下分层巷道透采空区CO高值原因分析及综合治理技术研究

文/韩留生

煤矿井下自然发火是煤矿易发问题之一，煤体自燃过程比较复杂，包含物理和化学反应，是多种因素共同影响的结果。为保证煤矿安全，必须全面了解煤矿井下自然发火产生的各种条件，对自然发火因素进行多方面的综合性分析，掌握煤体自然发火的原因及有效防治措施，为煤矿日常防灭火工作提供技术支持，确保井下安全生产。

平煤股份十二矿己15-17-17062回风巷于2011年1月25日发生一起透采空区煤炭自燃事故。事故发生后，公司高度重视，带领事故追查小组深入事故现场，分析事故原因。经过一系列治理措施的实施，最终以隔断充填技术使火灾隐患得到彻底治理。

一、事故原因分析

己15-17-17062回风巷截至2011年1月25日已施工737m，其中穿己15-17-17060采空区段距开口位置 458m至 564m，共110m；己15-17-17062进风巷截至2011年1月25日已施工720m，其中穿己15-17-17060采空区段距开口位置450m至560m，共 110m。

1.己15-17-17062回风巷掘进过程中因与己15-17-17060停采线立体交叉重叠。己15-17-17062回风巷穿己15-17-17060采空区段共110m；己15-17-17062进风巷穿己15-17-17060采空区段共110m。己15-17-17062回风巷过己15-17-17060采空区时有明显穿透现象，由于己15-17-17062掘进工作面没有完善轨道运输系统，未及时对采空区交叉段进行喷浆堵漏，导致在透采空区段产生了漏风通道，加之采空区通风散热条件差，为煤自燃提供了较好的供氧条件和蓄热环境。

2.事故发生之前，己15-17-17062进、回风巷掘进工作面的回风流中未安设CO监测设备，当己七一期总回风巷道内CO监测设备发现CO超限时，己15-17-17062回风巷已经出现自然发火现象，错过最佳技术处理时机，导致自燃事故迅速发展，难以控制与治理。

3.己15-17-17060采空区与己15-17-17062回风巷交叉重叠长度为110m，在设计过程中，没有充分考虑采掘巷道部署所产生的安全隐患，设计存在漏洞。

4.己15-17-17060采面于2010年9月30日回采结束，2010年11月10日全部封闭完毕。己15-17-17062回风巷从2010年12月中旬开始过己15-17-17060采空区，此时距采面回采结束75天，距采面封闭35天，十二矿自然发火期为1~3个月，此间正是在采空区自然发火期内，己15-17-17062回风巷与之穿过，采空区内高温聚热空间对突然的充足供氧结合并迅速发展，导致煤体自燃。

5.己15-17-17062回风巷在过己15-17-17060采空区期间，没有采取喷浆堵漏措施，也忽略了透采空区期间的气体取样检查、分析，错过了初期治理的最佳时间。

二、己15-17-17062回风巷前期防灭火治理措施实施方案

矿井火灾治理主要有：①隔绝漏风通道，切断供氧条件；②注入惰性气体，降低氧气浓度；③灌注灭火材料，消耗火区热能。

己15-17-17062发生自然发火事故后，矿积极组织，先后实施：24小时不间断注氮→喷浆堵漏→均压→注高分子灭火剂→注液态CO2→注黄泥浆→壁后注浆→注碳酸氢钠等各项治理措施，抑制火势恶化，控制火区发展。

三、己15-17-17062回风巷后期防灭火治理措施

经过一系列治理措施后，己15-17-17062回风巷火区范围得到逐步缩小和控制，各密闭取样点分析数据显示，O2浓度一度控制在3%以下，CO浓度控制在100ppm以下。但要彻底启封己15-17-17062回风巷，对回风巷与采空区交叉重叠段进行开放性喷浆堵漏条件还不允许，采空区依然存在高温煤体热源。由于110m巷道喷浆堵漏工程量大，为安全起见不允许过多人员和设备参与喷浆施工，在短时间内很难完成。长时间供氧容易导致火区复燃，造成二次事故发生。经过多次研讨，决定采用“隔断充填”方法，经过多次配比实验，取得了成功，最终以“隔断充填”治理技术彻底熄灭火源，保证了启封安全。

1.隔断充填技术简述

隔断充填技术是利用邻近巷道向着火点或高温区域边界处上部（顶部）施工钻孔，通过钻孔向巷道内灌注碳酸氢铵与水玻璃及催化剂的混合水溶液，两种溶液的混合凝固时间要根据钻孔深度、溶液流速、钻孔孔径等参数进行合理配比。形成固体隔断墙时要求两种溶液流出钻孔管口凝固时间要控制到2秒以内，以便可以瞬间凝固、堆积，使着火区域形成密闭空间。再通过措施巷在密闭空间中间段施工钻孔，灌注混合水溶液，此时两种溶液流出钻孔管口凝固时间可以控制在180秒以内，使溶液可以有充分时间均匀平铺并全断面凝固充填巷道。最后通过边清理凝固体边喷浆堵漏灭火的方式进行最终治理，达到火区治理效果。

2.具体实施步骤

首先通过己15-17-17042回风巷向己15-17-17062回风巷火区高温段预测首、末点顶板位置（依据前期治理情况综合分析预测火区高温段）施工治理钻孔K1、K2孔，在己15-17-17042回风巷依次对K1、K2孔远距离灌注碳酸氢铵与水玻璃及催化剂等混合溶液，依据实验配比浓度和钻孔深度、溶液流速、钻孔孔径等参数进行合理调整，使溶液在钻孔出口处混合，凝固时间控制在2秒以内，使溶液可以短时间内混合凝固，进而堆积成“密闭墙”，使回风巷50米高温段形成一个密闭空间，彻底隔断火区高温段。

然后在己15-17-17042回风巷向己15-17-17062回风巷K2孔向里3米位置再施工一个治理钻孔K3孔，向K3孔内注入混合溶液。根据巷道坡度和密闭段长度要求两种溶液混合凝固时间控制在120秒左右，使其充分均匀充填密闭空间。灌注封闭完毕稳定一定时间后，启封火区，一边对充填材料进行清挖、一边对巷道进行喷浆堵漏。己15-17-17062回风巷启封以后再对己15-17-17060采空区局部高温点进行近距离彻底治理，短时间内消除火灾隐患。

四、结语

矿井自然发火治理难度大，可控性差，目前矿井火灾防治技术手段普遍落后，很多工作面甚至采区都因矿井火灾治理难度大、进度慢而被迫停产封闭，放弃开采，造成煤炭资源极大损失和浪费。“隔断充填”技术的实施与推广可以更好地应用于矿井火灾治理工作，其低风险、小成本、高时效、易操作的特性可以加速矿井火灾治理进度，大大降低人员伤亡与经济损失，有效提高安全生产。