山东栖霞笏山金矿“1·10”重大爆炸事故救援战例研究.pdf

1FORUM ON DISASTER REDUCTION 减灾论坛宋丙剑，中国消防救援学院应急救援系救援技术教研室主任，副教授，中国消防协会会员，SFAR 现场急救员课程导师，享受军队优秀专业技术人才三类岗位津贴。长期从事地质矿产勘查、地质灾害防治、应急救援等方向的教学与研究工作，曾主持武警黄金指挥部内蒙古东乌珠穆沁旗汗敖包乌兰多金属成矿规律及成矿预测研究（2015 年）等重点课题研究。主持编著北京南口地区地质矿产调查实习指导书等著作 3 部，参与编制突发地质灾害应急救援技术导则等行业规范，发表学术论文 20 余篇。多次被评选为“优秀教师”，荣立三等功 1 次。前言笏山金矿位于山东省栖霞市西城镇笏山村，是一座大型多金属矿床，开采矿种为金、银，开采方式为地下开采（图 1）。2021 年 1月 10 日，山东栖霞市笏山金矿在混合井、回风井间的巷道贯通工程施工过程中，井口罐笼气割产生的高温熔渣块不慎掉入回风井井筒中，引起马头门内堆放的炸药包装纸箱等可燃物燃烧，导致硐室内的导爆管雷管、导爆索和炸药发生爆炸。在组织救援过程中，涉事企业为了下放风机，对井口槽钢横梁进行气焊切割，致使高温熔渣掉入井筒中，引发井下第二次爆炸。两次爆炸发生在距离井口 240 米的“一中段”，造成回风井损毁严重，局部地段被堵死，井筒梯子间损坏，通信系统损坏，罐笼无法正常运行，堵塞了作业人员的逃生通道，导致 22 名矿工被困井下。其中 9 名作业人员被困井下距离井口 596 米处的“五中段”，13 名作业人员被困井下距离井口 646 米处的“六中段”，如图 2 所示。经山东省委、省政府事故调查组认定，栖霞市笏山金矿“110”重大爆炸事故是一起由于企业违规存放、使用民用爆炸物品和井口违规动火作业引发的重大生产安全责任事故，造成 10 人死亡，1 人失踪，直接经济损失 6847.33 万元。事故发生后涉事企业和属地政府均未按照有关规定报告，构成迟报瞒报。山东栖霞笏山金矿“110”重大爆炸事故救援战例研究宋丙剑陶昕益崔堃鹏林金良2城市与减灾CITY AND DISASTER REDUCTION爆炸事故救援的基本特征（一）违规作业、迟报瞒报是造成事故的直接原因笏山金矿回风井发生爆炸后，涉事企业及施工单位到达事故现场后自行组织救援，但由于处置不当，引发井下二次爆炸。金矿所在的西城镇党委负责同志从村民处获悉发生事故，立即向属地政府有关负责同志作了报告。到现场了解情况后，属地政府的主要负责人认为被困人员获救可能性较大，做出暂不上报、继续组织救援的决定。在烟台市应急管理局主要负责同志要求属地政府进行核实后才决定上报。由于迟报瞒报达 30 多小时，错过了救援的黄金时间，增加了井下被困矿工的危险。如果第一时间上报，22 名被困人员最终的命运将会截然不同，特别是五中段头部受伤的矿工也许就能得到及时治疗，不会死亡。并且，如果不是涉事企业违规作业、盲目救援，六中段的部分矿工也不会在爬到三、四中段时因二次爆炸而死亡。因此，可以说迟报瞒报、救援不当是造成矿工死亡的根本原因。（二）依靠科技、八方救援是矿工得以获救的关键突发事件所遇到的现实情况往往难以预测，既需要周密严谨的决策部署，也需要过硬的应急救援能力。在笏山金矿爆炸事故救援行动中，企事业单位、政府专业救援力量、社会志愿者以及个人纷纷参与进来，为救援行动贡献力量。公图1笏山金矿全景图图2回风井和钻孔救援施工进度示意图回风井1 号1 号4 号7 号2 号3 号3 号6 号8 号5 号备用井-400 米抽水17 日 6 时17 日 6 时201 米，201 米，换新钻机换新钻机-246 米爆炸点21 日-138 米1 月 21 日-554 米四中段（-300 米）四中段（-300 米）24 日 1 名工人获救24 日 1 名工人获救五中段（-350 米）五中段（-350 米）24 日 10 名工人获救24 日 10 名工人获救六中段（-400 米）六中段（-400 米）I7 日 13 时 55 分贯穿I7 日 13 时 55 分贯穿20 日成功透巷 5 中段20 日成功透巷 5 中段-420 米，处理卡钻-585.8 米-637 米180 米清障点0 米海拔线注：1、5、7、8 号孔为五中段救援孔，2、3、4、6 号孔为六中段救援孔。其中 2 号孔因遇破碎带卡钻，5 号孔因偏离 7.3 米无法纠偏，均废弃。后续又增加 9、10、11、12 号钻孔用于辅助探测、生命救援及巷道排水。3FORUM ON DISASTER REDUCTION 减灾论坛开资料显示，现场指挥部紧急调动 20 支专业救援队，690余名救援人员，420 余套救援装备开展救援工作。救援过程中深井钻机、大口径钻进技术、地下搜救技术发挥了重要作用。国家矿山应急救援队大地特勘队历时四天四夜，采用救援钻孔准确定位技术、快速钻进技术，克服了地质条件复杂等难题，成功打通了 3 号钻孔“生命维护监测通道”；河北“逆行者”救援队，提出了井筒清障的有效解决方案，有序推进了清障工作；中煤五建公司采用“双层吊盘+气焊切割+液压切割”技术，疏通回风井，清障效率提高 5 倍以上，成功为被困矿工开辟了生命的通道。（三）领导重视、举国关注是救援顺利实施的保障笏山金矿爆炸事故发生后，党中央、国务院非常重视，应急管理部派出工作组指导救援工作，山东省委、省政府主要负责人先后 4 次到事故现场指导救援工作。正是由于各级领导的重视，有效地调动了八方力量参与救援，确保了救援工作的顺利开展。同时，全国人民及媒体也都在关注此次救援，“山东金矿”“爆炸事故”“被困人员安全”“死亡赛跑”“省委书记喊话被困矿工”“纸条”“赶赴”“迟报 30 小时”“责任人被控制”等词成为互联网上的热词，有效推动了救援工作的进行。（四）团结一致、积极自救是矿工赖以生存的前提从获救人员的经验来看，被困矿工具有坚定的求生信念、积极的思维方式和求生之法，通过相互之间的鼓励，积极配合地面救援行动，才最终得以获救。五中段有一位被困矿工，凭借一定的自救知识和互救经验，积极组织被困矿工到安全区域避难，带领被困矿工走出缺水断粮的窘境。另一位获救的被困矿工表示，爆炸发生后他们一直没能进食，实在饥渴难耐，就喝一点巷壁上渗出的水，当其成功升井后双手合十以表感谢，这也是求生信念的一种表示（图 3）。爆炸事故应急救援难题为提高救援效率，尽快救出被困人员，救援队伍一方面加快清理回风井井筒障碍物，另一方面加快地面打钻，开辟生命通道。具体工作涉及通风排毒治水、大口径钻孔钻进、井筒清障施救等多项内容，现场救援情况复杂、难度较大、任务艰巨。（一）井筒清障难作为被困矿工升井的最重要通道，通风井井壁的清理和加固必须争分夺秒。井筒内施工空间窄、吊笼断面小，清障施工难度极大，并且切割作业时会产生烟尘和一氧化碳。同时，水分蒸发产生的大量雾尘导致井下能见度进一步降低，即使使用强光手电可视距离也仅能达到几十公分。此外，各种供风排水管路、栅栏、线缆等交织在一起，切割工作进行的非常困难。当清障到 350 米处时，又遇到了更严重的堵点，作业人员尝试了水切割、电切割，最后以扩张钳、液压钳等切割方式才完成清障。（二）钻孔钻进难钻进工作遇到的第一个难题是深度大，整个矿井深达700 多米，其中有人的五中段和六中段深度分别达到 596 米和 646 米。第二个难题是地质环境复杂，钻井施工过程中会遇到石英岩、脉状花岗岩等硬度非常大的岩石，也会遇到片麻岩、片岩等硬度很低的岩石，还出现了大量断裂带，容易造成钻头的崩断、过快磨损、卡钻、透水等情况，都会降低救援效率（图 4）。第三个难题是钻孔定位难，要深入到地下600 米，打孔位置的偏离或歪斜均会导致钻孔失败，笏山金矿巷道 3m3m，意味着允许的最大位移为 1.5m。钻孔钻图3救援现场4城市与减灾CITY AND DISASTER REDUCTION进过程中，2 号孔遇破碎带卡钻，5 号孔偏离 7.3 米无法纠偏，全部废弃。此外，救生孔保护也是一个难题。救生孔在地面的孔径 2 米左右，向下逐渐变窄，最终达到矿井深处的孔径可能在 10580mm。当这些岩层中突然出现 710mm 以上的空洞，洞口周边的岩石会挤压洞口，导致洞口变形甚至垮塌。因此在向下钻孔的同时，还需同时下钢制套管，保护钻孔暂时不变形。另外，当钻到断裂带的时候，钻井内出水较多，水导入巷道，易造成井下水位提高，对被困人员造成危险，还需进行防水堵漏处理，防止地下水涌入，解决井下水位上涨问题。（三）救援时间紧救援时间涉及井筒清障和钻井钻进的速度。笏山金矿井筒装备遭到爆炸破坏，破坏了通信系统，大火燃烧消耗了井下空间里的氧气，释放大量有毒气体，通风管下放阻力大，清除障碍物及排放有毒气体需要较长时间，诸多因素给救援带来了重重困难。对于这种大孔径深井，施工周期可能长达十余天，甚至几十天。此外，还需考虑钻孔失败重新选址打钻的情况，会进一步延长施工周期。因此本次救援采用的是“两条腿走路”，一方面打通原有的通风井井筒，另一方面准备大孔径打孔救援。但这个方法施工周期较长，根据平邑救援大孔径完钻时间及经验推算，深度为 600700 米的大孔径钻井的施工周期至少需要 3 个月左右。然而根据救援指挥部推测，如果矿下不及时排水，各基建面完全灌满地下水的时间为 7 天，因此留下的救援窗图4笏山金矿井筒示意图口期非常短。万幸的是，通过采用“两条腿走路”的救援思路，在极限救援期的最后时刻，大地特勘队成功打通五中段，并发现12 名幸存者，扭转了现场救援的被动局面，鼓舞了士气、振奋人心，引起了强烈的社会反响，坚定了现场救援人员的信心。（四）救援压力大笏山金矿爆炸事故受到了党中央、国务院、应急管理部、山东省委省政府的高度重视，要求不惜一切代价，全力以赴救人。许多主要领导还多次赶赴现场，亲自调派救援队伍提供有力支援。这次救援也牵动着全国人民的心，各级新闻媒体、自媒体争相报道，救援的进展和消息都会及时发布到网上，并引起热议。正是由于此次救援社会关注度高、指挥部寄托希望大，全体指战员都承担着巨大的压力。爆炸事故应急救援技术笏山金矿爆炸事故应急救援过程中，主要采用了快速清障技术、大口径钻探技术、定向快速钻进技术、侦检搜索通信技术等应急救援技术。（一）快速清障技术井筒是矿工升井的主要通道。笏山金矿爆炸事故发生后，由于爆炸导致井筒内供风供水排水管路、供电通信电缆、金属梯子、钢丝绳、玻璃钢板等各种障碍物交织在一起，造成严重堵塞，作业场地狭窄，清障难度极大。救援刚开始时，采用的是吊笼清障方式，每次只支持 3 名工作人员下井，2人开展作业，清障速度较慢。最终专家组提出采用“双层吊盘+气焊切割+液压切割”的高效清障方案，增加井下切割机至 4 台，专业清障队伍 24 小时交替作业，清障效率提高5 倍以上，最终由中煤五建公司将井下 350 米至 380 米井筒的严重堵塞段打通。（二）大口径钻探技术大口径钻探通常指的是直径大于 500mm 钻头的钻进技术。在矿山救援中，大口径定向快速钻探技术是世界性难题。目前，矿山救援大多采用小口径钻头快速钻至事故区域，通过孔洞开展生命探测、通信建立、给养输送等工作，但此技术很难达到理想的救援效果。而大口径快速钻探技术，可以建立升井通道，投放救生舱，实现被困人员快速获救。在笏山金矿救援过程中，14 天打出 12 个钻孔，其中包括 3 个大5FORUM ON DISASTER REDUCTION 减灾论坛口径救援孔和 2 个排水孔。生命保障通道打通后，当务之急是要通过大口径排水孔进行排水减水。但大孔径排水孔钻进施工难度较大，一是要求定位准确，只有准确打到六中段水仓，才能起到有效排水作用；二是施工精度要求较高，要避免因纠偏产生弯曲率，如果钻孔弯曲，会影响水泵下放。国家矿山应急救援队大地特勘队的快速钻进工艺技术、超直井精确中靶技术、大口径钻孔施工技术、水平井注浆堵漏技术发挥了重要作用（图 5）。（三）定向快速钻进技术定向钻进技术是指利用钻孔自然弯曲规律或人工造斜工具，使钻孔按设计要求钻进到预定目标的一种钻探方法，是矿山灾害钻井救援关键技术之一。笏山金矿救援过程中，3号孔在地下 521 米处井底位移达 7.4m，超过了巷道允许的1.5m 最大位移。经研究，国家矿山应急救援队大地特勘队采用泥浆定向钻进、空气钻钻进的方法和超短距离螺旋纠偏技术，在黄金救援期的最后时刻成功贯穿五中段巷道，初步确定巷道内有幸存者，成功打通了一条生命通道，是救援工作的重大突破，同时为下一步救援工作争取到了更多时间，因此 3 号孔被称为功勋孔。随后在定向快速钻进技术保障下，井深 555 米的 4 号孔接替 3 号孔作为生命保障主孔，成为快速、精准的钻探的施工典范，井斜仅 0.09，井底位移仅0.14m。（四）侦检搜索通信技术笏山金矿爆炸事故发生后，烟台消防救援支队充分发挥人员、车辆和装备优势，在给养投送、生命探测、通信保障、供水保障等方面发挥了重要作用，实现了 628.82 米最大深度的生命探测仪监测系统和通信线缆的投送，建立了与井下人员稳定连续的信息联络通道和照明线路。为稳定井下人员情绪、增强信心搭建生命连线，利用 1 号井投放生命探测仪，持续监听井下人员生命迹象，实时监测水温、水位等各类情况，为省市领导决策提供第一手资料。利用 5 架直升机、4个 4G 布控球、4 套单兵进行现场侦察，制作全景漫游图、二维正射影像图、钻孔分布图等作战示意图，为指挥部提供辅助决策。充分利用各型装备将井下音频和视频传输到地面，打通了“生命通道”、“信息通道”和“供水通道”，为被困矿工顺利升井发挥了关键作用，受到了党委政府和人民群众一致好评。提高矿山事故救援效率的对策近年来，我国矿山事故比较频繁，给人们生命财产带来极大威胁，矿山事故救援成为应急救援中不可回避的问题之一。笔者认为，要做好矿山事故应急救援工作，应开展以下几个方面的工作。（一）做好矿难发生前的安全防护应急管理工作中，预防大于救援。做好预防工作既要有健全的应急设施，也要有完善的安全保障措施。从国内外矿山救援的案例来看，应急设施在矿山事故救援中发挥着重要的作用。如 2010 年智利的圣何塞铜矿坍塌事故，33 名矿工被困于井下长达 69 天，正是由于预先建立了健全的应急机制和设施，最终被困人员全部获救。山东笏山金矿爆炸事故图5大口径钻孔为被困矿工打通救生通道6城市与减灾CITY AND DISASTER REDUCTION中矿工被困深度大，施救时间长，少数矿工在获救后死亡，暴露出我国应急设施不健全、物资储备建设不充分的问题。因此各生产企业和主管部门务必重视井下避险系统建设，以增加矿难发生时获救的概率。同时也应培养提高矿工的自救能力，将其纳入矿工岗位培训。当灾难来临时，具有自救能力或经验的矿工，可以冷静开展自救，并积极配合救援行动，提高灾难救援的效率和成功率。（二）做好矿难发生后的协同救援笏山金矿爆炸事故是国内矿山救援难度最大的案例之一，该事故导致矿工被困于井下约 600 米的位置，救援深度较为罕见，且作为唯一救援通道的井筒完全被堵塞，现场地质情况颇为复杂，钻孔救援难度极高，井下涌水也随时威胁着被困矿工。同时救援面临较大社会压力，必须综合全国优秀的专家力量、先进的设备和技术过硬的救援队伍才能完成救援任务。笏山金矿事故救援中聚集了采矿、水文地质、测量、通风、机电、钻探、排水等多学科的专家 40 多人，成立了多个专业小组，夜以继日地奋战在救援现场。在应急管理部和交通运输部的协调下，分别从陕西榆林、安徽淮南等地火速调集国际最先进钻机，开通绿色通道，日夜兼程赶赴现场开展打孔作业。这些救援力量中，有的是职责所在，有的是“拔刀相助”，有的是自愿加入，皆因“救人”这一共同目标齐聚于此，倾力而为。参加过平邑石膏矿坍塌事故和梁宝寺煤矿爆燃事故等多起国内重大事故救援工作的国家矿山应急救援队（大地特勘队），在笏山金矿爆炸事故应急救援过程中克服了地质条件复杂、井下事故等诸多不利因素，历时四天四夜成功打通了“生命维护监测通道”，使得 3 号钻孔成为救援的功勋孔。山东省煤田地质局第二勘探队凭借高性能设备、先进的工艺和过硬的技术，成功完成了号、号个生命通道孔的施工任务，钻孔钻进效率高、轨迹设计合理，控制精准，止水效果良好，受到了现场救援指挥部的高度评价。（三）提高矿难应急救援科技力量遵循科学救援原则是对救援队伍提出的专业要求。智利矿工大营救创造了矿山救援史上的奇迹和典范，而笏山金矿爆炸事故应急救援则用技术和坚守创造了我国的矿山救援奇迹。总结救援过程发现，矿山救援一是需要高效的指挥能力。笏山金矿爆炸事故救援行动，现场指挥部紧急调动 20 支专业救援队，690 余名救援人员，420 余套救援装备开展救援工作。二是需要先进的井巷疏通技术和钻进技术。通过双向推理分析井下现场损害程度、被困人员受损害程度及救援时间极限等，救援过程中采用了钻孔准确定位技术、救援钻孔快速钻进技术、复杂地质条件下救援钻孔钻进技术、救援钻孔定向钻进技术、大孔径救援钻孔钻进技术，特别是大地特勘队采用的超短距离螺旋纠偏技术，在事故应急救援中展示了科技的力量，发挥了不可替代的作用。未来，国家矿山救援队仍需进一步完善钻井救援技术体系，大力开展排水孔和大口径救援孔钻井工艺技术方面的研究工作；建立钻井救援技术国家重点实验室，开展大口径救援井救援技术及其装备研制工作，实现钻井救援技术装备国产化，提高我国钻井救援技术水平。三是需要建立灾害模型、救灾模型，进行缜密的科学分析，用于模拟预测，为矿山救援提供数据支撑，为现场钻孔施工提供理论参考。（四）加强矿山救援案例的综合研究除实战外，战例研究是能力提升的最有效途径。英国哲学家、历史学家柯林 伍德指出，“一切历史都是当代史”“历史为当前服务”，战例研究的意义就在于对当下的参考借鉴。将战例研究成果向战斗力转化是应急救援人员的专业优势和职责所在。各级应急救援人员要坚持典型战例研究，总结以往案例成功的经验，汲取案例失败的教训，提高指挥决策能力。研究战例时，要厘清战例全过程，抓住应急救援发展的主要脉络，帮助研究者分析应急救援力量投送和战术战法、战斗成效是否一致。各级应急救援也可以按照一般战术战法构建作战指挥模型，一旦发生灾害事故，各级依照模型部署力量，从而减少灾害事故带来的损伤。结论矿山救援是一场惊心动魄的硬仗，是与时间赛跑的生命救援，生死时速背后依靠的是科技的力量，只能成功不能失败。山东笏山金矿事故救援成功运用了快速清障技术、大口径钻探技术、定向快速钻进技术，以及侦检搜索通信技术，最终被困 22 名矿工 11 名成功升井，以科技和坚守创造了救援奇迹。笏山金矿爆炸事故中的“地心营救”，既反映出我国矿山专业救援能力，也暴露出我国应急准备的不足之处。各级矿山部门要谨防同类事故再次发生，各类救援队伍也要大幅提升此类事件的救援能力。