)計要求；密閉、抽采鉆孔工程、探放水工程(包括探老空、探頂板富水區(qū)、探導(dǎo)水構(gòu)造)等設(shè)計、施工、驗收是否符合規(guī)定。對于隱蔽工程施工，要求必須有影像資料留痕。二是要制定“一巷一策一措”管理制度，對各類密閉工程進(jìn)行嚴(yán)格管控，確保密閉空間隱蔽致災(zāi)因素可控在控。三是要加強(qiáng)密閉區(qū)域監(jiān)測監(jiān)控，包括閉前、閉內(nèi)瓦斯、溫度、一氧化碳等檢查，及時發(fā)現(xiàn)及時采取措施處置風(fēng)險隱患；建設(shè)巡檢監(jiān)控系統(tǒng)，杜絕假檢漏檢。四是要扎實開展自查自改工作，重點(diǎn)查找密閉空間等隱蔽工程中的水、火、瓦斯等靜態(tài)或動態(tài)隱蔽致災(zāi)安全風(fēng)險，根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整風(fēng)險清單；深入排查礦井通風(fēng)系統(tǒng)、瓦斯抽采、通風(fēng)設(shè)施、安全設(shè)施，抽采鉆孔、消突工程等隱蔽環(huán)節(jié)和重點(diǎn)環(huán)節(jié)等方面存在隱患，徹底整改治理。

5 結(jié) 語

“10.20”瓦斯爆炸事故是一次發(fā)生在隱蔽工程內(nèi)的特殊事故，帶給我們血的教訓(xùn)的同時，讓我們深刻認(rèn)識到特殊圍巖條件下頂板管理及隱蔽工程風(fēng)險辨識管控的重要性。煤礦管理層及工程技術(shù)人員應(yīng)充分認(rèn)識到這種特殊典型情況，結(jié)合礦井實際從技術(shù)上、管理上采取多方面多層次的管控措施，加強(qiáng)對特殊頂板管理和井下隱蔽工程從設(shè)計、審批、施工、驗收到監(jiān)測、巡查、分析、管控的全過程管理，堅決防范類似事故再次發(fā)生。