煤矿危险源的事故致灾机理及其辨识过程研究

李兴红

（神华宁夏煤业集团 红柳煤矿，宁夏 灵武 751409）

0 引言

安全，是当今世界人们普遍关心的一个重大课题，它已成为日常生活、生产过程、科学试验、经济运作等各类活动不可缺少的前提条件。人类社会越向前发展，人类的文明程度越高，人们对安全的要求和重视程度也就越高。

1 煤矿危险源的事故致因机理

煤矿危险源有学者已做过初步研究。同时也提出了矿山重大危险源的定义。

基于前人研究成果和三类危险源理论，本文认为导致煤矿事故发生的三类危险源，即煤矿三类危险源是：

（1）第一类：能够引起顶板、瓦斯（煤尘）、水、火事故的能量载体或危险物质。

（2）第二类：为预防事故发生而采取的一系列防范措施，即安全防护系统。

（3）第三类：组织管理。

第一类危险源是煤矿事故发生的物质基础，它决定了事故的危害程度。这类危险源的产生，主要受矿山地质、作业过程及设备设施的影响。

第二类危险源是事故发生的触发条件。是第三类危险源对第一类危险源的中间控制。煤矿中的安全防护系统主要通过灾害监测、预防技术，设备设施防护、维护、检测等措施来实现对危险源的约束。

第三类危险源是煤矿事故发生的根本原因。几乎所有的煤矿重大安全事故，其本质都是组织管理的原因。

2 煤矿危险源的辨识

2.1 煤矿事故类型分析

结合灾害事故的特点，发现对煤矿安全生产影响最大，发生事故数最多的有以下五类：瓦斯爆炸、火灾、煤尘爆炸、顶板事故。及水灾等事故。

2.2 煤矿事故发生的影响因素分析

2.2.1 瓦斯爆炸事故

煤矿瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：一定的瓦斯浓度；足够的氧含量；一定的引燃温度。

瓦斯爆炸事故的发生主要受下列因素的影响：

①瓦斯浓度：在井下气候环境中，瓦斯只在一定的浓度范围内爆炸，这个浓度范围称瓦斯的爆炸界限。

②氧含量：有研究表明，瓦斯爆炸浓度与氧气浓度的关系，如柯卡得爆炸三角形。氧浓度降低时，爆炸下限缓慢升高，基本保持不变。爆炸上限则有明显的降低。当氧浓度低于 12%时，混合气体就失去爆炸性。

③引燃温度：瓦斯的最低点燃温度和最小点燃能量决定于空气中的瓦斯浓度，初压和火源的能量及其放出强度和作用时间。煤矿井下的明火、煤炭自燃、电弧、电火花、炽热的金属表面、摩擦火花和设备失爆，都能点燃瓦斯。此外，采空区内砂岩冒落产生的碰撞火花，也能引起瓦斯的燃烧或爆炸。

2.2.2 煤炭自燃事故

煤炭自燃必须具备三个条件：煤具有自燃倾向性、有连续供氧、热量易聚积。

煤炭自燃事故的发生主要受下列因素的影响：

①地质构造：煤层中有地质破坏的地方煤质松碎，有大量裂隙，从而增加了煤的氧化活性和供氧通道与氧化表面积。自燃的危险性也就增大。

②煤中瓦斯含量：煤孔隙内存在的瓦斯，能够占据煤的孔隙空间和内表面，降低了煤的吸氧量。

③煤的碳化程度：煤的碳化程度越低越容易自燃。从无烟煤、半无烟煤、烟煤、褐煤，它们自燃倾向依次增加。

④围岩性质：顶底板的物理机械性质（结构、硬度、可塑性等）也能够影响煤炭的自燃过程。围岩破坏区域漏风大，易发生自燃。

⑤开采深度：煤层埋藏深度增加，地压和煤体的原始温度增加，煤内自然水分少，这将使煤的自燃危险性增加。

⑥漏风条件：井下在既有风流流通，而风速又不大的情况下，煤才能自然发火。

⑦开采煤层和倾角：开采煤层厚或倾角越大，自燃危险性就越大。

2.2.3 煤尘爆炸事故

煤尘爆炸必须同时具备三个条件：煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮于空气中，并达到一定的浓度；存在能引煤尘爆炸的高温热源。

大多数煤尘在一定条件下都能引燃，并能产生猛烈爆炸破坏，一般情况下，煤尘爆炸事故的发生主要与下列因素有关：

①煤的挥发分：一般来说，煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强，即煤化作用程度低的煤，其煤尘的爆炸性强，随煤化作用程度的增高而爆炸性减弱。

②瓦斯浓度：随瓦斯浓度的增高，煤尘爆炸浓度下限急剧下降。煤尘爆炸往往是由瓦斯爆炸引起的。有煤尘参与时，小规模瓦斯爆炸可能演变为大规模煤尘瓦斯爆炸事故。

③氧含量：井下巷道内氧含量高时，点燃煤尘的温度可以降低。氧含量低时，点燃煤尘困难，当氧含量低于17%时，煤尘就不再爆炸。煤尘的爆炸压力也随空气中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力低。

④煤尘浓度：煤尘浓度在上、下限内时，有爆炸危险。

⑤煤尘粒度：煤尘粒度越小，所需引燃温度越低，且火焰传播速度越快。

⑥引爆热源：引爆热源的温度越高，能量越大，越容易点燃煤尘。而且煤尘爆炸的强度也越大；反之温度越低，能量越小越难以点燃煤尘，即使发生爆炸，初始爆炸强度也越小。

2.2.4 巷道顶板事故

巷道顶板事故。指在井下采、掘维护过程中，由于矿山压力或支护不当造成巷道内冒顶、片帮、顶板掉矸、顶板支护垮倒等顶板事故。

巷道顶板事故的发生主要受下列因素的影响：

①地质构造：由于地质构造的作用，造成的断层、褶曲发育、挤压、破碎带、冲刷、节理、裂隙。使煤层的赋存状况极为复杂，以上地质构造特征使巷道处于不稳定状态，容易引发顶板事故，不利于安全生产。

②巷道围岩状况：巷道围岩状况是巷道顶板事故的直接原因之一。巷道围岩状况包括围岩岩性结构、围岩移动、巷道断面、服务年限等。

③开采深度：开采深度较大会使巷道支撑压力增加，从而造成巷道变形。此外，在顶底板围岩稳定或坚硬、每层具有冲击倾向性的条件下，容易发生冲击地压。

④煤层倾角：煤层倾角大的地段，由于重力作用使围岩倾斜下推力增大，巷道出现鼓帮、底板滑落及顶板抽条冒落等形式的破坏。

2.2.5 透水事故

矿井在建设和生产过程中，由于防治水措施不到位而导致地表水和地下水通过裂隙、断层、塌陷区等各种通道无控制地涌入矿井工作面，造成作业人员伤亡或矿井财产损失的水灾事故，通常也称为透水。

矿井透水必须具备两个条件，即充水水源和涌水通道。水源主要有大气降水、地表水、地下水、采空区积水。通道分为自然通道和人为通道。自然通道有岩石空隙和构造孔隙。人为通道有废弃钻孔和开采围岩破坏孔隙。

透水事故的发生主要受下列因素的影响：

①地表水：大气降水渗入或流入，往往是开采地形低洼且埋藏较浅煤层的主要水源。

②地下水：地下水是可以流动的并不断接受地表水的补给，开采越深水压越高、裂隙越大含水越丰富，它是井下最直接、最常见的水源。

③老空水：矿井废弃的旧巷道常常有很多积水。当采掘工作面与之打通时，很短时间内会有大量水涌入，造成透水事故。

④断层水：有的断层内会积存水。断层还将不同的含水层联通，有的甚至于地表水相同。当开拓掘进或采煤接近或揭露这些的断层时断层水便会涌出。

⑤涌水通道：由于地质因素形成的孔隙通道、裂隙通道、隔水断裂带、透水断裂带都是天然的涌水通道。

4 结束语

总之，煤矿是安全事故的多发地点，煤矿瓦斯爆炸事故、煤炭自燃事故、煤尘爆炸事故、巷道顶板事故、透水事故在煤矿灾害事故中占有相当大的比例。因此，对煤矿危险源进行风险评价研究，是当前急需解决的问题。

［1］王培，李新春.煤矿事故单危险源测算与风险评价思路探讨[J].工矿自动化，2009，（4）.

［2］吴电军，罗新荣，郑永坤，等.基于危险源理论的煤矿风险评价模型研究[J].能源技术与管理，2010，（1）:118~120.