卸压孔残留炸药爆燃引发煤炭自燃原因分析与探索

高星星，冯良兵，胡晋涛

（山东省天安矿业集团有限公司 ，山东 曲阜 273100）

0 引言

在有严重冲击地压的矿井煤炭开采过程中，防冲和防火同样重要，但如果不能很好的处理好两者间的关系，就极有可能导致互相影响，从而威胁到矿井的安全生产。比如打设泄压孔引爆致使煤炭破碎达到泄压的目的，但是对于矿井防灭火来说，放炮形成的高温和瞎跑、爆炸不充分、残留炸药等，无形中给矿井防灭火带来了额外压力。鉴于以上情况，若卸压孔残留炸药管理不善，一旦出现引燃源，就会导致爆燃从而引发煤炭自燃，影响整个矿井的安全生产。因此，搞清楚卸压孔残留炸药爆燃引发煤炭自燃的原因，并做到防患于未然就显得尤为重要。

1 工作面概况

3310工作面走向长为681m（平距），倾向长度为100m,平均煤厚7.28m；煤层倾角2～13°，平均8°。5月22日正式生产。本次工作面安装过程中，未使用木料接顶。截止6月6日早班，工作面溜头推进39.7m、溜尾推进37.8m，此段工作面平均煤厚6.62m。

2 工作面发火经过

工作面从开始回采至6月6日早班，共推进39米，期间束管气体分析结果显示，采空区内所有监测点的一氧化碳浓度在50ppm以下，回风流一氧化碳浓度在8ppm以下。无论是推采速度还是环境气体情况均好于以往初采工作面。

6月6日中班18时，在溜头过桥上方闻到煤焦油气味，随后发现溜头端头架架后上方有黄烟。18点30分左右，瓦检员现场测量一氧化碳浓度700ppm，回风流一氧化碳传感器超过量程（500ppm）。有关人员撤出气体超限区域，同时安排做好应急处置相关准备工作。20点，发现溜尾66号架后尾梁上方冒出浓烟并从轨顺及架后返回，整个工作面烟雾中一氧化碳浓度超过2000ppm,人员无法靠近工作面溜头进行探察。迫于当时情况紧急，20点02分，组织停电撤人、并立即封闭工作面。在轨道顺槽防火门处施工一道密闭。22点23分，先行封闭了轨道顺槽，切断了工作面的供风通道，控制了烟雾及有害气体的蔓延。6月7日早班12点50分，在运输顺槽防火门处对运输顺槽进行了封闭。封闭后通过轨顺注浆管及高压胶管向工作面压注氮气抑制煤炭自燃发火。

3 原因分析

3.1 直接原因分析

由于综放工作面煤层自然发火是一个缓慢氧化升温的过程，通常要经过一氧化碳浓度逐渐升高，急剧增加直至出现烟雾的过程，一般情况下从出现一氧化碳到超限，至少需要一周到一旬左右时间，而一氧化碳超限到煤炭自燃出现烟雾需要更长时间。而6月6日3310工作面的火灾发展迅猛，从发现黄烟后一氧化碳浓度在短时间快速上升，到大量烟雾弥漫整个工作面，只有不到2个小时的时间，无论是煤的自燃，还是木垛料参与的燃烧，都不具有这种特征。

在工作面封闭后只采取注氮和阻化泡沫灭火措施的条件下，6月20日启封以后未找到高温源、也未发生复燃现象，据此可基本确定此次事故不是煤炭的自然发火事故。

通过分析此次发火过程以及启封后现场情况，认为木料也没有参与此次的火灾事故。在以往处理木料参与煤层自燃的历次事故过程中，每次都有一个缓慢发展过程，先发现一氧化碳，而后发现烟雾，即使能够直接处理到发火点（如3105工作面），完全熄灭也要一周以上的时间，火源熄灭后周围高温也将持续较长时间，因此，认为此次着火点不是木料参与的煤炭自燃事故。

从当时事发突然，高浓度一氧化碳气体和黄烟快速充满工作面现象分析，认为这是一起非常规燃料燃烧的事件。通过对工作面所有可燃物分析，只有火药具备这个特点，因此初步分析，这是一起防冲爆破残药自燃引发的意外事故。上述分析结果可从以下情况中得到验证：

1）6.21日工作面正常生产后，于7月5日，从1号架架顶漏煤处出现微烟、束管分析检测出高浓度一氧化碳、乙烯气体，说明工作面前方煤壁区域，由于提前实施大量的爆破卸压措施，煤体内积聚大量热量、已超前氧化升温。由此可以推断，在运输顺槽其它区域也存在类似的现象。

由于落实防冲措施，此区域断顶爆破及煤体爆破较集中，爆破过程中有可能出现熄爆或拒爆而留下残药，在爆破积热及煤体自热升温过程中出现自燃。据调查，在以往掘进和回采工作面割煤过程中也多次发现未完全起爆的残留炸药。

2）为检验以上分析的可靠性，7月17日早班，在工业广场注浆站对单纯煤粉、和煤粉与炸药混合物进行加温试验，通过红外线测温仪监测试验过程中的样品温度，以观察两种样品的变化。

当加热温度为69℃时，煤粉和炸药混合物开始出现白烟，而单纯煤粉没有变化；

继续加热，煤粉和炸药混合物继而产生微黄色浓白烟。

当加热温度到79℃时，炸药和煤粉混合物爆燃，并快速烧尽，冒出大量黄烟，而单纯煤粉样却无任何反应；

当加热温度达200℃时，单纯煤粉样才开始冒烟，出现燃烧现象。

以上实验现象证明，当残留火药混入破碎煤炭后，在70℃左右就能引起燃烧，而且释放大量烟雾和一氧化碳气体。与6月6日事故现场情况基本一致。

综合分析后认为卸压爆破热量积聚、煤层氧化升温导致残留炸药爆燃是造成本次事故的直接原因。

3.2 新工艺下的新问题是造成本次事故的次要因素

工作面首次使用超前支架、首次实施切眼顶板预裂爆破及顺槽顶板深孔爆破，无成熟的经验借鉴，新工艺下深孔爆破、顺槽支架频繁挪移对顶板煤体影响较大，导致顶部煤体松动漏风氧化升温，是造成本次事故的次要原因。

3.3 断层构造是本次事故的客观原因

该工作面处于两个断层之间，且面前18～25米范围内存在小型正断层，受断层切割影响，裂隙发育，煤层厚度变化较大，煤体松散，煤粉较多，加上大量卸压爆破热量积聚，致使煤体提前氧化。工作面运顺发火区域与3308工作面煤柱较小，施工过程中多次出现冲击预警，因此该区段掘进过程中就进行了多次大孔卸压和爆破卸压，也导致了煤体的提前升温氧化。截止6月6日，溜尾采空区顶板存在不同程度的悬顶，致使溜尾防火隔离墙未施工，形成采空区漏风量大，造成工作面烟雾迅速扩散。工作面切眼顶板预裂爆破施工在切眼防火处理施工之后，破坏了原切眼顶煤注胶封堵效果，减弱了注胶延缓煤体氧化的作用和工作面防火效果。该工作面由于受冲击地压影响较大，顺槽施工期间大能量震动频繁，工作面将顺槽注浆及注氮管路共用同一管路，导致出现火灾险情时处理手段单一。

3.4 专家分析意见

1）此次工作面发火不是煤炭及其木材的自燃。

2）深孔爆破拒爆或残药在松动的煤层中氧化蓄热、爆燃的几率非常高。

3）应做好卸压和预裂爆破相关工作，防止出现熄爆和残爆现象，同时做好与火药爆燃有关的应急检测和处置工作。

4 结 论

通过对我公司3310工作面卸压孔残留炸药爆燃引发煤炭自燃的过程及原因的详细阐述，初步分析研究出了七大原因，再加之部分专家意见，基本上搞清楚了卸压孔残留炸药爆燃引发煤炭自燃的原因。对症下药，采取相应措施后，确保了3310工作面回采期间不再发生因卸压孔残留炸药爆燃引发煤炭自燃，实现了我公司工作面回采的防灭火安全，保证了全矿井的正常生产和接续，并为今后工作面防治煤炭自燃提供了新的依据和成功的经验，从安全和生产方面均具有广泛的推广及应用前景。