煤矿井下火灾治理方案及其实施效果的评估和建议.docx

1、煤矿井下火灾治理方案及其实施效果的评估和建议煤矿井下火灾治理方案及其实施效果的评估和建议目录一、矿井和综采面概况1二、火灾发生经过及灾情分析3三、应急救灾措施及火区封闭情况41、井下撤人、停电应急救灾措施42、火区封闭应急救灾措施5四、火灾治理方案及其实施效果的评估5（一）火灾治理方案要点51、水淹灭火52、注氮惰化灭火.83、三相泡沫灭火和降温94、注胶防复燃措施11（二）灭火方案实施效果的评估111、水淹灭火效果的评估112、内灾区灭火效果的评估123、外灾区灭火效果的评估12五、火区缩封和启封建议141、火区缩封和启封救灾原则142、外在区缩封和启封措施143、水淹区缩封和启封措施164

2、、内灾区缩封和启封措施17应#矿业集团有限公司和矿业有限公司邀请，以-为首的灭火专家组一行四人于-日抵达煤矿，进行了井下火灾情况的实地考察。专家组认真听取了矿方所作的井下火情介绍和火灾治理及火区启封方案，并就火区治理和安全启封方案与矿方广泛地交换了意见。专家组认为，由#矿业集团有限公司和-大学共同制定的矿灾区缩封和火区治理及启封总体技术方案是可行的，方案中所提出的“水淹灭火、注氮惰化、三相泡沫降温、注胶防复燃”等技术措施是合理可靠的，所采用的矿山救护可视化装置是先进的，可以为火灾治理和安全启封提供了技术保障。专家组对煤矿井下火灾治理方案及其实施效果作出如下评估和建议，以供-矿业集团有限公司和煤

3、矿领导在救灾决策工作中参考。一、矿井和综采面概况井田位于#矿区南部边界，地处-两县交界地带。该井田东西长约15Km，南北宽约5.8Km，面积约86.3Km2，可采储量765.68Mt，矿井设计生产能力初期为3.0Mt/a，后期为8.0Mt/a，服务年限为92.5a。矿井采用斜井立井混合式开拓方式。主斜井担负煤炭提升、人员下井和进风任务，兼作安全出口；副斜井担负辅助提升和进风任务，兼作另一安全出口；立井承担回风任务，井筒内设有梯子间，兼作又一安全出口。主、副斜井井底向南布置胶带输送机大巷一条、辅助运输巷一条及回风大巷两条，分别承担煤炭和材料的运输、行人及通风任务。主采4煤层属高瓦斯煤层，矿井绝对

4、瓦斯涌出量155.49m3/min，其中风排瓦斯量占69.1m3/min，抽放瓦斯量占86.39m3/min；4煤层又属易自燃煤层，自然发火期短，仅为35个月；煤尘爆炸指数30.08%，具有爆炸性。矿井通风系统为中央并列抽出式，主、副斜井为进风井，立井为回风井，构成两进一回的通风系统（见图1）。在立井附近的风机房内安装GAF2511.81型主通风机两台，一台工作，一台备用。矿井负压2130Pa，风量11517m3/min，有效风量10966m3/min，有效风量率94.09。图1矿井通风系统示意图目前，井下布置有40104综采工作面、40106备采面和三个综掘工作面。40104综采工作面是布置

5、在401采区的第一个综采面，开采4煤层上分层，其可采走向长1788m，工作面长260m，采高3.8m。该工作面于2008年2月25日投产，2009年2月安全推进至停采线，并拟转入撤架工作，但由于发生火灾未能如期撤架。现埋在火区内的综采设备有MG650/1660型采煤机一部、SGZ1000/1710型刮板输送机一部、SZZ1200/400型转载机一部、DSJ/120/220/3400型胶带输送机一部、ZY8600/20/40型支架153架，有待于火区启封后撤出。二、火灾发生经过及灾情分析2009年2月24日15时47分，在40104回撤工作面停采线第132架，顶部瓦斯被引燃，瓦斯火迅速蔓延并优先

6、点燃支架顶部的木垛和堆积在底板的松散煤，然后再点燃停采线附近的煤，由此形成了煤层火灾。与此同时，工作面火灾沿顺风流方向迅速发展和扩大，并很换行快波及到采区回风巷和总回风巷，由点火源发展成为片火源，进而形成了由工作面与回风巷连成一片的串联火灾。由此可见，工作面停采线、采区回风巷、总回风巷灾情十分严重，其中工作面为重灾区，所有回风巷道无疑成为受灾牵连区域，并已形成火源，对此应予高度重视。其他进风巷或其部分是否被火灾牵连而形成为火源，暂难以判断，待火区缩封并启封后方能查清。据初步分析，由于火灾的迅速蔓延和扩大，设置在采区内的所有通风构筑物被破坏，造成采区通风系统紊乱，致使供风量不足，瓦斯浓度迅速上升

7、，由此会发生瓦斯爆炸现象。事实上，2月25日在火区内共发生四次动力现象，发生的时间和动力现象如表一所示。表1火区动力现象统计表由表1看出，第一次动力现象仅是瓦斯爆炸的前兆，而第二至第四次动力现象显然是瓦斯爆炸现象，因为动力现象中出现冲击波并伴随明火和黑烟。毫无疑问，瓦斯爆炸的结果会使火区内通风设施全部遭到了破坏。三、应急救灾措施及火区封闭情况煤矿井下发生火灾后，-矿业集团有限公司领导立即亲临现场指挥，启动了救灾紧急预案，成立了抢险救灾指挥部，并立即制定抢险救灾方案，组织人员进行救灾。1、井下撤人、停电应急救灾措施首先采取了井下撤人、停电应急措施：24日17时26分，井下除中央变电所、中央水泵房

8、、爆破材料库各留一名值班人员和34名救护队员外，令其他人员全部升井；25日0时18分，井下值班人员和救护队员全部升井；25日0时22分，井下全部停止供电。矿方所采取的应急救灾措施，赢得了时间，保证了井下人员在未发生瓦斯爆炸之前升井，从而避免了一场恶性瓦斯爆炸伤亡事故，体现了以人为本和珍惜生命的高尚精神。2、火区封闭应急救灾措施2月25日7时30分，指挥部决定实施全矿井封闭措施。25日13时05分，主斜井封闭，采用砂袋构筑封闭墙；26日16时23分，副斜井封闭，先后用板闭和砂袋构筑封闭墙；28日14时20分，立井（风井）封闭，分别封闭风井防爆盖和通往主通风机风硐的闸门，至此实现了全矿井的封闭。四

9、、火灾治理方案及其实施效果的评估（一）火灾治理方案要点1、水淹灭火设计水位标高着火工作面停采线煤层底板最高标高为618.58m，采高3.8m，水位预期达到支架顶部3.0m，则设计水位标高为625m。设计水淹范围标高低于625m的井下所有巷道、工作面、硐室均属水淹区，具体包括辅运大巷、胶带大巷、1回风大巷、2回风大巷；40104着火面停采线、原进风顺槽和回风顺槽以及采空区；40106备采面标高低于625m的运顺和回顺；40108准备面标高低于625m的运顺和回顺；401采区变电所和水泵房。火区划分以被水淹没区域为基准，将火区划分为水淹区、内灾区和外灾区；水淹区以里为内灾区，水淹区以外为外灾区。设

10、计灌水量根据矿井采掘工程平面图及其地测标高，井下标高低于625m水平的所有巷道所需灌水量为140066m3，40104着火面所需灌水量为259200m3，总灌水量为399266m3。水源、灌水设备及其排水能力灭火用水取自泾河，泾河距斜井350m,，水量充足。泾河至副斜井共铺设200mm型钢管6趟，每趟350m，共2100m。采用潜水泵排水，共安装6台，每台泵流量为500m3/h。潜水泵按其效率0.7和日工作时间20h计算，则每天灌水能力为4200m3，预计灌水时间为10天。实际灌水情况2月27日14时15分，第一台泵开始排灌；2月28日13时49分，六台泵全部启动排灌；3月8日23时55分停泵

11、，累计灌水量400629m3，达到了设计灌水量。井下水淹位置示意图见图2，图中涂黑巷道区段均为被水淹没区段，其余未涂黑巷道均为未淹没区。图2井下水淹位置示意图2、注氮惰化灭火氮气来源液氮外购，单价1800元/吨，共购302.6吨；气氮自制，现备有四台制氮机，每台制氮能力为1500m3/h，总能力为6000m3/h。注氮范围及设计注氮量目前水淹区和内灾区未进行注氮惰化，只对外灾区进行注氮灭火。外灾区注氮范围包括井下高于625m水平以上的辅运大巷、胶带大巷、1总回风大巷、2总回风大巷等所有未被水淹没的巷道区段。经计算，外灾区需要注入的氮气量为90545m3。液氮和气氮设计注入量液氮注入量：外灾区置

12、换空气所需巷道体积为90545m3，液氮和气氮转换比为1600,液氮重量和体积换算比为0.8t/m3，则液氮注入量为905456000.8120.8t。气氮注入量：根据目前矿井封闭情况，漏风现象是不可避免的，因此，漏风量中所含氧气量必须由氮气连续不断地补给，才能保证外灾区的惰化度，并将氧气浓度始终保持在5以下。矿井总漏风量估算为200m3/min，由地面漏进的新鲜风流中的氧浓度取21%，氮气补给富裕系数取2,则气氮连续注入量为2000.21284m3/min5040m3/h。因此，现有四台制氮机同时昼夜不停地连续供气，其供氮能力为6000m3/h，可以满足设计注氮量。注氮灭火实际实施情况3月4

13、日9时30分，安装在立井附近广场上的第一台制氮机开始制气供氮；3月5日17时52分，四台制氮机全部投运并制气供氮，供氮总能力为6000m3/h，超过设计注氮量的要求。3月4日9时30分，液氮经气化后从副斜井灌注，至3月8日7时56分灌注完毕，累计灌注液氮量为126.5t。3月14日13时10分，液氮移地灌注，通过瓦斯抽放站1#和2#瓦斯抽放管路灌注，至3月19日9时停灌，累计灌注液氮176.1t,总灌注量为302.6t，其单价为1800元/t。3、三相泡沫灭火和降温氮气灭火的基本原理，是以氮气惰化火区，使火区因缺氧而自熄，进而达到灭火的目的。但是，火区内在着火过程中发生的大量热量是以热传导的形

14、式极其缓慢地散发的，热量散发所需时间少则几十天，多则数月甚至半年以上，其所需时间视火灾程度、火灾范围以及火区周边环境的散热条件所决定。基于上述原因，若在火区余热尚存并其温度未达到发火前日常温度的情况下启封火区，往往会引发火区复燃，有可能使惰气灭火工作劳而无功，甚至以失败告终。因此，在实施惰气灭火的同时，必须采取火区降温措施，以加速火区熄灭的进程。为此，矿灭火方案中采用了氮气灭火和三相泡沫降温同时并举的措施。换行三相泡沫是由固态可燃物粉煤灰或黄泥、液态水、气态氮气或二氧化碳等三相组成，并用发泡剂发泡而形成为三相泡沫。本矿主要以灭火、降温为目的，只采用两相即水和氮气，将所形成的两相泡沫充入火区并堆

15、积和滞留在其中，从而取得了灭火、降温的预期效果。按习惯叫法，以下仍称为三相泡沫。三相泡沫灌注范围及注入量外灾区除主、副斜井和立风井外，所有巷道和硐室均列为三相泡沫的灌注区。经计算，需灌注三相泡沫的空间体积为63953m3，灌注期间泡沫损耗量取40%，则三相泡沫灌注总量为89500m3。三相泡沫发泡用水量、发泡剂量和氮气量供水能力及总供水量：设计灌注时间为15h，发泡倍数取25，则供水能力为895001525240m3/h；设计采用两套独立系统灌注，则每套系统供水能力为120m3/h；总供水量为240153600m3。发泡剂量和添加剂泵：发泡剂按供水量的1%添加，其容重按1000Kg/m3计算，

16、则发泡剂量为2400Kg/h，而发泡剂总量为24001536000Kg。添加剂泵额定流量为400Kg/h，则每套系统需配备的添加剂泵数量3台，两套系统共需6台。氮气量：氮气用于三相泡沫的起泡并作为向井下输送的载体。每套系统所需氮气量为3000m3/h，两套系统共需6000m3/h。发泡器及其数量发泡用清水、发泡剂和氮气在发泡器内充分进行混合和搅拌而形成三相泡沫。每套系统设计配置6台发泡器，两套系统共12台。每台发泡器内注入的氮气量为500m3/h，供水量为20m3/h，发泡剂量为400Kg/h，三者经混合、搅拌后发泡，每台发泡器发泡能力可达895002615494.2m3/h。三相泡沫是以氮气

17、作为载体，并靠水泵和添加剂泵的压力及输氮压力的作用下分别通过两套瓦斯抽放管路输送至井下，能够起到灭火和降温的双重作用。三相泡沫实际灌注情况三相泡沫分别通过地面瓦斯抽放站的两个抽放管路系统灌注的，3月16日14时30分起开始灌注，至3月23日11时40分停止灌注。每个系统配置水泵两台，每台水泵的流量为40m3/h；添加剂泵3台，每台输送能力为1.3桶/h，每桶200Kg；发泡器4台；制氮机两台，每台供氮600700m3/h。累计灌注发泡剂114.4t，其单价为26000元/t。4、注胶防复燃措施为了有效地防止着火工作面及其采空区和支架顶部松散媒体复燃，在撤架之前拟采用以降低煤温、包裹媒体、封堵漏

18、风、阻止媒体复燃的注胶防复燃措施。高分子注胶主要由水和MCJ12灭火剂组成。胶体灭火剂能使水形成胶凝，成为弹性胶体，脱水率5%。在工作面进、回风巷两端头向采空区各布置12个注胶钻孔，同时在工作面架间布置12排注胶钻孔，进行注胶。高分子胶体灭火剂添加量为1%，两巷端头钻孔注胶量不少于60m3,而架间钻孔注胶量不少于30m3，总注胶量约2000m3，共需20t,单价为23000元/t。目前尚未实施注胶防复燃措施，待着火工作面启封并撤架之前实施之。（二）灭火方案实施效果的评估1、水淹灭火效果的评估据矿方介绍，3月11日启开立风井防爆盖和主斜井风门，便形成了自然通风系统。于是，矿救灾指挥部派矿山救护队

19、进入井下探查，查明井下实际水位标高已达到640m水平，超出设计淹没水位标高625m水平。由此可见，低于640m水平的水淹区火灾完全被熄灭。初步判断，40104着火面停采线完全被水淹，火灾原发地点明火已被彻底熄灭，但水淹区内冒顶部位是否还有残火，有待于进一步探查。据测定，排灌期间泾河水温白天为8，夜间为4。由此可以推断，水淹区发生火灾当时所产生的大量热量已全部被水吸收，已经没有复燃的可能性。2、内灾区灭火效果的评估内灾区位于水淹区以里，已长期处于隔离状态，氧气已基本耗尽，其浓度低于5%。由此可以判断，明火早已被扑灭，内灾区640m水平以上有无残火，有待于火区启封后再探明。3、外灾区灭火效果的评估

20、为了便于救护队员下井探查灾情，3与12日12时启开立风井防爆盖和主斜井两道风门（未全开），形成自然通风系统，风量为1100m3/min。据救护队员探查，CH4为3.66%，CO为0.1225%，O2为16.46%,温度为32，火灾气体浓度变化情况详见附表。经观测发现，当日14时40分立井口出现浓烟，于是16时54分又重新封闭了火区。以上情况表明，火区尚未熄灭，供风使火区重新复燃，因此，在火灾未彻底熄灭的情况下火区启封是不能成功的，而且有瓦斯爆炸的危险性。如上所述，目前火灾气体主要来自外灾区，矿方对此采取了注氮和三相泡沫灭火措施，现已奏效，初战告捷。据束管取样和色谱仪分析，火灾标志性气体浓度已大

21、幅度下降，截止3月底，CO降至0.001以下，无乙烯、乙炔（火灾气体监测结果见附表）；气温降至23，接近发火前的日常温度，水温低于25。3月29日12时停注氮气，据束管检测O2为1.8%，CO为0.0009%,C2H4为0%，说明停注氮气后氧气浓度仍没有上升，一氧化碳浓度没有反弹，达到了煤矿安全规程第248条规定的火区启封标准，但尚未达到灭火达标时间持续稳定一个月以上的规定。火源及其火灾气体来自何处？应予以查明。首先，可以排除水淹区成为火源点的可能性，因为该区已被水淹没而熄灭；其次，排除火灾气体来自内灾区的可能性，因为内灾区被水淹区隔离，即使内灾区有残火，但火灾气体无泄漏通道，不可能涌出到总回

22、风巷。因此可以判断，火区启封当时火灾气体来自外灾区，是外灾区由供风复燃的缘故。矿井发生火灾以来，矿方及时对外灾区进行了注氮和三相泡沫灭火措施，其结果外灾区氧浓度始终保持在2%以下，在这种环境条件下外灾区内不可能出现新火源点，因此可以断定外灾区火源是原发火灾遗留的残火。由此可以进一步判断，火源位于外灾区640m水平以上未被水淹的1#和2#总回风巷，其中着火工作面主回风通道即1#总回风巷可能性最大，对此应重点探查。至于火灾扩大是否蔓延到辅助运输巷、胶带大巷和2#总回风巷，不宜全部排除，待救护队探查后加以确认。五、火区缩封和启封建议1、火区缩封和启封救灾原则目前，封闭火区内存有大量的瓦斯，其浓度超出

23、爆炸浓度范围，具有瓦斯爆炸的危险性；且外灾区有残火，一旦供风就存在复燃的可能性。因此，火区缩封和启封原则制定如下：坚持以“抑爆优先、灭火为主”、“先探后治”、“先易后难”的原则，将火区分阶段缩封并把封闭区域缩小到40104综采面，以利于着火面灭火并确保安全撤架。2、外灾区缩封和启封措施我们原先估计，位于外灾区内主、副斜井和立井井筒内无火源，而1#总回风巷内可能有火源，而且它不是新生火源，而是受40104着火工作面影响而形成的，所以需要派救护队员下井实地探查火源的具体位置，以便采取灭火措施。按照矿方制定的缩封方案（方案示意图见附页），决定启封主斜井，排放瓦斯，然后采取缩封措施。为此，在主斜井井底

24、构筑三道临时密闭，使主斜井与其它巷道隔绝，让冒顶区处于锁风状态，同时主斜井内进行局部通风，以便救护队员下井探查火情。4月1日17时起主斜井排瓦斯，次日6时排完；4月2日12时05分，救护队员开始下井探查，救护队分三组三条路线进行探查，其结果发现：辅助大巷、胶带大巷无火情，但在1#总回风巷内1#连巷口至1#措施巷口之间发现冒顶，冒顶巷道长约30m，冒顶区段巷道被封死，冒顶高度不详，发现冒顶区内有残火高温点。据用红外线温度计测定，冒顶区靠回风一侧温度为8090，另一侧温度为60，冒顶区附近其它巷道内温度为2431（用普通温度计测得）。待外灾区冒顶区域临时封闭工程竣工后，应在辅助大巷、胶带大巷、1#

25、总回风巷、2#总回风巷与水淹区边界水头处分别构筑缩封用临时密闭后方可进行自然换行通风和排水。专家组认为，当前工作的首要任务是尽快封闭外灾区内的冒顶区域，并要实施注氮灭火和三相泡沫降温措施，同时要对冒顶区周边四道临时密闭的外表面应进行堵漏喷涂措施，以防漏风和提高灭火、降温效果。建议在外灾区冒顶部位未建立永久密闭之前采用主斜井局部通风方式为宜，由局部通风机通过风筒供风，而通过主、副斜井井筒回风。然后，通过副斜井下材料，以便在四道密闭外侧构筑永久密闭。建好永久密闭后再启封立风井，进行自然通风方式，然后排放外灾区内所有巷道的瓦斯，并修复通风设施，至此外灾区除冒顶火源区外全部被解放。如果局部通风方式不能

26、保证永久密闭施工所需风量，则可以自然通风下进行永久密闭的施工。在自然通风初期，其风量要逐步提高，最大自然通风量可达4000m3/min，可以满足救灾所需风量。关于冒顶火区的治理，仅采用注氮和三相泡沫灭火、降温措施恐怕不一定奏效，因为泡沫难以充满冒顶区全部空间且长期滞留，因此对冒顶空间必须采用充填措施。充填材料有凝胶、高分子化学速凝固化材料或水泥砂浆，其中凝胶的抗压强度不够，且难以长期滞留；高分子化学速凝固化材料成本较高，不宜大量使用。鉴于此，建议采用水泥砂浆，利用砂浆泵通过钻孔向冒顶区空间充填，在充填前要预先做好冒顶区支撑支架并其上部铺网固定，以免砂浆脱落。3、水淹区缩封和启封措施外灾区被解放

27、后就可转入水淹区缩封和启封阶段，此阶段将水淹区划分为标高607m水平以下区段和以上区段，划分两个阶段并分别逐段缩封和启封。首先进行607m水平以下区段，在此阶段先安排排水工程，将水淹区的积水全部排完。考虑到随着排水工作的进程，水位不断地下降，必然使外灾区与内灾区沟通，进而内灾区的大量瓦斯会向外涌出，同时对内灾区供风，可能促使内灾区复燃。因此，当水位降低至救护队员能通行的条件下，派救护队员进入水淹区探查有无冒顶区，如无冒顶区，就在40104进、回风顺槽下口分别构筑各一道缩封用临时密闭，然后进行修复水淹区密闭外侧区域的通风设施并恢复该区域的通风系统。如在该区域内发现冒顶，则按前述方法处理之。其次再

28、进入607m水平以上区段，在此阶段派救护队员进入该区段将缩封用临时密闭迁移至40104综采面进、回风口，其它做法同上。至此除综采面水淹区外，其余水淹区全部被解放。在上述水淹区缩封和启封期间，不宜启动矿井主通风机，建议在自然通风条件下进行，以利于防止水淹区内高冒区域残火复燃。当排水工程进行到一定程度时，内灾区将通过水淹区与外灾区沟通，于是内灾区的大量瓦斯向外涌出，因此，在此时必须保证排水工程和注氮惰化措施要同步进行，在排水的同时通过缩封用密闭要注入大量氮气。此外，随着排水工程的进程，水位逐渐下降，届时应定期将缩封用密闭向里迁移。4、内灾区缩封和启封措施为了便于研究和分析，本文将40104综采面水

29、淹区域划入内灾区进行探讨。首先派救护队员进入工作面探查，查清火灾情况，查明瓦斯爆炸破坏程度包括冒顶情况和支架受损情况。着火面是瓦斯爆炸的中心地带，爆炸威力最大，估计顶板冒顶、支架倒塌情况十分严重，而且在该面水淹区域和未淹区域冒顶处可能尚有残火。鉴于上述情况，建议对着火面采空区和顶部疑似火源点进行注入氮气、液氮、三相泡沫、凝胶、阻化剂、泥浆等所有防灭火措施，并在氮气的掩护下安全撤架，以保证撤架工作的顺利进行。在内灾区缩封和启封期间，优先进行瓦斯排放，在此期间瓦斯涌出量会很大，估计自然通风量不足以满足排放瓦斯所需风量，因此要启动矿井主通风机，恢复全矿井通风系统。为了保证安全起见，在各个灾区缩封和启

30、封期见，应制定瓦斯抽放措施，并必须要严格贯彻执行煤矿安全规程相关瓦斯排放的规定。随着火区缩封和启封的进程，应将束管取样点随之前移，同时要在冒顶残火处和疑似火源处设置束管取样点，以便监测火灾气体浓度。这次综采面火灾起因是外部火源，该火源立即点燃瓦斯而成为瓦斯火，又进而发展成为煤层巷道火灾，造成了巨大的经济损失。此外，瓦斯矿井在井下发生火灾的情况下，为灭火而突然采取一次性封闭措施，由于突然停风使瓦斯浓度急剧升高至爆炸界限范围，因而往往会造成恶性瓦斯爆炸事故，而且还会造成连续瓦斯爆炸事故，这种现象在全国煤矿屡见不鲜，本矿瓦斯爆炸亦属此类现象。建议矿方认真总结经验教训，采取有效的防范措施，今后要杜绝类似事故的再次发生，以保证煤矿的换行安全生产。在救灾协调领导小组的正确领导下，参与救灾的全体指战员发扬煤矿工人特别能战斗的光荣传统，以自强不息、顽强拼搏、同舟共济的精神，不辞辛苦，夜以继日，积极开展抢险救灾工作，并为救灾做出了重大贡献。专家组坚信，矿业有限公司的抢险救灾攻坚战一定会取得圆满成功。专家组2009年4月5日