高瓦斯矿井水淹法封闭火区的研究应用

张惟涛

摘 要 煤层自燃现象是诱发矿井火灾事故的重要原因之一。火灾事故发生后，一旦火势蔓延，火区扩大，采用直接灭火方法很难将火熄灭，而采用隔绝法灭火时则有可能导致瓦斯爆炸，造成人员伤亡，甚至会造成严重后果。本文主要介绍了采用水淹法实施扑灭高瓦斯矿井火灾技术的主要内容和成功经验。

关键词 高瓦斯矿井 火灾危害 水淹法 安全可靠

中图分类号：TD753.4   文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.06.080

Application of High Gas Coal Mine Flooding Method in Closed Fire Zone

ZHANG Weitao

（Zibo Mining Group Ambulance Brigade， Zibo， Shandong 255120）

Abstract Coal spontaneous combustion is one of the important reasons evoked mine fire accident. After the fire accident， once the fire spread， fire district to expand the use of direct fire fighting methods are difficult to extinguish the fire， while the use of isolation method is possible when the fire cause a gas explosion caused no casualties， or even result in serious consequences. This paper describes the use of flooded Law Enforcement Fight high gas coal mine fire the main content and the successful experience of technology.

Key words high gas coal mine; fire hazard; flooding method; safe and reliable

1 水淹法封闭火区技术的核心内容

1.1 水淹法封闭火区技术的适用条件

（1）适用于火区内最高点的顶板标高低于进、回风巷道的底板标高，向火区注水后，能够将火区全部淹没的矿井。（2）适用于火区内的最高点的顶板标高虽等于或略高于进、回风巷道底板标高，但借助建立挡水墙提高水位，注水后能够将火区全部淹没的矿井。（3）适用于火区内的最高点的顶板标高虽然高于进、回风巷的底板标高，但火区与进、回风巷之间有较大低凹段巷道存在，注水后能够使低凹段巷道水位封顶，起到隔断火区风流的作用的矿井。（4）有充足的水源。

1.2 火区标高点、注水量的计算，注水点、挡水墙的位置选择

火灾事故发生后，要求首先由救护队配用氧气呼吸器下井侦察。通过侦察，确定火区范围、各种气体含量、灾区空气温度、巷道支护情况、巷道的倾角、断面等情况。

1.2.1 火区内最高点标高的计算

由救护队配合事故矿井技术部门，对照矿井采掘工程平面图，将火区范围标在该图上，利用火区范围附近导线点标高，采用插入法推算出火区范围内最高点及最低点的顶板标高。标高计算时要力求精确无误。其计算方法：

CT = [（ATBT）/AB]譇C+AT

CT—火区C点的顶板标高

AT—火区外A点的顶板标高

BT—火区外B点的顶板标高

AB—A点至B点的水平距离

AC—A点至C点的水平距离

1.2.2 火区注水量计算方法

Q =（S譒？.2+V）？.1

Q—火区注水量（T）

S—火区巷道断面（m2）

L—火区范围（m）

1.2—注水系数

V—工作面采空区预计容水容积（m3）

1.1—矿井水容重

1.2.3 注水点及挡水墙的位置选择

（1）注水点位置的巷道底板标高必须高于火区内最高点的顶板标高。（2）挡水墙位置处的巷道底板标高要尽可能的接近火区内最高点的顶板标高，并确认挡水墙建成后，墙顶部标高大于火区内最高点的顶板标高。（3）挡水墙的建造地点的围岩必须稳定，支护良好，且易于挡水墙的施工。（4）注水点或挡水墙处的瓦斯浓度不超过2%，且无明显上升趋势。

1.3 挡水墙的建造

规格：挡水墙建造厚度一般不小于1.5米，高度视巷道高度而定，一般不超过2米。挡水墙由内墙、外墙、夹心墙三部分组成。内、外墙厚各为0.5米，夹心墙厚度为0.5米。挡水墙顶部与巷道顶板之间尽可能的留下1.5～2m2的空间，其目的是保证灾区风量正产流通和以后便于观察注水封闭情况。

材料：采用水泥砂浆、矿用砖、石材、黄泥浆建造，水泥砂浆配比为水泥：砂=1：3，黄泥浆稠度要适当，选择松软的黄土注水搅拌均匀而成。

施工方法步骤：（1）在建造地点首先清除顶、帮活石危害，然后采用防爆工具进行掏槽，顶、帮掏槽深度均不小于0.5m，宽度不小于1.8m。（2）建墙前，先在底板掏槽并在上面铺上一层水泥砂浆，将底板裂隙灌实。当内、外墙建至0.5米高时，夹心部分用黄泥浆充填，并捣实，然后，内外墙每增高0.5m，夹心部分用黄泥浆充填一次，直至建至设计高度。（3）挡水墙建造过程中要在墙体中、上部预留2～3条 150mm以上的注水管路，以便挡水墙建成后向火区注水。

1.4 确定火区所需注水量及水源、管路选择

（1）事故矿井要协助救护队，根据注水巷道长度、断面、倾角等计算出所需注水水量，以便指挥部制定合理的调水方案。（2）合理选择注水水源。一般选用矿井水作为注水水源，即开启排水设备，将矿井水顶至火区注水地点。当井下水量不能满足注水量要求时，必须及时从井上水源向井下补充水量。（3）根据所需注水量合理选择供水管路，所选择管路必须满足在24小时内将火区注水完毕的要求。

1.5 注水过程中的气体监测

注水过程是火区有毒有害气体极易发生变化的阶段，因此，及时掌握灾区气体涌出情况，以便指挥部做出控制注水速度决策，避免出现瓦斯爆炸或有毒有害气体急聚涌出的事故。

（1）利用矿井瓦斯监测系统实现灾区气体的监测。实施注水前，在注水墙以外20米范围内、回风流全风压风流混合处以里10～20米范围内，在巷道顶板以下0.2～0.3m处分别悬挂甲烷传感器、CO传感器、风速传感器。一是指挥部成员在地面监测室，通过微机显示的各种传感器上传的实时数据、历史数据、曲线图、柱状图进行认真分析、研究，及时掌握现场各种气体浓度、风量、温度的变化情况，判断井下火区的灭火情况。二是救护队员在井下基地通过观察监测分站显示的火区气体浓度、风量、温度变化等情况，分析、判断火区的灭火进程。（2）利用气相色谱仪对抽取的灾区气体进行监测，及时掌握火区内乙炔、乙烯、甲烷、乙烷等气体的变化情况，以确定火区的熄灭程度。

1.6 对火区实施注水后的后续工作

（1）火区注满水后的24小时内严禁任何人进入灾区察看封堵灭火情况，由救护队配戴氧气呼吸器负责在井下基地待命，以应急突发事故的发生。（2）火区注满水24小时以后，由一个救护小队配用氧气呼吸器逐一进入各挡水墙处察看挡水墙是否完好。通过预留的观察孔查看火区水位情况，利用多功能气体检测仪监测挡水墙以外各种气体的含量情况，并负责注水管路的检查、维修工作。当一个小队进入灾区挡水墙处侦察时，同时设一个待机小队在基地待命，并不断的与侦察小队保持联系。（3）指挥部确认火区已完全熄灭前，由救护队负责监护矿方技术人员对火区取样化验，并如实将火区内的空气温度、氧气含量、乙烯、乙炔、CO含量，出水温度等数据上报指挥部。

2 水淹法封闭火区技术的应用效果

亭南煤业公司矿井火灾处理：

（1）事故发生经过。2007年4月21日13时30分，正在回撤的101工作面中部支架间喷出明火，现场工人及时用灭火器将火扑灭，1小时后，工作面上的烟雾散尽，风流中瓦斯浓度稳定在0.2%左右。17时左右，101工作面中部突然涌出大量浓烟，在用高压水喷洒无效的情况下，现场工人立即撤出。随即矿方立即组织人员分别在101工作面上下顺槽用装有黄土的编织袋垒设防爆墙进行封堵。当回风顺槽防爆墙接近完成时，封堵区内出现了瓦斯爆燃，将防爆墙推到，侥幸没有人员伤亡。矿方只好命令井下所有人员全部升井并等待救护队救援。

（2）事故处理经过。一小队一行10人于22日8时20分到达亭南煤矿，并按照指挥部命令立即下井侦察。9时10分救护队配用氧气呼吸器进入101轨道顺槽，自顺槽门口向里行进55米后，发现巷道有一低凹段存有积水，且越往里越深，人员无法通过，经检测，此处气体成份正常。救援人员只好返回，并进入皮带顺槽侦察。当由101材料道进入皮带顺槽内后发现，矿方打起的防爆墙被瓦斯爆燃产生的冲击波摧毁，整个巷道全是浓烟，视线很差，人员无法进入。测得烟雾中气体成份为：O219.2%;CO20.4%;CO1500ppm;CH40.5%;温度28.8℃。救援人员将侦察情况汇报指挥部后撤离灾区。同时，指挥部根据矿方提供的采掘工程平面图得知，工作面回风下偶角处顶板标高为+460.5m，皮带顺槽门口处的顶板标高为+468.7m，工作面上偶角处的顶板标高为+463.8m，轨道顺槽A15号导线点处的顶板标高为+468.8m。也就是说，工作面上、下偶角顶板标高均低于轨道顺槽、皮带顺槽顶板标高8.2米以上，具备水淹法灭火条件。于是，指挥部决定由救护队先在101材料道门口以里打一道挡水墙，然后从101工作面皮带顺槽进行灌水，采用水淹法对火区进行封闭。方案确定后，救护队大队长立即带领队员前往101材料道建造挡水墙。建墙位置位于101材料道门口以里15米处，当挡水墙建至距顶板0.7m时，现场条件恶化，CO浓度达到4000ppm;CH4浓度达到5.2%;指挥部命令救护队立即上井。并又组织专家进行认真分析，仔细研究，最后决定还是由救护队下井完成建墙任务。15时20分，救护队再次下井建墙。18时40分，挡水墙完工。挡水墙建完后，开始向火区灌水。24日20时，在对火区灌水25个小时后，指挥部命令救护队下井检测灾区气体浓度、观测挡水墙的水位情况。20时15分，测得101轨道顺槽门口以里30m处的气体浓度为：O219.8%;CO20.2%;CO1500ppm;CH42.33%;温度35℃，观察挡水墙完好无渗水现象。25日0时，测得101轨道门口以里10m处的气体浓度为：O219.8%;CO20.5%;CO1500ppm;CH44.1%;温度38.8℃。25日6时50分，测得101轨道顺槽门口以里30m处的气体浓度为：O214.6%;CO22.6%;CO2990ppm;CH412%。25日16时55分，测得101轨道顺槽门口以里30m处的气体浓度为：O219.4%;CO20.3%;CO1120ppm;CH40.7%;温度28℃。根据上述测量结果分析，火区被淹后，从101轨道涌出的烟雾中瓦斯含量已由上升趋势转为下降趋势，且瓦斯已无爆炸危险，指挥部决定由救护队在顺槽门口以里建了一道密闭墙，对火区进行了彻底封闭。

总之，水淹法灭火技术是一项安全、快速、高效的技术，在高瓦斯矿井火区处理中应用效果良好。