无烟煤矿井封闭火区的启封实例探讨＊

邬剑明张 虎李 斌苗惠良

(1.太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024;2.晋煤集团窑坪煤矿,山西省晋城市,041019)

无烟煤矿井封闭火区的启封实例探讨＊

邬剑明1张 虎1李 斌2苗惠良2

(1.太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024;2.晋煤集团窑坪煤矿,山西省晋城市,041019)

介绍了窑坪煤矿新回风立井周边封闭火区地面注浆灭火及采用锁风侦察和分段解放启封火区的过程,应用结果表明,通风后井筒内CO保持在0.001%以下,温度保持在25℃左右,在之后的观察期内晋宏窑坪煤矿主斜井口CO维持在0.001%以下,效果良好。

无烟煤矿井火灾 封闭火区 锁风侦察 分段解放 启封火区

1 窑坪煤矿及火区概况

晋宏窑坪煤矿位于山西省泽州县下村镇境内,开采 3#、9#、15#煤层,设计生产能力为30万t/a。该矿为低瓦斯矿井,经检测,3#煤层为高热容、高热稳定性无烟煤,自燃倾向性为不易自燃煤层。井田内现没有其他小窑开采,井田外有3座生产矿井,井田北部为大阳煤矿,西部为天地王坡煤矿,西南部为兴唐煤矿,据本次矿井调查相邻矿井未有勾通、越界开采情况。

窑坪煤矿在2010年2月20日上午9:30发现新回风立井处原3#煤层采空区密闭处往外冒烟气,怀疑3#煤层采空区内可能存在着火现象,矿方随即采取了水封新回风立井堵漏措施。经过救护队2月22日和23日2次现场观察检测后,新回风立井风口处 CO高达0.9718%,证实井下存在火区,但由于火区位于3#煤层采空区内,人员无法进入,难以判定火情、火势及着火区域。经估测,新回风立井火区位置示意图见图1。

图1 新回风立井火区位置示意图

2 灭火工程

火灾发生后,为了给火区治理提供科学依据,首先采用同位素测氡法对窑坪煤矿回风立井周边进行了地面火源探测,随后又采用释放六氧化硫(SF6)气体的方法对周边3个矿井(大阳、兴唐、王坡)进行漏风通道检测(检测过程同相关文献,故不赘述),检测结果显示大阳煤矿和兴唐煤矿与窑坪煤矿存在漏风通道,王坡煤矿与该矿基本不存在漏风通道。火源探测及钻孔布置见图2。

根据所成钻孔的孔底信息,温度异常区主要分布在主运输巷道中 H2、H3、H4和 H54个钻孔内,其中 H3孔的温度最高达 87.3℃,CO浓度达1.3844%。对B区实施边界帷幕隔离注浆后,H3孔的温度降为13.6℃,地面各异常孔的CO都降到了0.0024%以下。

图2 火源探测及钻孔布置图

2010年4月26日晋宏窑坪煤矿主斜井筒又发现新的火情,CO浓度高达8%。随后立即对主斜井和副立井进行封闭,并用钻探法对原高温孔 H3、H4周围进行补钻观察及注浆。根据实际成孔信息,在回风立井以南又发现了补12、补15、补35等3个高温孔,最高温度达92℃。随后立即对高温孔进行边界帷幕隔离注浆,截止7月16日,地面所有钻孔注满,主斜井口预留观测孔CO浓度降至灭火以来最低点,维持在0.3%左右。

2010年7月16日至10月4日进入观测阶段,主斜井口观测孔及补38孔9月18日至10月4日CO稳定在0.7%左右,温度稳定在26℃和14℃。

3 主斜井筒的侦察及启封

主斜井筒内火区位置见图3。经观测,主斜井口CO气体稳定在0.7%左右,O2稳定在2%左右,CH4稳定在0.9%左右,且温度为26℃,排除了瓦斯爆炸和顶板问题,具备侦察的条件。怀疑主斜井筒内可能存在塌通或者温度异常区,2010年10月5日侦察开始,救护队员在锁风状态下装备HY6型氧气呼吸器进行初步侦察,发现主井筒内温度为26℃,能见度良好,在主斜井220 m处的台阶上有粉煤灰浆液覆盖,侦察工作被迫中止。决定侦察启封分4步进行,分段解放主斜井。

(1)解放主斜井前50 m。对井口封土清理完毕后,救护队员下井接风筒(直径600mm)至35 m处,并在50 m处做临时风障,随后用隔爆型压入式对旋轴流局部通风机开启1级送风,恢复局部通风,使火区均压,风压为2475 Pa,风量为250 m3/min。待井筒内前50 m无CO等有害气体后,在救护队员的监护下工人下井清理井筒,井筒前50 m得以解放。

图3 主斜井筒内火区示意图

(2)详细侦察主斜井50 m至220 m处,并在220 m处再做临时风障,恢复通风,解放前220 m。在救护队员进入主斜井详细观察后,发现顶底板良好,无明显大的裂隙,井筒内温度为27℃,水气较大,能见度为10 m左右,且CO浓度为0.7%,瓦斯浓度为1%,排除了通风后瓦斯爆炸引起两次灾害的可能。距离延伸后,为满足220 m的供风,换用直径800mm的风筒,并开启二级送风,风量为 500 m3/min。通风前井口 CO为0.005%,井底220 m处CO为0.03%,通风1 h后,井口和井底均无CO。

(3)清理井筒内200 m处至340 m处的浆液,并进行侦察。主井筒220 m至340 m处怀疑存在塌通或高温区的重点区域,由于井下情况复杂,经过救护队员为时3 h的清理,侦察只推进了15 m。随后救护队员决定沿带式输送机机架直接往220 m以下进行侦察,侦察发现与主斜井相通的3#煤层联络巷口温度为42℃,340 m以下的9#煤层已经被浆液充填满,至此主井筒侦察工作结束。

图4 启封前后主斜井CO和 H2浓度随时间变化图

(4)直接从主斜井内用注浆管对3#煤层联络巷注浆,封堵与主斜井的勾通点。由于地面高温区均已注浆,分析认为问题主要集中在与主斜井相通的联络巷内,随后救护队员把注浆管送入井下联络巷处,并做了临时密闭以方便注浆。

经过2 d的动态注浆(浆液水固比为1∶1.1～1∶1.5),至2010年10月12日共注浆500 m3,与主斜井相通的3#煤联络巷浆液已充填满,通风后井筒内CO保持在0.001%以下,温度为25℃,在之后的观察期内,主斜井口CO维持在0.001%以下,分段解放启封主斜井成功,启封前后主斜井CO和 H2浓度随时间变化见图4。

4 结论

本次灭火工程结合无烟煤矿井火灾具有热容量高,发热量大,灭火过程中易复燃的特点,科学观察火区、准确分析火区内气体变化情况,采用地面灭火与井下侦察双向并行的技术措施,锁风侦察、分段解放井筒,是无烟煤矿井火区启封的一次成功实践。

[1]邬剑明,迟克勇,肖建红.煤自然发火过程的模拟实验研究[J].中国煤炭,2008(4)

[2]邬剑明.煤自然发火的实验模拟和气体吸咐的研究与应用[D].太原理工大学,2009

[3]周心权,吴兵.矿井火灾救灾理论与实践[M].北京:煤炭工业出版社,1996

(责任编辑 梁子荣)

Practice exploration on the opening of underground blocked ignition area of anthracite coalmine

Wu Jianming1,Zhang Hu1,Li Bin2,Miao Huiliang2
(1.College of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China;2.Yaoping Coal Mine of Jincheng Anthracite Mining Group,Jincheng,Shanxi 041019,China)

The processes of fire extinguishing by grouting on the ground,air isolation detection and subsection releasing to the blocked self-ignition area around the new ventilation shaft of Yaoping Coal Mine are introduced.Application result shows that,CO content in the shaft keeps at 0.001%after ventilation,and temperature is 25℃.In the later observation period,the CO content in the main incline shaft mouth maintains lower than 0.001%.The result is great.

anthracite coalmine fire,blocked self-ignition area,air isolation detection,subsection releasing,self-ignition area opening

TD752.2

B

国家科技部国际科技合作攻关项目“煤矿重大事故灾害防治技术应用研究”——自燃早期预测报技术研究,项目编号:2008DFB70100。

邬剑明(1964-),男,山西河曲人,太原理工大学教授、博士、研究生导师,主要从事煤矿安全研究和教学工作。