高瓦斯礦井水淹法封閉火區(qū)的研究應(yīng)用

張惟濤

摘 要 煤層自燃現(xiàn)象是誘發(fā)礦井火災(zāi)事故的重要原因之一。火災(zāi)事故發(fā)生后，一旦火勢(shì)蔓延，火區(qū)擴(kuò)大，采用直接滅火方法很難將火熄滅，而采用隔絕法滅火時(shí)則有可能導(dǎo)致瓦斯爆炸，造成人員傷亡，甚至?xí)斐蓢?yán)重后果。本文主要介紹了采用水淹法實(shí)施撲滅高瓦斯礦井火災(zāi)技術(shù)的主要內(nèi)容和成功經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 高瓦斯礦井 火災(zāi)危害 水淹法 安全可靠

中圖分類號(hào)：TD753.4 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.06.080

Application of High Gas Coal Mine Flooding Method in Closed Fire Zone

ZHANG Weitao

（Zibo Mining Group Ambulance Brigade， Zibo， Shandong 255120）

Abstract Coal spontaneous combustion is one of the important reasons evoked mine fire accident. After the fire accident， once the fire spread， fire district to expand the use of direct fire fighting methods are difficult to extinguish the fire， while the use of isolation method is possible when the fire cause a gas explosion caused no casualties， or even result in serious consequences. This paper describes the use of flooded Law Enforcement Fight high gas coal mine fire the main content and the successful experience of technology.

Key words high gas coal mine; fire hazard; flooding method; safe and reliable

1 水淹法封閉火區(qū)技術(shù)的核心內(nèi)容

1.1 水淹法封閉火區(qū)技術(shù)的適用條件

（1）適用于火區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)的頂板標(biāo)高低于進(jìn)、回風(fēng)巷道的底板標(biāo)高，向火區(qū)注水后，能夠?qū)⒒饏^(qū)全部淹沒(méi)的礦井。（2）適用于火區(qū)內(nèi)的最高點(diǎn)的頂板標(biāo)高雖等于或略高于進(jìn)、回風(fēng)巷道底板標(biāo)高，但借助建立擋水墻提高水位，注水后能夠?qū)⒒饏^(qū)全部淹沒(méi)的礦井。（3）適用于火區(qū)內(nèi)的最高點(diǎn)的頂板標(biāo)高雖然高于進(jìn)、回風(fēng)巷的底板標(biāo)高，但火區(qū)與進(jìn)、回風(fēng)巷之間有較大低凹段巷道存在，注水后能夠使低凹段巷道水位封頂，起到隔斷火區(qū)風(fēng)流的作用的礦井。（4）有充足的水源。

1.2 火區(qū)標(biāo)高點(diǎn)、注水量的計(jì)算，注水點(diǎn)、擋水墻的位置選擇

火災(zāi)事故發(fā)生后，要求首先由救護(hù)隊(duì)配用氧氣呼吸器下井偵察。通過(guò)偵察，確定火區(qū)范圍、各種氣體含量、災(zāi)區(qū)空氣溫度、巷道支護(hù)情況、巷道的傾角、斷面等情況。

1.2.1 火區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)標(biāo)高的計(jì)算

由救護(hù)隊(duì)配合事故礦井技術(shù)部門，對(duì)照礦井采掘工程平面圖，將火區(qū)范圍標(biāo)在該圖上，利用火區(qū)范圍附近導(dǎo)線點(diǎn)標(biāo)高，采用插入法推算出火區(qū)范圍內(nèi)最高點(diǎn)及最低點(diǎn)的頂板標(biāo)高。標(biāo)高計(jì)算時(shí)要力求精確無(wú)誤。其計(jì)算方法：

CT = [（ATBT）/AB]譇C+AT

CT—火區(qū)C點(diǎn)的頂板標(biāo)高

AT—火區(qū)外A點(diǎn)的頂板標(biāo)高

BT—火區(qū)外B點(diǎn)的頂板標(biāo)高

AB—A點(diǎn)至B點(diǎn)的水平距離

AC—A點(diǎn)至C點(diǎn)的水平距離

1.2.2 火區(qū)注水量計(jì)算方法

Q =（S譒？.2+V）？.1

Q—火區(qū)注水量（T）

S—火區(qū)巷道斷面（m2）

L—火區(qū)范圍（m）

1.2—注水系數(shù)

V—工作面采空區(qū)預(yù)計(jì)容水容積（m3）

1.1—礦井水容重

1.2.3 注水點(diǎn)及擋水墻的位置選擇

（1）注水點(diǎn)位置的巷道底板標(biāo)高必須高于火區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)的頂板標(biāo)高。（2）擋水墻位置處的巷道底板標(biāo)高要盡可能的接近火區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)的頂板標(biāo)高，并確認(rèn)擋水墻建成后，墻頂部標(biāo)高大于火區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)的頂板標(biāo)高。（3）擋水墻的建造地點(diǎn)的圍巖必須穩(wěn)定，支護(hù)良好，且易于擋水墻的施工。（4）注水點(diǎn)或擋水墻處的瓦斯?jié)舛炔怀^(guò)2%，且無(wú)明顯上升趨勢(shì)。

1.3 擋水墻的建造

規(guī)格：擋水墻建造厚度一般不小于1.5米，高度視巷道高度而定，一般不超過(guò)2米。擋水墻由內(nèi)墻、外墻、夾心墻三部分組成。內(nèi)、外墻厚各為0.5米，夾心墻厚度為0.5米。擋水墻頂部與巷道頂板之間盡可能的留下1.5～2m2的空間，其目的是保證災(zāi)區(qū)風(fēng)量正產(chǎn)流通和以后便于觀察注水封閉情況。

材料：采用水泥砂漿、礦用磚、石材、黃泥漿建造，水泥砂漿配比為水泥：砂=1：3，黃泥漿稠度要適當(dāng)，選擇松軟的黃土注水?dāng)嚢杈鶆蚨伞?/p>

施工方法步驟：（1）在建造地點(diǎn)首先清除頂、幫活石危害，然后采用防爆工具進(jìn)行掏槽，頂、幫掏槽深度均不小于0.5m，寬度不小于1.8m。（2）建墻前，先在底板掏槽并在上面鋪上一層水泥砂漿，將底板裂隙灌實(shí)。當(dāng)內(nèi)、外墻建至0.5米高時(shí)，夾心部分用黃泥漿充填，并搗實(shí)，然后，內(nèi)外墻每增高0.5m，夾心部分用黃泥漿充填一次，直至建至設(shè)計(jì)高度。（3）擋水墻建造過(guò)程中要在墻體中、上部預(yù)留2～3條 150mm以上的注水管路，以便擋水墻建成后向火區(qū)注水。

1.4 確定火區(qū)所需注水量及水源、管路選擇

（1）事故礦井要協(xié)助救護(hù)隊(duì)，根據(jù)注水巷道長(zhǎng)度、斷面、傾角等計(jì)算出所需注水水量，以便指揮部制定合理的調(diào)水方案。（2）合理選擇注水水源。一般選用礦井水作為注水水源，即開(kāi)啟排水設(shè)備，將礦井水頂至火區(qū)注水地點(diǎn)。當(dāng)井下水量不能滿足注水量要求時(shí)，必須及時(shí)從井上水源向井下補(bǔ)充水量。（3）根據(jù)所需注水量合理選擇供水管路，所選擇管路必須滿足在24小時(shí)內(nèi)將火區(qū)注水完畢的要求。

1.5 注水過(guò)程中的氣體監(jiān)測(cè)

注水過(guò)程是火區(qū)有毒有害氣體極易發(fā)生變化的階段，因此，及時(shí)掌握災(zāi)區(qū)氣體涌出情況，以便指揮部做出控制注水速度決策，避免出現(xiàn)瓦斯爆炸或有毒有害氣體急聚涌出的事故。

（1）利用礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)災(zāi)區(qū)氣體的監(jiān)測(cè)。實(shí)施注水前，在注水墻以外20米范圍內(nèi)、回風(fēng)流全風(fēng)壓風(fēng)流混合處以里10～20米范圍內(nèi)，在巷道頂板以下0.2～0.3m處分別懸掛甲烷傳感器、CO傳感器、風(fēng)速傳感器。一是指揮部成員在地面監(jiān)測(cè)室，通過(guò)微機(jī)顯示的各種傳感器上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、曲線圖、柱狀圖進(jìn)行認(rèn)真分析、研究，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各種氣體濃度、風(fēng)量、溫度的變化情況，判斷井下火區(qū)的滅火情況。二是救護(hù)隊(duì)員在井下基地通過(guò)觀察監(jiān)測(cè)分站顯示的火區(qū)氣體濃度、風(fēng)量、溫度變化等情況，分析、判斷火區(qū)的滅火進(jìn)程。（2）利用氣相色譜儀對(duì)抽取的災(zāi)區(qū)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握火區(qū)內(nèi)乙炔、乙烯、甲烷、乙烷等氣體的變化情況，以確定火區(qū)的熄滅程度。

1.6 對(duì)火區(qū)實(shí)施注水后的后續(xù)工作

（1）火區(qū)注滿水后的24小時(shí)內(nèi)嚴(yán)禁任何人進(jìn)入災(zāi)區(qū)察看封堵滅火情況，由救護(hù)隊(duì)配戴氧氣呼吸器負(fù)責(zé)在井下基地待命，以應(yīng)急突發(fā)事故的發(fā)生。（2）火區(qū)注滿水24小時(shí)以后，由一個(gè)救護(hù)小隊(duì)配用氧氣呼吸器逐一進(jìn)入各擋水墻處察看擋水墻是否完好。通過(guò)預(yù)留的觀察孔查看火區(qū)水位情況，利用多功能氣體檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)擋水墻以外各種氣體的含量情況，并負(fù)責(zé)注水管路的檢查、維修工作。當(dāng)一個(gè)小隊(duì)進(jìn)入災(zāi)區(qū)擋水墻處偵察時(shí)，同時(shí)設(shè)一個(gè)待機(jī)小隊(duì)在基地待命，并不斷的與偵察小隊(duì)保持聯(lián)系。（3）指揮部確認(rèn)火區(qū)已完全熄滅前，由救護(hù)隊(duì)負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)礦方技術(shù)人員對(duì)火區(qū)取樣化驗(yàn)，并如實(shí)將火區(qū)內(nèi)的空氣溫度、氧氣含量、乙烯、乙炔、CO含量，出水溫度等數(shù)據(jù)上報(bào)指揮部。

2 水淹法封閉火區(qū)技術(shù)的應(yīng)用效果

亭南煤業(yè)公司礦井火災(zāi)處理：

（1）事故發(fā)生經(jīng)過(guò)。2007年4月21日13時(shí)30分，正在回撤的101工作面中部支架間噴出明火，現(xiàn)場(chǎng)工人及時(shí)用滅火器將火撲滅，1小時(shí)后，工作面上的煙霧散盡，風(fēng)流中瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.2%左右。17時(shí)左右，101工作面中部突然涌出大量濃煙，在用高壓水噴灑無(wú)效的情況下，現(xiàn)場(chǎng)工人立即撤出。隨即礦方立即組織人員分別在101工作面上下順槽用裝有黃土的編織袋壘設(shè)防爆墻進(jìn)行封堵。當(dāng)回風(fēng)順槽防爆墻接近完成時(shí)，封堵區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了瓦斯爆燃，將防爆墻推到，僥幸沒(méi)有人員傷亡。礦方只好命令井下所有人員全部升井并等待救護(hù)隊(duì)救援。

（2）事故處理經(jīng)過(guò)。一小隊(duì)一行10人于22日8時(shí)20分到達(dá)亭南煤礦，并按照指揮部命令立即下井偵察。9時(shí)10分救護(hù)隊(duì)配用氧氣呼吸器進(jìn)入101軌道順槽，自順槽門口向里行進(jìn)55米后，發(fā)現(xiàn)巷道有一低凹段存有積水，且越往里越深，人員無(wú)法通過(guò)，經(jīng)檢測(cè)，此處氣體成份正常。救援人員只好返回，并進(jìn)入皮帶順槽偵察。當(dāng)由101材料道進(jìn)入皮帶順槽內(nèi)后發(fā)現(xiàn)，礦方打起的防爆墻被瓦斯爆燃產(chǎn)生的沖擊波摧毀，整個(gè)巷道全是濃煙，視線很差，人員無(wú)法進(jìn)入。測(cè)得煙霧中氣體成份為：O219.2%;CO20.4%;CO1500ppm;CH40.5%;溫度28.8℃。救援人員將偵察情況匯報(bào)指揮部后撤離災(zāi)區(qū)。同時(shí)，指揮部根據(jù)礦方提供的采掘工程平面圖得知，工作面回風(fēng)下偶角處頂板標(biāo)高為+460.5m，皮帶順槽門口處的頂板標(biāo)高為+468.7m，工作面上偶角處的頂板標(biāo)高為+463.8m，軌道順槽A15號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)處的頂板標(biāo)高為+468.8m。也就是說(shuō)，工作面上、下偶角頂板標(biāo)高均低于軌道順槽、皮帶順槽頂板標(biāo)高8.2米以上，具備水淹法滅火條件。于是，指揮部決定由救護(hù)隊(duì)先在101材料道門口以里打一道擋水墻，然后從101工作面皮帶順槽進(jìn)行灌水，采用水淹法對(duì)火區(qū)進(jìn)行封閉。方案確定后，救護(hù)隊(duì)大隊(duì)長(zhǎng)立即帶領(lǐng)隊(duì)員前往101材料道建造擋水墻。建墻位置位于101材料道門口以里15米處，當(dāng)擋水墻建至距頂板0.7m時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)條件惡化，CO濃度達(dá)到4000ppm;CH4濃度達(dá)到5.2%;指揮部命令救護(hù)隊(duì)立即上井。并又組織專家進(jìn)行認(rèn)真分析，仔細(xì)研究，最后決定還是由救護(hù)隊(duì)下井完成建墻任務(wù)。15時(shí)20分，救護(hù)隊(duì)再次下井建墻。18時(shí)40分，擋水墻完工。擋水墻建完后，開(kāi)始向火區(qū)灌水。24日20時(shí)，在對(duì)火區(qū)灌水25個(gè)小時(shí)后，指揮部命令救護(hù)隊(duì)下井檢測(cè)災(zāi)區(qū)氣體濃度、觀測(cè)擋水墻的水位情況。20時(shí)15分，測(cè)得101軌道順槽門口以里30m處的氣體濃度為：O219.8%;CO20.2%;CO1500ppm;CH42.33%;溫度35℃，觀察擋水墻完好無(wú)滲水現(xiàn)象。25日0時(shí)，測(cè)得101軌道門口以里10m處的氣體濃度為：O219.8%;CO20.5%;CO1500ppm;CH44.1%;溫度38.8℃。25日6時(shí)50分，測(cè)得101軌道順槽門口以里30m處的氣體濃度為：O214.6%;CO22.6%;CO2990ppm;CH412%。25日16時(shí)55分，測(cè)得101軌道順槽門口以里30m處的氣體濃度為：O219.4%;CO20.3%;CO1120ppm;CH40.7%;溫度28℃。根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果分析，火區(qū)被淹后，從101軌道涌出的煙霧中瓦斯含量已由上升趨勢(shì)轉(zhuǎn)為下降趨勢(shì)，且瓦斯已無(wú)爆炸危險(xiǎn)，指揮部決定由救護(hù)隊(duì)在順槽門口以里建了一道密閉墻，對(duì)火區(qū)進(jìn)行了徹底封閉。

總之，水淹法滅火技術(shù)是一項(xiàng)安全、快速、高效的技術(shù)，在高瓦斯礦井火區(qū)處理中應(yīng)用效果良好。