唐山矿井底车场通风异常的调查与分析

唐山矿井底车场大巷通风异常情况的调查及分析开滦集团唐山矿业分公司总工程师郑庆学一次突发的风流异常，造成井底车场多条巷道风向逆转、煤尘飞扬、风门打开，经分析计算，是由于一块巨大的异物从井筒坠落，在井巷中产生气流冲击而形成的。2004年1月31日14:20时左右，开滦唐山矿业公司调度室接井下调度员汇报，-600水平调度站附近大巷突然发生煤尘飞扬，同时，在此区域作业的人员反映，东翼石门口的风门短时被风吹开。公司调度室接到井下异常现象后，很快通知有关部门和领导，相关人员迅速赶到现场，安排应对措施，展开调查分析；并对井口异常区域附近全部通风巷道、风门、密闭及全矿井通风系统进行全面细致的检查，均未发现通风系统中设备设施的异常情况，并排除了瓦斯煤尘燃烧、爆炸事故。矿井简况：唐山矿拥有126年的开采史，年产量400万吨，开采深度-950m，通风系统复杂，总排风量456m3/S，主扇静压3700Pa，分为A、B两个工业广场；单从B区来看，有9号井、10号井、1号回风井、2号回风井四个立井，两进、两回，其中10号井为专用进风井，没安装井筒设施，上口没有暖风装置。通风异常区域如图中虚线段所示。调查搜集风流异常情况：现场调查中发现，在-600水平通往东翼石门的大巷，31日下午2点多钟，调度站外边突然由里往外（井口方向）出现一股大风和扬尘，与正常风流相反，约5秒钟后，风流停滞，经过半分多钟风流恢复正常状态，扬尘随即消失。上两点班的几名工人，快走到调度站时，也发现前面逆风吹来一股煤尘，当走过调度站不远时，煤尘便漫漫消失。下午2:08时左右，现场有人正走到东翼两风门之间，突然迎面的风门被反向吹开，同时发现身后刚刚通过的风门也开了，并伴有一股风加带着煤尘从迎面吹来；于是顺手扶住前面的风门，身后的风门随即自动关闭。通过风门后，风流已恢复正常，煤尘也自然消失。该处风门为5075皮带进风巷辅助风门，压力差较小，为1.1hPa。8号井上口信号工在14点多钟，听到候罐小峒的铁门被关闭的响声，并随后看到从链车方向顺风飘来一些粉尘。在-700车场，摆好道勾车后等待14：20时发车的司机王其，不久发现一股凉风加带着飞扬的粉尘由南向北逆风吹来，感到又冷又很呛人，2-3分钟后，粉尘风流恢复正常方向并向南消失。扬起的象是尘土。该处的正常风速较小，仅为0.3m/s。唐山矿井底车场通风示意图在702出口处的另一名司机魏国华，等着摆下趟道勾车；约14：10时左右看到由井口逆向过来一股扬尘，能见度较低，经过约3分来钟，扬尘向井口方向顺风消失；扬尘吹到离车头的最近距离约15m时转向。在道勾车中乘车的数位工人均看到了飞扬的粉尘，形成和消失的方向众说不一。位于各工作面及9号井下口信号工和其它峒室的当班工作人员，在此时间段内均没发现异常情况。所有被调查人员均没听到异常大的声响。据了解该时段内没有倒开主扇风机及通风系统调整等活动。在调查中还发现，位于-800水平与10号井下口直接相连的全风压供风风筒曾经有短时异常豉起现象，说明井筒中有很大的风压起浮变化。另外也发现10号井井筒中有严重的坠冰现象，时常有冰块呼啸着坠入井底。据以上现象分析，东翼风门被瞬间敞开和关闭应发生在14:08时左右，持续时间约2-5秒钟；-600、-700水平见到粉尘飞扬现象约在14:05~14:15时之间，粉尘所经过处持续时间约1~3分钟；扬尘成份除煤尘外还有大量尘土。初步分析：风流异常区域位于整个通风系统的进风侧，介于进风井和进风大巷之间的-600、-700、-800的井底车场，并且与10号井有着较好的巷道连通。根据现场实际情况分析，可以排除以下成因：①通风异常时段内没有爆炸声、没有过火巷道、没有CO等有害气体、异味等；故不属于瓦斯、煤尘、火引发的矿井通防事故。②通风异常时段内，东翼和其它各工作面及巷道，没有异响、没有明显的顶板来压、支架变形、采空区及密闭快速气体涌出，各工作面瓦斯传感器显视无异常，故不属于大面积顶板垮落或冲击地压引发事故。③5082付巷和7043总回风巷中的风速传感器无异常记录，主扇风机房和供电电台无异常记录，故不属于主扇风机故障事故。④全矿各风门密闭及主要通风设施，没有异常破坏现象，而且异常区域发生在-600、-700、-800三个水平底车场，时间较短，故不属于通风设施损坏造成的风流短路事故。结论：10号井井筒内大块冰高速坠落，经过-600、-700马头门时，使周围空气产生局部高气压和真空区，至使与10号井连通较好的巷道风流受到剧烈冲击而改变，并扬起积尘。①2004年1月份唐山地区最低气温达-16℃，10号进风井无暖风装置，下风量170m3/S，因此10号井井筒内俱有足够的结冰温度。②10号井井筒存在着一定的淋水问题。施工时在160m–180m曾遇大量涌水；井筒土皮以下也富含地表水。也就是说10号井地表至160m间井筒俱有大量结冰的条件。在气温回升或冰块不堪重负时有大量坠落的条件。③10号井井口标高分别为：+18，-590，-690，-800；从上口坠物至-600、-700、-800水平的理论速度分别为：107m/s，116m/s，125m/s；从上口160m坠物至各水平的理论速度分别为：94m/s，103m/s，113m/s，远远大于井筒正常风速3.2m/s。高速坠物在迎风侧和背风侧分别产生高气压区和真空区，迎风侧速压可达到6000Pa（按100m/s计算）；当该物体尺寸较大以至于可与井筒相比较时，它在井筒中的运动不仅是带动风流，而是快速挤压和抽动井筒和相邻巷道气流运动。④从10号井上口坠物到-600水平需11秒，从-600到-800仅需1.7秒。当大块冰高速坠落时，经过-600、-700水平马头门附近时，形成很强的高、低压区，短时间内交替作用，抽、压与之连通较好的-600和-700水平大巷空气，形成了东翼风门冲开和两个水平车场积尘飞扬的动力现象。启示：1、地处北方的煤矿进风井上口均应安设规范的暖风装置，加热进入井巷的空气温度不低于2℃。2、加强矿井防尘撒水工作，改善井下作业环境条件。3、在有条件的实验室环境下，作进一步的仿真实验，模拟研究煤矿井筒坠物对矿井安全生产的影响与危害。谢谢大家！