孤島綜放工作面自燃火災的綜合治理

宋先明

(兗州礦業集團公司,山東鄒城273500)

摘　要:在系統分析興隆莊4324孤島綜放工作面遺煤特點、煤體跨落特征及漏風規律的基礎上,判定火源點的具體位置,并運用注膠、注氮、注惰泡、均壓等防滅火技術對高溫區域進行綜合治理。利用指標氣體對治理效果進行分析,確保火區成功啟封,保障了礦井的生產安全。

關鍵詞:孤島綜放面;自燃;滅火

中圖分類號:TD75+2.2　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)02-0019-03

1　火區概況

兗州礦業集團興隆莊礦4324綜放工作面位于四采區下部,上鄰4322綜放面采空區,下鄰4326綜放面采空區,為“孤島”綜放面(見圖1),

煤層自然發火期3~6個月,最短發火期32 d。工作面傾斜長277 m,走向長1 589 m,煤層平均厚度8.45 m,設計配風量為1 100 m3/min。綜放面切眼于2003年1月掘出,6月份設備安裝完畢,7月12日調試設備,7月14日試生產,到7月17日推進10 m后停止。8月13日開始正常生產,到8月17日中班共推進20m,累計推進30 m。

　　由于工作面在7月14日-7月17日推進過程中無法放頂煤,大量的浮煤丟在采空區,為采空區浮煤自燃埋下了隱患。同時,工作面推進距離短,頂煤跨落不充分,切眼與上下順槽構成了良好的漏風通道,使得切眼處浮煤具有較好的氧化升溫的條件,浮煤自燃危險性增強。

8月13日-17日恢復生產,采空區漏風強度增強,自燃進一步發展。8月17日晚22:00,發現60#支架前有大量煙霧涌出,架間風流中CO最高濃度110×10-6;回風流中有少許煙霧,CO濃度為80×10-6,煤出現自然發火征兆。通過采取高壓注水、在上隅角建板帳等措施,架間CO濃度有所下降,煙霧稍小。

根據現場情況分析初步判定:火源點位于4234工作面采空區開切眼附近,距工作面煤壁深約30~40 m,火點附近浮煤厚達6 m,火點位置高。由于工作面推進距離小,采空區漏風強度較大,火勢發展速度快,火區治理難度大。火區治理主要是分為開放式火區治理和封閉滅火兩個階段,初期主要采取控制漏風,注膠滅火,注氮惰化采空區相結合的主要滅火措施,控制采空區火勢的發展。封閉期間主要采取均壓措施降低工作面上下頭兩側風壓差,注氮惰化采空區,注惰泡和膠體泥漿直接充填采空區并對火區降溫等綜合治理措施。

2　開放式火區治理

2.1　封堵漏風

封堵漏風主要是堵住工作面向采空區的主要漏風通道:

(1)封堵工作面進風端頭,掛風簾、打砂袋閉和板閉、噴艾格勞尼。

(2)進風端頭施工短鉆孔注膠體泥漿,封堵漏風通道。

(3)工作面上部向架后施短鉆孔,壓注膠體泥漿,進一步封堵工作同漏風通道。以上封堵工作完成后,工作面煙霧消失。

2.2　注膠體和惰氣滅火

為了熄滅采空區切眼上部的高溫火點,在上順向采空區施工28 m和20 m鉆孔各一個,工作面上部架間施工短鉆孔,通過這些鉆孔向采空區注入膠體泥漿。在上部采空區形成膠體隔離帶,減少工作面向采空區的漏風,通過膠體泥漿的滅火性能控制和熄滅高溫火源。

在封堵工作完成后,開始利用地面固定注氮機和井下移動式注氮機同時向采空區注氮,惰化采空區,抑制火勢發展,封閉前共注入氮氣69 962 m3。

2.3　效果分析

為了解封閉前火區治理效果及其發展狀況,主要對封閉前的O2、C2H4/C2H6、CO等指標氣體變化情況進行綜合分析。

工作面上部噴艾格勞尼、注膠封堵后,火區漏風量減少,烯烷比迅速下降,CO濃度基本不變,表明火區得到了有效的抑制;在工作面注氮初期,注氮造成采空區風流流動增強,烯烷比上升,火勢又有所發展,在工作面上頭針對危險區域深孔注膠后,烯烷比由0.266持續下降至0.172,CO濃度由570×10-6降至320×10-6,效果明顯,說明上部深孔注膠已接近火區;然而,隨后注漿將工作面上頭的膠體隔離帶沖開后,采空區漏風增強,火勢急劇發展,CO濃度上升超過10 000×10-6,烯烷比已達到1.2,煤層自燃已到達了劇燃階段,立即對工作面進行封閉,實施封閉滅火。封閉后繼續進行注氮、注膠滅火,烯烷比和CO等火災指標迅速下降,火區O2濃度降低,火區得到了有效的控制。

3　封閉滅火

3.1　均　壓

封閉期間,為了降低上下頭兩側風壓差,減少向封閉區漏風供氧,使火源缺氧窒熄。因此,對4324工作面上下頭實施均壓措施,將上下頭之間的風壓差由封閉前的170 Pa減少到35 Pa。同時,制定了穩定通風系統的措施,有效減少了封閉區的漏風。

3.2　注氮惰化采空區

工作面封閉后,隨即向封閉區注氮惰化采空區。在封閉期間,共向火區注入N2約99.6萬m3,使火區內的O2濃度一直保持在3%以下,有效地抑制了火勢的發展。

3.3　壓注膠體泥漿

為了熄滅上部采空區內的高溫火點,在上順閉外對155#架至176#架后采空區施工了8個長鉆孔,通過鉆孔壓注膠體泥漿。在工作面155#架至176#架后采空區形成了長約40 m,寬約30 m,高約8 m的膠體隔離帶,有效的堵住了漏風并熄滅了采空區上部高溫火點。由于4324工作面四鄰采空區,漏風規律復雜,為了減少上順沿空側向火區的漏風,通過上順閉外沿空側的鉆孔壓注膠體。

在工作面上部高溫火源治理過程中,高溫煙流流經切眼、下順槽和中部采空區匯集到下頭,切眼和工作面中部采空區較為通暢,高溫煙流僅對切眼和中部浮煤的表面進行了加熱;由于下頭風幛的阻擋,煙流在該處受阻,一部分高溫煙流流經下頭采空區遺留的松散煤柱內,該處煤體被加熱,可能形成高溫點。因此,對工作面下端頭及下部浮煤進行處理,通過鎖風移閉,將下順閉墻移至工作面下口,在下順內側煤壁內施工鉆機窩,從下順密閉外向采空區下部(1#~30#架后)施工鉆孔12個。打開下順閉墻后,又在工作面下隅角施工鉆孔6個。通過壓注膠體泥漿2 000 m3,下部采空區得到了有效地處理。

3.4　壓注惰泡

向采空區壓注惰泡實質上是為了降低采空區頂部煤體的溫度,增加氮氣在采空區的留存時間,增加采空區的環境濕度,起到惰化并熄滅火區的目的。它彌補了采用單一注氮、注漿措施的不足之處,具有獨特的防滅火性能。主要工藝是利用井上、井下的制氮機產生氮氣,通過注氮管路流經泡沫發生器大量地產生惰氣泡,沿管路壓向采空區,進行防滅火

(見圖2)。

為了處理上下部采空區的頂部浮煤,9月21日夜班開始通過注氮口和上下部鉆孔向采空區壓注惰泡,啟封前共向采空區壓注泡沫發生劑3 610 kg,形成惰氣泡沫約28 800 m3。

3.5　效果分析

封閉期間O2濃度均在3%以下,火區的封閉效果好,起到了較好的惰化較果。自9月10日在開始對上端頭施工長鉆孔注膠后,其△c(CO)/△c(O2)、c(C2H4)的變化幅度降低很快,說明了長鉆孔注膠已經注到了火源點;但是隨后其變化速度降慢,膠體已不能流到更遠的火區。隨后對注氮孔和深部鉆孔壓注惰泡,其惰泡的產生量大,可充填性好,能夠對膠體不能到達地點的浮煤進行降溫;下頭閉內的烯烷比有較大幅度地降低,說明惰泡擴散范圍大,注惰泡后,△c(CO)/△c(O2)、c(C2H4)也迅速降為0。通過以上氣體分析充分說明:采空區鉆孔注膠已經接觸到了高溫火區,但是由于膠體流動范圍的影響,膠體不能全部熄滅火區,通過壓注惰泡迅速窒熄并撲滅了殘余的高溫區域,4324火區得到了有效圖2　壓注惰泡工藝流程圖控制,直至最低熄滅。封閉區氣體穩定1個月后,10月底工作面正常啟封并恢復生產。

4　結　論

(1)綜合運用調風均壓、注凝膠、注氮及惰泡等滅火技術,最終實現火區的“堵漏、降溫、惰化”,達到了預期的滅火效果。

(2)通過指標氣體對火區進行分析,對判斷火區的基本狀態,確定各類滅火措施的治理效果及滅火方案的制定調整提供了科學的依據。

(3)孤島綜放面四鄰采空區,漏風規律復雜多變,浮煤自燃危險性增強。為此,必須加強工作面及

鄰近采空區的氣體監測,建立和完善氣體指標體系,及時預報采空區煤層自燃的征兆。

　　作者簡介:宋先明(1967-),男,現任兗州礦業集團通防部通風瓦斯科長,工程師,一直從事礦井“一通三防”工作,曾發表論文10余篇。