高瓦斯矿井封闭火区的启封探讨

阮增定 邬剑明 周春山

（太原理工大学矿业工程学院，山西省太原市，030024）

1 屯留矿火区概况

余吾煤业公司 （屯留矿）N1203综采工作面位于北一采区，巷道长度1024m，切眼长度300m。工作面采用长壁后退式大采高低位放顶煤一次采全高全部垮落式综合机械化采煤法。N1203工作面开采3＃煤层，煤层厚度稳定，厚6.0～7.0m，平均6.60m，煤层自燃倾向等级为Ⅲ级，属不易自燃煤层。工作面整体为两翼较为宽缓的背斜构造，平均厚度2.5m。

工作面采用双U 型通风系统，工作面总风量为5592m3／min，其中回风巷道回风1420m3／min，瓦排巷回风4172m3／min。目前，工作面绝对瓦斯涌出量为44.2m3／min，属于高瓦斯工作面。

2011年6月22日8时，当截煤机切割岩石过程中发生机械火花点燃瓦斯，被点燃的瓦斯迅速蔓延和扩大，随后又点燃了煤层，引发了工作面的大面积火灾。屯留矿立即通过地面钻3＃、4＃、7＃和8＃钻孔对N1203火区实现了封闭，通过1＃、2＃和5＃钻孔对N1203火区实现了惰化。经过20多天的时间，使火区范围控制在N1203 工作面。火区示意图见图1。

2 火区增氧观测

2.1 火区现状

《煤矿安全规程》规定：当火区符合火区内的空气温度下降到30℃以下或与火灾发生前该区的日常空气温度相同；火区内空气中的氧气浓度降到5.0%以下；火区内空气中不含有乙烯、乙炔，一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001%以下；火区的出水温度低于25℃或与火灾发生前该区的日常出水温度相同；上述4项指标持续稳定的时间在1个月以上。火区同时具备上述条件时，方可认为火势熄灭，火区才可启封。

图1 封闭火区示意图

N1203火区自2011年12月3日至2012年3月26日，火区密闭内气样温度19℃；O2浓度持续维持在5%以下；CO 浓度稳定在0.001%以下，乙烯、乙炔消失；火区回风巷道密闭处出水温度18℃；稳定时间达3 个月以上。N1203 火区符合《煤矿安全规程》的启封条件。

2.2 火区增氧确认火区火势熄灭

为了进一步确定封闭火区N1203 火情状况，2012年5月28日至6月10日通过对1＃、2＃和5＃钻孔注入空气，对火区进行了为期两周的增氧观测。火区增氧流程图见图2。

图2 火区增氧观测流程图

在通过为期两周的增氧观测期间，运用色谱对N1203回风巷道和瓦排巷道气体浓度进行了监测，O2和CO 的浓度变化示意图如图3和图4所示。

火区增氧期间，火区内CO 浓度随着O2浓度的增加没有增加的趋势，其浓度始终保持在0.0005%以下，没有乙烯、乙炔气体的产生。在此期间，火区内温度检测显示，温度变化在17～20℃之间，火区温度与井下其它地方一样，呈整体同步变化趋势，其根本原因是由于地表大气温度的周期性变化。所以可以基本上排除了火区温度变化是由于火区发生氧化反应放热所致。

3 火区启封

由于矿井使用双U 型通风系统，考虑到巷道瓦斯排放、巷道清理工作的难度以及待采区域的范围，经研究决定只启封内圈巷道，启封内圈巷道完成后，封堵外圈巷道。通过增氧前和增氧后色谱分析测得，火区瓦斯含量分别高达40%和30%以上，在火区火势熄灭的前提下，启封的关键是排放巷道及采空区内的瓦斯。火区启封流程是打开回风巷道密闭→关闭进风巷道风门→打开带式输送机巷道密闭管路孔→打开带式输送机巷道密闭预留门→关闭回风巷道平衡风门→打开带式输送机巷道密闭开口→侦查火区→旁路放水巷排瓦斯、排水→启封结束。

3.1 排放内圈巷道瓦斯

2012年6月21日8∶00左右，屯留矿救护队在N1203回风巷道密闭砸开一个1000mm×1500 mm 的小口 （火区气体每天9∶30之前从密闭处往采空区方向流动，所以在8∶00点砸开密闭比较安全）。瓦斯排放路线：火区→北一采区2＃回风上山→北风井区2＃总回风巷→北风井区1＃总回风巷→北回风井→地面。

3.2 调节通风系统

救护队在砸好N1203 回风巷道密闭上的小口后，在开口处悬挂0%～40%高瓦斯浓度监测探头，随后关闭N1203回风巷道和瓦排巷移动瓦斯抽放管路上密闭口的抽放阀门，打开进风巷道密闭口的瓦斯抽放阀门，抽放煤体钻孔瓦斯。

关闭N1203 进风巷道口的两道风门，增加N1203带式输送机巷道和进风巷道一侧的压力，使火区气体从N1203回风巷道、瓦排一侧排出。到6月28日，瓦排巷瓦斯检测浓度降到2%以下。

3.3 救护队侦查火区

救护队进入火区侦查一切正常，在3d的观测中，CO、空气温度及煤壁温度没有异常现象。

3.4 恢复工作面正常通风

根据工作面正常生产所需要的风量，对N1203工作面进行调风，恢复工作面正常生产通风状态，配风量应采取由小到大的顺序，逐步增加。经过3d观察，火区气体成分及其浓度没有出现异常，火区温度正常，说明启封成功。

4 结语

（1）基于火区气体参数的监测对火区燃烧状况能进行有效地判断，对于火区启封决策具有重要作用。

（2）要实现火区安全启封，需要对火区复燃条件进行准确判断，严格遵照 《煤矿安全规程》进行启封。

（3）本次火区启封过程结合高瓦斯矿井瓦斯涌出量大，启封过程中如果火区 火势没有完全熄灭可能爆炸的特点，采取了针对火区增氧观测火区变化的技术措施，是高瓦斯矿井启封的一次成功实践。为同类矿井启封工作提供了指导和借鉴。

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