焦作煤矿瓦斯突出事故：分析与治理初步探讨

焦作煤田开采已有100多年历史，煤与瓦斯突出从1955年6月李封矿有煤与瓦斯突出计起已有62年时间。据1986年全局瓦斯鉴定，全局生产的十一对矿井中有李封矿大井、朱村矿、焦西矿、中马村矿、小马村矿、演马庄矿、韩王矿、冯营矿、九里山矿等10对矿井均为煤与瓦斯突出矿。

表4－51　焦作矿务局各矿瓦斯突出基本情况表

一、瓦斯突出基本情况分类

焦作矿务局第一次煤与瓦斯突出，是1955年6月24日发生于李封矿天官区9号半下12横贯。突出点标高—91.97米，距地表垂深257米。从第一次突出至1986年底，全局有十个突出矿井，共发生瓦斯突出229次，突出煤量15570吨，突出瓦斯量238万立方米。平均突出煤量73.1吨／次，最大一次突出煤量达1500吨，突出瓦斯量44万立方米。各矿井瓦斯突出基本情况见表4－51，具体分类有：

（一）按类型分：根据有突出类型记载的210次突出次数统计，其中：突出97次，占46.2%；压出49次，占23.3%；倾出64次，占30.5%。详见表4－52。

表4－52　焦作矿务局各矿瓦斯突出类型分类表

续表

注：各矿突出次数是根据有突出类型记载的突出次数。

（二）按强度分：根据213次有强度记载的突出统计，其中：小型（＜50吨／次）突出138次，占64.8%；中型（51～100吨／次）突出44次，占20.7%；次大型（101～500吨／次）突出25次，占11.7%；大型（501～1000吨／次）突出5次，占2.3%；特大型（＞100吨／次）突出1次，占0.5%。详见表4－53。

（三）按巷道类型分：在有记载的216次突出中，石门7次，占3.2%；煤平巷128次，占59.3%；煤上山41次，占19%；煤下山20次，占9.25%；回采工作面20次，占9.25%。见表4－54。

表4－53　焦作矿务局各矿瓦斯突出强度分类表

注：突出次数系突出煤量记载的突出次数。

表4－54　焦作矿务局各矿按巷道类型瓦斯突出次数分类表

煤与瓦斯突出一般在掘进煤巷中，突出方式以放炮诱导为主，也有镐刨煤壁即发生突出。突出位置多位于断层附近及其尖来处、小褶曲轴部及煤层厚度变化较大、煤质松软、煤层顶底板起伏变化大的部位。突出前多具瓦斯涌出量增大、瓦斯浓度增高、煤层自动掉块、发出响煤炮声等预兆，有时无预兆。

（四）按开采深度分：在有突出垂深记载的196次突出中，150～300米31次，占5.8%；201～250米76次，占38.8%；51～300米83次，占42.3%；大于300米6次，占3.1%。见表4－55。

表4－55　焦作矿务局各矿按开采深度瓦斯突出分类表

注：突出次数是有深度记载的突出次数。

1.瓦斯涌出

中马村矿属与瓦斯突出矿井，瓦斯涌出量大，经抽放后，瓦斯相对涌出量为15.50～38.06m3／t·d，绝对涌出量23.85～38.26 m3／min。历年矿井瓦斯鉴定结果（见表4－56）。

表4－56　矿井历年瓦斯涌出量统计表

矿井瓦斯主要来自煤层本身，顶板围岩中瓦斯甚小，放顶后瓦斯无明显增大。瓦斯涌出量组成以回采工作面和掘进工作面为主，次为采空区、残留煤柱和采落残煤。随着开采水平的加深，矿井瓦斯涌出量随之增大。

2.煤与瓦斯突出

生产中曾多次发生过煤与瓦斯突出（见表4－56），始突深度为202m（煤层底板标高－46m），突出最大煤量为900吨，最大瓦斯量为128507立方米。近年矿井采取了瓦斯抽放措施，煤与瓦斯突出次数逐年减少，突出强度有所降低。

（五）按作业方式分：据有记载的213次突出次数统计，放炮151次，占70.9%；打眼或落煤55次，占25.8%；架棚或装煤7次，占3.3%。见表4－57。

表4－57　焦作矿务局按各种作业方式瓦斯突出次数分类表

续表

二、瓦斯突出事故

在全局229次瓦斯突出中，强度超过500吨／次以上的大型和特大型突出共有6次。其中有3次是因防治措施不力或没有严格执行措施造成重大伤亡事故。

1975年8月4日，演马庄矿二水平皮带运输大巷在揭煤过程中，由于对揭煤的概念理解片面，认为揭露煤层即视为揭煤完成（实践证明无论由顶板到底板或由底板到顶板的揭煤，在全部穿煤阶段，都属于揭煤过程），因而忽略了揭露煤层以后的防突措施，放炮后引起一次特大型突出，突出煤量1500吨，瓦斯量44万立方米。突出的瓦斯逆风750米，至第一水平运输巷，又引起一水平东翼4处局部瓦斯燃烧和爆炸，造成44人死亡，54人负伤的重大伤亡事故。

1978年7月10日，中马村矿一七轨道揭露突出煤层，在打钻过程中引起突出。突出媒量650吨，瓦斯量11万立方米。突出的瓦斯逆风流进入大巷，引起两处瓦斯爆炸，造成27人死亡，23人受伤的伤亡事故。

1986年1月17日，焦西矿41071下运输巷掘进，由于违犯松动爆破措施规定，放炮后引起突出。突出煤量893吨，瓦斯量83038立方米。突出的强大瓦斯气流，因总回风巷道断面小（最小断面仅有2.36平方米），不能顺利排出风井，又从四一采区回风上山逆流至4皮带上山的另一独立通风系统中，造成在该系统工作的职工4人窒息死亡，多人负伤。

三、瓦斯突出特点

（一）据有突出煤量记载的213次突出统计中，中小型强度突出计182次，占85.45%。大型和特大型突出有6次，占突出总数的2.82%。但是，三起重大伤亡事故，都是在大强度突出时发生的。

（二）突出多发生在煤巷掘进工作面。据有记载的216次突出统计，发生在煤巷的突出有189次，占突出总次数的87.5%。说明在目前开采深度情况下，尽管回采工作面也发生过突出，但其突出远低于煤巷掘进工作面。(www.xing528.com)

（三）突出随开采深度增加而增多。从瓦斯突出垂深分类表可知，各突出矿井始突深度虽各不相同，但突出次数都是随着开采深度的增加而增多。从196次突出统计中可知：发生在150～200米垂深的只有31次，占15.8%。而发生在200～300米垂深的突出就有159次，占81.1%。垂深超过300米的突出虽只有6次，占3.1%，这是由于目前绝大多数开采地区垂深还未超过300米的缘故。

（四）突出多发生在放炮以后。从表4－55中可以看出，放炮引起的突出达151次，占70.9%。说明突出除地应力和煤层中瓦斯潜能外，外力的诱发作用是引起突出的重要条件。

（五）石门揭煤突出强度大、概率高。石门揭煤发生突出事故虽然只有7次，占总突出次数的3.2%，这是由于石门揭煤的工程量，少于煤巷的掘进量。从石门揭煤突出概率表看，还是较高的。同时，石门揭煤突出强度又往往较大。演马庄矿1975年8月4日特大型突出和中马村矿1978年7月10日大型突出事故，都是发生在石门揭煤过程中。

（六）突出因煤厚变化或软分层增厚而增加。小马村矿20次突出，发生在3米以上厚煤层中，占全井突出总数的87%。李封矿有45次，发生在煤厚超过4米或软分层变厚地点，占全矿突出总数的90%。九里山矿11061掘进工作面，每当软分层由薄变厚，突出危险性明显增加。1985年该掘进工作面先后发生7次突出，都是软分层由薄变厚时发生的。

四、影响煤与瓦斯突出的主要因素

（一）地质构造的影响。在地质构造带（如断层、褶曲、向斜、背斜等），围岩或煤层不但受到构造应力作用，积蓄有大量的弹性潜能，即地应力，而且也相应地遭到了程度不同的破坏，裂隙增多，为瓦斯储存创造了内在条件。当采掘工作面接近这些地区时，在矿山应力或放炮等外力诱发下，围岩或煤层中积蓄的弹性能量突然释放，煤层中储存的瓦斯也同时突然涌出，形成了突出动力现象。

如韩王矿2141工作面，处于九里山和凤凰岭两个大断层交会的三角带，中小型断层也比较发育并有沿煤层走向延展的一级褶曲，构造应力集中。1980年4月24日，该工作面投产后，在矿山压力诱发下，连续发生12次动力现象。朱村矿东一、东二下山地区，由于受3号井和39号井两个断层互相运动的影响，也先后突出35次，占全矿井突出总次数的85.4%。田门井的突出，多发生在煤层褶曲地带，该井在褶曲附近发生28次突出，占突出总次数的75%。焦西矿四一采区，位于煤层扭曲带，突出次数较频繁。1986年9月2日前，该采区掘煤巷1100余米，发生8次突出，其中41071工作面，上下风道掘进煤巷405米，发生6次突出，其中有两次大型突出。

（二）煤层瓦斯含量。在有煤与瓦斯突出煤层中，在其它影响因素基本相同的条件下，煤层瓦斯含量增大，瓦斯往往起明显作用。小马村矿1967年4月28日，在2350工作面打扩孔钻过程中，由于煤层瓦斯含量大，卡钻、喷孔现象严重，人员撤出后发生了突出，突出瓦斯9000余立方米，突出煤量只有5吨。这次突出，瓦斯的动力效应非常明显。

田门井曾多次发生瓦斯喷出，其中最大一次喷出瓦斯20000余立方米，煤仅12吨。演马庄矿1975年8月4日发生特大突出事故，强大的瓦斯气流，把突出的煤，堆积在长达276米的巷道内。焦西矿1071工作面上风道1986年9月2日的突出，将一辆矿车向外冲移70余米，并摧毁一道防逆流反向风门墙垛，这都充分显示出高压瓦斯气流的强大动力效应。

（三）煤层结构。焦作矿务局现开采的煤层（俗称大煤），平均煤厚5～6米。煤层结构一般分三个自然分层，煤层上下部各有一层0.5～1.2米厚的软分层，上部的软分层，称为酥软煤，是突出危险的标志层。该软分层极松软易碎，外表特征呈半暗或暗型光泽，裂隙极为发育，强度很低，可捻搓成毫米级碎粒或煤粉。当该软分层变厚，发生突出的危险性就明显增大。这主要是因为软分层变厚，煤层强度大大降低，裂隙增多，瓦斯含量就大，为突出创造了条件。

（四）顶底板岩性及其结构。当煤层顶、底板岩性较致密，胶结好，透气性差，隔水层厚，则突出危险性就大，反之则小。韩王矿二一采区煤层上伏属陆相地层，岩性以泥岩、粉砂岩和砂岩为主，有较好的贮气条件，煤层直接顶虽为砂岩，但结构致密，胶结好，透气性差，也不含水，底板为泥岩，是较好的隔气层。该矿一水平瓦斯很小，但二一采区开采后，不但煤巷掘进发生突出，而且2141工作面回采时，也发生了12次突出。

五、瓦斯治理

对于焦煤公司来说，瓦斯无疑是制约安全发展的最大“拦路虎”，在现有的13对矿井中，有10对为煤与瓦斯突出矿井，主采煤层瓦斯含量每吨最高达32立方米。自1955年6月24日第一次发生突出以来，迄今已发生煤与瓦斯突出340余次，其中最大一次突出煤量2397吨，瓦斯量23万立方米，曾造成过重大伤亡事故，对安全生产造成了巨大威胁。

为彻底消除瓦斯威胁，近年来焦煤公司将瓦斯治理作为“一号工程”来抓，从管理到技术全方位加大力度，使瓦斯治理工作取得了突破性进展。2013年，该公司杜绝了瓦斯超限现象，在10对区域瓦斯治理矿井中，有8对实现了采掘平衡，不仅确保了安全生产，而且为应对危机奠定了基础。

（一）治理方式

从短兵相接到和风细雨。焦煤公司是河南能化集团公司的瓦斯重灾区，治理任务重、难度大。为此，该公司把“区域不消突不进煤层”作为瓦斯治理的原则，把“瓦斯抽采不达标，不安排采掘作业”作为生产组织的前提，健全瓦斯管理体系，多系统联动，保证区域瓦斯治理所需的人、财、物及时到位，彻底改变原有“短兵相接”式的瓦斯治理方式，把以本煤层治理为主的区域治理措施转变为以底板穿层抽采为主的区域治理措施。同时，建立健全以总工程师为核心的矿井防突技术管理体系，加强矿井防突队伍建设，并根据区域瓦斯治理需要优化通风系统、抽采系统、供电系统、压风系统、提升运输系统，为区域瓦斯治理提供保障。瓦斯治理方式的转变，是焦煤公司瓦斯超限现象大幅下降，瓦斯治理的过程也变得和风细雨，实现了安全治理瓦斯的目标。

该公司还在高突矿井的考核上，改变以煤计资的考核办法，重点对瓦斯治理矿井抽采达标煤量、瓦斯抽采量、抽采浓度等指标进行考核，调动了各单位治理瓦斯的积极性和主动性，使高突矿井步入良性循环，实现抽掘采平衡。

（二）科学防治

从虎口拔牙到瓮中捉鳖。焦煤公司原先边采煤边治理瓦斯的方式被喻为“虎口拔牙”，这种“杀敌一千自损八百”的治理模式不仅阻碍了企业的发展，而且给安全生产带来了威胁。为实现科学防治瓦斯，焦煤公司紧紧围绕区域瓦斯治理的重点和难点，强力推进科技创新，努力打破制约区域瓦斯治理的瓶颈，促进了焦煤瓦斯区域治理工程的顺利实施。

封孔效果是煤层瓦斯抽采的关键。近年来，焦煤公司在采取更换封孔材料、深封孔、全长封孔措施后，仍普遍存在封孔不严、抽采浓度低、抽采效果差的情况。为提高瓦斯抽采效果，该公司借鉴国内外封孔技术优点，研制出加压封孔技术，使单孔抽采浓度提高到90%以上。研究推广使用适应焦作煤田的瓦斯综合抽采技术，形成了立体交叉综合抽采体系。研究并强制推广应用密钻孔网格式抽采措施，大幅度提高了煤层透气性。目前，该公司年抽采瓦斯量由原来的1500万立方米提高到1亿立方米，彻底消除了工作面回采期间瓦斯突出的危险，变虎口拔牙为瓮中捉鳖，为提高综采机械化率、提高单产单进水平创造了条件。

（三）瓦斯利用

从势不两立到化敌为友。随着瓦斯抽采量的不断提高，焦煤公司逐渐加大瓦斯利用的力度，实现了从势不两立到化敌为友的转变，让昔日的“隐形杀手”造福千家万户。

焦煤公司原先只有少量的高浓度瓦斯得到利用，大部分低浓度瓦斯则直接排放到大气中。为提高瓦斯利用量，该公司改造九里山矿地面供气管路，将东风井泵站抽采的瓦斯输送至西风井利用，日增加瓦斯利用量1000立方米以上；对古汉山矿井下抽采管路系统进行技改，将16采区瓦斯输送至中央泵站，日瓦斯利用量增加2000～6000立方米；对演马庄矿井抽采系统进行改造，使东泵站恢复了瓦斯利用，日增加瓦斯利用量5000～10000立方米。

该公司还采取井下抽采系统联网改造、分源抽采、增透技术、提高封孔质量、合理布置钻孔等综合措施，大幅提高瓦斯抽采量和利用量。2013年，该公司瓦斯抽采量突破1亿立方米，利用量达到4800万立方米，同比分别增加7.3%和15.2%，为历史最高水平，形成了以利用促抽采、以抽采保安全的良性循环，瓦斯利用量连续多年居河南省第一。