应用综合灭火手段成功封闭瓦斯连续爆炸火区

李荣亮,张福成

(鹤岗区域矿山救护大队,黑龙江鹤岗154103)

摘　要:详细介绍了鹤岗区域矿山救护大队利用通风控制、监测气体、充砂隔爆等综合灭火手段成功封闭瓦斯连续爆炸火区的范例。

关键词:通风控制;监测气体;充砂;隔爆

中图分类号:TD75+2.2　　　文献标识码:B　　　文章编号:1003-496X(2006)04-0013-04

　　2003年2月27日4:00,鹤岗矿业集团兴安矿三水平北六A(18#层)综采一队工作面发生火灾事故。由于火源面积大,影响范围大,经直接灭火无效后,对工作面进行封闭处理。但封闭后不久,火区内就发生瓦斯爆炸,将临时板闭和永久密闭墙全部推毁。经观测火区内共发生6次瓦斯爆炸,冲击波损坏了该区通风设施,并造成综一队回风巷冒顶,给救灾工作增加了很大的难度。如封闭不了火区或大范围封闭,该矿将有2个采煤工作面、5个掘进工作面和4个开拓工作面停产,损失不可估量。在这种情况下最后采用通风控制、监测气体、充砂隔爆等综合方法将火区安全封闭。整个事故处理历时20 d,救护队共出动41队次,481人次参加,建临时板闭2道,永久密闭4道,灌浆闭1道,砂薄子闭(过滤式密闭)4道,做到了救灾人员无一人伤亡,把事故损失降低到了最低限度,证明这是一起成功的战例。

1　矿井概况

兴安矿位于鹤岗矿区南部,井田走向5 km,倾斜5 km。于1956年开采,经过两次改扩建,现生产能力300万t/a。到2002年矿井剩余地质储量4.5亿t,可采储量2.8亿t,矿井服务年限为80~100 a。通风系统为中央并列压入式。

综采一队在北六A(18#层)一区一段开采,上覆17#层已采区,下覆21层尚未开采,工作面走向长300 m,倾斜长130 m,煤厚8.3 m,煤层倾向15°~18°,自然发火期6个月,属Ⅰ类发火煤层,绝对瓦斯涌出量为4~5 m3/min,工作面配风640 m3/min。巷道布置为集中石门联合布置,工作面入风为机道二石门一返上和二返上2条巷道,回风为总排石门和北一石门2条巷道,采用走向长壁综合机械放顶煤,于2002年7月10日正式开采。

2　事故发生经过

2003年2月30日4:00,综采一队工作面下部14~15组架子软帮发现明火,当时用防尘水管直接灭火,现场放出50 t岩石,岩温70℃以上,并消除了高温隐患。之后采取在工作面布置钻孔,向高顶及软帮注水充灰,工作面软帮不放,硬帮正常推进方式,维持了综一队工作面的正常生产。

3　灭火方案的提出及处理经过综采一队发火后,集团公司领导、救护大队、通风处等有关人员立即赶赴矿井,成立了兴安矿灭火指挥部,经研究制定了2种灭火方案:方案Ⅰ:直接灭火。

(1)保证原通风系统状态不变,利用水管直接扑灭工作面明火,除打钻灭火人员和救护队人员外,其他人员全部撤离工作面。

(2)在总排石门布置钻孔向采空区打钻,注灰充砂。

方案Ⅱ:综合灭火。

(1)先将入风机道二石门二返上和回风总排石门封闭,使综一队工作面形成一返上入风和北一石门回风,通风系统由原两入两回变成一入一回,由于对正常系统没有太大影响,不管是否封闭工作面,这项工作可提前进行。如需封闭也可减少一半工作量。

(2)采用同时封闭方法在入风一返上和北一石门施工板闭将火区彻底隔绝。

(3)加固严密各道密闭,防止漏风,继续利用钻孔向采空区充砂灌浆灭火。

2月28日上午,实施方案Ⅰ:继续进行打钻、注水、充灰工作。并完成了对机道二石门二返上和总排石门施工料石闭永久封闭工作。但是到了下午3:00,综一队火势进一步恶化,上出口又一次喷火,并引燃了回风巷的木棚,造成北一石门浓烟滚滚。经救护队对北一石门探查,进入130 m巷道全是浓烟(强烈刺眼),检测气体情况是:CH4浓度6%、CO2浓度1.5%、CO浓度8 000×10-6,温度40℃。回风巷探完后又沿机道进入,发现工作面30 m以上有多处明火,火势已经很难控制,直接灭火已没有可能。于是指挥部决定采取方案Ⅱ:封闭火区,进行综合灭火。由于火势发展迅速,北一石门已出现高温浓烟,决定用板闭先封入风侧,待火区稳定后再施工回风侧密闭。为掌握火区内气体变化情况,做到安全封闭火区,又采取如下措施对火区进行观测:①在北一石门和地面煤泥池井接设束管,利用救护队束管监测车微机来监测气体变化情况(地面煤泥井已报废,但和采空区相透,而且CO浓度已达到5 000×10-6以上),在观测火区气体不出现异常情况下,实施火区封闭工作;②对北一石门和煤泥池井气体进行人工观测,每2 h取样化验分析1次,每班对井下进行一次测风;③根据化验结果和观测数据,绘制火区气体变化曲线,用于指导救灾工作。3月1日北一石门CO浓度高达1%,说明火势还在发展,但CH4浓度为2%,上升速度不快,指挥部决定抓住时机立即实施封闭工作,对机道二石门一返上进行临时封闭,隔断火区入风。15:00许,封闭工作结束,人员撤离了现场。3月2日11:30,救护队准备加固一、二返上密闭时,发现密闭已不存在,只看见少量零散碎石和碎板,火区内发生了第一次瓦斯爆炸。造成通风设施损坏,综一队回风巷冒顶。为控制火势,当日晚10:00,指挥部决定不封一、二返上,退回机道二石门施工一道临时板闭(封闭地点围岩状态好)隔绝火区。于晚11:30,板闭施工完,人员撤离。第二天上午,救护队进入检查时,发现板闭再次被摧毁,火区内发生了第二次瓦斯爆炸,从观测记录和气体变化曲线看,此次爆炸是在板闭打完4 h后发生的。

通过火区内发生的两次爆炸可以看出,采空区内瓦斯涌出量较大,而且火势还在发展,火区不稳定,这种情况下一但封闭,火区内瓦斯就会急剧上升达到爆炸界限发生爆炸。因此,指挥部决定把控爆、防爆放在救灾第一位。根据井下运料困难等实际情况,如果靠码放防爆砂袋来控爆,工作量大,需要作业人员多,施工过程中危险性大,尤其是在封堵防爆墙时易造成人员伤亡事故。而利用充砂隔爆手段,在机道二石门,总排石门和北一石门的一段巷道施工砂薄子闭(滤水存砂子),利用灌浆管路,将闭内充满砂子,形成3处8~10 m长的砂段隔爆墙用于防爆,最后施工永久密闭隔绝封闭火区。砂段隔爆墙的形成。分为4个步骤:第一步:施工两道砂薄子闭,间距8~10 m,把充砂管路吊在闭中间高顶处,为保证巷道流经一定风量,两道砂薄子闭要留0.5~1 m2断面的风窗。第二步:砂薄子闭施工完后,利用灌浆管路进行充砂,留1~2人观察充砂情况,当砂子达到风窗高度时,停止充砂。第三步:堵风量窗,提前将钉在一起的0.5~1 m2的木板放置在闭前,需要封堵时,迅速将风量窗堵严,人员撤离。第四步:再次充砂,直至将闭内充满,形成一个整体砂段隔爆墙。

为保证在施工砂薄子闭期间,井下作业人员安全,采用了通风控制和气体综合观测技术:①保证火区经过一定的风量,确保火区内瓦斯不积聚,经计算砂薄子闭距顶板留0.6 m×1 m的风窗就可以使进入火区的风量不低于80 m3/min;②设置专人修复3处风门,没有指挥部命令不得随意开关;③利用束管监测车连续观测、色谱仪每2 h化验分析和人工检测相结合综合观测技术,对综一队回风气体进行监测,掌握火区内气体变化情况用于指导救灾。施工期间设专人检查作业点气体情况,发现有异常时立即撤人。

按照指挥部的要求,救护队首先施工机道二石门砂薄子闭,当进行到第三步骤,风量窗堵完后人员撤离时,感觉有气浪冲击,随后砂尘飞扬,将施工人员帽斗吹掉,现场人员眼前一片模糊。火区内发生了第三次爆炸。但威力大大减弱,没有造成人员受伤。之后,救灾人员又对砂薄子闭风窗进行了封堵,直至闭内砂子充满,火区内又发生了3次爆炸,但由于闭内砂子起到了隔爆作用,砂薄子闭抵抗住子4次瓦斯爆炸冲击,没有遭到破坏,起到了隔爆作用,使入风机道二石门得到了彻底封闭。经过几天的观测,火区内没有再发生瓦斯爆炸。之后又对总排石门和北一石门施工砂薄子闭,形成了三处砂段隔爆墙,最后又进行了永久封闭,使火区得到彻底隔绝,达到了安全封闭火区的目的。

4　处理事故特点及效果评价

(1)运用通风控制技术。高瓦斯矿井发生火灾,风流控制非常重要,如果供风量过大,会造成火势加大,增加救灾难度,如果供风量过小,会造成瓦斯积聚,引起爆炸。因此,火灾时期,通风管理非常重要,工作面配风量也很难掌握。在处理综一队火灾初期,没有进行缩风,结果造成火势增大,之后采取隔绝供氧实施封闭方案,封闭2次,火区内爆炸2次。最后指挥部决定以瓦斯不积聚为前提,进行调风、缩风,待通风系统稳定后再施工砂薄子闭,结果控制住了火区爆炸。

(2)利用束管监测车、色谱仪和绘制气体变化曲线等综合观测技术,掌握火区内气体变化情况,用于指导救灾。火区内发生瓦斯爆炸,尤其是发生瓦斯连续爆炸,救灾人员进入灾区时机非常关键,也很难确定。即使明确知道每次爆炸的时间和爆炸的威力,利用爆炸间隙和爆炸威力小进入灾区也没有科学依据,只能做为救灾参考,因为火区内由于燃烧在不断变化,造成爆炸的不确定因素太多,是没有规律可循的。但是可以通过观测火区内气体变化,掌握火区内真实数据,用于指导各项救灾工作的实施。

鹤矿集团救护队已处理过多起火区内爆炸事故,利用观测手段指导救灾有很多成功的战例。综一队火区发生爆炸后,利用束管监测车对火区内气体进行24 h连续观测,每2 h采集气样利用色谱仪进行化验分析和人工检测数据相结合,整理数据绘制CH4、CO2、CO、O2等浓度变化曲线。当瓦斯曲线陡时,预示有爆炸危险禁止人员进入灾区。而在通风系统稳定、通风设施、风量稳定、气体曲线平缓时,预示火区稳定,可以实施作业。

(3)充砂防爆和码放砂袋防爆的比较。封闭有爆炸危险火区时,首先要考虑控爆、防爆问题。一般情况下,都要采用先施工防爆墙,然后在防爆墙的掩护下施工永久密闭。如果不采取防爆措施进行封闭,势必会造成密闭被摧毁,人员伤亡的后果,并给下一步救灾增加难度,这方面的教训已有很多例子。而施工防爆墙靠码放砂袋或黄土袋来完成,由于受运料、巷道环境等条件的限制,施工防爆墙需要大量人力,作业时间也较长,而且在封堵防爆墙过程中易发生瓦斯爆炸,威胁救灾人员安全,在安全上没有保证。处理综一队火区时,我们采用了施工砂薄子闭进行充砂隔爆的方法,最后达到了安全封闭火区的目的,和码放砂袋隔爆相比,充砂隔爆有以下优点:①安全程度高,施工砂薄子闭操作简单,利用地面管路进行充砂,充砂期间,井下没有作业人员;②充填效果好,砂子易于充填,且均匀分布巷道各个空隙,形成整个8~10 m长的砂堆,没有薄弱点;③充填体积大,充填时间短,码放砂袋6 m2断面共需要砂袋约1 500个,最大充填体积30 m3,而用管路充填8m长,6 m2断面巷道充填体积达48 m3,需1个小班就能完成。

5　发火原因分析

(1)三水平北六A(18#层)一区一段上覆17#层已采区,回采结束后没有采取预防灌浆,上下巷道也没有采取充填隔绝处理,而仅对各石门进行永久封闭。在开采下部时,已采区受地质压力、采动的影响,密闭遭到破坏,也无法观测,造成向采空区漏风,采空区内留有浮煤形成发火。

(2)17#层采空区与回风巷连通,回风巷与地面报废的煤泥池井连通,长期漏风供氧,而回风巷与煤泥池井没有采取相应的封堵措施,也导致了已采区发火。

(3)三水平北18#层与北17#层一区三段层间距平均20 m,综采放顶煤采高10 m,由此与17#层

已采区导通,17#层发火后,火通过冒落区燃烧到18#综一队采空区引燃综一队软帮遗煤,导致综二队发火。

6　几点体会

(1)高瓦斯易发火矿井,必须加强防火工作管理,健全和完善井下防灭火系统,认真开展好预防性灌浆工作。采后封闭要严密,并加强检查和气体观测,应充分发挥束管监测系统的作用,发现隐患及时处理,防止隐患升级。报废巷道要做充填处理,防止向采空区漏风。

(2)采空区发火后,由于火源点不明确,应根据发火实际情况决定是直接灭火还是封闭火区,一般情况下都采用封闭方法处理火区,而高瓦斯矿井火区封闭则要首先考虑防爆、控爆问题,只有先施工防爆墙,在防爆墙的掩护下才能封闭火区。然后采取打钻灌浆进行灭火,如果一味强调直接灭火,将会贻误时机,导致火势增大,增加救灾难度。

(3)利用充砂隔爆处理瓦斯连续爆炸,已取得了较好的效果,它的隔爆和抗冲击性是普通防爆墙无法替代的,在没有先进的控爆技术装备情况下,不失为一种有效的手段。今后应继续推广应用火区惰化技术,向火区注入惰气或氮气,使火区失去爆炸性,这是根本防治火区爆炸的有效手段。而且液氮灭火经实际应用已取得了良好的效果,有条件的矿井应加大投入,建立注氮灭火系统。

(4)火区封闭必须要严密,密闭位置要选择建在围岩条件好的巷道中,如果漏风供氧,最易引起瓦斯爆炸。另外,要慎重选择火区封闭顺序,处理综一队火区时,最初制定封闭火区顺序是同时封闭,由于综一队回风巷已出现高温浓烟,很难做到同时封闭,因此采用了先封入风侧防爆墙,经过充砂隔爆,抵抗住了瓦斯爆炸冲击,经观测火区不再发生爆炸后,最后封闭回风侧,将火区完全封闭。

(5)救护队掌握多种技能有利于提高救灾效率。在处理综一队火区时,根据井下巷道特点及救灾需要,救护队施工了各种密闭。如板闭、料石密闭、支盒子闭和砂薄子闭。每一次都能按要求保质保量完成,尤其是火区发生爆炸后,在矿方人员有惧怕心里的情况下,救护指战员冲锋在前,独立完成了测风和观测工作。为指挥部提供了可靠的数据。并在高温浓烟区进行了接管子、开电机车运料等工作,使救灾工作顺利进行,提高了救灾效率。这充分说明了救护队在平时抓管理和开展各种训练工作中已经奠定了良好的基础。

　　作者简介:李荣亮(1969-),男,吉林扶余人,1990年毕业于黑龙江矿业学院,现在鹤岗区域矿山救护大队任总工程师。