朱海峰

摘要：礦井火災(zāi)為煤礦五大災(zāi)害之一，一旦發(fā)生往往造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，尤其礦井煤炭自燃發(fā)火且具有隱蔽性強(qiáng)、治理難度大的特性。因此，要消除和提前防范礦井煤炭自燃發(fā)火，就需要了解礦井煤炭自燃發(fā)火發(fā)生的各種原因，通過(guò)礦井煤炭自燃防治技術(shù)的研究，強(qiáng)化并普及推廣先進(jìn)的防滅火技術(shù)，有效預(yù)防礦井自燃火災(zāi)事故的發(fā)生。本文結(jié)合某礦一掘進(jìn)工作面自燃發(fā)火的實(shí)際情況，對(duì)煤礦井下易自燃發(fā)火因素進(jìn)行綜合性分析，運(yùn)用多種滅火技術(shù)相結(jié)合的方法，封閉隔絕、均壓調(diào)整、火區(qū)降溫、縮封技術(shù)、隔斷充填等多種措施分階段治理火災(zāi)，效果顯著，為礦井火災(zāi)防治工作提供了切實(shí)可行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： Mine fire is one of the five major disasters in coal mines. Once it occurs， it often results in huge economic losses and casualties. In particular， coal mine coal spontaneously ignites and it has a strong concealment and is difficult to manage. Therefore， to eliminate and prevent spontaneous combustion of mine coal spontaneously， it is necessary to understand the various causes of spontaneous combustion of mine coal. Through the research on coal mine spontaneous combustion control technology， we have strengthened and popularized advanced fire prevention and extinguishing technologies to effectively prevent mine spontaneous combustion accidents. This paper combines the actual situation of spontaneous combustion of a mine face in a tunneling process， comprehensively analyzes the factors of coal mine spontaneous combustion ignition. A combination of several fire-fighting techniques， such as closed isolation， pressure equalization adjustment， fire zone cooling， shrink sealing technology and partition filling， are used to control fires in stages， which has a significant effect and provides practical experience for mine fire prevention and control work.

關(guān)鍵詞：復(fù)雜條件；火區(qū)；綜合治理

Key words： complex conditions； fire zone； comprehensive management

中圖分類號(hào)：TD75+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）21-0238-04

1 我國(guó)煤礦礦井火災(zāi)防治現(xiàn)狀及防治技術(shù)

礦井火災(zāi)是煤礦重大災(zāi)害之一，礦井火災(zāi)分為兩種，即內(nèi)因火災(zāi)和外因火災(zāi)。其中外因火災(zāi)通過(guò)強(qiáng)化管理措施可以減免；而內(nèi)因火災(zāi)隱蔽性相對(duì)比較強(qiáng)，管理難度較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤礦有56%的煤礦存在自燃發(fā)火問(wèn)題，而采空區(qū)自燃發(fā)火又占內(nèi)因火災(zāi)的60%。采空區(qū)發(fā)生火災(zāi)危害大，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，常造成發(fā)火工作面封閉、從而凍結(jié)煤炭資源和生產(chǎn)設(shè)備。為了加強(qiáng)煤礦防滅火安全技術(shù)，我國(guó)從50年代起先后研究并推廣實(shí)施了黃泥灌漿防火技術(shù)、阻化劑防滅火、均壓通風(fēng)、高倍數(shù)泡沫滅火、凝膠充填窒息等防滅火技術(shù)。80年代至90年代則研究了礦井自燃發(fā)火預(yù)測(cè)系統(tǒng)、惰氣防滅火、快速高效堵漏風(fēng)等技術(shù)，并逐步形成適應(yīng)普通采煤法和高產(chǎn)高效采煤法的綜合防滅火技術(shù)。由于煤礦井下火災(zāi)治理困難，治理周期長(zhǎng)，特別是在縱橫交錯(cuò)的采空區(qū)發(fā)生火災(zāi)，涉及范圍廣、漏風(fēng)通道多，治理難度更大，還有一批亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。因此，我國(guó)礦井火災(zāi)防治工作仍然是礦井安全生產(chǎn)所面臨的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。

2 事故案例概況

平頂山天安煤業(yè)某礦己15-17-17062回風(fēng)巷于2011年1月25日發(fā)生一起自燃發(fā)火事故。己15-17-17062回風(fēng)巷已施工737m，己15-17-17062進(jìn)風(fēng)巷已施工720m （見(jiàn)圖1）。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)概況

該礦有兩個(gè)風(fēng)井服務(wù)礦井的兩個(gè)采區(qū)，其中北山風(fēng)井服務(wù)與三水平；中央風(fēng)井服務(wù)于己七采區(qū)。己七采區(qū)一期一號(hào)片盤包括己15-17-17062進(jìn)、回風(fēng)巷兩個(gè)掘進(jìn)工作面和己15-17-17042采煤工作面。其中己15-17-17062進(jìn)、回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面均為2×30kW局扇供風(fēng)，己15-17-17042采煤工作面總回風(fēng)量為943m3/min，己15-17-17062進(jìn)、回風(fēng)巷掘進(jìn)面及風(fēng)門漏風(fēng)合計(jì)回風(fēng)量為1273m3/min，己七一期一號(hào)片盤專用回風(fēng)巷回風(fēng)量2482m3/min。

2.2 工作面煤層分部情況

己15-17-17062回風(fēng)巷布置于己七采區(qū)一期己15-17煤層，該掘進(jìn)工作面里段為己15-17煤層合層（上分層已回采），外段為己16-17煤層，己15-17-17062回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面位于己七采區(qū)一水平，己15-17-17062回風(fēng)巷沿己16-17煤層頂板掘進(jìn)。

3 火區(qū)綜合治理技術(shù)方案

礦井火災(zāi)治理方案常規(guī)分三步走：①隔絕漏風(fēng)通道，切斷氧氣供給；②注入惰性氣體，降低封閉區(qū)域氧氣濃度；③灌注滅火材料，消耗火區(qū)熱能。該礦己15-17-17062發(fā)生自燃發(fā)火事故之后，礦積極組織相關(guān)部門先后實(shí)施：注氮→堵漏采空區(qū)密閉縫隙→調(diào)系統(tǒng)均壓→注高分子滅火劑→注液態(tài)CO2降低火區(qū)溫度→灌注黃泥漿→壁后注漿→注碳酸氫鈉凝膠充填火區(qū)空間等各項(xiàng)治理措施，抑制火勢(shì)惡化，控制火區(qū)發(fā)展。

3.1 己15-17-17062火區(qū)綜合治理技術(shù)前期技術(shù)措施

3.1.1 注氮、噴漿堵漏技術(shù)方案的實(shí)施

己15-17-17062自燃發(fā)火事故發(fā)生以后，首先在己15-17-17062斜回風(fēng)巷口向里15米處施工一道密閉，封閉火區(qū)，避免火區(qū)范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大和蔓延。利用制氮機(jī)分別通過(guò)己15-17-17062斜回風(fēng)巷與己15-17-17060煤柱回風(fēng)巷密閉注漿管對(duì)火區(qū)內(nèi)部注氮，降低火區(qū)封閉空間內(nèi)的氧氣含量，使火區(qū)內(nèi)瓦斯等可燃性氣體失去爆炸性。與己15-17-17062相溝通的己15-17-17060采空區(qū)漏風(fēng)通道復(fù)雜，要想注氮達(dá)到最佳治理效果，必須先進(jìn)行噴漿堵漏風(fēng)，增強(qiáng)火區(qū)封閉效果，增加氮?dú)庠诨饏^(qū)內(nèi)部的滯留時(shí)間，通過(guò)噴漿堵漏與注氮降氧措施的實(shí)施，火區(qū)內(nèi)部氧氣含量得到明顯下降，同時(shí)CO濃度也得到了一定的控制和下降，給下一步的治理工作提供了安全保障。

3.1.2 均壓滅火技術(shù)方案的實(shí)施

在注氮治理的同時(shí)，為了減少向密閉內(nèi)漏風(fēng)，必須優(yōu)化調(diào)整礦井通風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)構(gòu)筑通風(fēng)設(shè)施均壓的方式進(jìn)行治理。要降低己15-17-17060進(jìn)風(fēng)巷密閉內(nèi)外壓差，就必須進(jìn)行均壓。己15-17-17060回風(fēng)巷密閉、己15-17-17061進(jìn)風(fēng)巷密閉和己15-17-17061回風(fēng)巷密閉位出己15-17-17042回風(fēng)巷里，為了降低這三道密閉內(nèi)外壓差，通過(guò)研究確定在己15-17-17042進(jìn)風(fēng)巷一部皮帶施工一組臨時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)門，控制己15-17-17042采面風(fēng)量，在可以滿足己15-17-17042采面供風(fēng)要求情況下，控制進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量，起到了均壓滅火的作用。

3.1.3 注高分子滅火劑技術(shù)方案的實(shí)施

該礦在己15-17-17062火區(qū)事故發(fā)生以后，經(jīng)過(guò)前期的注氮噴漿等防滅火措施后，根據(jù)礦實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，提出第二階段相應(yīng)治理措施。首先設(shè)計(jì)在己15-17-17042回風(fēng)巷向己15-17-17060煤柱采空區(qū)的預(yù)測(cè)高溫區(qū)域施工10個(gè)φ50mm注膠鉆孔和向己15-17-17062回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面施工1個(gè)觀察孔，然后通過(guò)注膠鉆孔向己15-17-17060煤柱采空區(qū)推測(cè)高溫區(qū)域灌注高分子材料滅火劑，利用觀察孔實(shí)時(shí)監(jiān)控己15-17-17062回風(fēng)巷封閉區(qū)域的各種標(biāo)志性氣體指標(biāo)，了解治理效果。高分子滅火劑是一種新型防滅火材料，通過(guò)1%-3%的動(dòng)態(tài)比例調(diào)節(jié)，與水混合后形成粘稠狀軟固體覆蓋充填區(qū)域物體表面，以達(dá)到隔絕氧氣降低高溫區(qū)域溫度、吸收熱能的治理效果。

治理初期，以己15-17060煤柱回風(fēng)巷采空區(qū)封閉區(qū)域內(nèi)的氣體色譜檢測(cè)數(shù)據(jù)為治理效果分析依據(jù)。己15-17060煤柱回風(fēng)巷密閉內(nèi)CO氣體濃度一周后由10135ppm降至3685ppm；停止注膠，己15-17060煤柱回風(fēng)巷密閉內(nèi)CO氣體濃度由2474ppm升至7989ppm；繼續(xù)注膠后CO氣體濃度由8829ppm降至2124ppm。之后再繼續(xù)注膠標(biāo)志性氣體未降反升，且17060觀測(cè)孔內(nèi)CO氣體濃度也未有下降趨勢(shì)。隨后研究調(diào)整鉆孔設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)17個(gè)鉆孔，經(jīng)過(guò)后期治理，己15-17-17060煤柱面回風(fēng)巷密閉和己15-17-17062回風(fēng)巷觀察孔內(nèi)CO濃度變化呈反復(fù)升高、降低狀態(tài)，整體變化曲線由高到低，再由低到高，濃度較低時(shí)為2000-3000ppm，濃度高時(shí)約為6000ppm。經(jīng)過(guò)推測(cè)分析：由于鉆孔深度為40-50米，由于第個(gè)鉆孔的實(shí)際終孔位置與設(shè)計(jì)終孔位置在鉆孔施工時(shí)存在誤差，造成高分子滅火劑不能準(zhǔn)確的注入到火區(qū)高溫點(diǎn)內(nèi)部，加之己15-17-17060采空區(qū)漏風(fēng)通道復(fù)雜，導(dǎo)致火區(qū)高溫點(diǎn)反復(fù)的縮小、擴(kuò)大，以出現(xiàn)己15-17-17060煤柱面回風(fēng)巷密閉和己15-17-17062回風(fēng)巷觀察孔內(nèi)CO濃度變化呈反復(fù)升高、降低狀態(tài)。

3.2 己15-17-17062火區(qū)綜合治理技術(shù)中期技術(shù)措施

3.2.1 注液態(tài)CO2技術(shù)方案的實(shí)施

經(jīng)過(guò)第一階段的治理研究分析，火區(qū)內(nèi)部主要由于高溫?zé)崮艿念B固性使得不能徹底熄滅火源，只有消耗火區(qū)內(nèi)部高溫能量，使溫度降下來(lái)，才能更好地控制與治理火區(qū)。液態(tài)CO2溫度在零下40度以下，在注入到火源高溫點(diǎn)之后可以大量削弱火區(qū)內(nèi)部高溫勢(shì)能，同時(shí)提高火源內(nèi)部CO2濃度，也氣到降氧作用，在減少火區(qū)內(nèi)部供氧和降溫之后，可以控制和抑制火勢(shì)區(qū)域蔓延。

經(jīng)過(guò)注入液態(tài)CO2治理，已15-17-17062斜回風(fēng)巷密閉內(nèi)濃度逐步降低，由最高時(shí)的6548ppm下降至1300-1800ppm；已15-17-17060煤柱面回風(fēng)巷密閉和已15-17-17062回風(fēng)巷觀察孔內(nèi)CO濃度由6000ppm下降至1800-2000ppm，呈穩(wěn)步下降趨勢(shì)。

3.2.2 火區(qū)縮封治理技術(shù)方案的研究與實(shí)施

已經(jīng)封閉的火區(qū)，只有經(jīng)證實(shí)火已熄滅并穩(wěn)定后，方可啟開封閉墻。而火區(qū)的熄滅根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定必須同時(shí)具備5個(gè)基本條件時(shí)，才能認(rèn)為火已熄滅。

經(jīng)過(guò)該礦與專家共同研究決定，己15-17-17062已經(jīng)具備縮封條件，應(yīng)當(dāng)在目前火區(qū)形勢(shì)穩(wěn)定的狀態(tài)下立即對(duì)其進(jìn)行縮封治理工作。本次成功縮封為下一步治理工作提供了最直接、便利的條件，下一步將繼續(xù)向火區(qū)高溫點(diǎn)灌注氮?dú)?、液態(tài)CO2；加強(qiáng)己15-17-17042各個(gè)密閉壓差、溫度、進(jìn)出風(fēng)情況和各種有害氣體濃度的檢查；有效控制己15-17-17062回風(fēng)巷臨時(shí)風(fēng)門2內(nèi)外壓差，采取均壓滅火治理措施；加快己15-17-17160工作面的推進(jìn)速度并根據(jù)瓦斯配置風(fēng)量，同時(shí)放慢己15-17-17042工作面推進(jìn)速度，在己15-17-17062回風(fēng)巷做鉆場(chǎng)進(jìn)一步向火區(qū)高溫點(diǎn)注黃泥漿等有效防滅火措施。

3.2.3 注碳酸氫鈉技術(shù)方案的研究與實(shí)施

經(jīng)過(guò)對(duì)己15-17-17062進(jìn)風(fēng)巷與己15-17-17060煤柱進(jìn)、回風(fēng)巷交叉點(diǎn)周邊巷道實(shí)施壁后注漿之后，徹底切斷了己15-17-17060采空區(qū)與己15-17-17062進(jìn)風(fēng)巷的漏風(fēng)通道，同時(shí)切斷與己1617-17140進(jìn)、回風(fēng)巷之間的漏風(fēng)通道，使火區(qū)內(nèi)部達(dá)到了一個(gè)比較理想的封閉空間，從氣樣束管分析結(jié)果來(lái)看，各項(xiàng)氣體指標(biāo)也達(dá)到了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的階段。

經(jīng)研討決定，在己15-17-17062回風(fēng)巷430米處密閉向外10米位置，面向迎頭右?guī)驮O(shè)計(jì)鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)向己15-17-17060煤柱面回風(fēng)巷高溫點(diǎn)施工注漿鉆孔，然后注入碳酸氫鈉與多亞甲基多苯基異氰酸酯的混合溶液，碳酸氫鈉與多亞甲基多苯基異氰酸酯的水溶液按照一定配比混合之后可以形成一種含水量極高的膠狀體，包裹高溫區(qū)域煤體表面，隔絕氧氣，起來(lái)與高分子滅火劑同樣的治理效果，同時(shí)成本又比高分子滅火劑降低了近6倍。之所以選擇在己15-17-17062回風(fēng)巷做鉆場(chǎng)，主要考慮到遠(yuǎn)距離施工鉆孔誤差較大，很難把掘鉆孔的終孔位置，而通過(guò)鉆場(chǎng)近距離施工鉆孔可以更準(zhǔn)確的定位鉆孔終孔終孔位置，加強(qiáng)治理效果。通過(guò)注入碳酸氫鈉凝膠材料，使膠體包裹預(yù)測(cè)高溫區(qū)域，吸收火區(qū)高溫能量，控制其高溫源擴(kuò)散。

3.3 己15-17-17062火區(qū)綜合治理技術(shù)后期技術(shù)措施

3.3.1 隔斷充填技術(shù)方案的研究與實(shí)施

在經(jīng)過(guò)前期一系列治理措施之后，火區(qū)范圍得到逐步縮小和控制，各個(gè)相關(guān)密閉取樣點(diǎn)氣體分析數(shù)據(jù)顯示，高溫區(qū)域內(nèi)氧氣濃度一度被控制在3%以下，CO濃度控制在100ppm以下。但距安全啟封，并對(duì)己15-17-17062回風(fēng)巷與己15-17-17060停采線110m交叉重疊段進(jìn)行開放性噴漿堵漏工作條件還有一定差距，己15-17-17060采空區(qū)依然存在高溫煤體熱源。由于110m巷道噴漿堵漏工程量大，巷道狀況與礦井管路供風(fēng)情況不允許過(guò)多人員和設(shè)備參與噴漿施工，在短時(shí)間內(nèi)很難完成此段巷道噴漿封堵工作。若啟封長(zhǎng)時(shí)間、供氧充足更容易導(dǎo)致火區(qū)內(nèi)部高溫區(qū)域死灰復(fù)燃，造成事故擴(kuò)大。在經(jīng)過(guò)礦領(lǐng)導(dǎo)與各技術(shù)部門骨干多次研討，最后某礦技術(shù)組織人員井上實(shí)驗(yàn)，井下實(shí)踐，最終以“隔斷充填”治理技術(shù)徹底熄滅火源，消除了某礦自燃發(fā)火隱患，恢復(fù)安全生產(chǎn)。

3.3.2 隔斷充填技術(shù)的實(shí)施方法

隔斷充填技術(shù)主要應(yīng)用于未實(shí)現(xiàn)全風(fēng)壓通風(fēng)或封閉廢棄獨(dú)頭巷道內(nèi)的自燃發(fā)火，利用隔斷充填滅火技術(shù)需要具備一個(gè)必備條件：發(fā)火地點(diǎn)（巷道）要具有鄰近可用措施巷道，以便通過(guò)措施巷向發(fā)火地點(diǎn)（巷道）灌注充填材料，起到全斷面充填巷道滅火目的。充填材料要具有阻燃性、凝固性、凝固時(shí)間可控性。此種防滅火技術(shù)具有投入費(fèi)用低、治理效果穩(wěn)定、危險(xiǎn)系數(shù)低的優(yōu)勢(shì)。隔斷充填技術(shù)是利用發(fā)火巷道鄰近的措施巷向著火點(diǎn)或高溫區(qū)域外邊界處頂部施工鉆孔（鉆孔終孔位置一般是高溫點(diǎn)巷道頂板處，打孔后埋管，也可以使用中空鉆桿），再通過(guò)鉆孔向巷道內(nèi)灌注碳酸氫銨與多亞甲基多苯基異氰酸酯的混合水溶液，兩種溶液的混合凝固時(shí)間要根據(jù)鉆孔深度、溶液流速、鉆孔孔徑等參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整配比，兩種溶液流出鉆孔管口凝固時(shí)間要控制到2秒左右，這樣既可以瞬間凝固、堆積，形成固體隔斷墻，又不至于在管道內(nèi)凝固，堵塞鉆孔管道，使著火區(qū)域（段）形成密閉空間。然后再通過(guò)措施巷在密閉空間中間段施工鉆孔，灌注碳酸氫銨與多亞甲基多苯基異氰酸酯的混合溶液，兩種溶液流出鉆孔管口凝固時(shí)間根據(jù)封閉段長(zhǎng)度控制在60-180秒以之間，使溶液可以有充分時(shí)間均勻平鋪并全斷面凝固充填巷道并壘積起來(lái)，經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間段的隔絕穩(wěn)定（一到兩周），由于凝膠會(huì)脫水收縮，所以在穩(wěn)定期間，要對(duì)所有鉆孔進(jìn)行補(bǔ)注，直到徹底充滿，從而隔絕氧氣與高溫?zé)嵩唇佑|，消除隱患。

3.3.3 具體操作實(shí)施步驟

首先通過(guò)與其相鄰的己15-17-17042回風(fēng)巷向己15-17-17062回風(fēng)巷預(yù)測(cè)高溫火區(qū)段首、末點(diǎn)頂板位置（依據(jù)前期治理情況綜合分析預(yù)測(cè)火區(qū)高溫段）各施工2個(gè)治理鉆孔，在己15-17-17042回風(fēng)巷依次對(duì)2個(gè)孔遠(yuǎn)距離灌注碳酸氫銨與多亞甲基多苯基異氰酸酯的混合水溶液，依據(jù)實(shí)驗(yàn)配比濃度和鉆孔深度、溶液流速、鉆孔孔徑等參數(shù)進(jìn)行配比，利用注漿鉆孔內(nèi)套管的方法使溶液在鉆孔出口處混合，混合時(shí)間控制在2秒左右，使溶液可以短時(shí)間內(nèi)混合凝固，進(jìn)而堆積成“密閉墻”，徹底隔斷火區(qū)高溫段，使己15-17-17062回風(fēng)巷高溫區(qū)段形成一個(gè)封閉空間。然后在己15-17-17042回風(fēng)巷向己15-17-17062回風(fēng)巷鉆孔向里3米位置再施工一個(gè)治理鉆孔，向鉆孔再次灌注碳酸氫銨與多亞甲基多苯基異氰酸酯的混合溶液（凝固時(shí)間為150秒左右）。待灌注完畢、充填材料穩(wěn)定并補(bǔ)注之后，啟封己15-17-17062回風(fēng)巷，一邊對(duì)充填材料進(jìn)行清挖、一邊對(duì)巷道噴漿堵漏的方法解放己15-17-17062回風(fēng)巷。己15-17-17062回風(fēng)巷解放出來(lái)以后再對(duì)己15-17-17060采空區(qū)局部高溫點(diǎn)進(jìn)行近距離徹底治理，短時(shí)間內(nèi)消除火災(zāi)隱患。（需要注意的是，由于碳酸氫銨有刺激性氣味，太高濃度會(huì)損傷人體呼吸道，所以要采取適當(dāng)防護(hù)措施）

4 結(jié)論

以上是結(jié)合某礦在生產(chǎn)過(guò)程中分階段、分步驟有序消除復(fù)雜條件下火區(qū)危害的具體實(shí)例，因?yàn)樾Ч@著，為礦井防滅火工作積累了寶貴的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)礦井火災(zāi)的防治工作做出了有益的探索，總結(jié)整個(gè)滅火過(guò)程，希望能為煤礦企業(yè)防滅火提供借鑒。

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