液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)在徐莊礦7139（2）工作面的應(yīng)用
摘 要:徐莊礦7139(2)工作面為下分層開采，上分層開采時由于斷層原因，采空區(qū)內(nèi)留有大量遺煤，下分層工作面形成后，因上、下分層間存在漏風(fēng)通道，導(dǎo)致7139工作面上分層采空區(qū)內(nèi)發(fā)生煤炭自燃。本文從分析導(dǎo)致自然發(fā)火的主、次要原因入手，認(rèn)真總結(jié)、研究了該面滅火措施。該面首先從封閉火區(qū)，切斷火區(qū)供氧，減小火區(qū)范圍入手，然后向發(fā)火區(qū)域壓注液態(tài)co2進(jìn)行滅火，并嚴(yán)密監(jiān)測，最終使火源熄滅，恢復(fù)正常生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：自然發(fā)火 封閉 滅火 壓注 監(jiān)測 效果分析
1 7139（2）工作面概況
7139（2）工作面上部為7137采空區(qū)，下部為F15斷層和7198工作面。工作面走向長446m，傾斜長130m，工作面可采面積60964m2，地質(zhì)儲量20.3萬噸，按93%回采率計算，可采儲量為18.9萬噸。
工作面內(nèi)沿走向方向共布置二條主要巷道，巷道為架棚支護(hù)，材料道位于東五軌道一甩道，全長481米；溜子道位于東五下口與東五平皮帶相通，全長502米；切眼長137米。回采范圍內(nèi)煤層基本為單斜構(gòu)造，煤層產(chǎn)狀：347°∠12°～23°，淺部傾角較小，深部傾角較大。溜子道6號點附近由于斷層影響，地層角度較大。兩道及切眼工揭露8條斷層，最大落差H=1.5m，皆為正斷層。據(jù)上分層回采資料，面內(nèi)發(fā)育8條正斷層，最大落差H=4.0m。水文地質(zhì)方面:工作面水文地質(zhì)條件簡單，頂部上分層已先期回采完畢，局部老塘少量積水在工作面掘進(jìn)過程中已經(jīng)放出，預(yù)計工作面回采時老塘涌水量小于5m3/h。該工作面煤層瓦斯含量低，煤塵為強(qiáng)爆炸性。
7139（2）工作面自2010年1月形成后進(jìn)行了封閉備用。2010年5月工作面啟封，開始安裝準(zhǔn)備，至2010年12底該工作面已基本安裝完畢（煤機(jī)未安裝），形成了生產(chǎn)系統(tǒng)。
2 工作面發(fā)火原因分析、發(fā)火地點判斷及處理過程
①.發(fā)火原因分析
a.上分層采空區(qū)由于斷層原因存留了大量煤炭是導(dǎo)致發(fā)火的根本原因
上分層工作面由于受到兩條斷層（落差分別為2.4和2米）影響，造成上分層采空區(qū)內(nèi)丟失大量的煤炭。由于下分層工作面與上部采空區(qū)存在漏風(fēng)通道，沒有及時進(jìn)行堵漏，加快了采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化進(jìn)程，是導(dǎo)致工作面發(fā)火的根本原因。
b.下分層與上分層采空區(qū)存在漏風(fēng)通道，上分層采空區(qū)通過上分層巷道與7198采空區(qū)相互連通形成漏風(fēng)通道是導(dǎo)致工作面發(fā)火的重要原因之一
由于工作面為下分層，使得本身下分層巷道與上分層采空區(qū)之間存在漏風(fēng)通道，（由于上下巷同時噴漿工作量非常大，著火前下巷頂部噴漿段僅僅完成了180米）造成向上部采空區(qū)漏風(fēng)；同時由于下部為7198采空區(qū)，通過上分層巷道（封閉墻體可能由于壓力作用壓裂損壞），極易造成與下部7198老空區(qū)相通，形成串聯(lián)漏風(fēng)通道，加大采空區(qū)漏風(fēng)導(dǎo)致上分層遺煤發(fā)火的重要原因之一。由于向上部采空區(qū)漏風(fēng)，致使無法從下分層巷道觀測出異常現(xiàn)象，也是導(dǎo)致煤炭自燃未能及時采取控制措施的重要原因。
c.上分層開切眼在回采結(jié)束后沒有進(jìn)行大量注漿，造成采空區(qū)的遺煤呈分散狀態(tài)，未實現(xiàn)與氧的有效隔離，也是導(dǎo)致煤炭自燃的重要原因。
d. 煤層自然發(fā)火期較短是導(dǎo)致上分層采空區(qū)遺煤自燃的客觀原因
徐莊煤礦煤層易自然發(fā)火，發(fā)火期一般為5-7個月，最短發(fā)火期不到一個月，由于該工作面安裝時間較長，使得上部遺煤長期處于緩慢氧化狀態(tài)，從而導(dǎo)致遺煤氧化，發(fā)生自燃。
e. 工作面安裝過程中替棚作業(yè)破壞了下分層的再生頂板，造成漏風(fēng)加大，從而也加速了采空區(qū)遺煤氧化、自然發(fā)火進(jìn)程。
②.7139工作面自燃點判斷
經(jīng)過分析研究，認(rèn)為7139（2）工作面自燃點有2處，它們分別是開切眼下口頂煤段和工作面20#架附近上分層采空區(qū)由于斷層原因遺留浮煤段。
a. 開切眼下口頂煤段
由于上下分層巷道內(nèi)錯，造成開切眼下口存有大量頂煤（呈三角分布），受壓力影響造成頂煤破碎，從而導(dǎo)致煤炭自燃。
b. 工作面20#架附近上分層采空區(qū)由于斷層原因遺留浮煤段
距開切眼下口向上28米段為一落差2.4米的斷層，造成上分層采空區(qū)內(nèi)在斷層區(qū)域處遺留有一定量的煤炭，并且呈堆積破碎狀態(tài)，從而導(dǎo)致煤炭自燃。
c. 自燃征兆突然性的判斷
該工作面在有煙霧冒出前一天，工作面防火人員進(jìn)行巡視時，沒有發(fā)現(xiàn)煤層自燃的明顯征兆（掛汗和煤焦油味等），至29日中班發(fā)現(xiàn)時，工作面下巷已經(jīng)有大量煙霧。出現(xiàn)這種突然性情況，初步分析有2個方面的因素：
a.由于工作面存在漏風(fēng)通道，且是向上部采空區(qū)漏風(fēng)，從而掩蓋了自燃點的某些征兆，以至于在煤炭自燃初期沒有及時發(fā)現(xiàn)。
b.由于頂煤緩慢氧化，以至形成燃燒，最后導(dǎo)致架棚或支架頂部的背板等可燃性的支護(hù)材料發(fā)生燃燒，從而失去支護(hù)功能，使得上部的高溫煤炭落入下分層巷道內(nèi)，加劇了燃燒，燃燒導(dǎo)致支護(hù)徹底失去作用，從而造成上部浮煤更大范圍的向下冒落，使下巷突然出現(xiàn)大量煙霧。
③. 處理過程
2010年12月29日中班16：00發(fā)現(xiàn)工作面下巷有煙霧冒出，由于煙霧較濃，難以接近著火點進(jìn)行直接滅火，因此決定封閉工作面。
12月29日中班18：30分在材料道外口打板墻一道，并噴涂了快速密閉材料控制漏風(fēng)，在溜子道打板墻一道，也采取了同樣措施。
12月30日凌晨6：00在材料道板墻外砌筑了一道500mm厚的磚墻，溜子道板墻外砌了一道380mm厚的磚墻。
12月30日13:45分，開始向工作面壓注CO2滅火，CO2釋放口在切眼內(nèi)從材料道向下30米處。
壓注CO2期間，于2011年1月1日早班對7139皮帶聯(lián)絡(luò)巷密閉墻進(jìn)行了處理，將下口板墻向里挪移，在外口另構(gòu)筑1道板墻，并在兩墻中間壓注羅克休并對外口板墻進(jìn)行了噴漿堵漏風(fēng)處理。
2011年1月1日早班在材料道及溜子道外口外復(fù)建密閉墻各一道，在墻中間壓注了羅克休，并對墻體及兩幫進(jìn)行了噴漿堵漏風(fēng)處理，噴漿厚度約為100mm。（封閉密閉墻位置如下圖所示）
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3 滅火措施
根據(jù)對7139（2）工作面存在2處自燃點的判斷，加之上述兩點的位置較為特殊，深入研究后，采取了在地面將液態(tài)CO2直接汽化成氣態(tài)CO2的方法，經(jīng)由注漿管路選擇適合的釋放口位置輸送到2個發(fā)火點。釋放口的選擇位置為距離上口向下40米處。采用大流量、高濃度、長時間注CO2氣體的措施處理這兩處自燃隱患點，使得CO2氣體充滿了整個7139（2）工作面并向上分層擴(kuò)散，最終將上述2處可能存在的火點窒息。
4 壓注后氣體監(jiān)測
①.合理建立氣體監(jiān)測點
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合理準(zhǔn)確的設(shè)立監(jiān)測點，全面系統(tǒng)準(zhǔn)確地監(jiān)控工作面內(nèi)部的發(fā)展變化情況是整個防滅火工作的關(guān)鍵，不僅可以準(zhǔn)確地反映各種防滅火措施的實施效果，而且可以為下步滅火工作重點的調(diào)整提供依據(jù)。針對7139（2）工作面情況及井下巷道布置現(xiàn)狀，逐步建立和完善了井下8個監(jiān)測點，為防滅火工作的順利開展奠定了堅實的基礎(chǔ)。這8個火區(qū)監(jiān)測點分別是（見圖：7139（2）工作面氣體監(jiān)測測點布置示意圖）：
7139（2）工作面氣體監(jiān)測測點布置示意圖
②.規(guī)范井下取樣操作
嚴(yán)格規(guī)范取樣測定操作，做到定點、定人、定時。采取井下現(xiàn)場人工監(jiān)測、取樣色譜分析化驗相結(jié)合的監(jiān)測手段，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。要求井下取樣測定由礦救護(hù)隊和通風(fēng)班完成，嚴(yán)格按照井下布置的8個測點進(jìn)行監(jiān)測，按照操作規(guī)程要求認(rèn)真仔細(xì)地檢查好每一點。取樣監(jiān)測的人員要相對穩(wěn)定，每個點至少有一名老隊員，確保監(jiān)測工作的連續(xù)性及取樣地點的準(zhǔn)確性。
5 工作面壓注效果分析
通過采取上述密封、壓注液態(tài)CO2等措施，從上、下巷封閉的墻體內(nèi)監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析總結(jié)如下：
①.密閉墻在壓注CO2時三個密閉墻墻內(nèi)壓力均高于墻外壓力，杜絕了向工作面內(nèi)部漏風(fēng)的可能性。
②.在1月17日停止了壓注CO2，停注后發(fā)現(xiàn)材料道密閉墻墻內(nèi)壓力始終低于墻外壓力，而溜子道及皮帶聯(lián)絡(luò)巷密閉墻內(nèi)外壓力變化起伏較大。故依據(jù)1月1日至1月16日送到公司化驗的7139（2）上下兩巷密閉墻內(nèi)氣樣數(shù)據(jù)分析，材料道及溜子道內(nèi)CO、O2濃度，從1月1日至1月16日止基本呈下降趨勢，CO2濃度呈上升趨勢，其中材料道內(nèi)CO濃度從5048ppm下降到8ppm，O2濃度從19.8﹪下降到2.37﹪，CO2濃度從6.2﹪上升到65.5﹪。溜子道內(nèi)CO濃度從17179ppm下降到6ppm，O2濃度從19.8﹪下降到1.83﹪，CO2濃度從6.2﹪上升到75.2﹪。切眼內(nèi)CO濃度從11190ppm下降到9ppm，O2濃度從19.8﹪下降到1.58﹪，CO2濃度從16.96﹪上升到83.89﹪。
③.從封閉至1月17日止，共向工作面內(nèi)壓注CO2約300噸，采取的是一種主動滅火措施。另外切眼內(nèi)CO2濃度高達(dá)80﹪以上，O2濃度維持在5﹪以下，又因為不壓注時，墻外壓力高于墻內(nèi)壓力，并且墻內(nèi)外壓差較大，墻體密封較好，無法取得工作面內(nèi)的氣樣。綜上分析認(rèn)為：7139（2）工作面內(nèi)的自燃隱患點已經(jīng)得到了有效控制。
該面于2010年2月成功啟封，8月24日回采完封閉，期間未再發(fā)生煤炭自燃。
6 結(jié)束語
徐莊礦7139（2）工作面自發(fā)現(xiàn)明顯的發(fā)火征兆至恢復(fù)正常生產(chǎn)歷時1月有余。經(jīng)過該礦有關(guān)技術(shù)人員的細(xì)致分析，深入研究，采取了先封閉火區(qū)再向發(fā)火區(qū)域壓注液態(tài)co2的滅火措施。期間首先建造多道密閉墻，并做了向墻面噴漿和在墻體間壓注羅克休處理，切實堵塞了漏風(fēng)通道；之后合理確定釋放口位置向火區(qū)壓注co2氣體，并同時加強(qiáng)壓注期間的監(jiān)測工作，嚴(yán)密監(jiān)測密閉墻內(nèi)外的壓力及氣體成分變化，取得了顯著的控制自然發(fā)火的效果，在較短時間內(nèi)使火源全部熄滅。這種滅火措施對同樣條件的工作面發(fā)生煤炭自燃，在采取滅火措施時，具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。
限于作者水平,文中定有不妥,懇請同行予以批評指正。
作者簡介:
喬 寧：高級工程師，國家注冊安全工程師，1989年從事礦山救護(hù)工作，歷任大屯煤電公司救護(hù)大隊一中隊副中隊長、中隊長、直屬中隊中隊長、副總工程師，現(xiàn)為中煤華晉集團(tuán)有限公司救援中心副主任。
李東良：工程師，國家注冊安全工程師，2003年在大屯煤電公司徐莊煤礦參加工作，歷任徐莊煤礦通風(fēng)科技術(shù)員、副科長，現(xiàn)為中煤大屯公司徐莊煤礦通風(fēng)科科長。
