東灘礦14308西軌順煤層自然發(fā)火事故案例分析

一、發(fā)火時(shí)間：1996年5月26日
二、發(fā)火地點(diǎn)：東灘礦14308西軌順
三、火區(qū)概況 14308西軌順火區(qū)位于東灘礦北翼14采區(qū)14308綜放面西部。該綜放面走向長1200m,南鄰143上07綜放采空區(qū)(下分層還未開采),北邊為實(shí)體煤(見圖1)。主采3層煤,煤厚9.2m,采高2.8m,放煤高度6.4m。14308西軌順與14307上分層綜放面軌順垂直重疊布置,間隔一層3上與3下煤層之間的夾矸。

14307上分層綜放面94年7月開采,推進(jìn)約70～80m時(shí),采空區(qū)出現(xiàn)自然發(fā)火征兆,上隅角CO濃度1000ppm以上,回風(fēng)流CO濃度超過100ppm。利用底板巖集向上打鉆孔往采空區(qū)回風(fēng)側(cè)灌漿,并加快推進(jìn)速度甩掉高溫點(diǎn),95年6月采完后封閉,實(shí)行閉區(qū)均壓防滅火。14308西軌順96年2月開始由東向西掘進(jìn),掘進(jìn)期間巷道多處冒頂,與頂部14307綜放面采空區(qū)冒透連通。96年5月26日順槽掘出1050m,距14307采空區(qū)切眼約30m處時(shí),發(fā)現(xiàn)頂部采空區(qū)浮煤中有干餾過的焦炭存在,二天后該處頂煤自燃。采用往頂煤插管注水滅火,火勢發(fā)展較快,前后約20m范圍內(nèi)水管一插即往下掉紅火炭,并形成冒空區(qū)。至5月30日未能將火源撲滅,1050m順槽被迫全部封閉,采用注氮滅火。
96年10月28日該順槽火區(qū)采用鎖風(fēng)法逐段啟封,并對啟封的部分迅速噴漿堵漏,對未啟封巷道采用注氮防滅火技術(shù),惰化火區(qū)。注氮期間閉內(nèi)氧含量6～9%,停止注氮后閉內(nèi)氧含量12～15%。到97年1月4日,順槽啟封910m,閉內(nèi)還有140m。由于一些原因停止注氮三天,板閉縫隙中冒出大量濃煙,CO濃度超過2000ppm,原火區(qū)仍在燃燒,高溫火點(diǎn)并沒有窒熄消失。為此決定在滅火道內(nèi)打鉆向火源壓注膠體泥漿直接滅火。
四、火區(qū)特點(diǎn) (1) 巷道頂部火點(diǎn)是94年14307綜放面回采期間氧化自燃的舊火點(diǎn)。 (2) 火源點(diǎn)復(fù)燃速度很快,從96年5月26日進(jìn)入該火源點(diǎn)底部到28日出現(xiàn)明火,間隔只有40個(gè)小時(shí)。 (3) 14307綜放面是東灘礦第一個(gè)綜放試驗(yàn)面,距切眼70～80m內(nèi)頂煤回收率低,且順槽和二個(gè)端頭支架不放頂煤,故該火點(diǎn)處有松散煤體4m多厚,12m寬,遺煤量很大。 (4) 該火點(diǎn)經(jīng)過近二年多時(shí)間氧化放熱所儲存的熱能很大。 (5) 東灘礦采用無煤柱開采,采空區(qū)連成一片,杜絕向火區(qū)供氧很難。該火區(qū)位置高,巷道頂部煤體破碎、冒落空洞多,且沒有噴漿。若采用灌水、注漿淹火區(qū),水只能流入巷道或采空區(qū),很難淹沒。若注水、注漿量大,容易把頂煤沖落到巷道,造成冒頂,且大量泥漿泄入巷道,使巷道恢復(fù)困難。由于火區(qū)溫度高、熱容大,注氮、注惰泡只能抑制火區(qū)發(fā)展,很難使煤體溫度下降。 (6) 14308綜放面是450萬噸礦井97年的主采工作面,全礦產(chǎn)量的一大半要靠這個(gè)工作面完成。該工作面97年2月底要投產(chǎn),時(shí)間緊,任務(wù)重。該火區(qū)必須在工作面投產(chǎn)前徹底撲滅,且要能保證整個(gè)工作面回采期間不復(fù)燃。
五、 滅火過程 1、膠體泥漿應(yīng)用工藝 根據(jù)14308火區(qū)范圍及火勢,預(yù)計(jì)注膠量在1000m3以上。若采用井下小型注膠系統(tǒng),占用人員多,材料運(yùn)輸困難,注膠速度很慢。因此,采用地面配漿池和灌漿管路進(jìn)行大流量連續(xù)運(yùn)行的膠體泥漿壓注工藝。利用北風(fēng)井四個(gè)配漿池按一定的水土比配好泥漿后,往漿池中添加基料,然后用攪拌機(jī)攪拌均勻備用,放漿速度由閘閥控制,用標(biāo)尺計(jì)算下漿量。配有基料的漿液通過灌漿管路送到注膠地點(diǎn),用泵把固體促凝劑按比例輸送到泥漿管內(nèi),利用管內(nèi)高速流動的液體溶解促凝劑并混合均勻,通過分流器注入鉆孔,分流器并行管路可達(dá)18個(gè)(見圖2)。
 

2、滅火過程
考慮到14308西軌順火區(qū)頂部是大量浮煤堆積的采空區(qū),巷道沒有噴漿,用水滅火時(shí),頂煤冒落形成許多空洞,膠體泥漿一旦泄漏到巷道中,把頂煤沖垮形成大冒頂,膠體泥漿灌滿巷道,使火區(qū)啟封工作量增加,故決定采用多鉆孔、低流量注膠,成膠速度控制在1分鐘內(nèi),從滅火道向巷道頂部打仰角3°或水平的鉆孔,孔深8m,距巷道頂部4.8～5.2m(見圖3)。97年1月11日開始注膠,經(jīng)過三天注入450m3膠體泥漿后,進(jìn)入火區(qū)偵察，火區(qū)大部份已熄滅,但原火區(qū)中心仍有高溫陰燃點(diǎn),通風(fēng)二個(gè)多小時(shí)見明火,巷道中除一個(gè)高冒區(qū)有十幾立方泄漏的膠體泥漿外其余各點(diǎn)均未見漏漿。把臨時(shí)鎖風(fēng)板閉推進(jìn)40m,在滅火道打鉆尋找火源繼續(xù)注膠體泥漿約400m3,于1月16日第二次啟封偵察火區(qū),發(fā)現(xiàn)原火區(qū)仍有明火,鉆孔沒有打到火源上,巷道基本沒有漏膠。把臨時(shí)鎖風(fēng)板閉再次往前推進(jìn)50m,繼續(xù)利用鉆孔注膠滅火。

由于第二次偵察沒有發(fā)現(xiàn)漏膠,消除了泄漏顧慮,決定打俯角3°、深8m的鉆孔(見圖三)。在打鉆過程中,鉆孔有2000多ppm的CO泄出,沒有見煙,溫度也不高,經(jīng)過三天注膠約500m3,于1月20日第三次啟封偵察火區(qū),并計(jì)劃強(qiáng)行噴漿通過高溫區(qū)?；饏^(qū)啟封后,閉內(nèi)溫度42～44℃,高溫區(qū)表面溫度80～90℃,通風(fēng)一個(gè)半小時(shí)后見明火,對準(zhǔn)火源點(diǎn)噴漿,火勢立即增大,紅炭伴著砂漿大量落入巷道,形成新的高冒區(qū)。冒落的紅炭用水一澆,巷道溫度劇增,蒸汽彌漫,煙流及CO增大,被迫在原板閉處封閉,用砂漿噴涂表面。 經(jīng)過第三次火區(qū)啟封,使我們認(rèn)識到原配方膠體泥漿遇高溫后滲透性較差,鉆孔在火源頂部4.0～4.5m處都沒能滲透到緊靠巷道頂部的火源上,而在火源頂部形成了一層膠體泥漿層,滅火效果不好。經(jīng)過對鉆孔位置分析,決定打12°的俯孔,孔深10m(見圖三),孔口距巷道1.7m左右,并放慢成膠速度。這一次打鉆過程中有二個(gè)鉆孔直接打入火區(qū),鉆孔中有黑煙往出冒,出氣溫度達(dá)80～90℃,CO濃度超過2000ppm。連續(xù)注膠六天,注入近900m3膠體泥漿,鉆孔CO濃度下降到20ppm以下,隨后打了幾個(gè)探孔,CO都在10ppm左右,鉆孔出氣溫度正常。板閉內(nèi)CO濃度10～20ppm,出水溫度38℃。上述跡象表明膠體泥漿已注到高溫區(qū)內(nèi),明火已熄滅,但由于煤巖體熱容大,溫度還未完全降下來。1月26日火區(qū)啟封,救護(hù)隊(duì)進(jìn)入偵察,明火已熄滅,但巷道頂部高溫點(diǎn)仍有52℃,巷道空氣溫度40～42℃,淋水溫度40℃,CO只有2～4ppm。拆除板閉、恢復(fù)通風(fēng)、對高冒頂區(qū)用石棉瓦背頂方木加固,然后迅速噴漿,同時(shí)利用滅火道的鉆孔繼續(xù)注膠降溫。至1月31日14308火區(qū)啟封成功,巷道全部噴漿重新處理,幾天后火區(qū)徹底熄滅。
六、經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)
1、東灘礦3層煤在低氧(氧濃度小于5%)時(shí)仍能維持陰燃，即使封閉幾年的封閉窒熄，煤溫仍能保持在200℃以上，因此要求對曾經(jīng)發(fā)過火，又未進(jìn)行徹底處理的高溫火點(diǎn)應(yīng)予以高度重視。
2、煤層自燃,經(jīng)過長時(shí)間的放熱,火區(qū)周圍整個(gè)煤巖體所儲存的熱能很大,這些熱能若不釋放,滅火后極易死灰復(fù)燃。
3、 膠體泥漿能在碎煤中充填空隙,很快使煤氧隔離窒熄,即使高溫蒸烤失去水分,仍有30～50%左右的黃土存在于空隙中,起防火作用。
4、膠體泥漿滅火技術(shù)首次在沒有噴漿的松散頂煤中應(yīng)用,泄漏率不到1%,比單純注膠效果好。
5、利用地面灌漿系統(tǒng)配制膠體泥漿,實(shí)現(xiàn)大流量連續(xù)注膠,勞動強(qiáng)度低,井下運(yùn)輸量少,尤其對大面積火區(qū)的滅火更顯其優(yōu)勢，能同時(shí)控制較大范圍(10～20m)的火區(qū),也不會造成大量泄漏。
6、膠體泥漿在高溫區(qū)成膠速度加快,滲透性變差。膠體泥漿從上往下覆蓋火源時(shí),成膠速度快,會在火源頂部形成一層膠體層,影響撲滅膠體層底部的火。該技術(shù)要求鉆孔必須打到火源點(diǎn)或火源附近,否則滅火效果較差。