对一起综采面瓦斯燃烧事故的处理与分析

摘要：介绍了一起高突工作面瓦斯燃烧事故的处理过程，对引燃火源进行了分析，并总结了处理事故的经验和教训，提出防范措施。 关键词：综采工作面；瓦斯燃烧；事故分析；防范措施 平顶山煤业(集团)公司八矿于1966年建井，1981年2月西翼一期工程投产，矿井设计生产能力300万t/a，矿井采用一对竖井、主要石门开拓单水平上下山同时开采，对角抽出式通风系统。矿井主要可采煤层有丁5.6、戊9.0、己15、己16.17三组四层(自上而下)，总厚度为11.6m。煤层均有自燃倾向性和煤尘爆炸性，自燃等级鉴定为自燃矿井，煤尘爆炸指数为25.47%~35.31%，自然发火期6～8个月，矿井瓦斯等级鉴定为煤与瓦斯突出矿井。 2003年10月7日，八矿己-12100综采工作面发生了一起瓦斯燃烧事故。在现场直接灭火失败的情况下，采取了封闭己-12100采面的措施，同时采用2台制氮机持续向火区注氮气，并利用瓦斯抽放管对火区进行间断换气，且在己二大巷向采面上隅角打高位钻孔注水。11月27日，又对火区进行了缩封处理，拆除了风巷外段原有的密闭，准备进入采面上隅角处，但风巷距采面约40m处有一冒顶，随后在冒顶外22m处新建一道泡沫密闭，并利用高位钻孔向火区注水。截至12月30日，已向火区注氮气142万m3，大巷注水1688m3，高位钻孔注水1000m3，置换火区气体70万m3，使火区逐渐趋于稳定。12月25日，决定启封火区。 1 事故发生经过 2003年10月7日19点35分，在机尾干活的工人发现从106架后掩护梁侧护板与风巷封闭墙交接处采空区侧喷出火焰，用水管和机尾的灭火器进行直接灭火，同时向井上调度室汇报，调度室安排矿救护队员下井灭火。随后成立了抢险救灾指挥领导小组，及时制定了具体的灭火方案。 2 处理经过 1)第一阶段(封闭阶段) ①直接灭火。采面上隅角9日19：35喷出火焰后，在直接灭火中，20：20和20：54左右又各出现1次喷火，火势不稳定，时大时小并上下游动，灭火效果差，到23：00时，风巷内烟雾大，能见度只有25m，风流中CO体积分数为5.6×10-5，火势有增大趋势。 ②封闭。经指挥部研究，决定对该采面进行封闭。密闭规格为板闭＋防爆墙(厚2m)＋木段密闭(1m)；封闭方法，先打板闭留口(0.8m3)，紧靠板闭打黄土防爆墙，并留相同大小的口，机、风巷同时施工，然后同时封闭机、风巷留设的板闭口和防爆墙口，封好口后及时撤离现场。封闭工作完成时间：机巷8日12：00，风巷12：40。 16：15，救护队员下井准备施工木段密闭时，发现机巷防爆墙上部被瓦斯冲击渡崩开(第1次)，上部被崩开最大高度1.5m，黄土袋被抛出最远约10m，板闭上部的板全部掉落。当时风巷烟雾太大看不清无法进入。17：25指挥部研究，对火区采取一拆(拆开边切眼内的挡风墙和板闭)、二堵(封闭机、风巷被冲垮的密闭)、三注(向封闭区内注入氮气)措施处理。19：05重新打上机巷板闭，开始打防爆墙，此间曾出现救护队员的帽斗被冲击波吹掉。21：21机巷防爆墙重新打好，23：59救护队员汇报，机巷防爆墙又被摧垮约2，3(第2次)。随后采取措施：第一，对采面继续减风，将己二下延专回下部永久风门打开，使风流短路，以增加己-12100采面回风侧压力，减少采空区漏风；第二，在进风胶带巷打2道风门，减少向采面供风；第三，边切眼挡风墙全部拆除。以上工程完成后，边切眼过风16003/min，采面进风量由100m3/min降至40m3/min，减少了火点供氧。此间又发生了第4，5，6次爆燃。 10日6：00检查，风巷密闭处CO体积分数为5.0×10-3、CH4为0.8%、CO为0.8%、温度为70℃，并有白烟。重新施工机巷防爆墙，防爆墙厚度4m，外加4根戗柱，此间从14：00至21：45，每隔40～45min出现1次爆燃现象。风巷防爆墙厚度3m，外加4根戗柱，12日1：501检查，风巷密闭上帮CO为3.0×103、CH4为9.5%、CO2为0.8%、温度为60℃，密闭处烟雾时大时小。为减少密闭漏风，决定对机、风巷密闭喷浆堵漏。 2)第二阶段(灭火阶段) ①注氮。上述过程中，井上下正在准备注氮系统，12日21：10两台制氮机开启，流量为1200m3/h。对火区注氮后，风巷密闭内O2和CO体积分数迅速下降，温度48℃并下降很慢，CH4体积分数上升(最大达56.5%)。 ②释放气体。为了降低火区内的温度和CH4体积分数，利用上隅角抽放管释放火区气体，从10月20日至12月20日，释放了25次，共释放火区气体70万m3，但降低火区内温度和CH4体积分数的效果不明显。 ③注水。11月7日第1个钻孔打透，从己二大巷向采面上隅角打钻孔注水，11月13日向第2个钻孔注水，注水后火区内温度下降明显，至11月26日，共注水1688m3。 3)第三阶段(启封阶段) ①缩封处理。从11月3日至10日，集团公司人员多次到八矿讨论火区启封问题，研究认为，火区封闭前曾多次发生瓦斯爆炸，火区内温度和有害气体很高，在短时间内很难达到启封条件，因此决定先对火区进行缩封处理，从风巷密闭破闭。 11月27日，风巷密闭破开口1.4m×1.5m，救护队员进入火区侦察，发现距采面约40m有一处冒顶，堵满巷道无法过人，经检测，冒顶处CO体积分数为8×10m-6、O2为5%、CH4为26％、CO2为2.5%、温度58℃。当时采取以下措施：用局部通风机排放风巷冒顶以外的瓦斯；接水管对冒顶区插管浇水降温；将注氨管由风巷改到机巷密闭上，以减少机巷密闭漏风；扒开冒顶区，进入采面侦察。 经对冒顶处取气样分析，CO体积分数为7.4×10-3、O2为9.1%、CH4为24.8%、CO2为1.98%、C2H4为1.5×10℃、温度54℃。随后及时对冒顶以外22m处进行封闭(板闭)。高位钻场的7根抽放管被引接至板闭外，继续向采面上隅角注水降温，并同时对火区注氮。 ②火区启封。定于12月31日启封。 3 引燃火源的分析 事故发生后，经对事故多次调查分析，排除了因放炮(该面为综采)、电火(支架前后及上隅角没有电气设备，采煤机、运输机没有电气失爆)、煤炭自燃(机、风巷沿顶掘进，巷道没有明显空帮，采面、上隅角及两巷的防火检测未发现有CO等自燃征兆)、人为等因素引发火源的可能性，初步分析认为引起瓦斯燃烧事故的火源，不排除机械摩擦和采空区顶板垮落撞击产生的火花。 4 经验和教训 1)采煤工作面的瓦斯燃烧容易引起瓦斯爆炸。该面10月7日着火至11日完全封闭，从瓦斯监测趋势图上看，共发生了27次瓦斯爆燃(爆炸)。发生采面瓦斯燃烧时，在直接灭火效果不佳的情况下，最好是快速封闭。该面先是采取直接灭火，因采空区瓦斯涌出量不均匀，火势也不稳定，时大时小并上下游动，灭火效果差，瓦斯爆燃的次数和强度越来越大。只好采取封闭措施。 2)对瓦斯燃烧的工作面封闭要特别注意瓦斯事故。封闭时要根据采空区瓦斯涌出情况，避开瓦斯涌出高峰区，集中力量对机、风巷同时快速封闭，封闭后迅速撤离现场，以防止瓦斯爆炸伤人。并且封闭前要加大对火区(采空区)的注氮量，以降低O2含量，抑制瓦斯爆燃。封闭瓦斯燃烧的工作面，采取“先打板闭，在板闭外垒黄土防爆墙，防爆墙外再喷浆堵漏”的办法，封闭速度快，防爆效果好。一旦防爆墙被崩开，密闭容易恢复。 3)对已封闭的火区，应及时进行注氮气灭火，迅速降低火区内O2含量。但氮气灭火不能使火区内温度快速降低，还需要同时采取其他措施灭火降温。 4)风巷内距工作面约40m(开关列车)处有一个冒顶，爆炸冲击渡将小石块吹到冒顶处。说明若遇有碴堆等障碍物时，被爆炸冲击波吹走的小石块将会堵塞该处巷道。这也是机巷密闭多次遭受破坏的主要原因。火区内若发生冒顶封堵巷道时，堵挡空气流动，将使火区内温度下降很慢。此时从这一侧密闭观察孔内检测到的空气温度不是火区内的真实温度。 5)在采面风巷内发现，隔爆水袋棚以外的巷道壁和电缆没有燃烧的痕迹，说明隔爆水袋棚在瓦斯燃烧或爆炸时起到了隔爆和阻燃的作用。因此，采掘工作面的隔爆设施必须按规定装备完好。 6)瓦斯爆燃(爆炸)产生的高温使风巷内(100m)的部分电缆外皮和塑料管被烧毁，产生大量的CO和C2H4(乙烯)气体，长期残存于火区内。致使火区内取气样分析时CO和C2H4一直存在。 5 防范措施 1)深刻吸取事故教训，深入开展反三违、反事故活动，提高干部职工对瓦斯综合治理安全重要性的认识。 2)采用锚索、锚网支护的采面，移架过程中严禁支架与顶板锚网索发生摩擦，避免产生火花引燃采空区瓦斯。 3)严格落实瓦斯综合治理措施，加大瓦斯抽放力度，提高采面瓦斯抽放率。 4)加强高突综采工作面的防灭火管理，完善灌浆管路系统，装备制氮机的矿井，注氮管路要敷设到位。及时采取随采随灌浆、阻化剂、注氮等综合防火措施，并增加防火检查和取样分析次数。 5)高突综采工作面上隅角应铺设一趟专用洒水软管，每次移架和上隅角封堵前，对采面机尾和支架上部洒水或阻化剂，防止移架过程中产生火花，同时配足灭火器和沙箱等。 6)对“一通三防”措施不落实的高突工作面，不准生产。 参考文献： [1] 张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001 [2] 2001年国际矿井瓦斯研计会论文集[C].徐州：中国矿业大学出版社，2001 [3] 张国枢.运风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000．