高瓦斯礦井封閉火區(qū)的啟封探討

阮增定 鄔劍明 周春山

（太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

1 屯留礦火區(qū)概況

余吾煤業(yè)公司 （屯留礦）N1203綜采工作面位于北一采區(qū)，巷道長度1024m，切眼長度300m。工作面采用長壁后退式大采高低位放頂煤一次采全高全部垮落式綜合機(jī)械化采煤法。N1203工作面開采3＃煤層，煤層厚度穩(wěn)定，厚6.0～7.0m，平均6.60m，煤層自燃傾向等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬不易自燃煤層。工作面整體為兩翼較為寬緩的背斜構(gòu)造，平均厚度2.5m。

工作面采用雙U 型通風(fēng)系統(tǒng)，工作面總風(fēng)量為5592m3／min，其中回風(fēng)巷道回風(fēng)1420m3／min，瓦排巷回風(fēng)4172m3／min。目前，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為44.2m3／min，屬于高瓦斯工作面。

2011年6月22日8時(shí)，當(dāng)截煤機(jī)切割巖石過程中發(fā)生機(jī)械火花點(diǎn)燃瓦斯，被點(diǎn)燃的瓦斯迅速蔓延和擴(kuò)大，隨后又點(diǎn)燃了煤層，引發(fā)了工作面的大面積火災(zāi)。屯留礦立即通過地面鉆3＃、4＃、7＃和8＃鉆孔對(duì)N1203火區(qū)實(shí)現(xiàn)了封閉，通過1＃、2＃和5＃鉆孔對(duì)N1203火區(qū)實(shí)現(xiàn)了惰化。經(jīng)過20多天的時(shí)間，使火區(qū)范圍控制在N1203 工作面。火區(qū)示意圖見圖1。

2 火區(qū)增氧觀測(cè)

2.1 火區(qū)現(xiàn)狀

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：當(dāng)火區(qū)符合火區(qū)內(nèi)的空氣溫度下降到30℃以下或與火災(zāi)發(fā)生前該區(qū)的日常空氣溫度相同；火區(qū)內(nèi)空氣中的氧氣濃度降到5.0%以下；火區(qū)內(nèi)空氣中不含有乙烯、乙炔，一氧化碳濃度在封閉期間內(nèi)逐漸下降，并穩(wěn)定在0.001%以下；火區(qū)的出水溫度低于25℃或與火災(zāi)發(fā)生前該區(qū)的日常出水溫度相同；上述4項(xiàng)指標(biāo)持續(xù)穩(wěn)定的時(shí)間在1個(gè)月以上。火區(qū)同時(shí)具備上述條件時(shí)，方可認(rèn)為火勢(shì)熄滅，火區(qū)才可啟封。

圖1 封閉火區(qū)示意圖

N1203火區(qū)自2011年12月3日至2012年3月26日，火區(qū)密閉內(nèi)氣樣溫度19℃；O2濃度持續(xù)維持在5%以下；CO 濃度穩(wěn)定在0.001%以下，乙烯、乙炔消失；火區(qū)回風(fēng)巷道密閉處出水溫度18℃；穩(wěn)定時(shí)間達(dá)3 個(gè)月以上。N1203 火區(qū)符合《煤礦安全規(guī)程》的啟封條件。

2.2 火區(qū)增氧確認(rèn)火區(qū)火勢(shì)熄滅

為了進(jìn)一步確定封閉火區(qū)N1203 火情狀況，2012年5月28日至6月10日通過對(duì)1＃、2＃和5＃鉆孔注入空氣，對(duì)火區(qū)進(jìn)行了為期兩周的增氧觀測(cè)。火區(qū)增氧流程圖見圖2。

圖2 火區(qū)增氧觀測(cè)流程圖

在通過為期兩周的增氧觀測(cè)期間，運(yùn)用色譜對(duì)N1203回風(fēng)巷道和瓦排巷道氣體濃度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，O2和CO 的濃度變化示意圖如圖3和圖4所示。

火區(qū)增氧期間，火區(qū)內(nèi)CO 濃度隨著O2濃度的增加沒有增加的趨勢(shì)，其濃度始終保持在0.0005%以下，沒有乙烯、乙炔氣體的產(chǎn)生。在此期間，火區(qū)內(nèi)溫度檢測(cè)顯示，溫度變化在17～20℃之間，火區(qū)溫度與井下其它地方一樣，呈整體同步變化趨勢(shì)，其根本原因是由于地表大氣溫度的周期性變化。所以可以基本上排除了火區(qū)溫度變化是由于火區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)放熱所致。

3 火區(qū)啟封

由于礦井使用雙U 型通風(fēng)系統(tǒng)，考慮到巷道瓦斯排放、巷道清理工作的難度以及待采區(qū)域的范圍，經(jīng)研究決定只啟封內(nèi)圈巷道，啟封內(nèi)圈巷道完成后，封堵外圈巷道。通過增氧前和增氧后色譜分析測(cè)得，火區(qū)瓦斯含量分別高達(dá)40%和30%以上，在火區(qū)火勢(shì)熄滅的前提下，啟封的關(guān)鍵是排放巷道及采空區(qū)內(nèi)的瓦斯。火區(qū)啟封流程是打開回風(fēng)巷道密閉→關(guān)閉進(jìn)風(fēng)巷道風(fēng)門→打開帶式輸送機(jī)巷道密閉管路孔→打開帶式輸送機(jī)巷道密閉預(yù)留門→關(guān)閉回風(fēng)巷道平衡風(fēng)門→打開帶式輸送機(jī)巷道密閉開口→偵查火區(qū)→旁路放水巷排瓦斯、排水→啟封結(jié)束。

3.1 排放內(nèi)圈巷道瓦斯

2012年6月21日8∶00左右，屯留礦救護(hù)隊(duì)在N1203回風(fēng)巷道密閉砸開一個(gè)1000mm×1500 mm 的小口 （火區(qū)氣體每天9∶30之前從密閉處往采空區(qū)方向流動(dòng)，所以在8∶00點(diǎn)砸開密閉比較安全）。瓦斯排放路線：火區(qū)→北一采區(qū)2＃回風(fēng)上山→北風(fēng)井區(qū)2＃總回風(fēng)巷→北風(fēng)井區(qū)1＃總回風(fēng)巷→北回風(fēng)井→地面。

3.2 調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)

救護(hù)隊(duì)在砸好N1203 回風(fēng)巷道密閉上的小口后，在開口處懸掛0%～40%高瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)探頭，隨后關(guān)閉N1203回風(fēng)巷道和瓦排巷移動(dòng)瓦斯抽放管路上密閉口的抽放閥門，打開進(jìn)風(fēng)巷道密閉口的瓦斯抽放閥門，抽放煤體鉆孔瓦斯。

關(guān)閉N1203 進(jìn)風(fēng)巷道口的兩道風(fēng)門，增加N1203帶式輸送機(jī)巷道和進(jìn)風(fēng)巷道一側(cè)的壓力，使火區(qū)氣體從N1203回風(fēng)巷道、瓦排一側(cè)排出。到6月28日，瓦排巷瓦斯檢測(cè)濃度降到2%以下。

3.3 救護(hù)隊(duì)偵查火區(qū)

救護(hù)隊(duì)進(jìn)入火區(qū)偵查一切正常，在3d的觀測(cè)中，CO、空氣溫度及煤壁溫度沒有異常現(xiàn)象。

3.4 恢復(fù)工作面正常通風(fēng)

根據(jù)工作面正常生產(chǎn)所需要的風(fēng)量，對(duì)N1203工作面進(jìn)行調(diào)風(fēng)，恢復(fù)工作面正常生產(chǎn)通風(fēng)狀態(tài)，配風(fēng)量應(yīng)采取由小到大的順序，逐步增加。經(jīng)過3d觀察，火區(qū)氣體成分及其濃度沒有出現(xiàn)異常，火區(qū)溫度正常，說明啟封成功。

4 結(jié)語

（1）基于火區(qū)氣體參數(shù)的監(jiān)測(cè)對(duì)火區(qū)燃燒狀況能進(jìn)行有效地判斷，對(duì)于火區(qū)啟封決策具有重要作用。

（2）要實(shí)現(xiàn)火區(qū)安全啟封，需要對(duì)火區(qū)復(fù)燃條件進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，嚴(yán)格遵照 《煤礦安全規(guī)程》進(jìn)行啟封。

（3）本次火區(qū)啟封過程結(jié)合高瓦斯礦井瓦斯涌出量大，啟封過程中如果火區(qū) 火勢(shì)沒有完全熄滅可能爆炸的特點(diǎn)，采取了針對(duì)火區(qū)增氧觀測(cè)火區(qū)變化的技術(shù)措施，是高瓦斯礦井啟封的一次成功實(shí)踐。為同類礦井啟封工作提供了指導(dǎo)和借鑒。

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