應用綜合滅火手段成功封閉瓦斯連續爆炸火區

李榮亮,張福成

(鶴崗區域礦山救護大隊,黑龍江鶴崗154103)

摘　要:詳細介紹了鶴崗區域礦山救護大隊利用通風控製、監測氣體、充砂隔爆等綜合滅火手段成功封閉瓦斯連續爆炸火區的範例。

關鍵詞:通風控製;監測氣體;充砂;隔爆

中圖分類號:TD75+2.2　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006) 04-0013-04

2003年2月27日 4:00,鶴崗礦業集團興安礦三水平北六A(18#層)綜采一隊工作麵發生火災02manbetx.com 。由於火源麵積大,影響範圍大,經直接滅火無效後,對工作麵進行封閉處理。但封閉後不久,火區內就發生瓦斯爆炸,將臨時板閉和永久密閉牆全部推毀。經觀測火區內共發生6次瓦斯爆炸,衝擊波損壞了該區通風設施,並造成綜一隊回風巷冒頂,給救災工作增加了很大的難度。如封閉不了火區或大範圍封閉,該礦將有2個采煤工作麵、5個掘進工作麵和4個開拓工作麵停產,損失不可估量。在這種情況下最後采用通風控製、監測氣體、充砂隔爆等綜合方法將火區安全封閉。整個02manbetx.com 處理曆時20 d,救護隊共出動41隊次,481人次參加,建臨時板閉2道,永久密閉4道,灌漿閉1道,砂薄子閉(過濾式密閉)4道,做到了救災人員無一人傷亡,把02manbetx.com 損失降低到了最低限度,證明這是一起成功的戰例。

1　礦井概況

興安礦位於鶴崗礦區南部,井田走向 5 km ,傾斜 5 km 。於1956年開采,經過兩次改擴建,現生產能力300萬t/a。到2002年礦井剩餘地質儲量4.5億t,可采儲量2.8億t,礦井服務年限為80~ 100 a 。通風係統為中央並列壓入式。

綜采一隊在北六A(18#層)一區一段開采,上覆17#層已采區,下覆21層尚未開采,工作麵走向長 300 m ,傾斜長 130 m ,煤厚 8.3 m ,煤層傾向15°~18°,自然發火期6個月,屬Ⅰ類發火煤層,絕對瓦斯湧出量為4~ 5 m3 /min,工作麵配風 640 m3 /min。巷道布置為集中石門聯合布置,工作麵入風為機道二石門一返上和二返上2條巷道,回風為總排石門和北一石門2條巷道,采用走向長壁綜合機械放頂煤,於 2002年7月10日 正式開采。

2　02manbetx.com 發生經過

2003年2月30日4:00,綜采一隊工作麵下部14~15組架子軟幫發現明火,當時用防塵水管直接滅火,現場放出50 t岩石,岩溫 70℃ 以上,並消除了高溫隱患。之後采取在工作麵布置鑽孔,向高頂及軟幫注水充灰,工作麵軟幫不放,硬幫正常推進方式,維持了綜一隊工作麵的正常生產。

3　滅火方案的提出及處理經過綜采一隊發火後,集團公司領導、救護大隊、通風處等有關人員立即趕赴礦井,成立了興安礦滅火指揮部,經研究製定了2種滅火方案:方案Ⅰ:直接滅火。

(1)保證原通風係統狀態不變,利用水管直接撲滅工作麵明火,除打鑽滅火人員和救護隊人員外,其他人員全部撤離工作麵。

(2)在總排石門布置鑽孔向采空區打鑽,注灰充砂。

方案Ⅱ:綜合滅火。

(1)先將入風機道二石門二返上和回風總排石門封閉,使綜一隊工作麵形成一返上入風和北一石門回風,通風係統由原兩入兩回變成一入一回,由於對正常係統沒有太大影響,不管是否封閉工作麵,這項工作可提前進行。如需封閉也可減少一半工作量。

(2)采用同時封閉方法在入風一返上和北一石門施工板閉將火區徹底隔絕。

(3)加固嚴密各道密閉,防止漏風,繼續利用鑽孔向采空區充砂灌漿滅火。

2月28日 上午,實施方案Ⅰ:繼續進行打鑽、注水、充灰工作。並完成了對機道二石門二返上和總排石門施工料石閉永久封閉工作。但是到了下午3:00,綜一隊火勢進一步惡化,上出口又一次噴火,並引燃了回風巷的木棚,造成北一石門濃煙滾滾。經救護隊對北一石門探查,進入 130 m 巷道全是濃煙(強烈刺眼),檢測氣體情況是:CH4濃度6%、CO2濃度1.5%、CO濃度8 000×10-6,溫度 40℃ 。回風巷探完後又沿機道進入,發現工作麵 30 m 以上有多處明火,火勢已經很難控製,直接滅火已沒有可能。於是指揮部決定采取方案Ⅱ:封閉火區,進行綜合滅火。由於火勢發展迅速,北一石門已出現高溫濃煙,決定用板閉先封入風側,待火區穩定後再施工回風側密閉。為掌握火區內氣體變化情況,做到安全封閉火區,又采取如下措施對火區進行觀測:①在北一石門和地麵煤泥池井接設束管,利用救護隊束管監測車微機來監測氣體變化情況(地麵煤泥井已報廢,但和采空區相透,而且CO濃度已達到5 000×10-6以上),在觀測火區氣體不出現異常情況下,實施火區封閉工作;②對北一石門和煤泥池井氣體進行人工觀測,每2 h取樣化驗03manbetx 1次,每班對井下進行一次測風;③根據化驗結果和觀測數據,繪製火區氣體變化曲線,用於指導救災工作。 3月1日 北一石門CO濃度高達1%,說明火勢還在發展,但CH4濃度為2%,上升速度不快,指揮部決定抓住時機立即實施封閉工作,對機道二石門一返上進行臨時封閉,隔斷火區入風。15:00許,封閉工作結束,人員撤離了現場。 3月2日 11:30,救護隊準備加固一、二返上密閉時,發現密閉已不存在,隻看見少量零散碎石和碎板,火區內發生了第一次瓦斯爆炸。造成通風設施損壞,綜一隊回風巷冒頂。為控製火勢,當日晚10:00,指揮部決定不封一、二返上,退回機道二石門施工一道臨時板閉(封閉地點圍岩狀態好)隔絕火區。於晚11:30,板閉施工完,人員撤離。第二天上午,救護隊進入檢查時,發現板閉再次被摧毀,火區內發生了第二次瓦斯爆炸,從觀測記錄和氣體變化曲線看,此次爆炸是在板閉打完4 h後發生的。

通過火區內發生的兩次爆炸可以看出,采空區內瓦斯湧出量較大,而且火勢還在發展,火區不穩定,這種情況下一但封閉,火區內瓦斯就會急劇上升達到爆炸界限發生爆炸。因此,指揮部決定把控爆、防爆放在救災第一位。根據井下運料困難等實際情況,如果靠碼放防爆砂袋來控爆,工作量大,需要作業人員多,施工過程中危險性大,尤其是在封堵防爆牆時易造成人員傷亡事故。而利用充砂隔爆手段,在機道二石門,總排石門和北一石門的一段巷道施工砂薄子閉(濾水存砂子),利用灌漿管路,將閉內充滿砂子,形成3處8~ 10 m 長的砂段隔爆牆用於防爆,最後施工永久密閉隔絕封閉火區。砂段隔爆牆的形成。分為4個步驟:第一步:施工兩道砂薄子閉,間距8~ 10 m ,把充砂管路吊在閉中間高頂處,為保證巷道流經一定風量,兩道砂薄子閉要留0.5~ 1 m2 斷麵的風窗。第二步:砂薄子閉施工完後,利用灌漿管路進行充砂,留1~2人觀察充砂情況,當砂子達到風窗高度時,停止充砂。第三步:堵風量窗,提前將釘在一起的0.5~ 1 m2 的木板放置在閉前,需要封堵時,迅速將風量窗堵嚴,人員撤離。第四步:再次充砂,直至將閉內充滿,形成一個整體砂段隔爆牆。

為保證在施工砂薄子閉期間,井下作業人員安全,采用了通風控製和氣體綜合觀測技術:①保證火區經過一定的風量,確保火區內瓦斯不積聚,經計算砂薄子閉距頂板留 0.6 m × 1 m 的風窗就可以使進入火區的風量不低於 80 m3 /min;②設置專人修複3處風門,沒有指揮部命令不得隨意開關;③利用束管監測車連續觀測、色譜儀每2 h化驗03manbetx 和人工檢測相結合綜合觀測技術,對綜一隊回風氣體進行監測,掌握火區內氣體變化情況用於指導救災。施工期間設專人檢查作業點氣體情況,發現有異常時立即撤人。

按照指揮部的要求,救護隊首先施工機道二石門砂薄子閉,當進行到第三步驟,風量窗堵完後人員撤離時,感覺有氣浪衝擊,隨後砂塵飛揚,將施工人員帽鬥吹掉,現場人員眼前一片模糊。火區內發生了第三次爆炸。但威力大大減弱,沒有造成人員受傷。之後,救災人員又對砂薄子閉風窗進行了封堵,直至閉內砂子充滿,火區內又發生了3次爆炸,但由於閉內砂子起到了隔爆作用,砂薄子閉抵抗住子4次瓦斯爆炸衝擊,沒有遭到破壞,起到了隔爆作用,使入風機道二石門得到了徹底封閉。經過幾天的觀測,火區內沒有再發生瓦斯爆炸。之後又對總排石門和北一石門施工砂薄子閉,形成了三處砂段隔爆牆,最後又進行了永久封閉,使火區得到徹底隔絕,達到了安全封閉火區的目的。

4　處理事故特點及效果評價

(1)運用通風控製技術。高瓦斯礦井發生火災,風流控製非常重要,如果供風量過大,會造成火勢加大,增加救災難度,如果供風量過小,會造成瓦斯積聚,引起爆炸。因此,火災時期,通風管理非常重要,工作麵配風量也很難掌握。在處理綜一隊火災初期,沒有進行縮風,結果造成火勢增大,之後采取隔絕供氧實施封閉方案,封閉2次,火區內爆炸2次。最後指揮部決定以瓦斯不積聚為前提,進行調風、縮風,待通風係統穩定後再施工砂薄子閉,結果控製住了火區爆炸。

(2)利用束管監測車、色譜儀和繪製氣體變化曲線等綜合觀測技術,掌握火區內氣體變化情況,用於指導救災。火區內發生瓦斯爆炸,尤其是發生瓦斯連續爆炸,救災人員進入災區時機非常關鍵,也很難確定。即使明確知道每次爆炸的時間和爆炸的威力,利用爆炸間隙和爆炸威力小進入災區也沒有科學依據,隻能做為救災參考,因為火區內由於燃燒在不斷變化,造成爆炸的不確定因素太多,是沒有規律可循的。但是可以通過觀測火區內氣體變化,掌握火區內真實數據,用於指導各項救災工作的實施。

鶴礦集團救護隊已處理過多起火區內爆炸事故,利用觀測手段指導救災有很多成功的戰例。綜一隊火區發生爆炸後,利用束管監測車對火區內氣體進行24 h連續觀測,每2 h采集氣樣利用色譜儀進行化驗03manbetx 和人工檢測數據相結合,整理數據繪製CH4、CO2、CO、O2等濃度變化曲線。當瓦斯曲線陡時,預示有爆炸危險禁止人員進入災區。而在通風係統穩定、通風設施、風量穩定、氣體曲線平緩時,預示火區穩定,可以實施作業。

(3)充砂防爆和碼放砂袋防爆的比較。封閉有爆炸危險火區時,首先要考慮控爆、防爆問題。一般情況下,都要采用先施工防爆牆,然後在防爆牆的掩護下施工永久密閉。如果不采取防爆措施進行封閉,勢必會造成密閉被摧毀,人員傷亡的後果,並給下一步救災增加難度,這方麵的教訓已有很多例子。而施工防爆牆靠碼放砂袋或黃土袋來完成,由於受運料、巷道環境等條件的限製,施工防爆牆需要大量人力,作業時間也較長,而且在封堵防爆牆過程中易發生瓦斯爆炸,威脅救災人員安全,在安全上沒有保證。處理綜一隊火區時,我們采用了施工砂薄子閉進行充砂隔爆的方法,最後達到了安全封閉火區的目的,和碼放砂袋隔爆相比,充砂隔爆有以下優點:①安全程度高,施工砂薄子閉操作簡單,利用地麵管路進行充砂,充砂期間,井下沒有作業人員;②充填效果好,砂子易於充填,且均勻分布巷道各個空隙,形成整個8~ 10 m 長的砂堆,沒有薄弱點;③充填體積大,充填時間短,碼放砂袋 6 m2 斷麵共需要砂袋約1 500個,最大充填體積 30 m3 ,而用管路充填 8m 長, 6 m2 斷麵巷道充填體積達 48 m3 ,需1個小班就能完成。

5　發火原因03manbetx

(1)三水平北六A(18#層)一區一段上覆17#層已采區,回采結束後沒有采取預防灌漿,上下巷道也沒有采取充填隔絕處理,而僅對各石門進行永久封閉。在開采下部時,已采區受地質壓力、采動的影響,密閉遭到破壞,也無法觀測,造成向采空區漏風,采空區內留有浮煤形成發火。

(2)17#層采空區與回風巷連通,回風巷與地麵報廢的煤泥池井連通,長期漏風供氧,而回風巷與煤泥池井沒有采取相應的封堵措施,也導致了已采區發火。

(3)三水平北18#層與北17#層一區三段層間距平均 20 m ,綜采放頂煤采高 10 m ,由此與17#層

已采區導通,17#層發火後,火通過冒落區燃燒到18#綜一隊采空區引燃綜一隊軟幫遺煤,導致綜二隊發火。

6　幾點體會

(1)高瓦斯易發火礦井,必須加強防火工作管理,健全和完善井下防滅火係統,認真開展好預防性灌漿工作。采後封閉要嚴密,並加強檢查和氣體觀測,應充分發揮束管監測係統的作用,發現隱患及時處理,防止隱患升級。報廢巷道要做充填處理,防止向采空區漏風。

(2)采空區發火後,由於火源點不明確,應根據發火實際情況決定是直接滅火還是封閉火區,一般情況下都采用封閉方法處理火區,而高瓦斯礦井火區封閉則要首先考慮防爆、控爆問題,隻有先施工防爆牆,在防爆牆的掩護下才能封閉火區。然後采取打鑽灌漿進行滅火,如果一味強調直接滅火,將會貽誤時機,導致火勢增大,增加救災難度。

(3)利用充砂隔爆處理瓦斯連續爆炸,已取得了較好的效果,它的隔爆和抗衝擊性是普通防爆牆無法替代的,在沒有先進的控爆技術裝備情況下,不失為一種有效的手段。今後應繼續推廣應用火區惰化技術,向火區注入惰氣或氮氣,使火區失去爆炸性,這是根本防治火區爆炸的有效手段。而且液氮滅火經實際應用已取得了良好的效果,有條件的礦井應加大投入,建立注氮滅火係統。

(4)火區封閉必須要嚴密,密閉位置要選擇建在圍岩條件好的巷道中,如果漏風供氧,最易引起瓦斯爆炸。另外,要慎重選擇火區封閉順序,處理綜一隊火區時,最初製定封閉火區順序是同時封閉,由於綜一隊回風巷已出現高溫濃煙,很難做到同時封閉,因此采用了先封入風側防爆牆,經過充砂隔爆,抵抗住了瓦斯爆炸衝擊,經觀測火區不再發生爆炸後,最後封閉回風側,將火區完全封閉。

(5)救護隊掌握多種技能有利於提高救災效率。在處理綜一隊火區時,根據井下巷道特點及救災需要,救護隊施工了各種密閉。如板閉、料石密閉、支盒子閉和砂薄子閉。每一次都能按要求保質保量完成,尤其是火區發生爆炸後,在礦方人員有懼怕心裏的情況下,救護指戰員衝鋒在前,獨立完成了測風和觀測工作。為指揮部提供了可靠的數據。並在高溫濃煙區進行了接管子、開電機車運料等工作,使救災工作順利進行,提高了救災效率。這充分說明了救護隊在平時抓管理和開展各種訓練工作中已經奠定了良好的基礎。

　　作者簡介:李榮亮(1969-),男,吉林扶餘人,1990年畢業於黑龍江礦業學院,現在鶴崗區域礦山救護大隊任總工程師。