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河南焦煤能源有限公司中马村矿“5.14”煤与瓦斯突出事故直接原因分析报告

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    2018年5月14日11时53分,河南焦煤能源有限公司中马村矿(以下简称“中马村矿”)39061切眼(下段)掘进工作面发生一起煤与瓦斯突出(以下简称“突出”)事故,突出煤量77.28t,涌出瓦斯量5961m3,吨煤瓦斯涌出量77.13m3/t。事故共造成4人遇难。

受事故调查组委托,专家组对本次事故原因进行技术分析。专家组通过查阅矿井相关图纸、资料、记录、台账,询问相关人员,并进行现场勘查,参考事故抢险救援资料,形成以下事故原因分析。

一、矿井概况

    中马村矿由前苏联列宁格勒设计院设计,1955年9月开工建设,1970年7月投产。设计生产能力60万吨/a,核定生产能力115万吨/a,矿井走向长10km,倾向宽1.69km,井田面积约17.12km²

矿井开拓方式为立井单水平上下山开拓。由于西翼水文地质条件极其复杂,矿井从投产至今开采活动全部集中在东翼,为单翼开采矿井。矿井主采煤层为山西组二l煤,煤厚0.10~13.53m,平均4.90m。

    矿井为煤与瓦斯突出矿井,原始瓦斯压力0.29~1.3MPa,原始瓦斯含量2.94~36.65m3/t,煤层透气性系数为1.08m2/MPa2.d。绝对瓦斯涌出量48.62m3/min,相对瓦斯涌出量为29.71m3/t。煤层为三类不易自燃煤层,煤尘无爆炸危险。

    矿井通风系统。中马村矿井通风方式为混合抽出式通风,四个进风井,即主井、副井、罗庄西风井和23潜排孔;两个回风井,即北风井和罗庄东风井。

采区为分区式通风,采区上(下)山均布置三条,即:轨道巷、皮带巷、回风巷。其中轨道、皮带上(下)山进风,回风上(下)山回风。各采区均采用分区通风,采掘工作面均为独立通风。

    北风井安装两台沈阳鼓风机厂生产的2K56-1H№2.4型轴流式主要通风机,一台工作,一台备用,目前2#风机运转,风叶角度20゜,工作风量3276m3/min,排风量3126m3/min,电机功率为500kW,输入功率178kW,输出功率169kW,静压1764Pa。罗庄东风井安装两台上海鼓风机厂生产的GAF25-12.5-1GZ型轴流式主要通风机,一台工作,一台备用,目前2#风机运转,风叶角度-10゜,工作风量8340m3/min, 排风量7974m3/min, 电机功率为750kW,输入功率410kW,输出功率390kW,静压2235Pa。矿井总进风量10783m3/min,总回风量11100m3/min,矿井有效风量率93.91%。

    瓦斯抽采系统。1981年在罗庄工业广场建一座地面瓦斯抽采泵站,2011年对罗庄抽采泵站进行改造。目前瓦斯泵站安装4台瓦斯抽采泵,2台2BEC42型,最大气量128m3/min,转速390r/min,极限压力160HPa,功率160kW,2台2BEC60泵,最大气量300m3/min,转速350r/min,极限压力160HPa,功率400kW。2台工作,2台备用;井下27采区干管为Φ500mm,29采区干管为Φ700mm。

监测监控系统。矿井装备KJ101N安全监测监控系统,安设KJ101N-F2型监控分站45台、KJ101N-F1型监控分站2台、高低浓度甲烷传感器97个、温度传感器21个、风速传感器23个、风向传感器12个、一氧化碳传感器25个。

人员位置监测系统。矿井装备KJ251A型矿用人员位置监测系统,全矿井上、下共安装17个读卡分站,并在人员各个出入井口、重点区域出入口、限制区域、紧急避险设施入口和出口等地点安装读卡器88台,下井人员按规定佩戴识别卡。

    二、事故地点概况

    (一)事故区域概况

    中马村矿39061切眼掘进工作面,位于39采区西翼中部,北为39061回风巷,南为39061运输巷,西临张天河新村保护煤柱,东到39061工作面,面长127.8m。该39061切眼工作面所在区域总体呈单斜构造,产状为N55~65°E/SE∠8~12°,地质构造简单,煤层厚度3.9~4.4m,平均4.2m。39061切眼沿煤层顶板掘进。39061切眼原始瓦斯含量15.35m3/t,原始瓦斯压力0.9MPa。

    39061切眼地质综合柱状图见图1,煤层特征情况及瓦斯地质特征参数见表1,煤层顶底板情况见表2。

1     39061切眼地质综合柱状图

表1 煤层特征情况及瓦斯地质特征参数表

   

 

     

     

煤层厚度(最大~最小/平均)

m

4.43.9/4.2


煤层倾角(最大~最小/平均)

(°)

12°—8°/10°)


煤层硬度

f

0.51.5


煤层层理(发育程度)


不发育


煤层节理(发育程度)


不发育


煤层原始瓦斯含量

m³/t

15.35


煤层残余瓦斯含量

m³/t

2.82-5.85


煤层埋深

M

451471


煤层残余瓦斯压力

MPa

0.1


自然发火期

d

煤层不自然


煤尘爆炸指数

%

煤尘无爆炸性


表2 煤层顶底板情况表

名称

岩石名称

厚度(m

岩性特征

顶板

老顶

砂岩

7.2311.59

灰黑色、细粒、厚层状

直接顶

粉砂岩

04.06

灰黑色、层状、较致密

伪顶

泥岩

00.5

灰黑色、含云母片及植物化石


煤层

1

3.94.4

黑色,上部为块状、下部为粉末状。

底板

直接底

泥岩

5.436.94

灰黑色,黑色,质软,疏松片状,含云母植物化石。

39061切眼工作面位于39采区西翼中部,标高-330.8~-353.2m,切眼长度127.8m,设计采用锚索网支护。采用放炮掘进,炸药为三级煤矿许用乳化炸药,规格为φ32×200mm,重200g;雷管规格为毫秒延期电雷管,延期时间不超过130毫秒,发爆器选用FD-200型隔爆电容式发爆器起爆。正向装药结构,全断面一次起爆。联线方式为串联。炮眼深0.9m,每茬炮眼数28个,装药量6.8kg。实际共施工炮眼10个,炮眼深0.9m,共装药1.0kg。

截止事故发生时,切眼从上向下已施工44m,从下向上已施工29.3m,剩余54.5m,施工采用压入式通风,各安装两台2×30kw局部通风机,一台工作,一台备用,切眼(上段)掘进回风量312m3/min,回风流瓦斯浓度0.43%,掘进期间风排瓦斯量1.34m3/min。切眼(下段)掘进回风量423m3/min,回风流瓦斯浓度0.31%,掘进期间风排瓦斯量1.31m3/min。

    (二)防突措施情况

矿井按照规范制定了区域综合防突措施,采用底板巷穿层钻孔、顺层钻孔区域预抽,直接测定残余瓦斯压力、残余瓦斯含量进行区域措施效果检验,采用三指标法(瓦斯涌出初速度q、钻屑量S、解析量△h2,临界值分别为5L/min、6kg/m、200Pa)循环预测防突措施。

    (1)区域综合防突措施设计及施工情况

根据《河南能源焦煤公司中马村矿39061工作面区域防突措施设计方案》、《39061切眼区域防突措施效果检验及瓦斯抽采达标评判报告》,事故地点位于39061切眼评判区域(评价单元长127.8m,已施工73.3m)。39061运输底抽巷距二1煤层底板最小法距9m,内错39061运输巷4m。39061切眼段未施工底板巷。

区域预抽钻孔设计。在39061运输底抽巷端头设计施工穿层钻孔预抽39061切眼(下段)(60m)煤层瓦斯,设计30组,共234个孔,工程量7297m;在39061风巷下帮设计施工顺层钻孔预抽切眼(上段)(80m)煤层瓦斯,设计每1.2m施工1组,1组2个,上下排布置,上下排间距0.6m,共83个钻孔,工程量5384m。预抽钻孔孔径94mm,钻孔控制巷道轮廓线外不小于20m。

区域预抽钻孔施工抽采。39061切眼(下段)(60m)区域预抽穿层钻孔于2016年11月7日~2017年1月14日施工,共施工穿层钻孔234个,最大孔底间距4.3m,工程量7344m。实际施工钻孔孔径94mm,钻孔实际控制巷道西帮29m,东帮22m。抽采时间为2016年11月8日~ 2018年1月25日,共抽出瓦斯量为40.6万m³,预抽率63%,差异系数20%。实测煤层残余瓦斯含量最大值4.47m3/t,间接计算残余瓦斯含量5.26m3/t,均小于6m3/t;实测煤层残余瓦斯压力为0.1MPa,计算煤层最大残余瓦斯压力为0.23MPa,均小于0.6MPa。

39061切眼(上段)(80m)区域预抽顺层钻孔于2017年6月5日~2017年6月25日施工,共施工顺层钻孔83个,最大孔底间距1.2m,工程量5395m。实际施工钻孔孔径94mm,钻孔实际控制巷道西帮21m,东帮25m。抽采时间为2017年6月5日~ 2018年1月25日,共抽出瓦斯量为28万m³,预抽率65.7%,差异系数9%。实测煤层残余瓦斯含量最大值为5.85m3/t,间接计算残余瓦斯含量5.66m3/t,均小于6m3/t;实测煤层残余瓦斯压力为0.1MPa,计算煤层最大残余瓦斯压力为0.38MPa,均小于0.6MPa。39061切眼区域预抽钻孔竣工图见图2。

区域综合防突措施存在的问题:

中马村矿2001年5月16日12时25分,27011回风发生一次突出事故,突出煤量900t,突出瓦斯量92797m3,39061切眼(上段)采用顺层钻孔预抽消突,不符合《煤矿安全规程》第210条规定。


2    39061切眼区域预抽钻孔竣工图

(2)工作面瓦斯治理专项措施

根据《39061工作面切眼施工抽采钻孔安全技术措施》,为降低39061工作面切眼掘进期间的瓦斯涌出量,防止瓦斯超限,在39061切眼(下段)(距运输巷26m)已施工一轮抽采钻孔,共施工钻孔11个,控制两帮各15m。39061切眼(下段)措施孔竣工图见图3。39061切眼(下段)预测指标统计见表3。


3   39061切眼下段措施孔竣工图见

39061切眼(上段)迎头实见煤厚达8m,煤厚变化异常,切眼(下段)实见煤厚4.5m,切眼(下段)向前煤层赋存有变厚趋势,具体见图4。

4  39061切眼地质素描图

3 39061切眼(下段)预测指标统计(2018年4月15日~5月13日)

时间

效果检验结果

 

效检结论

允许进尺

(m)

通尺m

检验孔

(个)

Smax

kg/m

q(L/min)

Δh2(Pa

2018.4.15

4.6

4

3.5

3.22

117.6

无突出危险性

5

2018.4.17

8.2

4

3.4

3.7

117.6

无突出危险性

6

2018.4.20

13.4

4

3.5

3.95

137.2

无突出危险性

4

2018.4.22

17

4

3.5

4.37

137.2

无突出危险性

4.5

2018.5.5

21

4

3.5

3.85

117.6

无突出危险性

5.6

2018.5.13

25.7

4

3.5

3.95

156.8

无突出危险性

5.6

注:中马村矿预测指标临界值:钻孔瓦斯渗出初速度q临界值为5L/min,钻屑量S临界值为6kg/m,Δh2临界值200Pa;通尺起点为39061运输巷。

三、事故抢险救援情况

2018年5月14日八点班,39061切眼(下段)掘进工作面掘一队当班出勤14人,区队安排本班掘进,共施工炮眼10个,孔深0.9m,总装药量1kg,装药完毕后该巷人员全部撤至风门外并于10时29分进行爆破,爆破后瓦检员观察监控站T1传感器瓦斯最大0.29%,人员在风门外爆破后等待34min,观察T1传感器无异常后,于11时03分开始进入切眼掘进工作面,瓦检员、班长、放炮员在检查过工作面确认无问题后,通知作业人员进入。 11时53分,事故发生前,迎头正在出煤、找顶、刷帮,突然涌出大量的煤、瓦斯,将迎头正在作业的戎泽金、杜少林、王庆林、屈陈生4名人员埋住。

12时09分救护大队接到焦煤公司调度室通知,12时10分出动,由大队长贾龙旺、助理调研员范进军带领2个小队(共18人),12时28分到达事故矿井,于13时48分到达39061运输巷风门外,在此处设立基地。经检查了解,风机运转正常,巷道内瓦斯浓度1.6%。

贾龙旺于13时55分带领一中队三小队共8人进入灾区。14时09分到达事故地点,经测定瓦斯浓度为2.7%,风筒出风口内堆积少量浮煤。用水浇洒突出煤体,将风筒内的浮煤清除后开始清煤,搜救遇难人员。15时28分发现1名(第一名)遇难人员(在巷道左帮,距迎头4米左右,头朝外,脸朝下伏地),16时26分,发现其余3名人员(距迎头5.4米巷道右侧,二人头朝外面朝下,另一人侧身头朝巷道右侧),4名遇难人员全部找到,随后将他们抬运升井,救援工作结束。事故遇难人员位置分布图见图5。事故详细救援过程见《焦煤集团中马村矿“5.14”煤与瓦斯压出事故救援报告》。


5 事故遇难人员位置分布图

    四、现场勘察情况

   (一)勘察时间及路线

    根据地面调查情况和井下实际条件,技术组和专家组制定了勘察方案和安全防范措施,于2018年5月17日9:00~12:00分两组对事故区域进行了现场勘察。勘察人员由事故调查组技术组、专家组、河南焦煤能源有限公司管理人员、中马村矿管理人员及救护队人员等组成。

第一组:39061切眼(下段)(事故现场)

勘察路线:地面→副井口→-160m井底车场→-160m水平运输大巷→29采区上车场→29采区轨道巷→39采区上车场→39轨道巷→39轨道第五车场→39061切眼(下段)→39轨道第五车场→39轨道巷→39采区上车场→29采区轨道巷→29采区上车场→-160m井底车场→副井→地面

第二组:39061运输底抽巷

勘察路线:地面→副井口→-160m井底车场→-160m水平运输大巷→29采区上车场→29采区轨道巷→39采区上车场→39轨道巷→39轨道第五车场→39061运输底抽巷→39轨道第五车场→39轨道巷→39采区上车场→29采区轨道巷→29采区上车场→-160m井底车场→副井→地面

    (二)勘察情况

    (1)第一组勘察:39061切眼(下段)

     ①巷道断面10.4m2,风速0.68m/s,风量423m3/min,回风瓦斯浓度0.31%。

    ②切眼(下段)、运输巷支护及安全设施完好。

    ③突出煤量覆盖巷道总长度9.4m,迎头向后8.7m范围堆积的煤量厚2.4~1.7m,距离迎头8.7~9.4m范围呈自然堆积状态,突出煤量77.28t。见图6、7。

    ④在运输巷内距离切眼11.8m处,711#(方位垂直巷帮,倾角+8度)顺层钻孔已施工1m。

    (2)第二组勘察:39061运输底抽巷

    ①底抽巷断面8.8m2,风速0.62m/s,风量326m3/min,回风瓦斯浓度0.3%。

    ②底抽巷内布置一路管径300mm抽采管,在外口50m处安装在线监测自动计量装置,勘察时显示浓度19.06%,负压6.7kPa,混合流量7.11m3/min;现场采用瓦斯抽采综合参数测定仪实测浓度仅4.5%,负压1.4KPa,混合流量8.6m3/min,见图8;机械真空表显示负压仅为0.002MPa,见图9。

  ③距迎头向外约12m左右巷道内淤煤(打钻钻屑及冲孔煤粉)堆积,距顶板0.5m。

    ④距迎头12m处,巷道顶部实见一走向近似垂直巷道断层,落差0.4~0.6m,倾角约90度,见图10。

    五、事故类型确定

    (一)事故地点认定

    根据现场勘察结果,39061切眼(下段)掘进工作面迎头右前方为突出点,没有明显突出孔洞,认定本次事故地点为39061切眼(下段)掘进工作面,突出煤层为二1煤层。

    (二)事故时间认定

    根据中马村矿KJ101N安全监测监控系统39061切眼(下段)掘进工作面T1甲烷传感器曲线,2018年5月14日11时53分,瓦斯浓度由正常值0.42%突然上升到57.18%,11时56分达到最大值85.98%,如图13所示,认定本次事故发生时间为2018年5月14日11时53分。

   (三)事故类别确定

    根据救护报告及事故现场勘察,此次事故具有如下特征:

    (1)突出煤量覆盖巷道总长度9.4m,迎头向后8.7m范围堆积的煤量厚2.4~1.7m,距离迎头8.7~9.4m范围煤呈自然堆积状态,突出煤量77.28t,无分选现象。

    (2)涌出瓦斯量5961m3,吨煤瓦斯涌出量77.13m3/t。

    (3)巷道支护及巷道内设施未破坏。

    (4)突出地点无明显孔洞。

    综上所述,上述事故特征符合煤与瓦斯突出类型压出(煤的压出伴随瓦斯涌出)特征,该起事故为煤与瓦斯突出事故。

    六、事故直接原因分析

    经现场勘察、调查取证和查阅资料,本次事故的直接原因分析为:39061切眼剩余54.5m,应力集中,掘进方向煤层赋存有变厚趋势,受迎头找顶、刷帮扰动引起的炮后延期突出。

    七、问题及建议

(一)问题

   1.切眼上、下段打钻掘进交替作业,切眼剩余54.5m,应力集中,不符合《防治煤与瓦斯突出规定》第十九条第(四)款“在掘进工作面与被贯通巷道距离小于60m的作业期间,被贯通巷道内不得安排作业”的规定。

   2.掩护切眼(下段)底板穿层钻孔,掘进期间未连续抽采,切眼掘进期间,周边煤体运移、解吸瓦斯不能及时抽采。

    3.中马村矿2001年5月16日12时25分,27011回风发生一次突出事故,突出煤量900t,突出瓦斯量92797m3,39061切眼(上段)采用顺层钻孔预抽消突,不符合《煤矿安全规程》第210条规定。

(二)建议

    1.39061切眼剩余段施工,必须重新评价合格,从切眼(上段)施工不少8个贯通钻孔,自上向下掘进贯通。

    2.加强抽采计量管理,人工计量与自动计量定期比对、调校。

    3.巷道恢复掘进期间,掩护切眼掘进抽采钻孔保持连续抽采。

    4.在过突出地点时必须编制专项安全技术措施,加强支护。

   5.加强对防突预测预报监督检查。

备注:中马村矿对提供的相关图纸、资料真实性负责。

 


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