1、深井综放工作面初采异常发火及其分析 杨江明 杨子祥 山东省天安矿业集团有限公司 摘 要： 本文介绍了星村煤矿 3310 综放工作面初采期间, 切眼及运顺出现异常发火情况, 分析了工作面异常发火的原因, 采取了行之有效的防范措施, 确保了综放工作面安全生产。关键词： 深井; 综放开采; 异常发火; 作者简介：杨江明, 男, EMBA, 高级工程师, 天安矿业集团有限公司董事长, 发表论文多篇。收稿日期：2017-11-14The Analyze of Abnormal Combustion of Primary Mining in Fully Mechanized Caving Face of
2、Deep MineYang Jiangming Yang Zixiang Tianan Coal Industry Group of Shandong co., Ltd; Abstract： This paper introduces the occurrence of abnormal combustion during primary mining in NO. 3310 fully mechanized caving face in Xingcun Coal Mine, analyzes the reasons of abnormal ignition on the working fa
3、ce, and takes effective preventive measures to ensure the safe production of fully mechanized caving face.Keyword： deep mine; fully mechanized caving face; abnormal combustion; Received： 2017-11-146 月 6 日 18 时, 星村煤矿 3310 综放工作面准备开启采煤机采煤时, 在转载机处的工作人员闻到煤焦油气味, 随后发现溜头端头架架后上方有黄烟, 立即联系安监员和瓦检员, 并汇报调度室, 调度室于
4、 18:15 分向相关矿领导进行汇报和应急处置。18:30 分左右, 瓦检员现场测量一氧化碳浓度 700ppm, 回风流一氧化碳传感器超过量程 (500ppm) 。针对这种突发情况, 即刻成立了以矿长为组长的临时救灾指挥部, 命令有关人员撤出气体超限区域, 同时安排相关应急处置准备。20 点, 通防区长和通防副总先后到达现场, 发现溜尾 66 号架后尾梁上方冒出浓烟并从轨顺及架后返回, 整个工作面烟雾中一氧化碳浓度超过2000ppm, 人员无法靠近工作面溜头进行探察。迫于情况紧急, 20:02 分, 救灾指挥部即刻启动应急预案, 下令组织停电撤人、并立即快速封闭工作面。封闭后通过轨顺注浆管及高
5、压胶管向工作面压注氮气抑制煤炭发火。1 工作面概况星村矿 3310 工作面位于三采区东翼, 工作面东北方为已回采完毕的 3308 工作面, 西北方为三采区 3 条上山, 即三采区轨道上山、三采区回风上山、三采区运输上山, 工作面西南侧为 F14-3 断层。3310 工作面标高-1080-1125m, 工作面走向长 616.5m (平距) ;倾向长度为 95.9m (平距) ;煤层厚度 7.5m;煤尘爆炸指数为 37.95%, 具有强爆炸性;3 煤层鉴定为自燃煤层, 在起始温度为 26时实验最短自然发火期为 65 天。通风系统如图 1 所示。图 1 3310 工作面通风系统图 下载原图该工作面于
6、 2015 年 4 月 9 日开始施工轨道顺槽, 2015 年 10 月 14 日转入切眼施工, 2015 年 7 月 10 日开始施工运输顺槽, 运输顺槽与切眼于 2016 年 4 月 5日早班贯通, 5 月 16 日工作面安装完成后通过矿验收, 随及进行了防灭火预处理, 5 月 22 日正式生产。工作面回采前, 按计划完成了所有防冲卸压工程。其中:(1) 工作面切眼非回采帮顶板预裂爆破工程, 爆破孔参数为:42mm 钻孔, 孔间距 3.2m, 孔深 13m, 爆破孔距非回采帮 0.51m, 爆破孔角度垂直顶板与煤层掘进方向成 6575。(2) 工作面切眼回采帮顶板预裂爆破工程, 爆破钻孔参
7、数为:42mm, 开孔于 3号支架前, 间距 3.2m, 孔深 13m, 共计施工钻孔 37 个, 切眼顶板预裂爆破装药8 卷, 炸药规格 27mm, 长度 400mm, 300g/卷, 单孔装药量 2.4kg。(3) 运输顺槽顶板预裂爆破工程, 钻孔自切眼回采帮 0m 处开孔, 孔间距 3.2m, 孔深 13m, 爆破孔布置在巷道顶板, 从切眼向回采方向 0.51m 施工, 运顺顶板预裂爆破装药 8 卷, 炸药规格 27mm, 长度 400mm, 重量 300g/卷, 封孔深度均不小于 4m。(4) 帮部卸压钻孔。掘进期间施工的卸压大孔, 间距 1.6m, 孔深 20m, 钻孔直径 150m
8、m, 回采前在原 2 个孔之间再加入 1 个同样的钻孔;(5) 帮部卸压爆破孔。掘进期间每 7.5m 施工 1 个, 孔径 42mm.孔深 15m, 装药量 10 卷, 3kg, 封孔长度大于 5m;回采前每 3.2m 再增加 1 个同样规格的爆破孔。两顺及切眼防冲卸压如图 2 所示。图 2 3310 工作面防冲卸压示意图 下载原图截止 6 月 6 日早班, 工作面溜头推进 39.7m、溜尾推进 37.8m, 此段工作面平均煤厚 6.62m工作面从开始回采至 6 月 6 日早班, 共推进 39 米, 期间束管气体分析结果显示, 采空区内所有监测点的一氧化碳浓度在 50ppm 以下, 回风流一氧
9、化碳浓度在8ppm 以下。无论是推采速度还是环境气体情况均好于以往初采工作面。气体情况见图 3。图 3 3310 工作面气体情况图 下载原图2 工作面处理过程6 月 7 日早班, 矿组织召开专门会议, 根据此次异常事件突然、无任何征兆、蔓延速度快等特点, 分析认为工作面可能存在低燃点可燃物, 但着火面积不大。为此制定了防灭火方案, 采取了对封闭区实施大流量注氮气首先抑制火势的处理措施, 同时为便于采取其它防灭火手段, 积极做好缩小封闭范围、实施直接灭火措施的准备。于是在 3310 运煤巷安设 1 台局部风机, 并定于 6 月 11 日早班启封轨道顺槽防火墙处密闭, 将密闭尽量向切眼方向挪移,
10、实现近距离灭火的目的。6 月 11 日早班, 矿按计划启封轨道顺槽防火门密闭, 救护队员佩戴正压氧呼吸器延接风筒恢复通风。17 时 30 分恢复通风至距工作面煤壁 200m 位置时, 现场气体出现上下明显分层, 高浓度一氧化碳和烟雾浓度持续不下降, 烟雾继续往外扩散现象, 为确保人员安全, 决定在距离工作面煤壁约 300m 位置施工板闭并进行喷涂密封材料 LFM 堵漏处理。6 月 12 日早班, 根据启封过程中遇到的实际情况, 分析并制定了下一步防灭火方案和措施。即采取了利用注浆管向工作面大流量注阻化泡沫和氮气的处理措施。在实施这项措施过程中, 通过气体监测发现, 工作面内一氧化碳、乙烯浓度大
11、幅降低, 快速向好的方向发展。为尽快消除着火隐患、缩小封闭范围、实施近距离灭火, 定于 6 月 20 日早班第二次启封轨道顺槽密闭。图 4 3310 封闭后 CO 气体曲线 下载原图图 5 3310 封闭后氧气曲线 下载原图截止到 6 月 19 日中班, 累计向 3310 综放工作面采空区注入阻化泡沫 5500kg, 注入氮气 140000m, 工作面气体监测情况如图 4、图 5 所示。6 月 20 日早班按计划第二次启封轨顺密闭。本次启封过程中, 工作面未发现高温异常现象。17:30 分, 确认工作面无再次发火危险后, 启封运输顺槽防火门处密闭形成全风压通风, 风量调整到 457m/min。
12、排除工作面残存的一氧化碳气体后, 通防专业人员带领作业人员对工作面溜尾至溜头架间及架后进行了全面检查, 未发现温度、气体异常现象。随后公司专业领导再次到达现场, 对工作面进行了全面监测查看, 用红外测温仪测量整个工作面, 普遍温度 33, 最高温度 34, 回风隅角最高一氧化碳浓度仅有 20ppm。各项环境参数指标与工作面正常生产期间基本相同。随后, 安排综采工区中班人员排除运输顺槽积水, 靠溜尾施工防火隔离墙、检修设备等工作;通防人员通过一路注浆管向采空区大流量注阻化泡沫, 为恢复生产做准备。在确认工作面各项指标正常后, 于 6 月 21 日早班恢复生产, 恢复生产后工作面各项气体检测未见异
13、常, 工作面火灾险情消失。3 发火原因分析3.1 此次发火特点及与以往自燃发火区别3.1.1 事发突然, 蔓延迅速工作面回采后一切正常, 但 6 月 6 日 18 时从发现有黄烟, 至 18:30 分左右, 瓦检员颜强现场测量一氧化碳浓度仅半个小时就已达 700ppm, 到 20 时, 工作面溜尾 66 号架后尾梁上方就冒出浓烟弥漫整个工作面, 工作面内一氧化碳气体浓度一度升至 2000ppm 以上, 使现场人员无法靠近察看现场, 最终导致封面。从发现烟雾到决定封面仅 2 个小时时间, 这在以往是从未有过的。3.1.2 启封后未发现自燃迹象工作面封闭后, 由于工作面近水平俯采, 如采用常规注浆
14、灭火, 不仅会导致大量泥浆涌入运输顺槽流失, 起不到灭火效果, 还将导致大量机电设备被淹, 因此, 实施灭火能够采取的措施只有注氮和注阻化泡沫。但这些措施只能抑制火势、阻断氧气供给, 却不能降温和灭火。在实施以上 2 种灭火措施、注氮140000m, 阻化泡沫 5500kg 后, 为了探察工作面火情及调整进一步灭火措施, 6 月 20 日对工作面进行了再次启封, 但到现场察看时, 却找不到任何着火的痕迹, 工作面温度正常, 各项气体正常。3.1.3 先发现烟雾, 后监测到一氧化碳气体6 月 6 日 16 时 40 分, 瓦检员巡回检查工作面时, 回风隅角 CO 气体为 15ppm, 回风流为
15、5ppm, 一切正常。6 日 18 时, 综采工区带班队长吕雷在对运输皮带跑偏进行处理后, 再次准备开机割煤时, 站在溜头过桥上方闻到煤焦油气味, 发现溜头端头架架后上方有黄烟, 随后才有大量一氧化碳气体涌出, 导致封闭工作面。这一现象不符合煤层自然发火的发展过程和基本规律。3.2 直接原因分析由于综放工作面煤层自然发火是一个缓慢氧化升温的过程, 通常要经过一氧化碳浓度逐渐升高, 急剧增加直至出现烟雾的过程, 一般情况下从出现一氧化碳到超限, 至少需要一周到一旬左右时间, 而一氧化碳超限到煤炭自燃出现烟雾需要更长时间。而 6 月 6 日 3310 工作面的火灾发展迅猛, 从发现黄烟后一氧化碳浓
16、度在短时间快速上升, 到大量烟雾弥漫整个工作面, 只有不到 2 个小时的时间, 无论是煤的自燃, 还是木垛料参与的燃烧, 都不具有这种特征。在工作面封闭后只采取注氮和阻化泡沫灭火措施的条件下, 6 月 20 日启封以后未找到高温源、也未发生复燃现象, 据此可基本确定此次事故不是煤炭的自然发火事故。从当时事发突然, 高浓度一氧化碳气体和黄烟快速充满工作面现象分析, 认为这是一起非常规燃料燃烧的事件。通过对工作面所有可燃物分析, 只有火药具备这个特点, 因此初步分析, 这是一起防冲爆破残药自燃引发的意外事故。上述分析结果可从以下情况中得到验证:(1) 6 月 21 日工作面正常生产后, 于 7 月
17、 5 日, 从 1 号架架顶漏煤处出现微烟、束管分析检测出高浓度一氧化碳、乙烯气体, 说明工作面前方煤壁区域, 由于提前实施大量的爆破卸压措施, 煤体内积聚大量热量、已超前氧化升温。由此可以推断, 在运输顺槽其它区域也存在类似的现象。由于落实防冲措施, 此区域断顶爆破及煤体爆破较集中, 爆破过程中有可能出现熄爆或拒爆而留下残药, 在爆破积热及煤体自热升温过程中出现自燃。据调查, 在以往掘进和回采工作面割煤过程中也多次发现未完全起爆的残留炸药。(2) 为检验以上分析的可靠性, 7 月 17 日早班, 在工业广场注浆站对单纯煤粉、和煤粉与炸药混合物进行加温试验, 通过红外线测温仪监测试验过程中的样
18、品温度, 以观察 2 种样品的变化。当加热温度为 69时, 煤粉和炸药混合物开始出现白烟, 而单纯煤粉没有变化。继续加热, 煤粉和炸药混合物继而产生微黄色浓白烟。当加热温度到 79时, 炸药和煤粉混合物爆燃, 并快速烧尽, 冒出大量黄烟, 而单纯煤粉样却无任何反应。当加热温度达 200时, 单纯煤粉样才开始冒烟, 出现燃烧现象。以上实验现象证明, 当残留火药混入破碎煤炭后, 在 70左右就能引起燃烧, 而且释放大量烟雾和一氧化碳气体, 与 6 月 6 日事故现场情况基本一致。更重要的是, 炸药燃烧时, 有氮氧化物气体的产生。综合分析后认为卸压爆破热量积聚、煤层氧化升温导致残留炸药爆燃是此次发的
19、原因。4 防范措施(1) 进一步优化煤体卸压爆破钻孔布置角度和层位, 防止卸压爆破残药遗留在顶煤煤体中。(2) 使用好超前支架, 分析研究超前支架的性能, 在挪移过程中降低对顺槽顶板煤体的破坏。(3) 在两顺槽实施顶板预裂爆破等煤体爆破区域加强防灭火处理、监测与分析。两顺槽顶煤在进入采空区前必须进行防火降温处理。(4) 增设束管采样点, 完善气体检测设备, 确保能准确分析异常气体中如:氮氧化物、硫化氢等成分, 以便对自燃隐患的性质做出正确分析和判断。参考文献1王建豪, 等, 煤矿井下炸药自燃事故不安全动作原因研究J.煤矿安全, 2016, (3) :225-227. 2葛崇连.炮眼里炸药自燃爆炸的原因及其预防J.有色金属 (矿山部分) , 1985 (1) :46-49.
