煤礦井下爆破事故產(chǎn)生原因分析
常天明 孟繁里
摘要：本文根據(jù)大量的現(xiàn)場調(diào)查資料，分析了煤礦井下因爆破作業(yè)引起事故的原因，指出炸藥爆燃、炮泥封堵長度不夠、巷道貫通措施不利和殘藥爆炸等是爆破事故產(chǎn)生的主要原因；最后應(yīng)用事故樹理論研究了爆破事故產(chǎn)生的原因。
關(guān)鍵詞：爆破事故 爆燃 炮泥 抵抗 事故樹
引言
在煤礦井下采煤（爆破落煤）和掘進(jìn)工作面，時(shí)時(shí)刻刻伴隨著瓦斯，而爆破作業(yè)經(jīng)常是在有瓦斯和煤塵爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域進(jìn)行的。1942年，本溪礦忽視安全技術(shù)，因爆破作業(yè)不安全，引起全礦煤塵爆炸，死亡1549人。統(tǒng)計(jì)資料表明，1976年全國統(tǒng)配煤礦發(fā)生的瓦斯和煤塵爆炸事故中，有35％是由于爆破怍業(yè)不安全引起的[1 ]。根據(jù)前蘇聯(lián)馬凱耶夫煤礦安全工作科學(xué)研究所的調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料，在煤礦井下含有瓦斯和煤塵的工作地點(diǎn)，40％以上的事故是由爆破作業(yè)引起的[2]，除此之外，爆破作業(yè)的不安全還會引起水災(zāi)、爆破飛石和殘藥爆炸等事故。
一、炸藥爆燃引起瓦斯爆炸事故
在煤礦井下采煤和掘進(jìn)工作面，大多采用銨梯炸藥，在銨梯炸藥中，硝酸銨的含量為67％至86％。由于硝酸銨極易吸濕結(jié)塊，當(dāng)炸藥水分含量過大時(shí)，不僅炸藥性能下降，而且安全性也降低。當(dāng)炸藥水分在0.3％以下時(shí)，安全性是有所保證的，當(dāng)水份增大到1％左右時(shí)，其瓦斯引火率可達(dá)30—40％，安全性顯著變壞。如某礦務(wù)局化工廠生產(chǎn)的二級煤礦炸藥，由于含有消焰劑20％，在雨季貯存時(shí)間長，吸濕結(jié)塊硬化現(xiàn)象特別嚴(yán)重、四年間在回采工作面共發(fā)生爆燃事故57起，直接威脅著煤礦井下的安全。除了炸藥質(zhì)量不合格使炸藥發(fā)生爆燃之外，當(dāng)炮眼布置太近時(shí)，先爆藥包的沖擊壓力使其相鄰的炮孔壁產(chǎn)生變形，從而炸藥因受擠壓密度增大導(dǎo)致爆燃。試驗(yàn)結(jié)果表明，對于2號銨梯巖石炸藥，在f=8-10的砂巖中，當(dāng)炮孔之間距離100mm時(shí)，后引爆的藥包由于先爆藥包的擠壓作用，使其密度增大出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象。1984年4月26日，北票礦務(wù)局某礦掘進(jìn)工作面，發(fā)生瓦斯煤塵爆炸事故，其原因就是后引爆炮孔中炸藥被壓實(shí)，使其失去爆轟能力發(fā)生爆燃，在爆破后7至10分鐘引燃瓦斯。在此之前，該礦在不到半年時(shí)間內(nèi)，先后發(fā)生三次炸藥爆燃和兩次爆破緩爆事故，緩爆時(shí)間分別為7和10分鐘。
二、殘藥爆炸事故
炮孔內(nèi)拒爆的雷管是很危險(xiǎn)的，在很少的沖擊功（4焦耳）的機(jī)械作用下就能爆炸。而普通鑿巖機(jī)（如YT24和YT23）的沖擊功都大于60焦耳。在雷管中最為敏感的部位是電發(fā)火頭。在加強(qiáng)帽以下的起爆藥和猛炸藥_能承受66焦耳的沖擊功。鐵法礦務(wù)局某礦在平巷掘進(jìn)中，某次爆破其中有一個(gè)底眼末爆炸，而在下一循環(huán)的打眼作業(yè)前，沒能仔細(xì)檢查殘眼，結(jié)果釬頭打到了殘藥中的雷管，并引起殘藥爆炸，致使兩名打眼工雙目失明。1977年12月某礦在豎井掘進(jìn)擴(kuò)邦打眼作業(yè)中，打入殘眼，引起殘藥爆炸，當(dāng)場兩名掘進(jìn)工死亡。分析電雷管拒爆有以下幾種原因，第一，在有淋水工作面使用非抗水普通紙殼雷管，例如阜新礦務(wù)局某主井掘進(jìn)中，采用普通紙殼秒延期電雷管，每次爆破炮孔總數(shù)65個(gè)左右，經(jīng)常有10個(gè)左右雷管拒爆，最多一次拒爆雷管多達(dá)28個(gè)，占雷管總數(shù)50%；第二個(gè)原因是炮孔數(shù)目過多，起爆網(wǎng)路的連接方法不合理，某些雷管電流過小而拒爆；第三個(gè)原因是雷管本身的質(zhì)量問題，如中途熄火，起爆能力不夠和貯存期過長雷管受潮等。
三、炮泥封堵長度問題
炮泥的堵塞質(zhì)量和長度直接影響到爆破效果和爆破安全。因?yàn)榕谀嗄茏柚贡怏w自炮孔逸出，增加爆炸應(yīng)力波的作用時(shí)間和沖量，從而影響巖石的破碎過程和炸藥能量利用率，在有瓦斯爆炸的工作面，炮泥除降低爆炸氣體逸出自由面時(shí)的溫度和壓力外，還會起著阻止灼熱固體顆粒（如雷管殼碎片）從炮孔內(nèi)飛出的作用。
根據(jù)1953年至1962年事故統(tǒng)計(jì)分析，由爆破作業(yè)引起的52起瓦斯爆炸事故中，有23起是由于炮泥封堵長度不夠而正向噴出火焰引起的，占總數(shù)的44％。雞西礦務(wù)局某礦開拓區(qū)，1990年12月22日，某掘進(jìn)工作面，炮孔深度1.2米，炮孔數(shù)目7至9個(gè)，每孔裝藥3—4卷，姜藥長度600—800mm，炮泥長度150mm，由于工作遇斷層瓦斯增大，風(fēng)筒斷路造成瓦斯積聚，而炮泥封堵長度比較短，也沒按作業(yè)規(guī)程規(guī)定使用水炮泥，這樣，爆破時(shí)炸藥打筒產(chǎn)生火花，導(dǎo)致局部瓦斯爆炸，造成直接經(jīng)濟(jì)損失30余萬元。煤礦安全規(guī)程規(guī)定，炮眼深度為0.6—1米時(shí)，封泥長度不得小于炮孔長度的1/2，炮眼長度超過l米時(shí)，封泥長度不得大小于0.5米。
四、巷道貫通爆破作業(yè)問題
在井巷工程中經(jīng)常會遇到正在掘進(jìn)施工中的巷道與另一條已施工巷道的貫通問題，如果井下測量工程有誤或者貫通爆破安全技術(shù)措施不得利，就會發(fā)生爆破傷人，崩壞機(jī)械設(shè)備，乃至引起瓦斯煤塵爆炸事故。煤礦安全規(guī)定，當(dāng)貫通的兩個(gè)工作面距15米時(shí)，地測部門必須事先下達(dá)通知書，并且只準(zhǔn)從一個(gè)工作面向前爆破施工，同時(shí)，在另一個(gè)工作面必須在爆破前檢查瓦斯。只有在兩個(gè)工作面的瓦斯?jié)舛榷荚?％以下時(shí)，在掘進(jìn)工作面方可裝藥爆破，并且在兩個(gè)工作面必須設(shè)專人警戒。
1958年9月16日，北票礦務(wù)局某礦因測量不準(zhǔn)，并且在爆破前沒有檢查貫通點(diǎn)瓦斯，爆破后引起瓦斯爆炸。1962年，鶴壁礦務(wù)局某礦掘進(jìn)回風(fēng)順槽，在貫通前，一個(gè)工作面停止作業(yè)，因局扇無人管理積存瓦斯，另一個(gè)工作面貫通爆破時(shí)，引起瓦斯爆炸。
五、分次爆破問題
在有瓦斯爆炸危險(xiǎn)的工作面，以瞬發(fā)爆破最為安全。煤礦安全規(guī)程規(guī)定，在有瓦斯和煤塵爆炸危險(xiǎn)的工作面雷管的總延期時(shí)間不應(yīng)超過130毫秒。嚴(yán)禁一次裝藥，分次起爆。分次爆破在有瓦斯工作面是相當(dāng)危險(xiǎn)的，其原因之一就是先爆的炮孔中的藥包極易在未爆炮孔周圍產(chǎn)生較大的爆破裂縫，二次爆破的爆炸火焰從裂縫中噴出，引起瓦斯爆炸；其二是盡管工作面采取通風(fēng)方法排出工作面瓦斯；但局部仍然積存有一定量的瓦斯，這樣從裂縫中噴出的火焰就會引起瓦斯爆炸。
根據(jù)英國統(tǒng)計(jì)資料，由爆破作業(yè)引起的瓦斯爆炸事故中，二次爆破引發(fā)的瓦斯爆炸事故約占75％，在我國約占65％。1970年5月，雙鴨山礦務(wù)局某礦，在回采工作面一次裝藥分次爆破，第一次爆破前檢查瓦斯?jié)舛炔怀^1％，而當(dāng)?shù)谌伪茣r(shí)引起瓦斯爆炸。雙鴨山礦務(wù)局某礦掘進(jìn)工作面，1987年7月2日一次裝藥兩次爆破，兩次爆破的間隔時(shí)間不足五分鐘，工作面的瓦斯未得到充分稀釋，又沒有執(zhí)行一炮三檢制度（裝藥前、爆破前和放炮后必須檢查瓦斯），違章爆破，引起瓦斯爆炸，死亡××人，直接經(jīng)濟(jì)損失18.8萬元。分次爆破容易引起瓦斯爆炸，而裸露爆破即放明炮更容易引起瓦斯和煤塵爆炸。1984年5月5日，鶴崗礦務(wù)局某礦采煤工作面，放明炮引起煤塵爆炸，死亡××人：部分巷道支架被摧垮，經(jīng)濟(jì)損失14萬元。又如，1986年3月13日，阜新礦務(wù)局某礦在煤倉內(nèi)用大量炸藥連續(xù)放明炮，每次藥量7—8個(gè)被簡炸藥，炸藥爆炸產(chǎn)生火花引起局部瓦斯和煤塵爆炸，死亡3人，重傷7人。
六、爆破安全距離問題
炸藥爆炸后在巷道內(nèi)會產(chǎn)生空氣沖擊波和爆破飛石，空氣沖擊波和飛石直接威脅著工人的生命安全和機(jī)械設(shè)備的安全。在井下爆破時(shí)，空氣沖擊波波頭超壓值可按下式計(jì)算：
△P=0.14Q／R3+0.094Q10.67／R2+0.05Q0.33／R式中：△P—空氣沖擊波超壓，MPa；Q—炸藥裝藥量，kg；R—距工作面距離，m。
根據(jù)作用到人體上的最大危險(xiǎn)沖擊波波頭壓力不應(yīng)超過0.09 MPa的原則，當(dāng)藥量已知時(shí)，就可以計(jì)算出保證人身安全的可靠沖擊波距離。除了人員不受沖擊波的危害之外，還必須保證人員不遭到爆破飛石的傷害。為了保證人員不受爆破飛石傷害，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，放炮員必須在有掩護(hù)的安全地點(diǎn)進(jìn)行放炮。掩護(hù)點(diǎn)到放炮工作面的安全距離，由礦務(wù)局根據(jù)具體條件規(guī)定。
1980年澄合礦務(wù)局某礦直線放炮距離92米，放炮員沒在有掩護(hù)地點(diǎn)放炮，結(jié)果爆破崩死一人，傷3人。1984年4月2日，雞西礦務(wù)局某礦掘進(jìn)工作時(shí)，拉底爆破時(shí)爆破母線只有13．5米，長度不夠，便將完好的毫秒電雷管腳線打開作為母線，聯(lián)接在放炮器的一端。當(dāng)起爆拉底炮時(shí)，聯(lián)結(jié)在放炮器一端的電雷管同時(shí)爆炸，引爆了爆點(diǎn)處堆放的炸藥（約6—9kg），使在此周圍的5名工人全部遇難。
七、爆破事故的系統(tǒng)分析
從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障是由于系統(tǒng)中各成分本身存在問題或成分之間發(fā)生沖突，使系統(tǒng)的運(yùn)行不協(xié)調(diào)而引起的。作為爆破事故，日本勞務(wù)省曾對建設(shè)業(yè)界發(fā)生的重傷事故進(jìn)行調(diào)查表明，不安全狀態(tài)（即物的因素）引起的事故占13％，不安全行為（即人的因素）引起的事故占8％，而大部分事故是由這兩種因素交錯(cuò)一起而引發(fā)的。
現(xiàn)以爆破作業(yè)引起瓦斯爆炸為例，用事故樹分析（FTA：Fault Tree Analysis）方法加以研究。把爆破作業(yè)引起瓦斯爆炸看作為一系統(tǒng)，該系統(tǒng)由人的因素（不安全行為）、物的因素（不安全狀態(tài)）和管理因素三部分組成。
首先是人的因素，即不安全行為，它包括放明炮、分次爆破、炮泥封堵長度不夠、爆破前沒有檢查瓦斯、貫通爆破前另一側(cè)瓦斯?jié)舛葲]檢查等等。其次是物的因素，即不安全狀態(tài)，它包括雷管拒爆、雷管起爆能力低、炸藥含水量過高爆燃，炸藥受擠壓后失去爆轟能力爆燃等等；第三是管理因素，這是一非常重要的因素，比如爆破器材管理制度不健全，工人違章操作某些領(lǐng)導(dǎo)干部不管，甚至干部帶頭違章作業(yè)，違章指揮，對瓦斯檢查員和放炮員培訓(xùn)監(jiān)督管理不得力等。
八、結(jié)束語
煤礦井下爆破事故是由操作工人、爆破器材和組織管理三個(gè)主要方面的問題所引起的，具體表現(xiàn)在：
（1）某些領(lǐng)導(dǎo)干部（括班、組長）生產(chǎn)管理中沒有嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》的要求執(zhí)行，安全檢查有死角，爆破器材管理制度不健全等；
?。?）某些操作工人沒能按施工作業(yè)規(guī)程的要求進(jìn)行作業(yè)，違章作業(yè)；沒有嚴(yán)格執(zhí)行一炮三檢制度；沒有按規(guī)程要求使用水炮泥和躲避所，炮泥封堵長度不夠。裝藥分次爆破，甚至放明炮；某些工作面的炮孔布置參數(shù)不合理，巷道貫通爆破時(shí)安全技術(shù)措施不得力等；
?。?）某些炸藥的質(zhì)量和雷管質(zhì)量有問題，比如炸藥水份含量過高，雷管拒爆和半爆等。只有嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》和施工作業(yè)規(guī)程以及各局、礦制定的安全措施，不斷強(qiáng)化安全監(jiān)察和安全管理工作，依法治礦，開展安全技術(shù)培訓(xùn)，才能將爆破事故消滅在萌芽狀態(tài)，解決在預(yù)防之中。
參考文獻(xiàn)
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