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國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局

調(diào)查研究

第 3 期 （總119期） 內(nèi)部資料 2006年 3月28日

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煤塵爆炸事故分析與預(yù)防對策建議

趙全福

按：本文綜合美、英、法、日及我國歷史上曾發(fā)生的有關(guān)煤塵爆炸的諸多翔實(shí)資料，通過對大量理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的研究和對比分析，揭示出煤塵爆炸的三個基本條件、發(fā)生機(jī)理和三個階段的過程，概括了煤塵爆炸“三高一多”的特征和四個方面的嚴(yán)重危害。在此基礎(chǔ)上，就黑龍江七臺河?xùn)|風(fēng)煤礦“11.27”特別重大煤塵爆炸事故發(fā)生的原因進(jìn)行了分析，提出了汲取事故教訓(xùn)，預(yù)防煤塵爆炸的措施建議。

主題詞：煤塵爆炸 基本特征 預(yù)防對策

煤礦在生產(chǎn)過程中，采掘裝運(yùn)作業(yè)均可產(chǎn)生大量煤塵。其中，采掘作業(yè)產(chǎn)生的煤塵量占80%，裝運(yùn)產(chǎn)生的煤塵量占20%。具有煤塵爆炸危險的煤礦都有發(fā)生特別重大煤塵爆炸事故的可能。其災(zāi)害程度可造成礦毀人亡，國內(nèi)外煤礦曾多次發(fā)生煤塵爆炸事故。典型案例如下：

1906年，法國吉利耶爾煤礦發(fā)生煤塵爆炸死亡1099人，煤礦經(jīng)兩年重建才恢復(fù)生產(chǎn)。這是一個無瓦斯煤礦，也是世界上第一次發(fā)生煤塵爆炸。從此，世界上各主要產(chǎn)煤國家對煤塵爆炸開始進(jìn)行廣泛研究，重視預(yù)防煤塵爆炸事故工作。

1907年，美國孟諾加煤礦發(fā)生煤塵爆炸，死亡362人，占入井人數(shù)的97%。

1910年，英國黑里頓煤礦煤礦發(fā)生煤塵爆炸，并引起瓦斯爆炸事故，死亡346人，其中287人死于CO中毒。

1913—1933年，法國和英國還多次發(fā)生煤塵、瓦斯煤塵爆炸事故，每次事故都造成一、二百人死亡。

1942年，日本侵占東北時期，采取不顧工人死活的掠奪式生產(chǎn)方式，致使本溪煤礦發(fā)生了世界史上最大的一次瓦斯煤塵爆炸事故，死亡1549人，傷殘246人，死亡者中多為CO中毒。事故前巷道內(nèi)沉積了大量煤塵，電火花點(diǎn)燃局部聚存瓦斯而引起煤塵爆炸。為掩人耳目，日本侵略者將礦井封閉。

1962年，山西大同老白硐煤礦在高產(chǎn)日發(fā)生了電火花引燃局部瓦斯導(dǎo)致煤塵爆炸，死亡629人。

1963年，日本三池煤礦發(fā)生煤塵爆炸，死亡458人，傷832人，死亡者多為CO中毒。這次事故是發(fā)生在該煤礦的主提煤斜井，是電絞車提升裝滿煤的串車，由于礦車脫鉤順斜井翻滾滑下，將沉積的大量煤塵和礦車內(nèi)的煤沖擊飛揚(yáng)形成煤塵云，加之礦車與軌道摩擦產(chǎn)生火花，引起煤塵大爆炸。此事故后經(jīng)還原實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

2005年，七臺河?xùn)|風(fēng)煤礦主要提煤皮帶斜井發(fā)生煤塵爆炸，死亡171人。

從上列事故中可以得出如下結(jié)論：

1、煤塵能在無瓦斯的情況下發(fā)生單純的煤塵爆炸；

2、瓦斯燃燒或爆炸可導(dǎo)致煤塵爆炸，并可造成更大的破壞，二者互為因果關(guān)系；

3、瓦斯煤塵同時存在，可降低煤塵爆炸下限濃度并增加煤塵爆炸的危險性；

4、煤塵爆炸產(chǎn)生大量一氧化碳，這是造成大量人員傷亡的主要原因。

一、煤塵爆炸條件、機(jī)理和過程

（一）爆炸條件。在礦井正常通風(fēng)的情況下，具備以下三個條件即可發(fā)生爆炸：

1、煤塵本身具有爆炸性。其爆炸性是經(jīng)技術(shù)鑒定和實(shí)驗(yàn)測出的：一是在煤塵瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)巷道，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)測得。二是在實(shí)驗(yàn)室用大管狀煤塵爆炸鑒定儀試驗(yàn)得出。三是通過分析煤的揮發(fā)分得出。當(dāng)揮發(fā)分（V指）<10%時，可認(rèn)定煤塵基本無爆炸性，但按規(guī)定必須進(jìn)試驗(yàn)才能最后確定。當(dāng)V指>10%時，有爆炸性。（V指<10% 為無爆炸性，V=10%-15%為弱爆炸性，V指=15-28%為強(qiáng)爆炸性，V指>28%為強(qiáng)烈爆炸性）

2、煤塵在空氣中的濃度。煤塵是指煤的顆粒直徑在1mm以下的粉煤。煤塵參與爆炸的主體是直徑在0.075mm的煤塵。由于實(shí)驗(yàn)煤樣和實(shí)驗(yàn)條件的不同，測得爆炸濃度的下限和上限濃度也不同。我國下限濃度為45g/m³，前蘇聯(lián)為30-50g/ m³，波蘭為30 g/ m³，德國為28 g/ m³，美國32 g/ m³，英國50 g/ m³，法國23 g/ m³，日本48g/ m³。爆炸上限為最強(qiáng)的濃度為300-400 g/ m³。國外測得的煤塵爆炸上限濃度目前為1000-2000g/ m³，這在煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)中是不常有的。

3、煤塵爆炸的點(diǎn)燃熱源。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，煤塵點(diǎn)燃濃度為650-990℃，但由于煤的可燃揮發(fā)分和試驗(yàn)的條件不同而不同，煤塵點(diǎn)燃溫度有時低于650℃的，有時高于1000℃。前蘇聯(lián)測得的最高點(diǎn)燃溫度達(dá)937-1150℃。在煤礦井下能點(diǎn)燃煤塵的熱源有：放炮火焰（這是大量存在的）、電氣設(shè)備產(chǎn)生的火花、電纜接頭不良或電纜損壞產(chǎn)生的短路或撞擊產(chǎn)生電弧、斜井跑車產(chǎn)生的摩擦火花、皮帶堵轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦皮帶著火、礦井內(nèi)外因火災(zāi)、瓦斯燃燒或爆炸以及炸藥爆炸等。

（二）煤塵爆炸的機(jī)理。一是煤塵懸浮在空氣中，因顆粒小與氧氣接觸面積增大，加強(qiáng)了煤的氧化速度和強(qiáng)度；二是煤塵受熱后可產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w，如1kg 的焦煤（揮發(fā)分在20%-26%）受熱后可產(chǎn)生290-350L的可燃?xì)怏w。

（三）煤塵爆炸過程。第一階段，煤塵在熱源的作用下氧化釋放大量可燃?xì)怏w；第二階段，可燃?xì)怏w和空氣混合后促使強(qiáng)烈氧化燃燒；第三階段，熱分子傳導(dǎo)和火焰輻射在介質(zhì)中迅速傳播，使附近煤塵揚(yáng)起，受熱燃燒，之后，燃燒產(chǎn)物迅速膨脹而形成火焰，前面的壓縮波、沖擊波使火焰前方氣體壓力增高，引起火焰自動加速，繼續(xù)循環(huán)下去，因煤塵的存在可持續(xù)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，使火焰跳躍或發(fā)生爆炸。這個過程是瞬間的，在煤塵爆炸地點(diǎn)發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)，空氣受熱膨脹形成負(fù)壓區(qū)，其負(fù)壓值可達(dá)0.5kg/cm²，造成逆向沖擊波，如爆炸地點(diǎn)仍有煤塵瓦斯時可發(fā)生第二次爆炸。該地點(diǎn)爆炸力正反向交錯，支架和物料設(shè)備移動方向紊亂，這是判明二次爆炸的重要依據(jù)。

　　二、煤塵爆炸的特征和危害

　 煤塵爆炸可呈現(xiàn)“三高一多”的特點(diǎn)，即高溫、高速、高壓，產(chǎn)生大量一氧化碳。具體是：

高溫：煤塵爆炸按理論計算，溫度高達(dá)2300-2500℃。日本實(shí)驗(yàn)測得為1600-1900℃。

高速：用化學(xué)方法計算爆炸波速度高達(dá)1120m/s。實(shí)驗(yàn)室測得為1100-1800 m/s ，按理論計算最大速度為 2340 m/s。

高壓：理論壓力為7.5kg/cm²，距爆源越遠(yuǎn)壓力越大。據(jù)美國喬治拉伊斯的巷道實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：在有大量煤塵沉積的巷道內(nèi)發(fā)生煤塵爆炸后，距爆源越遠(yuǎn)爆炸壓力越大。距爆源106米時壓力為4.43kg/ cm²，距228米時壓力為8.37kg/cm²。因此煤塵爆炸呈離爆源越遠(yuǎn)破壞越嚴(yán)重的特點(diǎn)。國外實(shí)驗(yàn)測得爆炸壓力高達(dá)19kg/cm²，甚至將抗壓強(qiáng)度為40 kg/ cm²鋼板巷道爆壞，并把鋼板拋出150米，表現(xiàn)出遇巷道中障礙物拐彎處爆炸壓力有很大的增高。

煤塵爆炸可產(chǎn)生大量CO。在一般情況下爆炸后的巷道空氣中的CO含量為2-3% 。這是造成礦工大量死亡的主要原因。

煤塵爆炸時，結(jié)焦煤塵（氣煤、肥煤）部分可焦化成煤炭皮渣與粘塊，粘附在支架和巷道壁上，這一點(diǎn)是區(qū)別瓦斯爆炸還是煤塵爆炸的重要標(biāo)志。根據(jù)皮渣和粘塊粘在支柱的位置，還可判斷煤塵爆炸的強(qiáng)度。皮渣和粘塊粘在支柱兩側(cè)，表明是火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢，為弱爆炸；皮渣和粘塊粘在支柱近風(fēng)側(cè)并較密時，表明為中等強(qiáng)度爆炸；皮渣與粘塊粘在支柱背風(fēng)側(cè)或逆風(fēng)側(cè)，有火烤痕跡時，則表明為強(qiáng)爆炸。

煤塵爆炸的危害性極大：1.可以摧毀整個礦井、井巷、采煤工作面，導(dǎo)致大面積頂板垮塌冒落，壓埋井下作業(yè)人員，堵塞通風(fēng)。2、可以將設(shè)備損壞，把支柱設(shè)備、煤石塊吹起撞擊，導(dǎo)致井下作業(yè)人員死亡，爆炸波可使礦工粉身碎骨；爆炸波還可以通向地面的井筒、沖擊破壞與井筒連接的地面廠房，造成作業(yè)人員傷亡。3、煤塵爆炸火焰還可引起井下可燃物著火，引起局部積存的瓦斯發(fā)生爆炸，造成事故擴(kuò)大。4. 煤塵爆炸產(chǎn)生的CO隨風(fēng)流進(jìn)入全礦井的所有地點(diǎn)，致使井下作業(yè)人員CO 中毒死亡。

三、對七臺河?xùn)|風(fēng)煤礦“11.27”煤塵爆炸事故的認(rèn)識和分析

針對這起事故，根據(jù)掌握的情況，作簡要分析。

（一）事故的性質(zhì)、地點(diǎn)及二次爆炸的判定。一般認(rèn)為，爆炸后首先要搶救可能生還的人，但探查爆炸性質(zhì)、地點(diǎn)，是否有自燃發(fā)火、煤炸后是否引起著火、井下巷道和通風(fēng)系統(tǒng)破壞情況，以及井下空氣中的CO、CO₂、O₂ 等氣體的含量都很重要。這是保證井下遇險人員不受再次爆炸的傷害和搶救人員實(shí)施安全搶救最重要的工作。這次事故發(fā)生后，爆炸的煙霧和巨大響聲，都是從皮帶斜井口的機(jī)房沖出，救護(hù)隊(duì)首先要探查皮帶斜井，則很容易探查出爆源，根據(jù)爆炸的痕跡查明是煤塵爆炸。同時，派出的井下其它地點(diǎn)的救護(hù)隊(duì)探查小隊(duì)探查是否有著火和發(fā)生二次爆炸的可能性，以及井巷通風(fēng)系統(tǒng)的破壞情況。發(fā)現(xiàn)遇難人員的地點(diǎn)可以告知地面搶救指揮部集中力量搶救人員。

（二）主要皮帶斜井發(fā)生煤塵爆炸的直接原因分析。根據(jù)國內(nèi)外煤塵爆炸事故的教訓(xùn)，運(yùn)煤井是最易發(fā)生煤塵爆炸的地點(diǎn)之一。因此處有大量煤塵沉積，有形成煤塵云和引爆煤塵的條件。這次煤塵爆炸可能有以下三種情況：一是皮帶打滑，堵轉(zhuǎn)皮帶滾筒并與皮帶摩擦著火，斷帶下滑形成煤塵云，從而造成煤塵爆炸。二是由于皮帶接頭質(zhì)量不好，斷帶滑下不僅形成煤塵云而且可能打斷電纜形成電纜火花而引起煤塵爆炸。三是運(yùn)煤皮帶上部有一個小煤庫（倉），也叫緩沖煤倉，由工人打開煤倉閘門向皮帶放煤。過去普遍存在大塊煤和井下坑木堵塞閘門的問題，當(dāng)人工捅不開時，就用放明炮和糊炮崩開，很有可能由于放炮造成煤塵云，再由放炮火焰引起煤塵爆炸。以上第一、第三種情況可能性最大，因?yàn)樵�多次發(fā)生此類情況，而該事故很可能是第三種情況。

（三）煤塵爆炸的預(yù)防措施存在問題。主要是對以往其它單位發(fā)生的煤塵爆炸事故沒有汲取足夠的教訓(xùn)，或者沒有堅持理論聯(lián)系實(shí)際，對照事故教訓(xùn)、規(guī)程和有關(guān)理論知識預(yù)想到事故發(fā)生的可能性和危害性。分析可能有以下幾種情況：一是沒有完善的防止煤塵爆炸、火災(zāi)、人員傷害的有關(guān)設(shè)施和裝備。二是沒有安裝皮帶防打滑、堵轉(zhuǎn)，皮帶跑偏、撕裂的監(jiān)測系統(tǒng)。三是在皮帶斜井的各種作業(yè)場所，有關(guān)防爆炸、防火的安全操作規(guī)程和檢查、維修、管理責(zé)任制度不健全或不落實(shí)。日常很少有領(lǐng)導(dǎo)、相關(guān)負(fù)責(zé)人和安檢人員對存在的諸多嚴(yán)重隱患進(jìn)行檢查，也沒有制定一旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故而防止事故擴(kuò)大和及時滅災(zāi)的處置預(yù)案；沒有設(shè)置防止煤塵爆炸的隔爆水棚或巖棚；沒有防火的隔離防火閘門；沒有設(shè)置反風(fēng)門，或者有也不完善，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。如果火災(zāi)和煤塵爆炸發(fā)生后，立即進(jìn)行反風(fēng)，可使井下大量人員安全逃生。該省過去曾發(fā)生的雞西小恒山皮帶斜井著火事故，由于及時反風(fēng)使井下幾百人安全逃生。

（四）對煤礦安全生產(chǎn)的長期性和復(fù)雜性認(rèn)識不足。該礦是一個被正式命名的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化礦井，為何還發(fā)生了如此大的事故？煤礦生產(chǎn)的特點(diǎn)決定嚴(yán)重災(zāi)害的多元化。煤礦點(diǎn)多線多面廣，作業(yè)人員多而分散，工作環(huán)境差、條件復(fù)雜艱難；煤礦對短時間或一個時期的平穩(wěn)沒有清醒的認(rèn)識。錯誤地認(rèn)為沒有發(fā)生事故就是安全生產(chǎn)的標(biāo)志，而沒有認(rèn)真檢查是否全面貫徹安全生產(chǎn)的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)；領(lǐng)導(dǎo)干部是否堅持安全第一，預(yù)防為主的原則，高度警惕，真抓實(shí)干，常抓不懈，持之以恒；整個煤礦是否建立起安全生產(chǎn)工作的長效機(jī)制，組織管理體制、機(jī)制是否完善；是否抓好安全生產(chǎn)宣傳教育，反復(fù)采取多種有效方式對安全科學(xué)知識、法律法規(guī)、安全操作規(guī)程、安全制度進(jìn)行教育培訓(xùn)，并嚴(yán)格考試考核，積極開展反“三違”活動，以提高廣大職工的安全意識，增強(qiáng)安全生產(chǎn)的責(zé)任感、遵章守紀(jì)的自覺性和自我保安的能力；是否做到加強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、勞動和安全管理，及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患。只有以上這些方面都做到了，才是安全生產(chǎn)礦井的重要標(biāo)志，并且要一絲不茍，缺一不可。

對于安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)定不能憑印象，不能用親情、友情、同情代替評定標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，更不能進(jìn)行權(quán)錢交易，而是要用安全生產(chǎn)的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、安全生產(chǎn)法律法規(guī)到井下現(xiàn)場進(jìn)行一項(xiàng)一項(xiàng)、一條一條，深入全面地對照檢查，并要填寫對照檢查記錄，建立檢查人、審核人簽字負(fù)責(zé)的制度，保證經(jīng)得起實(shí)踐和歷史的檢驗(yàn)。如果安全生產(chǎn)工作缺乏注重實(shí)效和深、細(xì)、準(zhǔn)，嚴(yán)、緊、狠的工作作風(fēng)，事故前什么都好，對隱患熟視無睹，就會導(dǎo)致事故的發(fā)生，等事故發(fā)生所有問題都暴露出來，就為時已晚。

抓好安全生產(chǎn)，必須思想上真正重視。如果忽視安全，對問題失去警覺，工作上時緊時松，就會造成安全生產(chǎn)時好時壞。抓好安全必須堅持“響鼓更要重錘敲”。常理是響鼓不用重錘敲，但安全生產(chǎn)上越是響鼓越要用重錘敲，越要高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求。在安全生產(chǎn)上沒有絕對放心的煤礦。由于沒有認(rèn)真舉一反三、全面細(xì)致地分析和汲取有關(guān)類似事故教訓(xùn)，進(jìn)而采取有效防范措施，也是事故接連發(fā)生的一個重要原因。

四、汲取事故教訓(xùn)，采取切實(shí)措施的建議

（一）搞好事故調(diào)查。對照安全生產(chǎn)法律法規(guī)、國家和上級有關(guān)安全生產(chǎn)指令、規(guī)定、安全規(guī)程、事故災(zāi)害預(yù)防對策和事故處理預(yù)案、操作規(guī)程、各項(xiàng)安全制度，逐項(xiàng)逐條進(jìn)行調(diào)查分析，特別是要調(diào)查領(lǐng)導(dǎo)干部對安全生產(chǎn)的重視情況、有關(guān)規(guī)定的落實(shí)情況，貫徹執(zhí)行安全生產(chǎn)重大舉措的情況，包括領(lǐng)導(dǎo)的工作作風(fēng)、責(zé)任制的執(zhí)行情況、違反安全法規(guī)的情況等。要調(diào)查清楚防止事故的安全措施是否完善有效，對事故的根本性、綜合性和深層次原因、教訓(xùn)進(jìn)行剖析，嚴(yán)肅處理事故的領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任者，對失職瀆職、玩忽職守的煤礦企業(yè)各級領(lǐng)導(dǎo)干部、職能部門負(fù)責(zé)人進(jìn)行嚴(yán)厲查處，對直接責(zé)任的領(lǐng)導(dǎo)者和肇事人絕不放過，依法嚴(yán)肅處理，公開懲處。要公開事故查處結(jié)果和事故教訓(xùn)，讓所有煤礦都汲取教訓(xùn)，以防止類似事故發(fā)生。

（二）總結(jié)事故教訓(xùn)。對前一階段發(fā)生的具有代表性、典型性的特別重大事故編寫成典型事故教材，使其具有思想性、理論性、技術(shù)性、法規(guī)性、管理性，發(fā)揮典型事故的警示教育作用。要堅持安全第一，預(yù)防為主，綜合治理，總體推進(jìn)，切實(shí)執(zhí)行黨和國家有關(guān)安全生產(chǎn)的方針政策、法律法規(guī)和企業(yè)安全規(guī)章制度，完善防止事故的針對性措施，進(jìn)一步抓好安全生產(chǎn)。

（三）抓好隱患的排查治理。各行業(yè)管理部門、集團(tuán)公司、煤礦企業(yè)要抓好安全管理，及時查處事故隱患，特別是對安全生產(chǎn)管理混亂、重大安全隱患整改不及時、嚴(yán)肅違反安全法律法規(guī)和規(guī)章制度的單位和責(zé)任人。要進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查、監(jiān)察，嚴(yán)厲懲處責(zé)任人。在懲治上要依法從重，行政上撤職降級，經(jīng)濟(jì)上按高限罰款。依法從重處理，可以起到警示教育，防止事故，保護(hù)廣大礦工人身安全的作用，體現(xiàn)“嚴(yán)是愛松是害”的理念。對待不認(rèn)真切實(shí)汲取事故教訓(xùn)，經(jīng)教育不改的，處罰上一定要更加嚴(yán)厲，決不能輕處。同時，各煤礦企業(yè)要針對查處的隱患和事故教訓(xùn)，補(bǔ)充修改措施，完善事故處理預(yù)案，并認(rèn)真貫徹執(zhí)行。

本文作者系原煤炭部總工程師

本期分送：總局黨組成員、煤礦安監(jiān)局領(lǐng)導(dǎo)，局機(jī)關(guān)各司局，各省、市、自治區(qū)和計劃單列市、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)，各省級煤礦安全監(jiān)察局。