高瓦斯突出礦井火區(qū)啟封瓦斯排放技術(shù)

孫貝貝

（西山煤電集團有限責(zé)任公司，山西 太原030053）

0 引 言

礦井煤炭自然著火后，若無法直接滅火，往往會封閉火區(qū)，造成資源浪費及設(shè)備損壞。在加強火區(qū)治理熄滅火區(qū)后，需啟封火區(qū)恢復(fù)生產(chǎn)?；饏^(qū)啟封過程極其危險，封閉火區(qū)內(nèi)存在大量可燃?xì)怏w，甚至成為高瓦斯庫，若對火區(qū)狀態(tài)判定錯誤，啟封工程會發(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。針對杜兒坪礦22610工作面著火水封后，難以獲得真實火區(qū)氣體信息及高濃度瓦斯安全排放的難題，提出布置千米鉆孔取樣獲得火區(qū)信息、利用壓入式風(fēng)機分段鎖風(fēng)排放方案，確保啟封及高濃度瓦斯排放安全[1-2]。

1 著火概況及處理方案

1.1 工作面概況及著火情況分析

杜兒坪礦位于呂梁山脈中麓、太原市以西20 km處的西山煤田中部，井田面積63.1 km2，屬高瓦斯礦井。22610工作面所屬2號煤層工作面，正、副巷為矩形斷面，正斷面均為4.2×3 m2；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”型通風(fēng)系統(tǒng)，配風(fēng)量1 760 m3/min，絕對瓦斯涌出量24.53 m3/min。工作面布置即通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 22610工作面通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.1 Ventilation system of 22610 working face

2018年2月8日10:40監(jiān)測機房發(fā)現(xiàn)22610上隅角CO傳感器報警瞬間達(dá)180 ppm，10:53時22610副巷抽采管路CO濃度達(dá)到500 ppm，上隅角瓦斯0.4%、工作面瓦斯0.3%、機尾進(jìn)風(fēng)隅角瓦斯0.82%，10:58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，11:40啟動應(yīng)急預(yù)案，停電且工作面副巷人員全部撤到大巷[3-4]。

1.2 處理方案

用水管噴灑進(jìn)風(fēng)隅角，同時連接壓水管向進(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，擴大沖洗范圍。發(fā)現(xiàn)火區(qū)無法立即熄滅后，利用22610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，水封期間對回風(fēng)井一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行實時監(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，同時對工作面兩巷完成永久封閉[5]，如圖2所示。

圖2 火區(qū)封閉示意Fig.2 Closed fire area

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)真實情況。為確認(rèn)火區(qū)信息真實性，從22612正巷距22610進(jìn)風(fēng)隅角最近的位置用千米鉆孔機施工長鉆孔，與22610工作面連通，在不同位置向工作面施工2個平行長鉆孔（圖3），以便對比測定結(jié)果。封閉火區(qū)內(nèi)氣體化驗結(jié)果見表1、表2，封閉區(qū)域內(nèi)CO濃度基本為0，O2濃度在5%以下，未發(fā)現(xiàn)C2H4、C2H2氣體，封閉區(qū)氣體組分穩(wěn)定時間達(dá)一個月，封閉火區(qū)空氣溫度與火災(zāi)發(fā)生前的日?？諝鉁囟认嗤?，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[6]。

圖3 鉆孔布置示意Fig.3 Borehole layout

表1 1號鉆孔氣體化驗結(jié)果Table 1 Gas test results of No.1 borehole

表2 2號鉆孔氣體化驗結(jié)果Table 2 Gas test results of No.2 borehole

3 高濃度瓦斯排放方案及應(yīng)用

3.1 瓦斯排放方案

此次啟封瓦斯排放分為2步，第一步，壓入式局部風(fēng)機分段鎖風(fēng)排放巷道高濃度瓦斯；第二步，恢復(fù)全負(fù)壓通風(fēng)并控制風(fēng)量[7-8]。

其中，分段鎖風(fēng)排放巷道高濃度瓦斯順序為正巷—工作面—副巷。即：先將工作面正巷密閉墻至水封段進(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[9]。

3.2 現(xiàn)場排放注意事項

（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?，將第二道防火密閉墻打開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2處探頭，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)報警0.8%，斷電值1.0%，且TI、T2任意一處達(dá)斷電值均會立即斷電[10-11]（以下瓦斯?jié)舛茸兓癁門2探頭數(shù)據(jù)）。

（3）正巷排放瓦斯至小面正巷和工作面連接處時，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)筑臨時密閉F1。繼續(xù)接風(fēng)筒至小面副巷構(gòu)筑臨時密閉F2，排放小面副巷及工作面瓦斯，如圖4所示。

圖4 探頭位置布置示意Fig.4 Probe placement

（4）副巷破壁排水后，續(xù)接風(fēng)筒至F1，如圖5所示，排放小面繞道瓦斯。

圖5 小面瓦斯排放Fig.5 Small surface gas emission

（5）全負(fù)壓通風(fēng)后，對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)3 d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)，并由救護隊員進(jìn)入工作面檢查氣體變化情況[12]。

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水。

（1）排水初期布置了2臺水泵，在排放過程，有高濃度瓦斯間斷涌出，但涌出量較少，對排水過程影響程度較小。當(dāng)水面下降至巷道頂板最低點時，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。

（3）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。

圖6 22610工作面巷道布置Fig.6 Roadway layout at 22610 working face

措施：觀察T1、T2探頭，在瓦斯涌出較大時，及時調(diào)整為一臺水泵抽水或停止抽水，減緩連通斷面擴大速度，減少瓦斯涌出量。

3.3.2 瓦斯涌出異常

正巷瓦斯排放濃度變化如圖7，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，及時對風(fēng)機風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，將瓦斯?jié)舛瓤刂圃?%以下。

圖7 5月22日至5月24日正巷瓦斯排放Fig.7 Gas emission in the main roadway on May 22 solstice on May 24

3.4 排放結(jié)果

（1）正巷瓦斯排放過程濃度變化如圖8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8 5月22日至5月25日正巷瓦斯排放Fig.8 Gas emission in the main roadway on May 22 solstice on May 25

（2）全負(fù)壓通風(fēng)瓦斯?jié)舛茸兓鐖D9所示，5月26日～6月1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)舛瓤刂圃?.5%左右。

圖9 5月26日至6月1日正巷瓦斯排放Fig.9 Gas emission in the main roadway on May 26 solstice on June 1

4 結(jié) 論

（1）通過布置2個千米平行鉆孔，獲得火區(qū)真實信息。

（2）水封火區(qū)的窒息及防爆、隔爆效果好，但啟封后排水慢，在排放瓦斯過程存在一定安全隱患。

（3）利用F1、F2臨時密閉，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。

（4）通過觀察T1、T2探頭數(shù)據(jù)變化規(guī)律，及時調(diào)節(jié)水泵開啟數(shù)量及風(fēng)機風(fēng)量，成功排水，且控制巷道高濃度瓦斯安全排放。

（5）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證了分段鎖風(fēng)技術(shù)的可行性。