下分層巷道透采空區(qū)CO高值原因分析及綜合治理技術(shù)研究

文/韓留生

煤礦井下自然發(fā)火是煤礦易發(fā)問(wèn)題之一，煤體自燃過(guò)程比較復(fù)雜，包含物理和化學(xué)反應(yīng)，是多種因素共同影響的結(jié)果。為保證煤礦安全，必須全面了解煤礦井下自然發(fā)火產(chǎn)生的各種條件，對(duì)自然發(fā)火因素進(jìn)行多方面的綜合性分析，掌握煤體自然發(fā)火的原因及有效防治措施，為煤礦日常防滅火工作提供技術(shù)支持，確保井下安全生產(chǎn)。

平煤股份十二礦己15-17-17062回風(fēng)巷于2011年1月25日發(fā)生一起透采空區(qū)煤炭自燃事故。事故發(fā)生后，公司高度重視，帶領(lǐng)事故追查小組深入事故現(xiàn)場(chǎng)，分析事故原因。經(jīng)過(guò)一系列治理措施的實(shí)施，最終以隔斷充填技術(shù)使火災(zāi)隱患得到徹底治理。

一、事故原因分析

己15-17-17062回風(fēng)巷截至2011年1月25日已施工737m，其中穿己15-17-17060采空區(qū)段距開(kāi)口位置 458m至 564m，共110m；己15-17-17062進(jìn)風(fēng)巷截至2011年1月25日已施工720m，其中穿己15-17-17060采空區(qū)段距開(kāi)口位置450m至560m，共 110m。

1.己15-17-17062回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中因與己15-17-17060停采線(xiàn)立體交叉重疊。己15-17-17062回風(fēng)巷穿己15-17-17060采空區(qū)段共110m；己15-17-17062進(jìn)風(fēng)巷穿己15-17-17060采空區(qū)段共110m。己15-17-17062回風(fēng)巷過(guò)己15-17-17060采空區(qū)時(shí)有明顯穿透現(xiàn)象，由于己15-17-17062掘進(jìn)工作面沒(méi)有完善軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，未及時(shí)對(duì)采空區(qū)交叉段進(jìn)行噴漿堵漏，導(dǎo)致在透采空區(qū)段產(chǎn)生了漏風(fēng)通道，加之采空區(qū)通風(fēng)散熱條件差，為煤自燃提供了較好的供氧條件和蓄熱環(huán)境。

2.事故發(fā)生之前，己15-17-17062進(jìn)、回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面的回風(fēng)流中未安設(shè)CO監(jiān)測(cè)設(shè)備，當(dāng)己七一期總回風(fēng)巷道內(nèi)CO監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)CO超限時(shí)，己15-17-17062回風(fēng)巷已經(jīng)出現(xiàn)自然發(fā)火現(xiàn)象，錯(cuò)過(guò)最佳技術(shù)處理時(shí)機(jī)，導(dǎo)致自燃事故迅速發(fā)展，難以控制與治理。

3.己15-17-17060采空區(qū)與己15-17-17062回風(fēng)巷交叉重疊長(zhǎng)度為110m，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，沒(méi)有充分考慮采掘巷道部署所產(chǎn)生的安全隱患，設(shè)計(jì)存在漏洞。

4.己15-17-17060采面于2010年9月30日回采結(jié)束，2010年11月10日全部封閉完畢。己15-17-17062回風(fēng)巷從2010年12月中旬開(kāi)始過(guò)己15-17-17060采空區(qū)，此時(shí)距采面回采結(jié)束75天，距采面封閉35天，十二礦自然發(fā)火期為1~3個(gè)月，此間正是在采空區(qū)自然發(fā)火期內(nèi)，己15-17-17062回風(fēng)巷與之穿過(guò)，采空區(qū)內(nèi)高溫聚熱空間對(duì)突然的充足供氧結(jié)合并迅速發(fā)展，導(dǎo)致煤體自燃。

5.己15-17-17062回風(fēng)巷在過(guò)己15-17-17060采空區(qū)期間，沒(méi)有采取噴漿堵漏措施，也忽略了透采空區(qū)期間的氣體取樣檢查、分析，錯(cuò)過(guò)了初期治理的最佳時(shí)間。

二、己15-17-17062回風(fēng)巷前期防滅火治理措施實(shí)施方案

礦井火災(zāi)治理主要有：①隔絕漏風(fēng)通道，切斷供氧條件；②注入惰性氣體，降低氧氣濃度；③灌注滅火材料，消耗火區(qū)熱能。

己15-17-17062發(fā)生自然發(fā)火事故后，礦積極組織，先后實(shí)施：24小時(shí)不間斷注氮→噴漿堵漏→均壓→注高分子滅火劑→注液態(tài)CO2→注黃泥漿→壁后注漿→注碳酸氫鈉等各項(xiàng)治理措施，抑制火勢(shì)惡化，控制火區(qū)發(fā)展。

三、己15-17-17062回風(fēng)巷后期防滅火治理措施

經(jīng)過(guò)一系列治理措施后，己15-17-17062回風(fēng)巷火區(qū)范圍得到逐步縮小和控制，各密閉取樣點(diǎn)分析數(shù)據(jù)顯示，O2濃度一度控制在3%以下，CO濃度控制在100ppm以下。但要徹底啟封己15-17-17062回風(fēng)巷，對(duì)回風(fēng)巷與采空區(qū)交叉重疊段進(jìn)行開(kāi)放性噴漿堵漏條件還不允許，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，為安全起見(jiàn)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。長(zhǎng)時(shí)間供氧容易導(dǎo)致火區(qū)復(fù)燃，造成二次事故發(fā)生。經(jīng)過(guò)多次研討，決定采用“隔斷充填”方法，經(jīng)過(guò)多次配比實(shí)驗(yàn)，取得了成功，最終以“隔斷充填”治理技術(shù)徹底熄滅火源，保證了啟封安全。

1.隔斷充填技術(shù)簡(jiǎn)述

隔斷充填技術(shù)是利用鄰近巷道向著火點(diǎn)或高溫區(qū)域邊界處上部（頂部）施工鉆孔，通過(guò)鉆孔向巷道內(nèi)灌注碳酸氫銨與水玻璃及催化劑的混合水溶液，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)行合理配比。形成固體隔斷墻時(shí)要求兩種溶液流出鉆孔管口凝固時(shí)間要控制到2秒以?xún)?nèi)，以便可以瞬間凝固、堆積，使著火區(qū)域形成密閉空間。再通過(guò)措施巷在密閉空間中間段施工鉆孔，灌注混合水溶液，此時(shí)兩種溶液流出鉆孔管口凝固時(shí)間可以控制在180秒以?xún)?nèi)，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。最后通過(guò)邊清理凝固體邊噴漿堵漏滅火的方式進(jìn)行最終治理，達(dá)到火區(qū)治理效果。

2.具體實(shí)施步驟

首先通過(guò)己15-17-17042回風(fēng)巷向己15-17-17062回風(fēng)巷火區(qū)高溫段預(yù)測(cè)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）施工治理鉆孔K1、K2孔，在己15-17-17042回風(fēng)巷依次對(duì)K1、K2孔遠(yuǎn)距離灌注碳酸氫銨與水玻璃及催化劑等混合溶液，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)行合理調(diào)整，使溶液在鉆孔出口處混合，凝固時(shí)間控制在2秒以?xún)?nèi)，使溶液可以短時(shí)間內(nèi)混合凝固，進(jìn)而堆積成“密閉墻”，使回風(fēng)巷50米高溫段形成一個(gè)密閉空間，徹底隔斷火區(qū)高溫段。

然后在己15-17-17042回風(fēng)巷向己15-17-17062回風(fēng)巷K2孔向里3米位置再施工一個(gè)治理鉆孔K3孔，向K3孔內(nèi)注入混合溶液。根據(jù)巷道坡度和密閉段長(zhǎng)度要求兩種溶液混合凝固時(shí)間控制在120秒左右，使其充分均勻充填密閉空間。灌注封閉完畢穩(wěn)定一定時(shí)間后，啟封火區(qū)，一邊對(duì)充填材料進(jìn)行清挖、一邊對(duì)巷道進(jìn)行噴漿堵漏。己15-17-17062回風(fēng)巷啟封以后再對(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。

四、結(jié)語(yǔ)

礦井自然發(fā)火治理難度大，可控性差，目前礦井火災(zāi)防治技術(shù)手段普遍落后，很多工作面甚至采區(qū)都因礦井火災(zāi)治理難度大、進(jìn)度慢而被迫停產(chǎn)封閉，放棄開(kāi)采，造成煤炭資源極大損失和浪費(fèi)。“隔斷充填”技術(shù)的實(shí)施與推廣可以更好地應(yīng)用于礦井火災(zāi)治理工作，其低風(fēng)險(xiǎn)、小成本、高時(shí)效、易操作的特性可以加速礦井火災(zāi)治理進(jìn)度，大大降低人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失，有效提高安全生產(chǎn)。