高瓦斯突出礦井火區(qū)啟封瓦斯排放技術(shù)的研究

崔建軍

（山西焦煤西山煤電白家莊礦業(yè)有限公司，山西 太原 030053）

引言

煤與瓦斯突出礦井在煤炭自燃著火后，若無法直接滅火，往往會(huì)封閉火區(qū)，造成資源浪費(fèi)及設(shè)備損壞。在加強(qiáng)火區(qū)熄滅火后，需啟封火區(qū)恢復(fù)生產(chǎn)。火區(qū)啟封過程極其危險(xiǎn)，封閉火區(qū)內(nèi)存在大量可燃?xì)怏w，甚至成為高瓦斯庫，若對(duì)火區(qū)狀態(tài)判定錯(cuò)誤，啟封工程會(huì)發(fā)生火區(qū)復(fù)燃，甚至造成瓦斯爆炸。因此，啟封火區(qū)必須獲得真實(shí)的火區(qū)信息，做出正確判斷，并制定安全的瓦斯排放方案。針對(duì)東曲礦22802工作面著火水封后，難以獲得真實(shí)火區(qū)氣體信息及高濃度瓦斯安全排放難題，提出布置千米鉆孔取樣獲得火區(qū)信息、利用壓入式風(fēng)機(jī)分段鎖風(fēng)排放方案，確保啟封及高濃度瓦斯的排放安全。

1 著火概況及處理方案

1.1 工作面著火概況

東曲礦位于太原西山煤田北部，井田面積為57.9 km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬t/年，現(xiàn)在主要開采山西組2號(hào)、4號(hào)煤和太原組8號(hào)、9號(hào)煤，22802工作面所屬8號(hào)煤層工作面，正、副巷為矩形斷面，正斷面均為4.2 m×3 m；正巷長度1 701 m，副巷長度1 734 m，可采走向長度1 380/280 m，切眼長度225/160 m，工作面采用“U”形通風(fēng)系統(tǒng)，配風(fēng)量1 760 m3/min，絕對(duì)瓦斯涌出量24.53 m3/min。工作面布置即通風(fēng)系統(tǒng)見圖1所示。

圖1 22802工作面通風(fēng)系統(tǒng)圖

2019年2月8日10時(shí)40分監(jiān)測機(jī)房發(fā)現(xiàn)22802上隅角φ（CO）傳感器報(bào)警瞬間達(dá)180×10-6，10時(shí)53分時(shí)22802副巷抽采管路φ（CO）達(dá)到500×10-6，上隅角瓦斯0.4%、工作面瓦斯0.3%、機(jī)尾進(jìn)風(fēng)隅角瓦斯0.82%，10時(shí)58分進(jìn)風(fēng)隅角瓦斯達(dá)到0.82%，工作面人員全部撤離到切眼外，11時(shí)40分啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，停電且工作面副巷人員全部撤到大巷。

1.2 處理方案

用水管噴灑進(jìn)風(fēng)隅角，同時(shí)連接壓水管向進(jìn)風(fēng)隅角和該處支架沖洗降溫。因煙霧持續(xù)增大，連接第二趟壓水管加大進(jìn)風(fēng)隅角沖洗，并沖刷煙霧，擴(kuò)大沖洗范圍。發(fā)現(xiàn)火區(qū)無法立即熄滅后，利用22802正副巷順槽低洼進(jìn)行水封，副巷在310 m坡頂斷開壓水管封巷道，正巷在350 m低洼處水封，水封期間對(duì)回風(fēng)井一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)回風(fēng)井一氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定為0且持續(xù)12 h后，確認(rèn)完成水封，同時(shí)對(duì)工作面兩巷完成永久封閉。

2 封閉火區(qū)熄滅判定

因水封，正副巷密閉墻氣樣監(jiān)測結(jié)果不能科學(xué)反映火區(qū)真實(shí)情況。為確認(rèn)火區(qū)信息真實(shí)性，從22801正巷距22802進(jìn)風(fēng)隅角最近的位置用千米鉆孔機(jī)施工長鉆孔，與22802工作面連通，在不同位置向工作面施工兩個(gè)平行長鉆孔，如下頁圖2，以便對(duì)比測定結(jié)果。封閉火區(qū)內(nèi)氣體化驗(yàn)結(jié)果如下頁表1、表2所示，封閉區(qū)域內(nèi)CO濃度基本為0，O2濃度（體積分?jǐn)?shù)）在5%以下，未發(fā)現(xiàn)C2H4、C2H2氣體，封閉區(qū)氣體組分穩(wěn)定時(shí)間達(dá)一個(gè)月，封閉火區(qū)空氣溫度與火災(zāi)發(fā)生前的日常空氣溫度相同，出水溫度低于25℃，滿足《煤礦安全規(guī)程》第279條規(guī)定，確認(rèn)火區(qū)已熄滅可以啟封。

圖2 鉆孔布置圖

表1 1號(hào)鉆孔氣體化驗(yàn)結(jié)果 %

表2 2號(hào)鉆孔氣體化驗(yàn)結(jié)果 %

3 高濃度瓦斯排放方案及應(yīng)用

3.1 瓦斯的排放方案

本次啟封瓦斯排放分為兩步：壓入式局部風(fēng)機(jī)分段鎖風(fēng)排放巷道高濃度瓦斯；恢復(fù)全負(fù)壓通風(fēng)并控制風(fēng)量。

其中，分段鎖風(fēng)排放巷道高濃度瓦斯順序?yàn)檎铩ぷ髅妗毕铩＜矗合葘⒐ぷ髅嬲锩荛]墻至水封段進(jìn)行啟封，再啟封水封段和工作面以里相應(yīng)巷道，最后啟封工作面副巷密閉墻至水封段及相應(yīng)巷道。

3.2 現(xiàn)場排放的注意事項(xiàng)

1）為控制破壁瓦斯涌出量，在正巷第一道防火密閉墻拆出2 m2通道，排放瓦斯并監(jiān)測瓦斯?jié)舛群螅瑢⒌诙婪阑鹈荛]墻打開1.5 m2通道，排放瓦斯。副巷與正巷一致。

2）正副巷排水段均布置兩處探頭，如圖3，包括CH4、CO、溫度及O2，在水泵位置布置探頭T1，風(fēng)流穩(wěn)定段布置探頭T2，設(shè)置瓦斯預(yù)報(bào)警0.8%，斷電值1.0%，且TI、T2任意一處達(dá)斷電值均會(huì)立即斷電（以下瓦斯?jié)舛茸兓癁門2探頭數(shù)據(jù)）。

圖3 探頭位置布置圖

3）正巷排放瓦斯至小面正巷和工作面連接處時(shí)，構(gòu)筑一道全斷面風(fēng)簾，減少小面瓦斯涌出量，續(xù)接風(fēng)筒，排放小面正巷瓦斯，構(gòu)筑臨時(shí)密閉F1。繼續(xù)接風(fēng)筒至小面副巷構(gòu)筑臨時(shí)密閉F2，排放小面副巷及工作面瓦斯，如圖4。

圖4 小面瓦斯排放圖

4）副巷破壁排水后，續(xù)接風(fēng)筒至F1，排放小面繞道瓦斯。

5）全負(fù)壓通風(fēng)后，對(duì)局部高濃度瓦斯采用導(dǎo)風(fēng)設(shè)施進(jìn)行排放。

6）開始全負(fù)壓通風(fēng)三天內(nèi)，控制工作面風(fēng)量，以工作面正巷回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔怀^0.5%為工作面風(fēng)量調(diào)控依據(jù)，并由救護(hù)隊(duì)員進(jìn)入工作面檢查氣體變化情況。

3.3 所遇問題分析

3.3.1 正巷排水進(jìn)程緩慢

正巷排水進(jìn)程緩慢，共用15 d排完且有未知水源不斷補(bǔ)水：

1）排水初期布置了兩臺(tái)水泵，在排放過程中，有高濃度瓦斯間斷涌出，但涌出量較少，對(duì)排水過程影響程度較小。當(dāng)水面下降至巷道頂板最低點(diǎn)時(shí)，隨水面下降，與密閉巷道連通面積不斷增大，高濃度瓦斯大量涌出，導(dǎo)致水泵頻繁斷電。

2）副巷啟封后發(fā)現(xiàn)水位比密閉前有明顯下降，密閉至水封段之間瓦斯?jié)舛葹?0%左右。正副巷水封段之間存在鉆孔區(qū)，且副巷水封段地勢高于正巷，故判斷正巷未知水源主要來自副巷水封段。

3.3.2 瓦斯涌出異常

正巷瓦斯排放濃度變化如圖5所示，排放過程瓦斯涌出量主要受氣溫影響，在下午及凌晨瓦斯涌出量較大。為控制瓦斯排放濃度，通過觀察T1、T2探頭數(shù)據(jù)變化，及時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，將瓦斯?jié)舛瓤刂圃?%以下。

圖5 5月22日至5月24日正巷瓦斯排放圖

3.4 排放結(jié)果

1）正巷瓦斯排放過程濃度變化如圖6所示，通過分段鎖風(fēng)法成功將巷道瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.0%以下安全排放。

圖6 5月22日至5月25日正巷瓦斯排放圖

2）全負(fù)壓通風(fēng)瓦斯?jié)舛茸兓鐖D7所示，5月26日到28日進(jìn)行了三次調(diào)整后，安全恢復(fù)全負(fù)壓通風(fēng)，且通過調(diào)節(jié)風(fēng)量將瓦斯?jié)舛圈眨–H4）控制在0.5%左右。

圖7 5月26日至6月1日正巷瓦斯排放圖

4 結(jié)論

1）通過布置2個(gè)千米平行鉆孔，獲得火區(qū)真實(shí)信息。水封火區(qū)的窒息及防爆、隔爆效果雖好，但啟封后排水緩慢，且在排放瓦斯過程存在一定安全隱患。

2）利用F1、F2臨時(shí)密閉，避免構(gòu)成全負(fù)壓通風(fēng)，成功逐段排放小面高濃度瓦斯。

3）通過觀察T1、T2探頭數(shù)據(jù)變化規(guī)律，及時(shí)調(diào)節(jié)水泵開啟數(shù)量及風(fēng)機(jī)風(fēng)量，成功排水，且控制巷道高濃度瓦斯安全排放。火區(qū)安全啟封及巷道高濃度瓦斯逐段安全排放，表明了火區(qū)信息的正確判斷并驗(yàn)證了分段鎖風(fēng)技術(shù)的可行性。