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礦井火災事故調(diào)查關鍵技術(shù)難題及對策分析

文檔作者：李搖晶文檔來源：中煤科工集團重慶研究院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月09日
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李晶. 礦井火災事故調(diào)查關鍵技術(shù)難題及對策分析[J]. 礦業(yè)安全與環(huán)保,2016,43(1):111-114.
文章編號:1008-4495(2016)01-0111-04
礦井火災事故調(diào)查關鍵技術(shù)難題及對策分析
李搖晶
(中煤科工集團重慶研究院有限公司,重慶400039)
摘要:結(jié)合礦井火災事故的發(fā)生特點,在現(xiàn)有燃燒基礎理論、火災蔓延規(guī)律、火災事故調(diào)查處理技
術(shù)等研究的基礎上,分析了目前礦井火災事故調(diào)查存在事故因果關聯(lián)性研究不足、災區(qū)信息獲取與處
理技術(shù)欠缺等難題。通過事故調(diào)查,對掌握火災事故發(fā)生規(guī)律、預防事故再次發(fā)生等均有顯著的作用,
提出了一些對策措施建議,為提高礦山事故事后調(diào)查取證手段提供參考,也為安全生產(chǎn)應急救援裝備
的研發(fā)提供借鑒。
關鍵詞:礦井火災;事故調(diào)查;物證分析;真相還原
中圖分類號:TD75;X928搖搖搖文獻標志碼:C搖搖搖網(wǎng)絡出版時間:2016-02-02 23:12
網(wǎng)絡出版地址:http: / / www. cnki. net/ kcms/ detail/50. 1062. TD. 20160202. 2312. 044. html
Analysis on Key Technical Problems of Mine Fire Accident Investigation and
Countermeasures
LI Jing
(China Coal Technology and Engineering Group Chongqing Research Institute, Chongqing 400039, China)
Abstract: Combining with the characteristics of mine fire accidents and based on the basic combustion theory, the fire
spread regularity and the investigation and treatment technology of fire accidents, analysis was made on some difficult technical
problems present in the mine fire accident investigation such the insufficient research on the causal correlation of accidents and
the lack of information acquisition and treatment technology of fire accidents. The fire accident investigation has significant effect
for mastering the occurrence regularity of fire accidents, preventing the accident from happening again and so on. Some
countermeasures and suggestions were put forward, which provided references for the investigation and evidence collection after
the mine accident and also for the development of emergency rescue equipment.
Keywords: mine fire; accident investigation; material evidence analysis; truth reduction
收稿日期:2015-05-18;2015-12-10 修訂
作者簡介:李搖晶(1977—),女,四川人,助理研究員,主
要研究方向為礦山應急救援技術(shù)。E-mail:361589769@ qq.
com。
搖搖礦井火災事故是煤礦五大災害事故之一。煤礦
井下一旦發(fā)生火災,不僅會造成資源的損失、設備設
施的損壞,導致生產(chǎn)中斷,更為嚴重的是直接威脅作
業(yè)人員的生命安全。由于火災產(chǎn)生的大量CO 等有
毒有害氣體會導致人員窒息死亡,同時火災產(chǎn)生的
火風壓會引起風流逆轉(zhuǎn),進而導致礦井通風系統(tǒng)紊
亂,還會引發(fā)瓦斯與煤塵爆炸,因此煤礦火災是煤礦
安全生產(chǎn)的重大威脅之一[1] 。根據(jù)火災事故成因不
同,通常又分為外因火災和內(nèi)因火災,或明火火災和
自燃火災。由于造成火災的因素眾多、災害傳播機
理復雜、破壞程度大、災區(qū)存在潛在危險多等原因,
造成火災事故調(diào)查困難。
1搖礦井火災事故調(diào)查技術(shù)難題分析
1郾1搖幾起典型火災事故案例分析
2006 年8 月4 日,山西忻州地區(qū)大輝窯溝煤礦
發(fā)生火區(qū)致災事故,致18 人死亡,13 人受傷,事故原
因為地面塌陷,摧毀井下火區(qū)永久隔離煤柱即永久
密閉,導致有害氣體和火焰涌出;2008 年3 月5 日,
吉林遼源市金安煤礦工作面發(fā)生特大火災事故,致
17 人死亡,事故原因為-85 m 標高平巷煤層自然發(fā)
火后導致局部冒頂;2008 年9 月20 日,黑龍江鶴崗
市富華煤礦發(fā)生特大火災事故,致31 人死亡,事故原
因為11 號煤層底部,巷頂殘留煤柱破碎、裸露、漏風
引起煤炭自燃;2013 年3 月29 日,吉林省通化市八
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MINING SAFETY &amp;amp; ENVIRONMENTAL PROTECTION搖搖搖搖搖搖搖搖搖Vol郾43 No郾1
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寶煤業(yè)公司發(fā)生特大事故,致53 人死亡,20 人受傷,
事故原因為-4164 東水采工作面上區(qū)段采空區(qū)漏
風,煤炭自然發(fā)火,引起瓦斯爆炸,產(chǎn)生的沖擊波和
大量的有毒有害氣體造成人員傷亡;2015 年11 月
20 日,黑龍江省龍煤集團雞西礦業(yè)公司杏花煤礦發(fā)
生重大火災事故,造成21 人遇難、1 人下落不明,事
故的直接原因是膠帶道膠帶著火,有毒有害氣體沿
風流進入30#煤層左四采煤工作面,造成該工作面作
業(yè)人員中毒窒息死亡。
1郾2搖火災事故調(diào)查技術(shù)幾大難題
難題一:事故因果關聯(lián)性研究不足。引發(fā)火災
事故的潛在火源通常較多,事故發(fā)生的隱蔽致災因
素多在采空區(qū)溫度異常區(qū)、露頭隱蔽高溫區(qū)、老空區(qū)
隱蔽高溫區(qū)[2] 。在部分火災事故中,能夠反映事故
火源的物證或痕跡在事故發(fā)生時被毀,或被事故后
的破碎物體掩埋,很難根據(jù)現(xiàn)場物證及破壞情況判
斷引火源。近年來,針對礦井火災發(fā)生與煙氣流動
規(guī)律,從理論分析[3] 、數(shù)值模擬[4-5] 、實驗等方面均
進行了深入的研究,取得了豐富的研究成果,已基本
掌握礦井火災發(fā)生機理與災害蔓延規(guī)律。然而,現(xiàn)
有基礎研究仍不能支撐對礦井火災事故的定量分
析,對該類事故的分析仍處于半定量階段[6] 。針對
重特大火災事故所暴露出的火災科學與消防技術(shù)問
題,缺乏系統(tǒng)的專項科研立項研究,大量火災成因認
定分析缺乏技術(shù)支持。在分析火源時,根據(jù)現(xiàn)場勘
察和人員匯報結(jié)果,采取比較法和排除法確定引發(fā)
事故的火源,其準確性依賴于專家組掌握的客觀規(guī)律
及以往經(jīng)驗,摻雜了專家組對事故的主觀認識。
難題二:災害時期災區(qū)信息獲取與處理技術(shù)欠
缺。煤礦井下事故發(fā)生時,井下供電系統(tǒng)、音視頻系
統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)大多遭到破壞,現(xiàn)階段一般只掌握
事故發(fā)生前事故地點的基本情況,事故發(fā)生時及災
害蔓延期間災區(qū)信息無法得到詳細的掌握[7] 。與事
故救援相關的信息,既有來自井下未受到災害破壞
的視頻、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),災區(qū)幸存人員通過災區(qū)電話
反饋的信息,救護人員偵測、救援時監(jiān)測、拍攝、錄制
的信息;也有井上圖紙、文字資料、事故前監(jiān)控的信
息、人員口述等信息。災區(qū)信息量大,來源方式較
多,很難做到時間與空間的統(tǒng)一。事故救援時,災區(qū)
信息來源渠道主要是井下救護人員通過災區(qū)電話描
述,或救護人員返回地面后進行匯報,而不能在井下
偵測、救援過程中將災區(qū)有害氣體濃度信息、災區(qū)破
壞情況實時傳到地面,地面救援指揮中心不能及時
得到反饋。事故發(fā)生后對井下基礎設施所產(chǎn)生的破
壞包括可見的和不可見的2 個部分,對于不可見的
破壞程度信息不能依靠音頻、視頻等方式獲取,而是
建立在對事故孕育、發(fā)展、發(fā)生的機制研究基礎上,
結(jié)合發(fā)生地的基礎信息進行分析研究,才能基本掌
握不可見破壞程度信息[8] 。從某種意義上講,不可
見的破壞程度更能影響救援工作的有效開展。
難題三:痕跡物證發(fā)現(xiàn)、提取與保護技術(shù)不足。
我國在礦井火災事故調(diào)查的過程中,存在諸如事故
調(diào)查的法律法規(guī)不完善、事故現(xiàn)場保護不周、資料收
集不及時、取證裝備不全、事故調(diào)查報告存檔落后等
種種不足。事故調(diào)查的科學分析技術(shù)比較薄弱,現(xiàn)
場勘察分析技術(shù)缺乏系統(tǒng)性和綜合性,對煤礦事故
的調(diào)查和處理基本上建立在經(jīng)驗分析的基礎之
上[9] 。煤礦井下事故救援過程中,為清理堵塞物或
搬運傷亡人員,可能對痕跡或物證造成破壞;事故調(diào)
查取證時,現(xiàn)場保護措施不足、關鍵痕跡物證未標
記,或?qū)圹E物證收集、提取過程中,取證人員不按
現(xiàn)場勘驗的原則、方法和程序辦事造成物證損壞;物
證保存送檢過程中,保存方法不當造成物證損壞。
引起礦井外因火災事故的主要火源類型大致有放炮
火源、電氣火花、摩擦撞擊火花、自然發(fā)火、明火
等[10] 。同時由于礦井火災事故主要發(fā)生地點在采
掘工作面、掘進工作面所占比例較高,可以反映出事
故現(xiàn)場火源位置、著火點、火災致因的痕跡和物證在
這些地點容易受到破壞[11] ,或者在原來的痕跡物證
上又覆蓋很多新的痕跡和物證,造成逆推理分析“再
現(xiàn)冶事故發(fā)生過程的困難。
難題四:物證分析。煤礦井下存在大量可燃物
質(zhì),如坑木、膠帶、電纜、風筒等固體;變壓器油、潤滑
油和液壓聯(lián)軸器內(nèi)的透平油等油脂;煤和含碳的頁
巖等碳質(zhì)類物質(zhì);瓦斯、H2、CO 等可燃氣體。礦井內(nèi)
有較多可燃燒的物質(zhì)基礎。在發(fā)生火災事故后,調(diào)
查物證分析災變源、點火源、可燃物源及事故致因分
析方面難度大,影響因素多。部分痕跡物證需要送
至專門檢測機構(gòu)進行分析鑒定,而火災事故調(diào)查技
術(shù)鑒定機構(gòu)偏少,物證送檢需要耗費一定的時間,導
致火災事故調(diào)查周期長[12] 。盡管近年來對火災事
故現(xiàn)場勘察、痕跡、物證的表象和內(nèi)觀也有一定的分
析和檢測技術(shù),但尚未有全面的、系統(tǒng)的綜合歸納技
術(shù),缺乏實用、準確、統(tǒng)一的鑒定分析方法和模擬驗
證技術(shù)和裝備[9] 。對痕跡物證檢測的快慢在很大程
度上影響火災事故調(diào)查的進度。大部分用于物證分
析的高科技儀器、裝備由于價格昂貴、操作復雜、養(yǎng)
護要求高等原因沒有配備到事故救援、監(jiān)查部門,或
者即便配備了高精尖裝備,往往仍停留在實驗室應
用階段,而沒有在災區(qū)現(xiàn)場得到應用。
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難題五:事故真相還原、再現(xiàn)、重演。為還原事
故真相,既要掌握事故發(fā)生前的背景,又要掌握事故
發(fā)生時的狀況及事故后井下的傷亡和破壞狀態(tài)。其
中,對事故發(fā)生前的背景的了解,主要通過對上一班
工人的詢問和事故前監(jiān)控系統(tǒng)、人員識別系統(tǒng)、人員
定位系統(tǒng)監(jiān)控保存的數(shù)據(jù),以及圖紙和文字記錄資
料;事故發(fā)生時的情況主要通過對當班人員和幸存
者的詢問;事故發(fā)生后的狀態(tài)通過救援人員提供的
信息和現(xiàn)場勘察掌握。在事故調(diào)查現(xiàn)場難以獲得足
夠證據(jù)時,在條件允許的情況下,對重大火災事故常
采用事故再現(xiàn)的方法,模擬事故發(fā)生、發(fā)展和破壞過
程,從而提高事故調(diào)查結(jié)論的準確性和權(quán)威性[13] 。
對于礦井火災事故,由于其特殊性,既無法真實再現(xiàn)
與事故相同的環(huán)境條件,也不允許重復,這給事故致
因調(diào)查帶來困難。由于事故本身有較大的偶然性,
由諸多因素湊合在一起引起的后果,模擬試驗的條
件盡管和事故條件十分相近,但有時也不能完全再
現(xiàn)事故的全部過程,甚至會起到“反證冶作用。因此,
不能以試驗成功與否作為事故結(jié)論的唯一依據(jù),要
結(jié)合其他證據(jù)統(tǒng)一認定?，F(xiàn)有計算機數(shù)值模擬技術(shù)
可以得出礦井火災事故后災害蔓延規(guī)律,但不能展
現(xiàn)出災區(qū)現(xiàn)場的破壞過程及情況;而現(xiàn)有虛擬現(xiàn)實
技術(shù)雖能展現(xiàn)出事故的動態(tài)發(fā)展過程及巷道內(nèi)的動
態(tài)破壞過程,但不能展現(xiàn)出災害蔓延的時空規(guī)律。
若將數(shù)值模擬與虛擬現(xiàn)實技術(shù)有機融合,可使事故
再現(xiàn)更加貼近實際[13] 。隨著軟件技術(shù)與硬件設備
的發(fā)展,利用CFD 技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合,為重
演、再現(xiàn)煤礦火災事故發(fā)生與災害蔓延提供了可能
性[14-15] 。目前已經(jīng)有中國礦業(yè)大學運用虛擬現(xiàn)實
技術(shù)再現(xiàn)礦井火災場景[16-17] ,中煤科工集團重慶研
究院有限公司開發(fā)的煤礦安全虛擬仿真培訓系統(tǒng)中
嵌入了礦井火災模塊,在虛擬現(xiàn)實技術(shù)上已經(jīng)取得
一定成績[18] 。然而,由于非穩(wěn)態(tài)的氣體流場與火災
三維場景資源占有量較大,對硬件要求較高,目前仍
難以通過CFD 模擬與虛擬現(xiàn)實技術(shù)耦合再現(xiàn)火災
場景。
2搖難題解決對策
針對礦井火災事故調(diào)查存在的難題,結(jié)合礦井
火災規(guī)律、火災救災與調(diào)查技術(shù)裝備研究現(xiàn)狀及發(fā)
展趨勢,提出以下解決對策:
1)研究礦井火災環(huán)境中,災區(qū)常見物體可能發(fā)
生的物理、化學變化,以及變化后的特征參數(shù),形成
物體特征變化與災害強度、作用時間等相關聯(lián)的信
息數(shù)據(jù)庫,使對事故的定量分析成為可能。
2)針對災區(qū)信息獲取與處理難題,建議對井下
視頻監(jiān)控、氣體濃度傳感器進行產(chǎn)品升級研究,使監(jiān)
控系統(tǒng)在事故發(fā)生后一段時間內(nèi)仍能持續(xù)監(jiān)測并將
信息傳遞到井上;加強對救援偵測儀器、設備信息通
信技術(shù)的研究,使救護人員井下救援偵測到的信息
能實時傳遞到井上,并顯示、保存;加快研制適應礦
山各類災害救援現(xiàn)場需要的災區(qū)信息處理平臺。
3)規(guī)范應急救援行動,在行動中盡可能保護災
區(qū)現(xiàn)場、物證材料;規(guī)范事故調(diào)查取證程序,針對同
一類事故調(diào)查取證程序形成統(tǒng)一的標準;推進應急
救援及事故現(xiàn)場調(diào)查過程可視化與信息實時傳輸技
術(shù)。當前許多科研院所及高校正在開展諸如災區(qū)偵
測機器人、災區(qū)遠距離偵測儀器等偵測、取證儀器設
備的研制,已經(jīng)取得一定的研究成果[19] 。
4)加強對災區(qū)環(huán)境中常見物體破壞特征參數(shù)的
研究,建立火災證據(jù)表征物的數(shù)據(jù)庫;建立一套證據(jù)
的量化分析方法,為物證分析提供理論基礎;研制便
攜的物證分析儀器設備,使絕大部分物證分析技術(shù)
在事故調(diào)查現(xiàn)場就能夠得到應用;建立專業(yè)的煤礦
事故技術(shù)鑒定中心。
5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進步依賴于計算機軟硬件技
術(shù)的發(fā)展,加上三維事故環(huán)境模型、粒子系統(tǒng)和動態(tài)
紋理技術(shù)的復雜性,要想更加真實地表現(xiàn)事故災害,
還有許多研究工作要做。建議將災害發(fā)生機理及事
故蔓延規(guī)律融入虛擬現(xiàn)實技術(shù),形成逼真的礦井災
害事故場景;加強虛擬現(xiàn)實礦井模型快速構(gòu)建技術(shù)
的研究。
3搖結(jié)語
礦井火災事故調(diào)查是一門涉及多學科交叉的技
術(shù)工作。目前,在事故調(diào)查取證、分析、事故還原等
關鍵環(huán)節(jié)均存在一定的技術(shù)性難題,嚴重制約事故
調(diào)查的及時性與調(diào)查結(jié)果的準確性。應進一步深入
研究礦井火災事故發(fā)生及災害傳播機理,結(jié)合現(xiàn)代
先進的通信、檢測、計算機信息等技術(shù),開發(fā)先進適
用的取證及分析儀器設備,建立科學的分析方法,為
準確快速查明事故原因、還原事故真相提供硬件
條件。
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(責任編輯:李搖琴
蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛蕛
)
(上接第110 頁)
安全培訓規(guī)定》,加大煤礦安全教育培訓力度,貫徹
“按需施教,學用結(jié)合,保證質(zhì)量冶的原則,不斷完善
培訓制度,建立健全安全培訓考核機制。
4搖結(jié)語
1)由事故發(fā)生規(guī)律可知,突出與爆炸事故雖然
得到緩解但仍有反彈現(xiàn)象,應重點防治;私有經(jīng)濟煤
礦事故比重最大,國有重點煤礦死亡比例最高;西南
地區(qū)瓦斯災害最嚴重;節(jié)后與高溫時段為事故高發(fā)期。
2)分析事故原因得出,基礎條件方面,煤礦地質(zhì)
條件復雜,安全投入不足;行政法規(guī)方面,違法違規(guī)
行為嚴重,監(jiān)督工作薄弱;人本因素方面,煤礦從業(yè)
人員文化程度偏低,組織管理有漏洞。
3)針對基礎條件,應加大煤礦安全各方面投入;
針對行政法規(guī),應提高煤礦整改力度、提升依法監(jiān)管
水平;針對人本因素,應加大安全教育培訓力度,發(fā)
揮組織能動性。
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(責任編輯:李搖琴)
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