丁錄仕

(大同煤礦集團礦山救護大隊,山西大同 037003)

綜合滅火新技術與滅火期間的通風管理

丁錄仕

(大同煤礦集團礦山救護大隊,山西大同 037003)

Comprehensive Fire-distinguished Technology and Ventilation Management during Fire-distinguished Period

國電同忻煤礦 8101綜放工作面開采 36d,僅推進 57m就出現(xiàn)自然發(fā)火。為此,根據(jù)礦井火災發(fā)生的原理,運用了小管道注凝膠,包裹隔絕,煤體阻化;鉆孔注水,吸熱降溫;封閉注氮、惰化采空區(qū)氣體等綜合滅火技術,歷時 82d完成滅火工作。滅火過程中,采用相關工程平行作業(yè),減少各種工程施工的累加工期,為滅火爭取了時間,同時彌補了單一滅火手段的不足,極大地提高了滅火效率。

綜合滅火;通風管理;平行作業(yè);阻斷供氧通道;快速推進

1 概況

同忻礦采用斜井和立井混合開拓方式,通風方法為抽出式,主副、斜井和進風立井進風,回風立井回風,通風方式為分區(qū)式通風,主扇型號為ANN-2650/1250B型,風井排風量 14000m3/min,負壓 1600Pa,葉片角度 61.2°,采用動葉片可調(diào)方式,1臺運轉(zhuǎn),1臺備用,服務于同忻礦全礦井。

8101工作面采用一進兩回的通風方式,工作面正常試產(chǎn)時總配風量 4250m3/min,5101巷回風3400m3/min,頂回風巷回風 850m3/min。

810l面于 2009年 9月 30日開始試生產(chǎn),開采3-5號煤層,平均厚度 13.67m,采用綜采放頂煤開采,工作面長度為 199.5m,走向長度 1684m。

8101工作面試生產(chǎn)期間,工作面常規(guī)氣體檢測一直正常。2009年 11月 5日 18∶00,當工作面頭部推進 69.8m,尾部推進 57.3m時,在檢測氣體時發(fā)現(xiàn)頂回風巷 CO氣體異常,濃度達到 53× 10-6,并有淡淡藍煙出現(xiàn)。在 CO涌出隱患治理過程中,11月 12日 3∶40,8101工作面 CO氣體濃度急劇增大,工作面尾部 CO氣體濃度達到 1300× 10-6,同時有黃色濃煙從 115號～118號架間涌出,隨即指揮部決定對工作面進行了封閉,有效控制了火勢發(fā)展。

2 8101工作面 CO超限原因分析

通過救護隊員現(xiàn)場偵察及有害氣體的變化情況分析,CO產(chǎn)生原因如下:

(1)8101工作面 CO超限及煙霧產(chǎn)生,具有一定的特殊性 (采空區(qū)浮煤氧化速度快,CO氣體濃度較低的情況下,同時伴生煙霧產(chǎn)生)。

(2)根據(jù)現(xiàn)場觀測煙霧狀況及取樣化驗,有CH化合物的出現(xiàn),說明采空區(qū)內(nèi)局部區(qū)域浮煤有氧化現(xiàn)象。

(3)依照同忻礦地質(zhì)報告,結合工作面開采實際,在 3-5號煤層的上部賦存有硅化煤,極易氧化。

(4)通過連續(xù)觀測,在同樣煙霧情況下,與其他煤層自燃相比,CO氣體增量相對較小,該煤層氧化自我加速較為緩慢。

(5)工作面推進速度慢,高冒區(qū)未進行自然發(fā)火監(jiān)測。

(6)注氮管路伸入采空區(qū)的距離太近,注氮效果較差。

(7)開采初期風量過大,雖然治理了上隅角瓦斯,但是助長了煤炭的自燃。

3 CO治理思路及過程

(1)快速推進,將氧化帶甩到窒息帶 為有效控制采空區(qū)高溫點的氧化,欲使采空區(qū)形成防火隔離帶,工作面只割煤不放煤加快推進,11月 5日 -11日工作面頭部推進 15.7m,尾部推進16.7m。從試生產(chǎn)到工作面封閉,工作面頭部共推進85.8m,尾部推進74m。

(2)注水直接滅火 從工作面回風巷距切眼20m處向 80號～100號支架范圍采空區(qū)打鉆孔 3個,向頂回風巷預埋 <108mm管 1趟,11月 6日-11日共注水 680m3、注阻化劑 2.7t。

(3)阻斷供氧通道 加強工作面上、下端頭的封堵,11月 5日 -8日,尾巷處共做粉煤灰墻 2道,間距 5m;11月 9日 -11日,為減少采空區(qū)漏風,工作面上、下端頭實施充填羅克休墻堵漏,頭巷注羅克休 50桶,尾巷注羅克休 257桶。

(4)封閉注氮,惰化采空區(qū)氣體 加強對采空區(qū)連續(xù)注氮工作,保證 3臺制氮機同時工作。

(5)控制風量,減少供氧量 在保證工作面上隅角瓦斯?jié)舛炔怀薜那闆r下,適當減少工作面的供風量,11月 11日 15∶00將 5101回風量減控到 2200m3/min,頂回風巷風量減控到 360m3/min。

(6)隔絕滅火 11月 12日 3∶40,因工作面尾部出現(xiàn)黃色濃煙,決定對工作面進行封閉。5∶30,救護大隊開始施工進、回風巷和頂回風巷木板密閉。15日又分別對 3道木板密閉用羅克休和粉煤灰進行了二次加固。8101工作面封閉后,進、回風巷及頂回風巷的 3個密閉基本處于均壓狀態(tài),密閉的出風壓差均小于 20～60Pa。

(7)小管道注凝膠,包裹隔絕,煤體阻化;鉆孔注水,吸熱降溫 工作面封閉及密閉加固后,為使火區(qū)快速得到窒息,隨即在 5101巷外側(cè)沿煤層頂板施工一條措施巷,在措施巷內(nèi)向 8101采空區(qū)的疑似發(fā)火點打孔灌注阻化劑 (MgCL2)和高分子膠體滅火材料。措施巷位置及鉆孔布置如圖 1。

圖1 措施巷位置及鉆孔布置

(8)多機注氮 12月 13日 9∶30,決定 3臺1000m3/h制氮機同時開啟,開始向工作面采空區(qū)連續(xù)注氮。

12月 13日夜班,所有鉆孔全部施工、灌高分子材料結束,及時封堵后,所有人員全部撤出5101巷。12月 18日,在措施巷補打 6號和 16號孔,分別探測頂回風巷上風側(cè),80號～90號支架后部區(qū)域范圍、頂回風巷末端及其與 5101巷的連巷區(qū)域和工作面初切眼尾部區(qū)域。截止 2010年 2月 22日封閉區(qū)內(nèi)各種氣體完全符合啟封條件。

4 8101工作面啟封技術方案

4.1 8101工作面啟封條件

當 8101面的 5101巷、2101巷和頂回風巷的 3處密閉內(nèi)氣體和溫度均達到下列條件時,方可實施啟封方案:

(1)封閉區(qū)內(nèi)氣溫和水溫均低于 25℃。

(2)封閉區(qū)內(nèi)空氣中氧氣濃度降到 5%以下。

(3)封閉區(qū)內(nèi)空氣中 H2、C2H4、C2H2氣體濃度降為 0,CO氣體濃度穩(wěn)定在 0.001%以下。

4.2 工作面啟封

(1)啟封前,救護隊員在 2101巷密閉前 10m處建一道木板鎖風墻,并留設 (寬 ×高)1m× 1.2m的鎖風門。在措施巷口外 10m處裝設 CH4和CO傳感器各 1臺 (CH4報警濃度設為 1.5%)。將5101巷局扇換為 2×30kW。偵察期間通風系統(tǒng)及通風設施位置如圖 2。

圖 2 偵察期間通風系統(tǒng)及通風設施位置

(2)啟封時,在鎖風條件下,先啟封 2101巷,在墻體上開 (寬 ×高)1m×1.2m的通道口,救護隊員進入工作面進行全面?zhèn)刹臁?/p>

檢查時 CO,CO2,O2和 CH4氣體的濃度及工作面環(huán)境溫度全部符合啟封條件。只是進風巷的電纜車被積水淹沒,決定繼續(xù)將封閉區(qū)縮小到電氣列車以里,待檢查電氣列車所有開關全部正常,再行啟封。

(3)如工作面?zhèn)刹鞜o異常,則偵察人員撤出工作面,將鎖風門關閉,開始啟封 5101巷密閉。在其上開 (寬 ×高)1m×1.2m的通道口。

在 5101密閉啟封后,關閉 5101巷運材料斜巷處風門,將 5101巷的風筒分叉口扎緊,同時關閉2101巷局扇,打開 2101巷的鎖風門,使 8101工作面形成“U”型通風系統(tǒng)。

4.3 工作面瓦斯排放

12月 24日 8101工作面啟封形成“U”型通風系統(tǒng)后,即開始排放工作面瓦斯。

在排放瓦斯過程中,通過 5101巷密閉墻打開的通風口大小和回風繞道調(diào)節(jié)來調(diào)控風量,將5101巷瓦斯?jié)舛瓤刂圃?1.5%以下。

在利用全風壓系統(tǒng)對工作面瓦斯進行排放的同時,救護隊員要同時檢查各種氣體濃度、氣體溫度的變化及煙霧顯現(xiàn)情況,若發(fā)現(xiàn)工作面有溫度增高、出現(xiàn)煙霧或 CO氣體濃度明顯增大等現(xiàn)象,所有人員必須立即撤出,對工作面重新進行封閉。

排放完工作面 CH4后,救護大隊隊員對全工作面氣體和環(huán)境溫度進行檢測,上隅角 CH4濃度0.5%、O2濃度 19%、CO濃度 6×10-6,環(huán)境溫度無異常變化時,同意人員進入工作面。

4.4 工作面啟封后通風系統(tǒng)

排放完工作面瓦斯后,開始封堵工作面漏風通道及機電檢修工作,此時,工作面風量控制在500m3/min。

在工作面推進恢復生產(chǎn)初期,在推進 20m范圍內(nèi),頂回風巷仍處于封閉狀態(tài),工作面采用“U”型通風,并將工作面進風量控制在 1000m3/ min。工作面啟封后通風系統(tǒng)如圖 3。

圖3 工作面啟封后通風系統(tǒng)

4.5 啟封后封堵采空區(qū)的漏風通道

在工作面恢復全風壓通風后,由救護隊員監(jiān)護,開始進行漏風通道的封堵:

(1)在工作面頭端頭注羅克休。

(2)在工作面尾端頭灌筑粉煤灰墻。

(3)架間和放煤口利用快速密閉噴涂材料進行封堵。采空區(qū)漏風通道封堵如圖 4。

4.6 工作面復產(chǎn)初期向前推進

圖4 采空區(qū)漏風通道封堵

工作面恢復生產(chǎn)后,開始推進 20m范圍內(nèi)不放頂煤,加快推進速度,第 1個班推進 4.8m。

正常生產(chǎn)后,在工作面頭、尾端頭,每天檢修班分別用羅克休和粉煤灰進行一次封堵,控制采空區(qū)漏風。

4.7 正常生產(chǎn)時通風系統(tǒng)及防瓦斯防火措施

通風系統(tǒng) 在工作面恢復生產(chǎn)推進 20m后,如無異常便轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。即恢復放頂煤工藝,啟封頂回風巷,并排放瓦斯,工作面使用原有通風系統(tǒng),即 2101巷進風、5101巷、頂回風巷回風。將2101巷進風量調(diào)控到 1037m3/min,5101巷回風量控制在 1152m3/min,頂回風巷控制在 432m3/min。

防火措施 繼續(xù)實施注氮防火工藝,要求氮氣的純度不低于 97%,注氮量不低于 1800m3/h;在工作面上、下端頭每推進 10m灌筑一道粉煤灰墻,控制采空區(qū)漏風;通過抽放巷的防火、降塵孔定期向抽放巷內(nèi)噴灑阻化劑。

防瓦斯措施 正常生產(chǎn)后,在頂回風巷巷口砌筑防火墻,并將 <630mm瓦斯抽放管路安設在墻體上,將抽放管路與抽放硐室的抽放泵連接完好。

開啟 1臺 2BEC-72型瓦斯抽放泵抽排工作面上部瓦斯,配合“L”風障對工作面上隅角瓦斯進行治理。保證工作面上隅角瓦斯不超限。

若開啟 1臺瓦斯抽放泵,頂回風巷內(nèi)瓦斯?jié)舛容^大時 (大于 5%),可增加瓦斯抽放泵的開啟臺數(shù),加大頂回風巷風量,同時調(diào)整工作面風量,將頂回風巷內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?3%以下,最大不能超過5%。

4.8 啟封生產(chǎn)后的技術措施

風量調(diào)好后,由礦調(diào)度室下達回采命令,綜采隊接命令后,進行回采工作?？焖偻七M的同時,必須加強支架管理,移架時,先升前柱,一定要升緊達到初撐力、再升后柱,最后升前探梁,所有立柱全部升起達到初撐力。

工作面推進 20m后,根據(jù)工作面氣體變化情況,若未發(fā)現(xiàn)有 CO氣體濃度逐浙增大和煙霧等異?，F(xiàn)象時,由救護大隊啟封頂回風巷。先在防火墻上打開 1個小孔,然后逐漸擴大,嚴禁一下把防火墻拆除掉,通過控制防火墻打開的大小,調(diào)控風量排放頂回風巷內(nèi)的有害氣體,同時要保證回風巷繞道處CH4濃度在1.5%以下。

頂回風巷內(nèi)氣體排完后,及時對拆除現(xiàn)場進行清理,確保風路暢通。清理完畢后,在頂回風巷口砌筑 1m厚的磚墻對頂回風巷進行密閉。密閉結束后,將 2101巷進風量調(diào)整為 1800m3/min。風量調(diào)好后,啟用瓦斯抽放系統(tǒng),開啟 1臺瓦斯抽放泵。頂回風巷更名為中位瓦斯抽放巷。

礦通風部每 7d定期對 8101工作面、上隅角、工作面回風流的 CH4傳感器進行調(diào)校、測試,確保監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、斷電功能靈敏可靠。

5 結論

本次滅火工作,歷時 82d,是一次綜合滅火技術的成功應用。從這次發(fā)火原因的分析,和滅火過程中各種滅火方法的應用來看,今后還需要在以下方面引起重視:

(1)加強地質(zhì)探測工作,準確掌握煤層賦存及地質(zhì)構造情況。在掘進和回采過程中,必須配備專人定期沿巷道和回采工作面每隔 30m探測 1次煤厚,特別要探測清楚硅化煤的賦存情況,為制定防滅火措施提供可靠依據(jù)。

(2)CH4絕對涌出量 <10m3/min時,可采用2巷布置,實行“U”型通風;CH4絕對涌出量≥10m3/min,必須布置高位或中位抽放瓦斯巷,實行“U+I”型通風。

(3)抽放瓦斯巷與回風巷的內(nèi)錯水平距離為煤層厚度的 1.5～2倍,開采前抽放瓦斯巷必須掘進到離切眼 150m的位置。

(4)切巷掘出后必須用鉆孔窺視儀觀測頂板的離層情況,如發(fā)現(xiàn)頂煤離層超過 20mm,必須對離層區(qū)域打孔進行充填裂隙,防止自然發(fā)火。

(5)在煤層中掘進的抽放瓦斯巷及切眼巷道必須進行噴漿支護,噴漿厚度不得小于 50mm。

(6)工作面先期的配風量偏大,雖然解決了上隅角瓦斯問題,卻造成了發(fā)火的隱患,工作面CH4涌出量超過 5m3/min時,必須建立 CH4抽放系統(tǒng)。

(7)使用抽放瓦斯巷的工作面在回風巷每隔50m向抽放瓦斯巷打 1鉆孔并通過鉆孔在抽放瓦斯巷內(nèi)安設水幕,定期灑水降塵、降溫。

(8)在工作面正常開采期間,每隔 10～15m,在上下端頭的切頂線位置砌筑一道擋風墻,給采空區(qū)漏風通道增加阻力,控制采空區(qū)漏風。

[責任編輯:鄒正立]

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1006-6225(2010)06-0099-04

2010-07-14

丁錄仕 (1969-),男,山西陽高人,工程師,現(xiàn)任大同煤礦集團礦山救護大隊副大隊長。