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(zhǎng)度1024m，切眼長(zhǎng)度300m。工作面采用長(zhǎng)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)1＃、2＃和5＃鉆孔對(duì)N1203火區(qū)實(shí)現(xiàn)了惰化。經(jīng)過(guò)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(jiàn)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(guò)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(jiàn)圖2。

圖2 火區(qū)增氧觀測(cè)流程圖

在通過(guò)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(méi)有增加的趨勢(shì)，其濃度始終保持在0.0005%以下，沒(méi)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(guò)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(kāi)回風(fēng)巷道密閉→關(guān)閉進(jìn)風(fēng)巷道風(fēng)門→打開(kāi)帶式輸送機(jī)巷道密閉管路孔→打開(kāi)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(kāi)帶式輸送機(jī)巷道密閉開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(méi)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(guò)3d觀察，火區(qū)氣體成分及其濃度沒(méi)有出現(xiàn)異常，火區(qū)溫度正常，說(shuō)明啟封成功。

4 結(jié)語(yǔ)

（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(guò)程結(jié)合高瓦斯礦井瓦斯涌出量大，啟封過(guò)程中如果火區(qū) 火勢(shì)沒(méi)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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