济宁二号矿33下06轨顺自然发火事故案例分析
济宁二号矿33下06轨顺自然发火事故案例分析
一、发火时间：2000年9月27日
二、发火地点：33下06轨顺巷道顶板高冒区
三、火区概况
33下06工作面为济宁二号矿三采区底部边界的一个工作面，33下06轨道顺槽为该面最底部的一条顺槽，最底标高为-721m，该顺槽呈“S”型布置，紧邻孙氏店大断层，巷道为矩形断面，净高2.8m，净宽4.5m，锚网支护，设计掘进长度1900m。
巷道于99年12月份开始掘进，掘进过程中大部分巷道顶板破碎，巷道成形较差。2000年8月24日揭露落差7—8m的F91断层，揭露时发生冒顶，冒顶高度达8m，长度3—5m。由于顶板破碎，随掘随冒，在处理顶板时采用了工字钢棚、金属网、木背板支护，架棚区长62m，断层附近7m（冒顶高度6—8m），采取了打木垛接顶处理，29m冒高3—5m，其余26m顶板也较破碎。
2000年9月27日5时40分，距掘进面143m，29#—30#架棚肩窝处首先出现明火，采用注水方法扑灭明火后，对架棚段62m进行喷浆并打钻压注凝胶。10月22日在16#—18#架棚处又复燃，火势发展较快，直接灭火不能控制火势，于10月23日采用水淹法将火区封闭（参见图1示）。
四、事故治理措施
此次发火治理共分两个阶段
第一阶段：2000年9月27日—10月8日
9月27日5：40发现明火后采取了以下措施
（1）向明火周围打钻，插入水管，注水扑灭明火，到7：00明火基本扑灭。
（2）喷浆堵漏。明火扑灭后，由掘进队运喷浆机和喷浆料，于9月28日开始喷浆，共喷浆处理长度62m，个别地点，特别是巷道两帮原空帮处，喷浆质量未达到要求，仍留有部分空洞，给再次发火创造了条件。
（3）打钻压注凝胶。此次用煤电钻共打钻96个，要求钻孔打到巷道顶部，但实际操作时有部分钻孔未打到顶板，且钻孔间距较大，致使部分浮煤未被胶体覆盖，此次共注胶体170m3。
第二阶段：2000年10月22日—12月8日
由于第一阶段火源处理不彻底，导致10月22日再次发火，再次发火后采取了以下处理措施：
（1）水淹法直接灭火。由于33下06轨顺为实体煤独头巷道，且发火位置处在巷道最低点，有较好的水淹灭火条件，且再次发火来势凶猛，难以控制，不得已采用了水淹法直接灭火，从10月23日9：00—11月1日6：00，共向火区灌水8500m3。
水淹前,救护队将风筒自火区外断开，提高火区的压力，控制火烟的蔓延，接好管路后开始灌水，并随水面的上升，逐节回撤风筒，直到预定位置。灌水将巷道中原压风管路和原排水管路改成进水管，加大水量尽快封闭火区。
灌水原则：使水淹灭火区又保证综掘机安全 (综掘机迎头-705m水平，火区高冒顶板-708m水平) 。
理论依据: 气态方程P1·V1/ T1=P2·V2 / T2
P1、P2-----水封气室始终空气压力 Pa 实测P1=110.25Kpa
P2=P1+ρ水gΔh
Δh-----水柱两端高差。 m
V1、V2-----水封气室始终体积 m3
T1、T2-----水封气室始终温度 K （273+t）
因水淹后火区被淹没,气室内初、终温度相差较小，按照等温变化考虑，则方程可简化为：
P1·V1=P2·V2
经地质剖面图测，水封时初始水位-721m水平，水封巷道体积：5385m3，高冒区体积：660m3。
初始水封气室总体积：V1=5385+660m3=6045m3。
考虑不确定因素，保证综掘机的安全，矿决定使里侧水位达到-710m水平，根据图测数据，利用气态方程进行反推，外侧水位应控制在-701m水平。
11月1日停止注水时,外侧水位至-701.9m。11月24日启封火区，经实测，里侧水位线为-710.2m，两侧水位差8.3m（参见图2）。
则由地质图测得:
里侧最终气室3370m3。
套用方程: P1·V1=110250×6045
=6.66×108
P2·V2 =(110250+1000×9.8×8.3)×3370
=191590×3370
=6.46×108
P1·V1 ≈P2·V2
相对误差：(6.66-6.46)/6.46×100%=3%
经验证,水淹火区,气室的变化基本是遵循气态方程规律的,基本符合先前预计,使用气态方程来估算是正确可行的。
（2）火区启封及注氮防灭火。到11月11日，火区封闭已达10天，明火已基本被水淹灭，矿决定开始排水启封火区，于11月20日排至最低点，并清理淤煤约100m3；能通过人员时，救护队员进入火区进行探险，经探测火区已基本熄灭，但顶板温度仍较高，达39℃；水淹后煤岩自然发火期会缩短，为防止死灰复燃，减缓煤的氧化速度，于11月22日3：00开始向火区注N2，到11月24日6：00，共注N251小时，3.5×104m3，经束管抽样色谱分析，板闭内O2浓度已降到3%以下。
11月24日，顺槽内运输系统也同时形成，防灭火设备及材料已准备齐全，于早班7:30启封板闭，恢复了通风，随后对火区重新打钻进行了注凝胶石膏处理。
（3）重新打钻压注凝胶。第二次发火治理共打钻孔132个，钻孔打到岩石顶板，压注凝胶630m3，火区得到了有效治理。
（4）压注石膏。石膏作为巷道高冒区的充填材料，压注地点为F91断层附近空顶较大的区域，打钻孔5个，充填石膏41t，封填了空顶区，减少了注凝胶量，防止后期凝胶脱水造成新的空洞区。
五、发火原因
掘进遇断层时，采取的技术措施不当。应采用木垛接顶或采用不燃材料充填密实，但现场只是铺金属网、架棚支护（木垛未接顶）通过，致使顶煤落在棚梁上呈堆积状态，为煤层自然发火提供了良好的条件。
由于对煤层自然发火认识不足，尤其是对顶煤自燃认识不足，未及时采取有效的防火措施（如注凝胶等），使得煤层迅速自燃，发火期为34天；同时，也未采取任何早期预报措施，以至明火时方才发现。
9月27日发火后，虽然进行了喷浆、注凝胶措施，但由于注凝胶钻孔布置及终孔位置不当（钻孔过稀、多数钻孔过短），棚梁顶上松散煤体未能得到有效处理，煤层自燃条件仍旧存在。
对发火隐患区的早期预报措施采取不当，对测定数据分析不够，特别是对10月20日、21日两天的CO气体浓度的明显升高未引起足够重视，未采取有效措施及时处理。
10月22日复燃后，由于CO浓度过高，通风人员无法进入，而救护人员不熟悉现场情况，延缓了直接灭火时机，火区进一步扩大，最后不得不采用水淹灭火区法将火区封闭。
六、经验及教训
安全第一的思想不牢固，未把安全与生产的关系摆正，存在着重生产、轻安全的现象。由于接续紧张，8月24日掘进遇断层时，未采取有效的措施，而是继续掘进。
未把“一通三防”工作当作一个重要工序来抓。巷道出现冒顶后，未给防火措施的实施留下时间，而是计划等到贯通后再治理。
对巷道顶煤自燃认识不足，未及时采取预防顶煤自燃的措施。冒顶后，既未采取治理措施，又未采取煤层自燃的早期预报措施（实验条件下的最短发火期：起始温度25℃，34天；26.1℃，32天； 28℃，29天。实际最短发火期为33天）。很显然，在最短发火期内，是不可能贯通的。
未能根据巷道顶煤自燃的特点，采取有效的针对性的措施。9月27日发火后，虽然采取了喷浆、注凝胶措施，但由于注凝胶钻孔布置及终孔位置不当（钻孔过稀、多数钻孔过短），棚梁顶上松散煤体未能得到有效处理；对发火隐患区的早期预报措施采取不当，监测孔位置不当和深度不够，也未采用束管监测，对测定数据分析不够，导致了10月22日复燃。
掘进巷道必须具备良好的运输及排水条件。本次事故的处理过程中，所用的灭火设备和材料基本靠人力搬运，材料供应不及时，延误了灭火时机；10月22日后，铁路运输系统形成，材料供应及时，灭火较快。
矿山救护人员应全面培训，熟练掌握相关技能（钻具、注凝胶设备工艺、电工）。
在处理掘进冒顶时，在棚梁上铺金属网，可预防顶煤自然发火时冒顶，这是该次事故的正面经验。
水淹法、注氮的正确运用，对消除明火、抑制复燃起到了十分重要的作用，既减少了封闭时间，又为启封后的治理赢得了时间。水淹法在今后的运用中应特别注意消除火区（高冒）处的气室。
这次事故，同时也暴露了我们的巷道布置方式、高冒区的处理技术，还存在缺陷，在以后的研究中逐步加以解决。
