應用風流控製技術處理礦井火災

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1概況

宋家溝煤礦是一鄉鎮煤礦，開采侏羅煤層，低瓦斯礦井，煤層易自然發火，煤塵具有爆炸危險性。礦井采用一立一斜開拓方式，混合提升立井裝備2JTK-1.6型礦用提升機，采用0.5t罐籠雙罐提升方式，承擔煤炭、矸石、材料、設備的提升任務，兼作進風，斜井回風、行人。礦井下通風方式為單翼並列式，主要通風機為4-72-11№12型離心式通風機，配用電機功率15kW，礦井通風方式為抽出式。南一采區已回采完，北一采區正在準備。

2002年2月14日（正月初二），早班下井抽水值班人員發現井下空氣質量有問題，隨報告值班礦長，礦長帶人當即下井檢查，發現井下總回風巷霧南一采空區局閉進行處理。2月17日總回風巷2處密閉牆冒煙，2月19日2:20密閉牆口出現明火。3：38因井下煙霧較大，空氣嗆人，密閉工作難以繼續進行，井下滅火人員全部安全撤到地麵。3：50煙霧從回風斜井大量湧出，地麵煙霧彌漫，加之當時刮東風，濃煙又從混合提升立井湧入井下。為確保救災人員人身安全，減少損失，保住礦井，礦井臨時救災小組決定：封堵井口，切斷井下供氧，控製井下火勢。礦井發生火災時，巷道係統如圖1所示。

1999年該礦井曾遭水災被淹，布置在煤層中的總回風巷全部冒頂垮幫（木棚支護）經過1a多時間的排水、消渣、維修支護，礦井基本恢複生產。礦井發生火災井口封堵後，啟封井口，恢複礦井排水就成為當務之急。采用地麵打鑽注漿滅火，實施複雜，井下泥漿不易控製，滅火時間長，不利於礦井及時排水，且事不逢時，條件不具備。按照《煤礦安全01manbetx 》248條規定啟封火區，由於火區小，封閉範圍大，井口封閉時間長，礦井隻有再次被水淹而致報廢。因此，礦井搶險救災領導小組，根據井下湧出量及井底主水倉容量，在密閉區內各種氣體濃度穩定不變的情況下，擬定12d後即時啟封井口，抽排井下湧水，縮小火區範圍，進行綜合滅火。



1-混合提升立井；2-回風斜井；3-運輸大巷；4-水泵房；5-北一采空下山；6-南一采區上山；7-總回風巷；8-井底聯絡巷

圖1礦井火災時巷道係統示意圖

2利用主要通風機裝置及井口防爆控製風流啟封井口密閉

2.1井下火區狀況

井口封閉後，2月19日~3月1日，回風斜井口密閉內的CH₄、CO₂、CO濃度測定值分別為0.34%~2.46%，1.66%~3.00%，0.4%~0.03%，2月26日~3月1日，CO連續測定值在0.04%左右。表明火區火勢已基本有效控製，火區尚未完全熄滅，處在隱燃狀態，火區氣體狀態穩定。

3月2日，救護隊從回風斜井入井偵察火情，斜井中部的CH₄濃度為8.00%，井底已超過了10.00%，CO井底為0.34%，巷道無煙霧，但氣體刺激眼睛。因巷道冒落堵塞，救護隊員未能進入火區。

2.2 通風係統調整

火災發生前礦井通風係統為：混合提升立井進風，回風斜井回風，運輸大巷進風，總回風巷回風，井底聯絡設2組正反風門，風門關閉。井口啟封前，由救防隊在運輸大巷、總回負巷距井底聯絡巷20m處各打2道臨時板閉，加掛風簾，隔斷火區風流；打開井底聯絡巷風門，使火區風流發生短路。

提升立井罐籠因未安設防墜裝置，為了預防啟封井口期間井下火區出現複燃，有害氣體大量湧出，使救災售貨員能迅速安全撤離井下，礦井通風方法由抽出式改為壓入式，由回風斜井進風，混合提升立井回風。

2.3 風流控製

（1）啟封風量。從井下火區現狀03manbetx ，盡管火區CO在逐漸減少，穩定在一定的範圍內，但火區未熄滅，火源處的火區範圍及溫度不清，井下巷道瓦斯濃度超過爆炸不限，且濃度達到10%以上，啟封井口，縮小火區範圍，恢複井下全風壓通風係統，存在著一定的不安全性。在井下巷道係統一定的情況下，井下風網係統的風阻基本不變，風壓隨其通過的風量按h=RQ²(式中：h為井巷風壓，Pa;R為風阻，N·s²/m⁸;Q為井巷通過的風量，m³/s)的規律變化，風量增大時，風壓則迅速增大。井下風壓增大，必然導致井下通風設施漏風量的增大。圖2為井口啟封期間礦井通風係統簡圖及網絡圖。A、B為臨時板閉，密閉性差，易漏風，井底聯絡巷斷麵小（3.34 m²）阻力大。啟封期間井下供風量過大，可導致火區井、回風兩端的密閉漏風增大，引起火區複燃，或發生瓦斯爆炸。風量過小，不易排除井下火災產生的有害氣體，排放時間長。因此，啟封期間風量的確定則十分重要。礦井井口啟封後，首先排除井下巷道中的CH₄、CO₂、CO等有害氣體，然後在臨時密閉A、B外打永久性密閉C、D，抽排井下水，恢複礦井原通風係統。所以，礦井井口啟封期間，井下供風量應在滿足井下救災人員所需風量、井巷風速下低於0.25m/s的情況下，盡量減小。經計算，啟封期間井下巷道的風量控製在100~150³/min較為適宜。



圖2 井口啟封期間礦井通風係統簡圖及網絡圖

（2）風流控製。從圖2可以看出，當回風斜井井口防爆門打開時，從風硐口1至混合提升立井井口4（1-2-3-4風路）與從風硐口1至回風斜井井口5（1~5風路）為敞開式並聯通風係統。在不考慮自然風壓的作用，係統服從閉式並聯風壓定律，風量自然分配。因此，通過控製回風斜井井口防爆門開啟大小，可使風流發生不同程度的短路，調節井口啟封時期井下風量。根據井下巷道特征參數，理論計算1-2-3-4風路井巷風阻為0.2174N·s²/m⁸,1-5風路（防爆門完全打開）井巷風阻為0.0077 N·s²/m⁸，兩並聯巷道係統風量自然分配比約為1：5.32。當啟封井口密閉，井下1-2-3-4風路通過的風量為150 m³/min時，利用井口防爆門短路（1-5風路）的最大風量為798 m³/min。也就是說，在啟封井口期間，礦井主要通風機供給井下巷道係統風量和通過防爆門短路風量總和不能大於948 m³/min。考慮4-72-11№12型離心式通風機特性，通風機裝置和安全出口的漏風狀況，啟封井口密閉，風機應在風硐閘門完全關閉、井口防爆門打開的情況下啟動，待風機運行平穩後，逐漸開啟閘門，由小變大。閘門開啟大小通過回風斜井實測風量確定。利用防爆門開啟大小來調節控製井下風量。

2.4 啟封過程

3月3日8:00救護隊下井在運輸大巷、總回風巷打臨時密閉牆，打開聯絡巷風門；10:00開始啟封井口。啟封順序為先關閉風硐閘門打開擴散器密閉，然後調整反風風門（使風流由抽出式變為壓入式），再打開提升立井密閉、回風斜井井口防爆門，最後開啟通風機並進行風流風量調節。當風硐閘門開啟高度為20cm，防爆門開啟度為40%，井下風量為120 m³/min，混合提升立井井口排放瓦斯濃度達8.4%，CO濃度達0.24%。晚20:40混合提升立井瓦斯濃濃度降至0.46%，CO濃度降至0.002%。23:00井下實施火區永久性密閉和抽排水。為爭取時間，先在總回風巷臨時密閉外3m處用黃土袋和磚打雙層密閉，中間裝0.35m厚黃土，後在運輸大巷打同樣的密閉牆，由5.5kW局部通風機進行局部送風。3月4日7:58井下密閉工作完成。12:00礦井恢複原抽出式通風方式，井口啟封工作結束。

3　利用調壓技術加速火區熄滅

3月9日晚班，在回風斜井出現了CO，其濃度為0.002%，總回風巷密閉牆內的CH₄濃度為6.7%，CO濃度為0.05%，說明火區複燃。03manbetx 其原因為：①因搶險時間緊，永久性密閉未掏槽，密閉外巷道又因镟施工質量差，充填不嚴，後又被水長期淹沒、衝刷，使空隙增大，而導致漏風；②進、回風側兩密閉間風壓差大。處理方法如下：

（1）在運輸大巷、總回風巷兩永久密閉牆外5m處重新掏槽構築密閉，使其與原永久密閉牆構成2個均壓氣室，用Ф100mm的無縫風鋼管作連通管，進行調壓，減少漏風。

（2）打開水泵房管子道密閉，讓部分風流短路，以減小密閉牆間的風壓差。

實施上述方案後，經測定，兩處密閉調壓氣室間漏風壓差為30Pa，火區複燃狀況得到了控製，3月16日礦井恢複了正常生產。

4　利用鎖風法啟封火區

理論與實踐證明，火區熄滅狀態與火區範圍大小，火勢強弱，煤層自然地質條件，封閉區漏風供氧，礦井通風條件等因素有關。判斷火區熄滅條件的指標是在實踐可行的前提下，提供火區啟封作業的相對安全保障。根據黃隴侏羅紀煤層開采礦井火區啟封經驗，火區在嚴密封閉3~6個月以上，CO濃度降低至0.001%以下，可考慮啟封。

3月16日至3月27日，總回風巷密閉牆內CO濃度範圍為0.14%~0.002%，平均0.05%；CO₂CO濃度範圍10.72~4.6%，平均5.00%；CH₄濃度範圍9.74%~4.6%，平均4.1%,氣體溫度平均26℃。3月28日至7月1日，CO濃度為0，CO₂、₄濃度分別保持在4.2%、4.7%以下，氣體溫度22℃以下。運輸大巷密閉牆內（進風側）CO、CO₂、CH₄濃度測不出值，判斷礦井火區已熄滅。7月2日，利用鎖風法順序啟封了井下火區。逐段鎖風距離為200m，采用11kW局部

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td="14307">通風機，鎖風設施為2道臨時板閉加風簾。

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