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钻孔施工过程中CO中毒事故的分析及预防措施

文档作者：张淑同李秋林康建宁冯康武文档来源： 1．安徽理工大学能源与安全学院 2．瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室 3．中煤科工集团重庆研究院瓦斯研究分院 4．山东科技大学		点击数：	更新时间： 2021年11月30日
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第40卷第2期
2013年4月
矿业安全与环保
MINING SAFE IY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vo1．40 No．2
Apr．2013
张淑同，李秋林，康建宁，等．钻孔施工过程中CO中毒事故的分析及预防措施[J]．矿业安全与环保，2013，40(2)：89—91
文章编号：1008—4495(2013)02—0089—03
钻孔施工过程中CO中毒事故的分析及预防措施
张淑同 ，李秋林 ，康建宁 ’ ，冯康武 ，
(1．安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001；2．瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037；
3．中煤科工集团重庆研究院瓦斯研究分院，重庆400037；4．山东科技大学，山东青岛266590)
摘要：根据矿井瓦斯监测监控系统数据、现场勘查资料，以及不同氧化温度条件下煤的氧化速度和
CO生成量的研究成果，对一起穿层钻孔施工过程中发生的较大CO中毒事故中CO产生原因、来源进行
了技术分析，对钻孔内CO涌出量进行了测算，并提出类似条件下事故的针对性预防措施。
关键词：穿层钻孔；施工；CO中毒事故；预防措施
中图分类号：TD711 ．4 文献标志码：B 网络出版时间：2013—03—25 14：20
网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／50．1062．TD．20130325．1420．026．html
Analysis on CO Poisoning Accidents Occurred in Drilling Process and Preventive M easures
ZHANG Shutongl’2一
。LI Qiulin2一 KANG Jiarming2’3一．FENG Kangwu2’3
(J．School ofEnergy and Safety，Anhui University ofScience and Technology，Huainan 232001，China；
2．State Key Laboratory ofGas Disaster Monitoring and Emergency Technology，Chongqing 400037，China；
3．Chongqing Research Institute ofChina Coal Technology and Engineering Group，Chongqing 400037，China；
4．Shandong University ofScience and Technology，Qingdao 266590，China)
Abstract：In this paper，technical analysis was carried out on the generation cause and source of CO in a larger CO poisoning
accident happened in the process of crossing—hole drilling construction according to the mine gas monitoring data，the field survey
data and the research results of coal oxidation rate and CO generation under different oxidation temperature conditions，the CO
emission rate from holes was calculated，and the preventive measures against similar accident was proposed．
Key words：crossing-hole；construction；CO poisoning accident；preventive measures
煤是一种分层、多孔的有机岩石，具有较强的吸
附性，煤中的有毒有害气体涌入巷道和采掘工作面，
给矿井安全生产带来威胁(如瓦斯爆炸、窒息、中毒
等事故)。煤层中吸附的多数是CO 、CH 、N：等气
体，很少有CO气体，因为CO气体是煤氧化过程的
产物，只有在特定的条件下才能产生。近年来，随着
国家对煤矿瓦斯抽采力度的强化，矿井需要施工大
量抽采钻孔，其中以风力排渣为主的钻进工艺得到
了广泛应用，但在风力排渣的钻孔施工过程中，时有
CO异常涌出导致的中毒伤亡事故发生，已严重威胁
到煤矿的安全生产和施钻人员生命安全。
笔者针对一起底板抽放巷内穿层预抽钻孔施工
收稿日期：2012—09—10；2012—11—28修订
作者简介：张淑同(1979一)，男，山东新泰人，工程师，主
要从事煤与瓦斯突出灾害防治的科研与技术咨询工作。
E—mail：zstsdust@ 163．com。
过程中CO异常涌出导致的中毒伤亡事故，对CO的
来源进行了技术分析，并对CO涌出量进行了计算，
提出类似条件下的事故预防措施。通过个案技术分
析，以期加强矿井在类似条件下防止CO异常涌出
的管理，避免类似事故的再次发生。
1 事故经过及有毒有害气体分析
1．1 事故经过
2010年10月10日3点40分，南方某矿2 副立
井抽放联络巷施工抽采钻孔地点发生了4人死亡、
12人受伤的较大瓦斯事故。该巷主要用于提前施
工穿层钻孔抽采矿井2 副立井揭煤地点M 、M 、M 煤
层瓦斯，事故发生时正在进行穿层钻孔施工作业。
2 副立井抽放联络巷钻孔施工地点采用局部通
风机，配合q~600 mm的胶质风筒和PE管风筒压入
式供风。事故地点及附近通风系统中安装有监测
CH 、CO的传感器。
． 89 ·

第40卷第2期
2013年4月
矿业安全与环保
MINING SAFETY &amp;amp; ENVIRONMENTAL PROTECT【ON
Vo1．40 No．2
Apr．2013
采用专用打捞工具取出补6—3钻孔的钻杆及钻头
后，发现其存在明显的损害、磨钝、淬火现象，与钻头
连接的首根钻杆呈黑色，并有明显的高温掠过痕迹，
且有附着在钻头、钻杆上的结焦煤炭，如图4所示。
而3—7钻孔进行退钻时无卡钻现象，孔深3．4 m，能
看见孔底，未见煤。
图4 补6-3钻孔的钻头及钻杆结焦情况
由此分析可知，本次事故CO产生原因是补6—3孔
穿层钻孔施工过程中，过煤层时因卡钻，钻头、钻杆
反复与煤炭摩擦，产生高温、氧化煤炭所致。
2．2 CO产生来源技术分析
根据李莉等对煤炭氧化自燃实验室研究，得出
了在通气量50 mL／min条件下的煤样升温氧化规
律，如表1所示 。
表1 煤样升温氧化实验室测定结果
温度／qc CO浓度／10 温度／℃ CO浓度／10
3O 2．3 11O 96．O
40 4．5 12O 150．0
50 6．0 13O 271．O
6O 7．5 140 372．0
70 14．0 150 660．0
80 20．O 160 950．0
9O 32．O 170 l 705．0
loo 48．0 180 4 loo．O
由表1得出煤炭氧化释放出co的一般规律：煤
炭在30℃ 的常温下即可释放出CO；在6O 以下
时，CO的放出量上升速率较小；到70℃ 时CO放出
量与常温30℃相比增加5．1倍，说明氧化速率开始
增加；70～100 cC与常温3O℃相比，CO放出量增加
19．9倍；100～120℃时，煤样氧化速率开始平稳向
上增加；到130～170 oC时，氧化速率急剧增加；达到
180℃时，煤样进入燃烧阶段，CO放出量为正常氧
化的1 783倍以上；超过180 oC时，CO放出量开始
减少。
根据煤层厚度、钻孔孔径、煤的密度等参数
测算，本次事故处于卡钻段与钻头、钻杆发生摩擦接
触的煤炭约51．2 kg，计算可产生CO涌出量为
3．84 m。。
以上研究表明，本次事故CO来源于钻孔施工
过程中，钻头、钻杆长时间与煤粉摩擦产生高温，加
之压风中O 的不断输入，导致煤快速氧化，产生大
量CO
3 CO涌出量计算及致灾机理
3．1 CO涌出量计算
本次事故CO涌出量采用分段取平均值的方法
进行计算 J，风量实测值为650 rn ／min。
根据安设在事故地点回风系统S1633采煤工作
面专用排瓦斯巷风流中CO传感器数据，事故当13
(10月10日)凌晨3点48分CO浓度陡然增大至
7．3×10～，至11日7点48分恢复正常。其中10日
3点48分至5点5O分CO涌出量为3．3 nl ，10日
5点5O分至7点l7分CO涌出量为0．12 In ，10日
7点17分至11日7点48分CO涌出量为0．478 113。。
本次事故纯CO涌出量约为3．9 113-。，与计算值接近。
3．2 Co致灾机理
矿井内爆破作业、煤炭自燃及发生火灾或煤尘、
瓦斯爆炸时都能产生CO，根据规定矿井CO最高容
许浓度为0．002 4％¨3 J。CO与血红蛋白的结合力比
氧与血红蛋白的结合力大200～300倍，CO与血红
蛋白结合成碳氧血红蛋白(COrtb)，不仅减少了血球
携氧能力，而且还抑制、减缓氧和血红蛋白的解析与
氧的释放。
CO对人体的危害主要取决于空气中CO的浓
度，以及人与其接触的时间，如表2所示 4j。
表2 CO与人体中毒程度的关系
从表2可以看出，当CO浓度超过0．4％ 时人在
短时间内即致命中毒。本次事故救援时，救护人员
在事故发生3个多小时后测定CO 浓度达到了
0．26％ ，推测事故发生时CO最高浓度可达4．33％，
说明事故发生时CO已达到致人死亡的浓度从而造
成致死事件。
(下转第95页)
． 91．
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矿业安全与环保
MINING SAFETY ＆ ENVIRONMENTAL PROTECTION
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部位岩层裂隙发育且相对富水所致。
3 结语
1)通过双巷音频电透视及双巷三维并行电法探
测结果对比可见，A1区与YC1相对应，A2、A3及A4
区分别与YC3、YC4和YC5对应，说明两种方法对
工作面内底板岩层的赋水性探测具有较强的一致
性。但双巷三维并行电法技术对赋水区的空间定
位、范围控制的准确性及精度更高。
2)利用双巷三维并行电法探测技术，可较清楚
地反映工作面底板赋水区的范围，实现赋水区三维
空间定位，有力地指导钻孔探放水及钻孔注浆工程
施工。
3)两种数据采集观测系统各有特点，其中音频
电透视法施工快速，可以进行大范围勘探，而并行电
法采集数据量大，适合进行精细探查。
参考文献：
[1]高致宏，王彦红，陈青峰．工作面富水区探测-9矿井电
法一音频电透视在工作面富水区探测中的应用效果
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[4]刘树才，刘鑫明，姜志海，等．煤层底板导水裂隙演化规
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[5]程久龙，李文，王玉和．工作面内隐伏含水体电法探测的
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[6]施龙青，翟培合，魏久传，等．三维高密度电法技术在岩
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[7]张平松，刘盛东，吴荣新．采煤面覆岩变形与破坏立体电
法动态测试[J]．岩石力学与工程学报，2009，28(9)：
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[8]高召宁，孟祥瑞，赵光明．煤层底板变形与破坏规律直流
电阻率CT探测[J]．重庆大学学报，2011，34(8)：90—96．
[9]曾方禄，王永胜，张小鹤，等．矿井音频电透视及其应用
[J]．煤田地质与勘探，1997(6)：54—57．
(责任编辑：吴自立)
(上接第91页)
4 预防措施
1)在所有钻孔(含穿层和顺层钻孔)施工地点
增设CO传感器，以便对CO涌出情况进行实时监测
监控。
2)增大掘进工作面钻孔施工地点供风量，便于
快速稀释和排除有毒有害气体。
3)采用压风排渣打钻工艺时应将防尘水管敷设
至打钻地点，一旦有异常情况则转换为水力排渣工
艺，降低孔内温度和消焰。
4)钻孔施工地点配备专职瓦斯检查员，随时检
查有毒有害气体并采取相应措施。
5)施钻地点应配备压风自救系统或避难硐室等
安全防护设施，培训员工熟练使用压缩氧自救器。
6)管理、安检、监管等相关部门加强对钻孔施工
地点的监督检查力度。
7)严禁人员疲劳作业。
5 结语
目前大功率钻机和以压风排渣为主的干式钻进
工艺的推广应用，大大提高了钻孔施工效率，但同时
由于打钻过程中缺乏操作技术、预防措施，导致钻孔
施工过程中钻杆、钻头高速旋转与煤层摩擦，极易引
起煤层高温氧化，产生有毒有害气体，造成近年来
CO中毒事故时有发生。针对一起穿层钻孔打钻引
起的CO异常涌出导致的CO中毒事故，对CO产生
原因、来源、涌出量进行了技术分析与计算，并提出
预防措施，以期达到预防类似事故的目的。
参考文献：
[1]李莉，张人伟，裴晓东，等．张双楼煤矿煤炭氧化自燃实
验与分析[J]．煤矿安全，2006(2)：8—10．
[2]国家安全生产监督管理总局．AQ 1024-2006，煤与瓦
斯突出矿井鉴定规范[S]．北京：煤炭工业出版社，
2007．
[3]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局．煤
矿安全规程[S]．北京：煤炭工业出版社，2011．
[4]刘伟洲，刘刚，刘晓丽，等．煤矿通风综合技术手册[K]．
长春：吉林电子出版社，2003．
(责任编辑：李琴)
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