矿井反风演习的实践与解析

2023-11-29樊铁山

煤矿安全 2023年11期

樊铁山，李渊

（1.国家矿山安全监察局山西局，山西太原 030000；2.大同煤矿集团王村煤业有限责任公司，山西大同 037000）

国家矿山安全监察局要求进一步强化瓦斯“零超限”目标管理，倒逼瓦斯综合防治措施落实，坚决防范和遏制瓦斯事故[1]。当煤矿井下发生瓦斯与煤尘爆炸事故时，矿井通风系统是否可靠、灾害应急、处理是否及时有效显得尤为重要[2-4]。为了抢救井下人员，避免受到有毒、有害气体的侵袭，有时需要采取反风措施[5]，使有害气体或者火灾烟流由进风井筒排出，从而缩小井下受灾范围[6]。矿井反风是矿井发生灾变时所采取的一项重要的控制风流的救灾措施[7-8]，由于反风期间矿井系统中瓦斯运移分布问题比较复杂，矿井反风后，风量、风压会发生变化，进而对瓦斯涌出也会产生影响，因而是一项非常慎重的工作[9-11]。

大同煤矿集团王村煤业有限责任公司（以下简称“王村煤业”）于2022 年2 月25 日进行了反风演习，历时11 h。5 112 掘进工作面T1 传感器报警持续时间7 h 35 min 6 s，其中爆表CH4体积分数≥4%持续时间3 h 12 min。矿井反风要结合矿井通风系统具体情况进行分析[12]，在确保安全的基础上制定科学的安全技术方案[9]。在目前的技术规范中，对反风演习的规定亟待完善。摸清反风时瓦斯涌出规律和瓦斯浓度的变化情况，避免瓦斯峰值过高，防止瓦斯超限，迫在眉睫[13-14]。

1 矿井概况

王村煤业隶属于晋能控股煤业集团有限公司，核定生产能力为100 万t/a，低瓦斯矿井，水文地质类型为中等，煤层自燃倾向性为自燃，煤尘具有爆炸性。矿井通风方式为中央分列式，通风方法为抽出式。开拓方式为立井斜井混合开拓，共有3 个井筒，分别为主斜井、副立井和西风立井。总进风量15 636 m3/min，总排风量15 737 m3/min。矿井绝对瓦斯涌出量为8.39 m3/min，相对瓦斯涌出量为4.18 m3/t；采煤工作面绝对瓦斯涌出量为3.67 m3/min，相对瓦斯涌出量最大为1.90 m3/t；掘进工作面绝对瓦斯涌出量最大为0.58 m3/min。

2 反风演习

1）反风演习准备。王村煤业编制了《2022 年度反风演习方案及安全技术措施》《2022 年度反风演习停送电专项措施》《2022 年度西风井主要通风机反风演习安全技术措施》，并上报晋能控股煤业集团会审。

2）反风演习。8:00—9:32，完成无关人员撤出、参与人员到位、逐级断电等工作；9:40—11:50，1#主要通风机反风，持续时间2 h 10 min，超出计划时间40 min；11:58—13:37，2#主要通风机反风，持续时间1 h 39 min，超出计划时间9 min；13:37—14:32，自然通风，持续时间55 min；14:32，1#主要通风机恢复正常通风；15:12—19:00，排放瓦斯，超出计划时间30 min。

3）初步评价。这次反风演习完成计划的所有流程，基本达到了《煤矿安全规程》第一百五十九条规定的要求，即“在10 min 内改变巷道中的风流方向”、“主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40%”。监控系统记录了这次反风演习的全过程。

3 问题分析

1）瓦斯浓度超限报警严重。采掘工作面瓦斯浓度超限统计表见表1。从表1 可以看出，王村煤业反风演习造成8120 采煤工作面和2 114、8 116-1、5 114、5 112 掘进工作面瓦斯浓度超限，超限持续时间在1 h 6 min 42 s～7 h 35 min 6 s；CH4体积分数≥4%持续时间为3 h 12 min。5112 掘进工作面在反风、逐级送电、排放瓦斯等阶段，瓦斯爆炸3 个条件之一的瓦斯可能达到爆炸深度，不在可控范围内。

表1 采掘工作面瓦斯浓度超限统计表Table 1 Statistical table of excessive gas concentration in mining face

2）关键指标测定位置没有设置甲烷传感器。《煤矿安全规程》第一百七十六条第四款规定，在排放瓦斯过程中，排出的瓦斯与全风压风流混合处的甲烷和二氧化碳浓度均不得超过1.5%[15]。AQ 1029—2019《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》对甲烷传感器设置作出了规定，但是，对排放瓦斯过程中关键指标测定位置没有规定设置甲烷传感器。

3）未达到反风演习时间。王村煤业1#主要通风机反风，持续时间2 h 10 min，超出计划时间40 min；2#主要通风机反风，持续时间1 h 39 min，超出计划时间9 min。演习方案中2 台主要通风机的计划反风时间都少于《煤矿安全规程》规定的2 h，2#主要通风机实际反风时间也少于《煤矿安全规程》规定的2 h。

4）自然通风时间长。《煤矿安全规程》第一百五十八条规定，必须安装2 套同等能力的主要通风机装置，其中1 套作备用，备用通风机必须能在10 min 内开动。王村煤业反风演习结束后，于13:37—14:32，进行有计划的自然通风，持续时间55 min，主、备用通风机均未在10 min 内启动，也是造成瓦斯浓度高、超限时间长的1 个原因。

4 对王村煤业反风演习的反思

反风演习期间，进回风井互换，某些地点风量、风压达不到正常运转时的数值，必然引起瓦斯体积分数变化，甚至积聚。但是从安全的角度，都不应该造成瓦斯积聚，即使没有办法杜绝积聚，也不应该达到5%～16%的爆炸体积分数。

1）没有规定控制瓦斯超限的措施。在反风演习过程中出现的瓦斯超限、高值超限甚至爆炸浓度超限，王村煤业没有采取压缩某项预设流程或某项流程时间的措施。有人认为，反风演习是允许瓦斯超限的。什么地点可以超限？瓦斯超险界限是多少？目前找不到规定。强制要求反风演习，但没有要求严格控制反风演习时出现的瓦斯超限、可能引发瓦斯爆炸恶性事故发生的高值超限，是不科学的、不负责任的。

2）难以杜绝“黑天鹅”事件或“灰犀牛”事件。山西省有800 多座煤矿，平均按3 个掘进工作面计算，每年反风演习1 次，有2 400 个掘进工作面的瓦斯体积分数可能发生超限，10 年有24 000 个掘进工作面的瓦斯体积分数可能发生超限。不能否认，矿井有负责任的领导，有技术能力强的团队，反风演习时可能不会发生事故。但是所有的煤矿每年至少进行1 次反风演习，对单个矿井，有没有发生“黑天鹅”事件的可能？对所有矿井，有没有发生“灰犀牛”事件的可能？很难说。

3）主要通风机的类型对反风演习的影响。在20 世纪，我国主要通风机采用离心式风机的煤矿还比较多；进入21 世纪，尤其是现在，我国的煤矿主要通风机几乎全部采用轴流式风机。《煤矿安全规程》第一百五十九条第一款规定的“生产矿井主要通风机必须装有反风设施”，显然是对离心式风机的规定，已经不适应现实的要求。

4）开拓系统对正向通风和反向通风的影响。多井筒的矿井，在正向通风或反向通风2 种状态下，其风压、风阻、风量之间的关系是不可逆的关系。正向通风和反向通风时防爆门、安全出口、风机安装的密封不可能达到相同的状态。只对反风演习的风量和时间2 项指标进行考核，没有对其他技术参数进行科学论证，在灾变后需要反风救援时，反风演习的实际指导意义很小。

5）矿井及采煤工作面通风方式引起的系统性风险。不考虑井下系统风压、风阻、风量之间的关系变化，当所有的井筒井口处于同一高程，正向通风和反向通风系统可逆；相反，由于井口之间压差大小相对发生变化，正向和反向通风系统不可逆。对比正向或反向通风，当采煤工作面采用“U”方式通风时，其风压、风阻、风量之间的关系变化不是很大；当采煤工作面采用“一进两回”“增压通风”“U+L”或“两进三回”的方式通风时，其风压、风阻、风量之间的关系变化是非常复杂的，系统是不可逆的。矿井本身及其采煤工作面的差异性注定给反风演习带来系统性风险。

6）高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井反风演习时的风险。对于高瓦斯、突出矿井、有毒有害气体异常涌出的矿井来说，掘进工作面停风势必引起瓦斯等有毒有害气体的浓度急剧升高。在反风演习过程中，个别高突矿井的掘进工作面瓦斯体积分数可达到45%。其瓦斯体积分数都是从1%逐步上升到2%，再上升到3%，逐步达到45%的，势必会穿过5%～16%的爆炸界限；反风结束后排放瓦斯时，势必会再次经过16%～5%的爆炸界限，此时反风演习带来的操作性风险特别大。

7）多风井矿井反风演习时的风险。多风井矿井反风演习产生的隐患更突出；高突多风井矿井反风演习发生的瓦斯体积分数超限更难以控制。多风井矿井反风还涉及1 个还是多个风井反风、多个风井反风时的反风顺序、风井服务区域之间风流和风向的调节，牵扯的通风参数比较多。如果引起紊乱，极其麻烦。这样的反风演习很难为灾变后进行救灾提供技术支撑。

8）矿井反风演习与实际反风的环境差异。实际井下进风大巷一旦发生火灾，第一时间肯定是断电、撤人，断电范围可能包括井下变电所以及专用风机线路。撤出人员后，才会根据事故势态，考虑采取直接、间接或综合灭火方法进行事故处置，最后万不得已才考虑全矿井或局部区域反风，也就是说，灾变后采取实际反风措施，不但要参考反风演习时获得的技术参数，而且要考虑因灾变本身带给通风系统的变化。

5 对王村煤业反风演习的监察执法

国家矿山安全监察局山西局监察执法二处针对王村煤业反风演习时出现1 个采煤工作面、4 个掘进工作面同时长时间瓦斯体积分数超限甚至高值超限没有采取积极措施进行处置，按重大事故隐患进行了调查处理。有人认为，王村煤业在反风演习时制定了专项措施，不属于重大事故隐患（应急管理部令第4 号）[16]规定的“井下瓦斯超限后继续作业或者未按照国家规定处置继续进行作业的”的情形，“继续作业”应该是采掘作业，不包括反风演习，没有主观故意。有人认为，虽然王村煤业在反风演习时制定了专项措施，但是其行为存在现实危险，已经触犯了国务院令第446号、应急管理部令第4 号及其相关规定。

6 制度现存主要问题

随着技术进步，在矿井进风井附近、进风井筒、井底车场和与井底车场直接相连的进风大巷发生火灾事故的概率在大幅下降。对于反风演习，部门规章、国家标准、行业标准、行业技术规范的修订势在必行。

1）《煤矿安全规程》规定过时。在《煤矿安全规程》第一百五十九条规定中，对“必须装有反风设施”“10 min 内改变巷道中的风流方向”“供给风量不应小于正常供风量的40%”的规定，可以认定是针对“主要通风机”的要求，而不应该是针对矿井通风系统的，这和煤矿全矿井系统反风演习的普遍认知有所区别：①一直沿用了过去的规定，没有进行修改；②针对矿井主要通风机过去使用离心式风机提出的，已经不适应当今矿井对反风演习的要求。

2）行业标准规定过时。2006 年11 月2 日首次制定并发布的 AQ 1028—2006《煤矿井工开采通风技术条件》，已经过去15 年。从第1 条“10 min 内改变巷道中的风流方向”“供给风量不应小于正常供风量的40%”“采用电动、手摇两用风门绞车并集中操作”，到第3 条“反风道”“正、反向风门”，不难发现其都是对主要通风机采用离心式风机的规定。

3）全矿井反风演习的规定粗放。《煤矿安全规程》第一百五十九条第一款主要针对生产矿井主要通风机具有反风功能、改变风流的时间、改变风流后供风量标准做出了规定；第二款针对矿井反风演习的频次做出了规定。AQ 1028—2006《煤矿井工开采通风技术条件》中，第10.4 条规定对多台主要通风机同时反风和单台主要通风机各自反风演习的要求做出了规定。其原则性规定，淡化了反风演习的风险。

4）反风案例支撑力不足。应急管理出版社编印的《煤矿安全规程解读》（2022）对第一百五十九条解读时举了2 个例子，都是不成功的案例，只提出了合理想象的结论，没有得到验证，作为制定该条规定的案例依据，支撑力明显不足。

5）反风演习应采取的措施存在漏洞。AQ 1028—2006《煤矿井工开采通风技术条件》中，第10.7 条规定“反风演习持续时间内，在反风后出风井口附近20 m 范围内以及反风后出风井口相连通的井口房等建筑物内，都必须切断电源，禁止一切火源存在，并禁止交通”，仅仅制定地面的防范措施，没有制定井下有害气体可能引发事故的防范措施，显然存在明显的漏洞。

6）反风演习风量规定缺乏科学性。《煤矿安全规程》第一百五十九条第一款关于反风后主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40%的规定，无论从通风机性能上讲，还是从矿井通风系统上讲，还是从救援措施的角度讲，没有丝毫的科学依据。如果井下有自然发火区域，风流改变、风量变化对自然发火区域的控制影响较大，这条规定就更说不通了。

7）减少采掘工作面参与的利与害。在反风演习过程中，许多矿井都会采取减少采掘工作面参与的方式，防止将采掘工作面的有害气体带到进风井、井底车场。这对于反风演习来说确实减少了风险，但作为救灾措施的演习，实际效果降低了许多。

8）反风演习经验教训积累机制不健全。目前，还没有建立全国统一的反风演习经验教训的积累机制，煤矿企业、科研院所的工程技术人员、专家学者对反风演习的实践和研究呈现“碎片化”状态，有一定的盲目性。

7 健全制度的建议

1）列为危险作业的情形。反风演习的危险程度远远大于《中华人民共和国安全生产法》第四十三条列举的危险作业。一是应该规定反风演习为危险作业的情形；二是必要时可以增设反风风机，在反风时，局部积聚的瓦斯在反风演习过程中得到有效排放；三是在掘进工作面混合风流处增设瓦斯传感器；四是将个别低浓度甲烷传感器更换为高浓度甲烷传感器等。

2）明确反风演习的方式。部分高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井并不进行反风演习，只是进行电脑模拟反风演习。不同方式的反风演习具有各自的优点和缺点，只有对多种形式的反风演习比较总结，才能获得科学且精准的救援依据。

3）规定反风演习方式的适用范围。在部门规章、行业标准或行业技术规范中应该明确全矿井反风、局部反风，单风井反风、多风井反风等的演习适用条件。无论是反风演习，还是抢险救援，其适用条件不应该停留在定性层面，而应该做到定量。

4）规定反风演习过程中重大事故隐患的情形。应急管理部令第4 号《煤矿重大事故隐患判定标准》第五条对“瓦斯超限作业”的3 种情形做出规定，从3 种情形可以看出，把事中、事后采取措施作为重点，没有对事前应采取的措施做出规定。反风演习时“瓦斯超限作业”作为典型，有足够的理由应该认定为重大事故隐患的一种情形，“作业过程中人为造成采掘工作面瓦斯浓度达到3%及以上的”，比照其它危险作业，做出兜底性规定。