章才光,郭 建

(1. 大同煤礦集團 鐵峰煤業(yè)有限公司,山西 右玉 037003;2. 遼寧工程技術(shù)大學 安全科學與工程學院,遼寧 阜新 123000)

1 綜放面火災概況

鐵峰煤礦現(xiàn)開采3#煤層,采取南北兩翼開采,各翼生產(chǎn)系統(tǒng)和通風系統(tǒng)相對獨立。煤層自燃傾向性等級為Ⅲ級,屬不易自燃煤層。煤層瓦斯涌出量大。鐵峰煤礦N1203綜放工作面長300 m,走向長1.8 km,煤厚6 m,采用放頂煤機械化采煤方法,放頂高3.2 m。頂板管理采用垮落式落頂方法。2011年6月22日8時,鐵峰煤礦N1203綜放工作面發(fā)生大面積火災。

2 綜放面火災原因分析

1)火災是由于截煤機切割斷層帶巖石時產(chǎn)生的摩擦火花引起瓦斯燃燒,界定為外因火災。外因火災發(fā)生發(fā)展迅速突然,情況多變,涉及影響區(qū)域大。

2)火災發(fā)生地點位于綜放工作面和膠帶順槽交叉口內(nèi)部55 m處,此處存在大量可燃物瓦斯,加之綜放工作面氧氣量充足,在綜放工作面上方形成瓦斯-空氣預混氣,由此導致摩擦火花引燃瓦斯-空氣預混氣,界定為富氧富燃料預混燃燒。而富燃料不會自行熄滅,因此需對火區(qū)進行惰化阻燃,采取封閉措施。

3 惰性氣體的惰化阻燃性能

1)氧含量。目前國內(nèi)制氮機產(chǎn)出的N2最大含氧量為3%,而此次滅火使用的液態(tài)CO2含氧量為0,液態(tài)CO2對惰化防火十分有利。

2)吸附性。煤作為吸附劑,CO2、N2作為吸附質(zhì)。實驗表明煤對CO2的吸附量為48 L/kg,對N2的吸附量為8 L/kg。煤在吸附過程中,把吸附熱傳導至惰性氣體,遏制火災的連鎖反應,提高惰化阻燃效果,CO2的惰化阻燃效果良好。

3)臨界氧濃度。據(jù)測定,火區(qū)內(nèi)N2惰化對應的阻燃臨界氧濃度9.5%,阻爆臨界氧濃度11.5%;火區(qū)內(nèi)CO2惰化對應的阻燃臨界氧濃度12.0%,阻爆臨界氧濃度14.6%。CO2的阻燃阻爆效果良好。

4)火區(qū)惰化覆蓋率。N2的相對密度為0.98,比空氣輕,注入到N1203綜放工作面容易向上方裂隙擴散,使N2惰化效果受到影響。CO2的相對密度為1.53,比空氣重,而滅火的重點防范區(qū)域位于底部,CO2注入到N1203綜放工作面后其覆蓋率高,阻燃阻爆效果良好。

4 惰性氣體滅火工程

4.1 井下密閉

在北翼區(qū)南端西側(cè)通往南翼生產(chǎn)區(qū)的通道上布設四處防火墻,切斷火區(qū)與南翼之間的聯(lián)系,防止火災蔓延造成更大規(guī)模的損失,保證了南翼正常安全生產(chǎn)。在北翼進風井和回風井布設兩處防火墻,密閉火區(qū)。

4.2 地面鉆孔

采用凝膠技術(shù),通過鉆孔對井下N1203發(fā)火工作面就近進行封閉。在地面對應于井下N1203綜放面火區(qū)上方共布置了8個鉆孔,如圖1所示,其中6#孔考慮其井下終孔位置附近就有密閉墻,故取消該孔。實際成孔數(shù)為7個,其中3#、4#、7#、8#孔為凝膠封閉孔,1#、5#孔為液態(tài)CO2注入孔,2#孔作為取氣樣孔測定氣體濃度與溫度,孔徑為212 mm,孔深為530 m左右,成孔后下套管,管徑為193 mm。

圖1 N1203發(fā)火工作面鉆孔布置圖Fig.1 Layout of boreholes on N1203 combustion working face

4.3 惰性氣體灌注

采用液態(tài)CO2地面灌注防滅火裝備系統(tǒng),將液態(tài)CO2轉(zhuǎn)換成氣體,然后經(jīng)管道輸送灌注于火區(qū)。地面氣化的氣態(tài)CO2注入北翼進風井,惰化整個北翼封閉區(qū),注入情況見表1。

表1 惰性氣體灌注情況統(tǒng)計表Table 1 Inert gases injection

5 滅火效果分析

在北回風井防爆蓋內(nèi)設置的火災氣體監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)反映了火區(qū)的真實情況,最具代表性。地面2#鉆孔的終孔地點位于N1203綜放面與該面膠帶運輸巷的交叉處,能夠真實地反應N1203綜放面火災氣體的變化規(guī)律。以北回風井防爆蓋內(nèi)數(shù)據(jù)與2#鉆孔的數(shù)據(jù)作為依據(jù)分析滅火效果。

5.1 北回風井防爆蓋內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

對北回風井防爆蓋內(nèi)的氣體進行監(jiān)測。北回風井防爆蓋內(nèi)O2濃度降低迅速,7月9日已降至0.5%,降幅大，惰化效果良好,而隨后O2濃度反彈上升是由于停注惰性氣體使北回風井防爆蓋內(nèi)惰性氣體不足,北進風井漏風導致O2濃度上升。CO2濃度變化呈急劇上升態(tài)勢,7月9日已由初始濃度10.5%上升至38.6%,惰化效果好。6月27日CO濃度由1%急劇下降至0.256‰,火區(qū)內(nèi)已轉(zhuǎn)入窒息滅火狀態(tài),隨后CO濃度持續(xù)下降。由此可見惰性氣體充分控制了火區(qū)火災發(fā)展,具有良好的惰化滅火效果。

5.2 2#鉆孔監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

對地面2#鉆孔進行監(jiān)測。7月10日檢測2#鉆孔內(nèi)O2濃度最高為2.1%,滿足《煤礦安全規(guī)程》第二百七十九條要求。CO2濃度保持在39%～43%,CO濃度持續(xù)下降,惰化情況良好。而2#鉆孔所測火區(qū)氣溫為27 ℃,比井下遠離火區(qū)防火墻外的溫度高,說明火區(qū)內(nèi)處在陰燃階段。

6 結(jié)束語

對鐵峰煤礦N1203綜放面火災現(xiàn)場應用情況的分析表明:

1)惰性氣體注入火區(qū)后可降低O2含量,抑制燃燒,使火災因缺氧窒息而熄滅,并成功在鐵峰煤礦實踐,處理了其N1203綜放面火災。

2)將惰性氣體用于礦井防滅火中,節(jié)約經(jīng)費,運輸方便,滅火效果好,恢復生產(chǎn)快。