胡子恒

(華北科技學(xué)院，北京 065201)

0 引言

煤礦瓦斯爆炸事故是煤礦安全生產(chǎn)中的一大難題，每年都會造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。2019年3月29日，吉林八寶煤礦發(fā)生一起嚴(yán)重的瓦斯爆炸事故，在未了解清楚瓦斯爆炸原因和確認(rèn)爆炸發(fā)生地時盲目進(jìn)入煤礦進(jìn)行救援，造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為了徹底調(diào)查事故原因，防止類似事故再次發(fā)生，需對煤礦瓦斯爆炸調(diào)查方法進(jìn)行深入研究和探討。目前，煤礦瓦斯爆炸調(diào)查方法主要包括現(xiàn)場勘查、實(shí)驗(yàn)?zāi)M和數(shù)值模擬[1]?，F(xiàn)場勘查是調(diào)查煤礦瓦斯爆炸事故的基本方法，但由于現(xiàn)場勘查的限制，很難獲取完整的事故信息[2]。實(shí)驗(yàn)?zāi)M可以在實(shí)驗(yàn)室中模擬瓦斯爆炸過程，但是由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往難以完全反映實(shí)際情況[3]。數(shù)值模擬是一種新興的調(diào)查方法，可以通過計(jì)算機(jī)模擬瓦斯爆炸過程，提供更多信息和數(shù)據(jù)，但是目前的數(shù)值模擬方法還存在一些不足之處。本文將以吉林八寶煤礦的瓦斯爆炸事故為例，探討現(xiàn)有的煤礦瓦斯爆炸調(diào)查方法的不足之處，并提出一種基于數(shù)值模擬的新調(diào)查方法，更準(zhǔn)確地模擬瓦斯爆炸過程，幫助調(diào)查人員確定爆炸原因和采取相應(yīng)的措施[4]。

1 煤礦瓦斯爆炸調(diào)查方法的研究現(xiàn)狀

煤礦瓦斯爆炸是煤礦安全生產(chǎn)中的一大難題，對煤礦安全生產(chǎn)造成了極大威脅。目前，煤礦瓦斯爆炸調(diào)查方法主要包括現(xiàn)場勘查、實(shí)驗(yàn)?zāi)M和數(shù)值模擬。

現(xiàn)場勘查是調(diào)查煤礦瓦斯爆炸事故的最基本方法，通過對現(xiàn)場進(jìn)行勘查和調(diào)查，獲取事故的基本信息和現(xiàn)場情況，確定爆炸的范圍和原因等。但是由于現(xiàn)場勘查的限制，很難獲取完整的事故信息，特別是對一些難以進(jìn)入的區(qū)域或者已經(jīng)發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞的區(qū)域，現(xiàn)場勘查的效果非常有限[5]。

實(shí)驗(yàn)?zāi)M可以在實(shí)驗(yàn)室中模擬瓦斯爆炸過程，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和模擬結(jié)果驗(yàn)證，確定爆炸的機(jī)理和過程、爆炸范圍和影響等。但是由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往難以完全反映實(shí)際情況，特別是對于一些復(fù)雜的煤礦工作面的瓦斯爆炸事故，實(shí)驗(yàn)?zāi)M的效果非常有限[6]。

數(shù)值模擬是一種新興的調(diào)查方法，可以通過計(jì)算機(jī)模擬瓦斯爆炸過程，提供更多的信息和數(shù)據(jù)，以及更準(zhǔn)確的爆炸范圍和影響等。數(shù)值模擬方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煤礦瓦斯爆炸的調(diào)查中，如FLACS、KIVA等數(shù)值模擬軟件，可以模擬瓦斯爆炸過程，分析爆炸機(jī)理、爆炸范圍和影響等[7]。但是目前的數(shù)值模擬方法還存在一些不足之處，如模型的精度和可靠性等方面需要進(jìn)一步提高。

2 煤礦瓦斯爆炸原因

2.1 煤礦安全管理不到位

若煤礦安全管理不到位，可能導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的發(fā)生[8]，表現(xiàn)為以下方面：

(1)煤礦管理者對煤礦安全管理工作不夠重視，安全管理制度不完善，安全培訓(xùn)不到位，導(dǎo)致礦工對安全的認(rèn)識不夠，安全意識淡??；

(2)煤礦管理者對煤礦設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)不到位，設(shè)備老化、故障頻發(fā)，導(dǎo)致煤礦生產(chǎn)中瓦斯排放量過大；

(3)煤礦管理者對煤礦現(xiàn)場的監(jiān)管不到位，煤礦現(xiàn)場存在違章作業(yè)、安全隱患未得到及時處理等問題，導(dǎo)致煤礦生產(chǎn)中瓦斯?jié)舛冗^高[9]。

因此，為了預(yù)防瓦斯爆炸事故的發(fā)生，煤礦管理者需要加強(qiáng)對煤礦安全的重視，完善煤礦安全管理制度，加強(qiáng)煤礦設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)管，及時處理安全隱患，提高礦工的安全意識和安全技能[10]。

2.2 瓦斯?jié)舛冗^高

在煤礦生產(chǎn)中，瓦斯是無色、無味、易燃、易爆的氣體，一般來說，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5%～15%時，可形成可燃性氣體混合物，達(dá)到爆炸極限濃度時，只需一定能量就能引起爆炸[11]。瓦斯?jié)舛冗^高可能是由以下原因造成的：

(1)煤礦生產(chǎn)過程中瓦斯的排放量過大，超出了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的處理能力；

(2)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)不完善、通風(fēng)不暢，瓦斯不能及時排出；

(3)煤礦生產(chǎn)中存在違章作業(yè)，如在禁止使用明火處使用明火、在禁止吸煙區(qū)域吸煙等，可能引起瓦斯爆炸。

因此，為了預(yù)防瓦斯爆炸事故的發(fā)生，煤礦管理者需要采取一系列措施，例如，加強(qiáng)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)，確保通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；加強(qiáng)對煤礦現(xiàn)場的監(jiān)管，禁止違章作業(yè)；加強(qiáng)煤礦安全培訓(xùn)，提高礦工的安全意識和安全技能；加強(qiáng)對煤礦設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.3 煤塵爆炸

煤塵是一種易燃易爆物質(zhì)，當(dāng)煤塵在空氣中形成一定濃度的混合物時，只需一定能量就能引起爆炸。在煤礦生產(chǎn)中，煤塵是一種常見的危險(xiǎn)物質(zhì)，也是煤礦瓦斯爆炸的重要誘因[12]。煤塵爆炸可能是由以下原因造成的：

(1)煤礦生產(chǎn)中煤炭的破碎、運(yùn)輸、裝卸等過程中，煤塵的產(chǎn)生量過大，煤塵在空氣中形成一定濃度的混合物；

(2)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)不完善、通風(fēng)不暢，無法及時排出煤塵，導(dǎo)致煤塵在煤礦中積聚；

(3)煤礦生產(chǎn)中存在違章作業(yè)，如在易燃易爆區(qū)域吸煙、使用明火等，可能引起煤塵爆炸。

因此，為了預(yù)防煤塵爆炸引起瓦斯爆炸事故，煤礦管理者需要采取一系列措施，如加強(qiáng)煤炭的破碎、運(yùn)輸、裝卸等過程中的煤塵控制、通過濕法噴霧等方法降低煤塵的產(chǎn)生量。

2.4 設(shè)備故障

在煤礦生產(chǎn)過程中，各種設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)才能保證生產(chǎn)的安全和高效。若設(shè)備出現(xiàn)故障，可能會導(dǎo)致煤礦內(nèi)部的瓦斯積聚，引發(fā)爆炸事故[13]。

設(shè)備故障包括機(jī)械故障、電氣故障、儀表故障等。例如，煤礦通風(fēng)設(shè)備出現(xiàn)故障會導(dǎo)致瓦斯無法及時排出，瓦斯?jié)舛戎饾u升高，當(dāng)達(dá)到爆炸極限時，可能會發(fā)生瓦斯爆炸事故；煤礦瓦斯抽放設(shè)備出現(xiàn)故障可能會導(dǎo)致瓦斯無法抽出，增加瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

為了避免設(shè)備故障導(dǎo)致瓦斯爆炸事故，煤礦企業(yè)需要加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和檢修，定期對設(shè)備進(jìn)行全面檢查，及時發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行修理或更換。同時，煤礦企業(yè)也需加強(qiáng)員工培訓(xùn)，提高員工對設(shè)備的操作和維護(hù)水平，降低設(shè)備故障的發(fā)生率。

2.5 人為因素

若人員操作不當(dāng)、違反安全規(guī)定，可能會導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的發(fā)生[14]。人為因素包括以下方面：

(1)人員安全意識不強(qiáng)，對煤礦安全的重要性認(rèn)識不夠，忽視安全規(guī)定；

(2)人員違反操作規(guī)程，在禁止區(qū)域吸煙、使用不合格電器等；

(3)企業(yè)管理不到位，導(dǎo)致人員缺乏安全意識。

為了避免人為因素導(dǎo)致瓦斯爆炸事故，煤礦企業(yè)需加強(qiáng)員工的安全培訓(xùn)，提高員工的安全意識。同時，煤礦企業(yè)也需加強(qiáng)安全管理，建立完善的安全管理制度，嚴(yán)格執(zhí)行安全規(guī)定，保障生產(chǎn)安全[15]。

3 存在的問題與不足

(1)現(xiàn)場勘查不夠全面?，F(xiàn)場勘查是煤礦瓦斯爆炸調(diào)查的重要環(huán)節(jié)，但是在實(shí)際調(diào)查中，現(xiàn)場勘查往往不夠全面，可能會遺漏一些關(guān)鍵信息，影響調(diào)查的準(zhǔn)確性和可靠性。

(2)實(shí)驗(yàn)?zāi)M不夠真實(shí)。為了驗(yàn)證煤礦瓦斯爆炸的機(jī)理和原因，通常需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。然而，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法仍然存在一些問題，比如實(shí)驗(yàn)條件不能完全還原現(xiàn)場情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能完全反映真實(shí)情況等。

(3)數(shù)值模擬不夠準(zhǔn)確。數(shù)值模擬是煤礦瓦斯爆炸調(diào)查的重要手段之一，但是現(xiàn)有的數(shù)值模擬方法仍然存在一些問題，比如模型參數(shù)不準(zhǔn)確、計(jì)算精度不高等。

(4)缺乏綜合分析。煤礦瓦斯爆炸是一個復(fù)雜的過程，涉及多個因素，單一的調(diào)查方法難以全面分析和解決問題。因此，需要采用多種方法相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合分析，以更好地理解和解決問題。

(5)缺乏預(yù)防措施。煤礦瓦斯爆炸的調(diào)查不僅要探究事故原因，更要提出相應(yīng)的預(yù)防措施。然而，現(xiàn)有的調(diào)查方法往往忽略了這一點(diǎn)，需要進(jìn)一步完善。

為了更好地解決這些問題，需要進(jìn)一步完善現(xiàn)有的煤礦瓦斯爆炸調(diào)查方法，加強(qiáng)現(xiàn)場勘查、實(shí)驗(yàn)?zāi)M和數(shù)值模擬，采用多種方法相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合分析，提出相應(yīng)的預(yù)防措施，更好地預(yù)防煤礦瓦斯爆炸事故的發(fā)生[16]。

4 改進(jìn)及完善建議

(1)加強(qiáng)現(xiàn)場勘查。采用多種手段，如視頻監(jiān)控、傳感器監(jiān)測等，收集更全面的現(xiàn)場信息。此外，需要建立完善的現(xiàn)場勘查流程和標(biāo)準(zhǔn)，確?？辈楣ぷ鞯臏?zhǔn)確性和可靠性。

(2)設(shè)備和技術(shù)的改進(jìn)。為了提高實(shí)驗(yàn)?zāi)M的真實(shí)性，可以采用更先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)，如高速攝影、激光測量等，以還原現(xiàn)場情況。此外，需要建立完善的實(shí)驗(yàn)?zāi)M流程和標(biāo)準(zhǔn)，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

(3)優(yōu)化數(shù)值模擬。為了提高模型參數(shù)的準(zhǔn)確性和計(jì)算精度，可以采用更精細(xì)的數(shù)值模型和更先進(jìn)的計(jì)算方法，如多物理場耦合、網(wǎng)格優(yōu)化等。

(4)綜合分析。建立完善的數(shù)據(jù)分析平臺，將現(xiàn)場勘查、實(shí)驗(yàn)?zāi)M和數(shù)值模擬等數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和分析，以更好地理解和解決問題。

(5)數(shù)據(jù)庫的建立。建立完善的預(yù)防措施數(shù)據(jù)庫，將各種預(yù)防措施進(jìn)行分類和整理。

這些措施的實(shí)施將有助于提高調(diào)查的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)一步完善現(xiàn)有的調(diào)查方法，以更好地預(yù)防煤礦瓦斯爆炸事故的發(fā)生[17]。

5 探究新方法

造成“3·29”吉林八寶煤礦的瓦斯爆炸事故的主要原因是安全監(jiān)管未到位，并且在事故發(fā)生后并未確認(rèn)事故現(xiàn)場的安全狀況就組織人員進(jìn)行救援，造成救援人員傷亡。以此事故為例，可建立一種新型的事故調(diào)查救援方案：在事故發(fā)生后，及時明確事故發(fā)生原因并對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行安全勘探，利用現(xiàn)代化救援裝備及設(shè)備對事故現(xiàn)場進(jìn)行安全分析及數(shù)據(jù)收集，對所得到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M和數(shù)值模擬測試，以模擬結(jié)果和相應(yīng)數(shù)據(jù)為依據(jù)，由專家確認(rèn)現(xiàn)場救援方案，迅速對被困人員進(jìn)行營救。

6 結(jié)語

基于“3·29”吉林八寶煤礦的瓦斯爆炸調(diào)查方法研究表明，當(dāng)前的煤礦瓦斯爆炸調(diào)查方法存在一些不足之處，如現(xiàn)場勘查難度大、實(shí)驗(yàn)?zāi)M過程中存在誤差等[18]，因此需要采用多種方法相結(jié)合的方式以提高調(diào)查的準(zhǔn)確性和可靠性。在現(xiàn)場勘查方面，應(yīng)加強(qiáng)對煤礦瓦斯爆炸事故的現(xiàn)場勘查和證據(jù)收集，以便更好地了解事故的發(fā)生過程和原因；在實(shí)驗(yàn)?zāi)M方面，應(yīng)加強(qiáng)對煤礦瓦斯爆炸事故的實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究，以便更好地了解事故的爆炸機(jī)理和影響因素[19]；在數(shù)值模擬方面，應(yīng)加強(qiáng)對煤礦瓦斯爆炸事故的數(shù)值模擬研究，以便更好地了解事故的爆炸過程和影響因素。