東灘礦14308西軌順煤層自然發火事故案例分析

一、發火時間：1996年5月26日
二、發火地點：東灘礦14308西軌順
三、火區概況 14308西軌順火區位於東灘礦北翼14采區14308綜放麵西部。該綜放麵走向長1200m,南鄰143上07綜放采空區(下分層還未開采),北邊為實體煤(見圖1)。主采3層煤,煤厚9.2m,采高2.8m,放煤高度6.4m。14308西軌順與14307上分層綜放麵軌順垂直重疊布置,間隔一層3上與3下煤層之間的夾矸。

14307上分層綜放麵94年7月開采,推進約70～80m時,采空區出現自然發火征兆,上隅角CO濃度1000ppm以上,回風流CO濃度超過100ppm。利用底板岩集向上打鑽孔往采空區回風側灌漿,並加快推進速度甩掉高溫點,95年6月采完後封閉,實行閉區均壓防滅火。14308西軌順96年2月開始由東向西掘進,掘進期間巷道多處冒頂,與頂部14307綜放麵采空區冒透連通。96年5月26日順槽掘出1050m,距14307采空區切眼約30m處時,發現頂部采空區浮煤中有幹餾過的焦炭存在,二天後該處頂煤自燃。采用往頂煤插管注水滅火,火勢發展較快,前後約20m範圍內水管一插即往下掉紅火炭,並形成冒空區。至5月30日未能將火源撲滅,1050m順槽被迫全部封閉,采用注氮滅火。
96年10月28日該順槽火區采用鎖風法逐段啟封,並對啟封的部分迅速噴漿堵漏,對未啟封巷道采用注氮防滅火技術,惰化火區。注氮期間閉內氧含量6～9%,停止注氮後閉內氧含量12～15%。到97年1月4日,順槽啟封910m,閉內還有140m。由於一些原因停止注氮三天,板閉縫隙中冒出大量濃煙,CO濃度超過2000ppm,原火區仍在燃燒,高溫火點並沒有窒熄消失。為此決定在滅火道內打鑽向火源壓注膠體泥漿直接滅火。
四、火區特點 (1) 巷道頂部火點是94年14307綜放麵回采期間氧化自燃的舊火點。 (2) 火源點複燃速度很快,從96年5月26日進入該火源點底部到28日出現明火,間隔隻有40個小時。 (3) 14307綜放麵是東灘礦第一個綜放試驗麵,距切眼70～80m內頂煤回收率低,且順槽和二個端頭支架不放頂煤,故該火點處有鬆散煤體4m多厚,12m寬,遺煤量很大。 (4) 該火點經過近二年多時間氧化放熱所儲存的熱能很大。 (5) 東灘礦采用無煤柱開采,采空區連成一片,杜絕向火區供氧很難。該火區位置高,巷道頂部煤體破碎、冒落空洞多,且沒有噴漿。若采用灌水、注漿淹火區,水隻能流入巷道或采空區,很難淹沒。若注水、注漿量大,容易把頂煤衝落到巷道,造成冒頂,且大量泥漿泄入巷道,使巷道恢複困難。由於火區溫度高、熱容大,注氮、注惰泡隻能抑製火區發展,很難使煤體溫度下降。 (6) 14308綜放麵是450萬噸礦井97年的主采工作麵,全礦產量的一大半要靠這個工作麵完成。該工作麵97年2月底要投產,時間緊,任務重。該火區必須在工作麵投產前徹底撲滅,且要能保證整個工作麵回采期間不複燃。
五、 滅火過程 1、膠體泥漿應用工藝 根據14308火區範圍及火勢,預計注膠量在1000m3以上。若采用井下小型注膠係統,占用人員多,材料運輸困難,注膠速度很慢。因此,采用地麵配漿池和灌漿管路進行大流量連續運行的膠體泥漿壓注工藝。利用北風井四個配漿池按一定的水土比配好泥漿後,往漿池中添加基料,然後用攪拌機攪拌均勻備用,放漿速度由閘閥控製,用標尺計算下漿量。配有基料的漿液通過灌漿管路送到注膠地點,用泵把固體促凝劑按比例輸送到泥漿管內,利用管內高速流動的液體溶解促凝劑並混合均勻,通過分流器注入鑽孔,分流器並行管路可達18個(見圖2)。

2、滅火過程
考慮到14308西軌順火區頂部是大量浮煤堆積的采空區,巷道沒有噴漿,用水滅火時,頂煤冒落形成許多空洞,膠體泥漿一旦泄漏到巷道中,把頂煤衝垮形成大冒頂,膠體泥漿灌滿巷道,使火區啟封工作量增加,故決定采用多鑽孔、低流量注膠,成膠速度控製在1分鍾內,從滅火道向巷道頂部打仰角3°或水平的鑽孔,孔深8m,距巷道頂部4.8～5.2m(見圖3)。97年1月11日開始注膠,經過三天注入450m3膠體泥漿後,進入火區偵察，火區大部份已熄滅,但原火區中心仍有高溫陰燃點,通風二個多小時見明火,巷道中除一個高冒區有十幾立方泄漏的膠體泥漿外其餘各點均未見漏漿。把臨時鎖風板閉推進40m,在滅火道打鑽尋找火源繼續注膠體泥漿約400m3,於1月16日第二次啟封偵察火區,發現原火區仍有明火,鑽孔沒有打到火源上,巷道基本沒有漏膠。把臨時鎖風板閉再次往前推進50m,繼續利用鑽孔注膠滅火。

由於第二次偵察沒有發現漏膠,消除了泄漏顧慮,決定打俯角3°、深8m的鑽孔(見圖三)。在打鑽過程中,鑽孔有2000多ppm的CO泄出,沒有見煙,溫度也不高,經過三天注膠約500m3,於1月20日第三次啟封偵察火區,並計劃強行噴漿通過高溫區。火區啟封後,閉內溫度42～44℃,高溫區表麵溫度80～90℃,通風一個半小時後見明火,對準火源點噴漿,火勢立即增大,紅炭伴著砂漿大量落入巷道,形成新的高冒區。冒落的紅炭用水一澆,巷道溫度劇增,蒸汽彌漫,煙流及CO增大,被迫在原板閉處封閉,用砂漿噴塗表麵。 經過第三次火區啟封,使我們認識到原配方膠體泥漿遇高溫後滲透性較差,鑽孔在火源頂部4.0～4.5m處都沒能滲透到緊靠巷道頂部的火源上,而在火源頂部形成了一層膠體泥漿層,滅火效果不好。經過對鑽孔位置03manbetx ,決定打12°的俯孔,孔深10m(見圖三),孔口距巷道1.7m左右,並放慢成膠速度。這一次打鑽過程中有二個鑽孔直接打入火區,鑽孔中有黑煙往出冒,出氣溫度達80～90℃,CO濃度超過2000ppm。連續注膠六天,注入近900m3膠體泥漿,鑽孔CO濃度下降到20ppm以下,隨後打了幾個探孔,CO都在10ppm左右,鑽孔出氣溫度正常。板閉內CO濃度10～20ppm,出水溫度38℃。上述跡象表明膠體泥漿已注到高溫區內,明火已熄滅,但由於煤岩體熱容大,溫度還未完全降下來。1月26日火區啟封,救護隊進入偵察,明火已熄滅,但巷道頂部高溫點仍有52℃,巷道空氣溫度40～42℃,淋水溫度40℃,CO隻有2～4ppm。拆除板閉、恢複通風、對高冒頂區用石棉瓦背頂方木加固,然後迅速噴漿,同時利用滅火道的鑽孔繼續注膠降溫。至1月31日14308火區啟封成功,巷道全部噴漿重新處理,幾天後火區徹底熄滅。
六、經驗及教訓
1、東灘礦3層煤在低氧(氧濃度小於5%)時仍能維持陰燃，即使封閉幾年的封閉窒熄，煤溫仍能保持在200℃以上，因此要求對曾經發過火，又未進行徹底處理的高溫火點應予以高度重視。
2、煤層自燃,經過長時間的放熱,火區周圍整個煤岩體所儲存的熱能很大,這些熱能若不釋放,滅火後極易死灰複燃。
3、 膠體泥漿能在碎煤中充填空隙,很快使煤氧隔離窒熄,即使高溫蒸烤失去水分,仍有30～50%左右的黃土存在於空隙中,起防火作用。
4、膠體泥漿滅火技術首次在沒有噴漿的鬆散頂煤中應用,泄漏率不到1%,比單純注膠效果好。
5、利用地麵灌漿係統配製膠體泥漿,實現大流量連續注膠,勞動強度低,井下運輸量少,尤其對大麵積火區的滅火更顯其優勢，能同時控製較大範圍(10～20m)的火區,也不會造成大量泄漏。
6、膠體泥漿在高溫區成膠速度加快,滲透性變差。膠體泥漿從上往下覆蓋火源時,成膠速度快,會在火源頂部形成一層膠體層,影響撲滅膠體層底部的火。該技術要求鑽孔必須打到火源點或火源附近,否則滅火效果較差。