芦岭煤矿“5.13”瓦斯煤尘爆炸事故分析

事故基本情况

2003年5月13日16时03分，芦岭矿Ⅱ104采区发生瓦斯煤尘爆炸事故，波及Ⅱ1048风巷、改造切眼、Ⅱ1048机巷、开切眼掘进工作面、变电所、Ⅱ1046采煤工作面和-590大巷，死亡86人，受伤28人。
5月16日成立事故调查专家组，在国务院“淮北矿业集团公司芦岭煤矿‘5.13’事故调查组和技术组”的领导下，根据查明爆炸原因、爆炸地点、火源和瓦斯源的要求，专家组2次深入现场进行勘察，查阅了有关的资料，访问了有关人员，并且对事故原因进行了认真的分析和研究。
事故地点在Ⅱ104采区，位于矿井Ⅱ水平中部，走向长630m，倾斜宽670m，剩余可采储量180万吨。当时该采区有1个回采工作面、2个掘进工作面。Ⅱ1046工作面为生产工作面，面长180m，2002年10月10日投产，至2003年5月13日风巷剩余160m，机巷剩余168m。准备面为Ⅱ1048工作面，切眼于5月6日在距风巷上口22m处停止掘进，保持正常通风，12日、13日安排人员进行清理和链板机调整工作。Ⅱ1048风巷于5月12日掘到预定终止位置，与Ⅱ1048工作面切眼掘进工作面迎头煤壁保持22m贯通距离，13日早班清理，中班拆链板机，迎头正常通风。

起爆源的确认

确认起爆源的条件有3个，即瓦斯条件、火源条件和破坏特征。最后确认爆源点在Ⅱ1048风巷改造切眼以西33.5m处，打开接线腔上盖板的电磁启动器处。见图1。
爆炸力作用方向以该点为分界，主要标志物：在爆炸力作用下插入工字钢棚支护间隙中的风筒残片呈东、西两向分布，爆炸源点处的电磁启动器直立，没有位移。
该点有引爆火源（打开上盖的电磁启动器，并且其接线腔内电源侧接线端子上悬着的一根电缆芯线橡胶绝缘炭化，有烧后的熔胶痕迹，绝缘电木板残片上有烧痕）。
该点有瓦斯源（从Ⅱ1046采空区挤压冲出的瓦斯，与空气混合，形成爆炸性气体）。

爆炸类型及传播范围

Ⅱ104采区发生的事故是瓦斯煤尘爆炸事故。在Ⅱ1046工作面综采支架上发现大量煤尘集结现象，有煤尘参与爆炸的现象。定性为瓦斯爆炸事故是显然的（由破坏特征确认）。
为了确定是否有煤尘参与爆炸过程，分别在现场取样进行了实验分析。煤样分析结果表明，Ⅱ1048风巷、挤压冲出瓦斯孔洞、改造切眼等处煤尘没有参与爆炸，Ⅱ1046采空区吹落在孔洞中的煤粉没有燃烧的痕迹，表明老采空区内无火源。Ⅱ1046回采工作面焦疤煤样的挥发成份由33%降到15%～16%，下降了50%，表明在该工作面局部地点有煤尘参与爆炸。
爆炸发生后，迅速传播到Ⅱ1048风巷、改造切眼、Ⅱ1048机巷及开切眼掘进工作面、Ⅱ1046采煤工作面和-590大巷的一段巷道。

瓦斯源的认定

这次事故的瓦斯，来源于Ⅱ1046回采工作面跳采前老采空区所积存的瓦斯。见图2。
由于Ⅱ1046回采工作面老采空区顶板的矿山压力突然活动，使得在采空区形成矿山冲击，并使1m～2m厚的小煤柱承受冲击，煤柱出现片帮，局部地域将小煤柱冲击破坏，并使采空区积聚的瓦斯受到挤压，从煤柱破坏处冲出，与风巷中的空气混合，形成爆炸性混合气体，遇到火源即形成瓦斯爆炸。
Ⅱ1048风巷改造切眼以西，有14个通向Ⅱ1046采煤工作面跳采前老采空区的孔洞，其中有6个孔洞具有明显的气流冲出的痕迹，尤其是在爆源点附近的12号、11号、10号气流冲出的痕迹特别明显，表现为在孔口周围有片帮、对面煤壁有冲击痕迹和孔口下部有大量的堆积物。
Ⅱ1046采面上部35m处的高位抽放巷道瓦斯抽放浓度发生明显变化。从5月13日9时34分开始，瓦斯抽放浓度由31.9%逐步增加，至16时4分增加到34.6%，到16时30分达到最大值37.5%；然后，在16时36分迅速下降至17.3%,16时54分回升至20.4%。从中反映出，事故发生前与事故发生时，Ⅱ1046采空区顶板有较为明显的活动。16时36分，瓦斯浓度下降的原因主要是爆炸后井下抽放管路局部出现破裂，空气漏入管中所致。
2002年12月26日，Ⅱ1046工作面跳采前老工作面收作，老采空区形成，12月28日Ⅱ1046现工作面开始从新开切眼往东回采。直至2003年1月15日，老空区顶板35m处的高位瓦斯抽放巷道仍未发生明显变形，在Ⅱ1046工作面回采期间无明显周期来压现象，顶板属于坚硬难冒类型，尽管在回采期间采用过两次强行放顶，但未达到预期效果。Ⅱ1048切眼掘进到距离老采空区24m时,发生夹钻现象,表明压力大，直至发生顶板断裂，使顶部煤层瓦斯卸压，卸压瓦斯进入抽放巷道，使抽出的瓦斯浓度提高。在顶板突然断裂时，原处于卸压区的隔离小煤柱也受到冲击破坏，采空区气体受到压缩，并从薄弱处形成的孔洞冲出，进入Ⅱ1048风巷。
事故前监测系统对瓦斯异常没有反映。 而该区7个瓦斯浓度传感器在事故前3小时内经过标定调校，性能是稳定的；通过访问当事人也表明，监测系统和传感器的使用一直正常。因此说明，产生爆炸的瓦斯是从采空区瞬间冲出、与风流中空气迅速混合达到爆炸界限。因为传感器感应时间为30s～55s，难以检测到瞬间冲出的瓦斯。爆炸发生后，传感器和分站已遭破坏，导致信号中断。

爆炸火源的认定

认定这次瓦斯爆炸引爆火源是392号电磁启动器引起的电火。
392号电磁启动器上方顶板有冒落形成的空洞，冒落物将启动器掩埋近半；启动器接线腔呈敞开状，即盖板仅剩1颗螺钉，盖板以此螺钉为轴心转向一边，使接线腔敞开显露。现场的422号电磁启动器状态与392号一样，接线腔紧固螺钉只剩1颗，但盖子与接线腔法兰有错缝，在爆炸压力下，翻倒90度，紧固螺钉在上，挂住盖子，没有敞开显露，腔内没有冒落物。当392号和422号电磁启动器的上级电源开关（即瓦斯-电闭锁开关）供电时，392号和422号的电源侧接线端子都是有电的，冒落物就有可能引起接线端子(相)间短路和接线端子接地，放电引爆瓦斯。见图3。
392号的接线腔落有冒落物，接线腔电源侧的接线端子防护绝缘电木盖板被砸碎，电木盖板残片与其固定小螺钉连着，该电木残片有烧糊的痕迹。
392号的接线腔有电源输入电缆（动力线3芯）、电源转接电缆（动力线3芯）和负载电缆（动力线3芯）。电源侧接线端子上悬着的1根电缆芯线橡胶绝缘炭化，有烧后的熔胶痕迹。如果是其它火源引起瓦斯爆炸将橡胶绝缘炭化，那么所有电缆都是在同一爆炸条件下，该接线腔内的9根电缆芯线，出现有选择性的烧焦现象是不可能的。
经过询问相关人员和查看监测数据原始资料了解到，2003年5月13日中班对该区域瓦斯传感器进行了调校，调校时证明至少在15时07分40秒之前，392号和422号电磁启动器电源侧接线端子是带电的。

事故引起的反思

1.老顶久不冒落，应引起高度重视
Ⅱ1406工作面里段由于煤柱的存在，老顶坚硬，未出现明显矿压显现，给人造成矿压不大的假象，实际是老顶久不冒落。随着采空面积的扩大，形成突然来压，往往造成强烈冲击，极易引发恶性事故。因此，此时应引起高度重视。
2.小煤柱送巷时，必须高度关注采空区矿压、瓦斯、水、火等活动
对保护层开采，或为了减少巷道掘进时的矿山压力影响，小煤柱送巷是有利的。但此时极易引发采空区瓦斯、水的卸入以及矸石串入，采空区漏风引起煤炭自然发火等事故，尤其在采空区矿压显现不充分时。因此，采用这种工艺，应及时监测控制相关灾害的隐患。
3.必须加强信息监测和智能分析技术的研究，实现瓦斯灾害预警和应急控制
引起瓦斯灾害的因素很多，靠常规技术难以完全有效控制。瓦斯正常涌出时，由于可能出现局部通风量减少、风流方向改变等现象，造成瓦斯局部积聚，引发瓦斯事故；瓦斯异常涌出时，往往是因为不能事先了解瓦斯赋存条件、矿压显现条件、构造分布等，使得不能事先掌握瓦斯异常涌出的动向，也就难以制定相应的紧急处置措施，导致事故的发生。因此，研究超前掌握相关信息的手段以及相关信息变化可能导致结果的预测技术、控制异常现象产生的措施，实现对瓦斯灾害的预警和应急控制是非常必要的。
4.尽快研制高反应速度的监控系统和传感器
瓦斯异常涌出和瓦斯突出时极易在极短时间造成高浓度瓦斯积聚，现有传感器和监控系统无法满足及时反映、及时控制断电的要求。因此，应尽快研发快速反应和控制的传感器和监控系统技术。
5.必须高度重视通风系统的可靠性以及抗灾能力的研究
通风系统的可靠性评价以及抗灾能力的评估一直没有得到有效重视，因而在技术研究领域没有取得实质性的有效成果，在管理领域也缺乏强制性措施。使得事故发生时波及很大范围，造成群死群伤现象。因此，通风系统的可靠性以及抗灾能力的研究必须引起高度重视。
6.技术标准的研究明显落后于生产和技术的发展
技术标准的研究明显落后于生产和技术的发展的需求，很多操作没有相应的技术标准来规范，应该引起我们的重视。