2503工作面煤层自然发火灭火实践与分析

梁 旭，赵多全

(陕西陕煤澄合矿业有限公司二矿分公司，陕西 澄城 715200)

0 引言

鸿森煤矿为设计生产能力45万t/a的资源整合矿井，该矿副立井进风、主立井回风，通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式。主立井地面安装2台FBZDZNO20 2×75 kW型矿用防爆对旋轴流式通风机(1台工作，1台备用)，配套电机型号为YBF315L-10型隔爆电动机，额定功率为75 kW。矿井总风量1 000 m3/min左右，负压460 Pa左右。矿井目前布置1个综采工作面(2501)、1个炮采工作面(2503已封闭)。澄合矿业公司二矿分公司在接受该矿托管后，在对矿井普查中发现总回风巷及2503回风巷密闭外CO等有害气体严重超标，2503工作面存在煤层自然发火的现象。在确定该工作面存在火灾后，经过研究及组织专家讨论，采取向工作面注水的方法灭火。

1 工作面基本情况及火灾的判定

1.1 2503工作面基本情况

2503炮采工作面长度90 m左右，两顺槽长度500 m，全部垮落法管理顶板，工作面推采约50 m，采用工字钢梯型棚支护。2503工作面在回采过程中发现距回风巷20 m处采空区有冒烟现象，存在自然发火隐患，遂对该工作面施工3处密闭墙进行了密闭，采取了隔绝氧气灭火法，密闭墙均为240 mm厚砖墙，进风联巷密闭距巷口4 m，进风巷密闭距巷口约6.7 m，回风巷密闭距巷口6.7 m。但在施工密闭时巷道顶帮均未掏槽，存在漏风现象，对进风联巷密闭墙外采取了喷浆处理。

1.2 火灾的发现与判定

在接受该矿托管后，安排安通科管理人员对井下巷道进行普查，发现总回风巷及2503回风巷密闭外CO等有害气体严重超标。为确定情况，联系澄合矿业公司救护队进行井下现场实际侦查及气体监测，经2次取样化验分析(取样分析结果见表1，2)，经通风处及相关专家初步判定，得出以下结论：原已封闭的2503工作面因密闭墙漏风导致采空区发生煤层自燃火灾。

表1 现场气体监测结果表(闭墙外取样，第1天)

表2 现场气体监测结果表(闭墙外取样，第2天)

2 灭火方案的确定与实施

2.1 方案的制定

通过查阅图纸资料、原鸿森煤业相关人员井下实际情况介绍、取样化验有害气体浓度及现场监测数据对比分析，初步提出了矿井火灾治理方案，并制定火灾治理期间安全技术措施。

方案1灌水灭火：根据2503工作面地质条件及实测标高，该巷道外高内低，具备灌水灭火的基础条件，灌水使巷道封顶形成良好的密闭效果，杜绝巷道漏风，起到隔绝氧气灭火的作用。①对4#煤巷道进风闭墙进行加固密实，封堵漏风通道。矿井5#煤具有独立通风系统，与原4#煤通风系统虽无关联，但5#、4#煤层间距较小(10～20 m)，受2503工作面采动影响，随着顶板垮落产生裂隙，裂隙有可能与上部4#煤巷道导通形成漏风通道，存在4#煤系统向2503火区漏风的可能性；②采取均压措施，先将2503进风密闭打开2 400 mm×2 400 mm通风孔，使部分风流短路，以减少火区供风量，实现火区压力均衡；③在2503回风闭墙的4/5高度处设置检测管(直径6分钢管带上截门)，使用辅助管监测CO等气体变化情况，从而判断工作面的火灾情况；然后实施火区灌水灭火。采取从2503进风联巷闭墙处灌水，水淹火区。

方案2注氮气灭火：氮气可以充满任何形状的空间并将氧气排挤出去，从而使火区中因氧含量不足而将火源熄灭，或者使采空区中因氧含量不足而使遗煤不能氧化自燃；在有瓦斯和火存在的气体爆炸危险区内，注入氮气能使可燃性气体失去爆炸性；向采空区或火区中大量注入氮气后，可以增加采空区相对压力，致使新鲜空气难以漏入；氮气防灭火必须与均压和其它堵漏风措施配合应用。否则，如果注入氮气的采空区或火区漏风严重，氮气必然随漏风流失，难以起到防灭火作用。采用向火区压注氮气灭火，从2503进风闭墙打钻向火区注入氮气窒息、降温，然后采用加固密闭，使火区逐渐熄灭。

2.2 方案的可行性分析及比较

可行性分析：①封闭4#煤巷道，封堵漏风通道，对2503灭火有利，技术上可行；②2503进风巷外高里低，巷口标高+279 m，工作面火区标高+263～265 m，巷道标高差达到14 m，为向火区灌水灭火提供了有利地质条件。因此方案一、方案二在技术上均可行。

方案比较：①方案1优点是条件便利，施工简单，投资小；缺点是灌水灭火过程中火区有害气体在压力作用下从2503回风排出，致使2503回风巷密闭处有害气体短时间增大；②方案2优点是可以充满封闭范围内所有空间，有利于消灭顶部的火灾；灭火过程中不损害井巷和设备，使灾后恢复工作比较简单；缺点是矿井设计缺少相应的注氮系统，要实施该方案成本高，施工工艺复杂，存在较大危险性，在注氮过程中安全管控难度大。

2.3 灭火方案的实施过程

第一阶段：前期保障工作(6月23日～6月26日)。根据现场气体监测及气样分析情况，研究制定2503工作面灭火方案，并对方案进行分析论证，优选灭火实施方案；制定灭火前期安全保障措施并实施，完善监测监控及通讯联络系统，对CO等有害气体进行实时监测；准备灭火所需材料、工具、设备等物资，为灭火工作提供物资保障。并对4#煤巷道进风密闭墙进行了喷浆加固密实，封堵漏风通道。

第二阶段：均压灭火(6月26日)。6月26日对2503火区采取均压措施。先将2503进风密闭打开24 cm×24 cm通风孔，使部分风流短路，以减少火区供风量，实现火区压力均衡。同时在2503回风闭墙的4/5高度处设置检测管(直径1吋钢管外带截门)，使用辅助管监测CO等气体变化情况，用于取样化验分析密闭墙内气体成份。经过24 h连续监测矿井总回风巷及2503两巷密闭处有害气体变化情况，地面安全监测监控系统显示有害气体浓度有明显下降且趋于稳定，达到了火区压力均衡。

第三阶段：6月27日实施火区灌水灭火。在2503进风联巷闭墙中部打开24 cm×12 cm的小孔，安装注水管(3吋钢管带阀门)2趟，并与2503进风巷排水管路连通，于27日9：30开始向2503工作面灌水，截止7月4日16：00时，排水泵运行时间累计140 h，灌水总量约8 389 m3。救护队在灌水灭火过程中连续监测有害气体变化情况，坚持每天取样化验，6月30日2503进风闭墙处CO下降至0 ppm，2503工作面进风巷有害气体监测情况如图1所示；7月2日2503回风闭墙处CO下降至0 ppm，2503工作面回风巷有害气体监测情况如图2所示；根据安全监测监控系统显示判断，灌水灭火工作取得了实质性进展。

图2 回风巷CO浓度监测曲线图

第四阶段：火区熄灭判定。经7月3日救护队取样分析2503回风密闭墙内，CO浓度为3.98 ppm，CH4浓度为7.62%，CO2浓度为6.88%，O2浓度为11.62%，温度25 ℃；2503进风密闭墙内，CO浓度为0 ppm，CH4浓度为0.03%，CO2浓度为0.084%，O2浓度为20.2%，温度25 ℃。通过对2503工作面灌水灭火情况及现场气体监测和取样化验数据进行分析比对，认定2503工作面灌水达到预期位置，隔绝了火区供氧条件，取得了灭火工作的初步成果，矿井可转入恢复生产前的整改工作。

3 灭火过程中采取的措施

3.1 矿井火灾治理前期安全保障措施

人员管理：严格人员管理，控制入井人员数量，井口及调度室做好入井人员登记。

泵水人员远程操作：为确保主井底清理巷泵水人员安全，将潜水泵开关移到风门外进风巷，实行远程控制，避免泵水人员进入危险区。

完善监测监控系统：增设2503回风巷监测点、2503进风巷监测点、4#煤回风监测点，分别在2503回风巷口向回风5 m处、2503进风巷口向回风5 m处及4#煤回风密闭处安装CO、CH4温度传感器，实现有害气体连续监测。

排查供电隐患：矿井供电系统，确保矿井供电安全，特别是主通风机、副立井提升绞车双回路供电及安全运行。

3.2 灭火过程中采取的措施

控制入井人数：灭火期间严格控制入井人数，井口和调度室进行入井登记，准确掌握井下人员动向，以便紧急情况通知撤离。

救护队到位检测：灭火期间救护队24 h不间断监测井下有害气体变化情况，每2 h向指挥部汇报一次，并按要求采气样分析化验。

4 结语

2503工作面灭火工作实施后取得了阶段性成果，但在灭火过程中还存在一些不足和问题：主要表现在受矿井基础资料与2503工作面地质资料不全影响，导致灭火灌水量计算不准确，不能准确判定灌水位置；在气体监测中由于人员的不确定，测定位置、采样周期不固定等因素影响，造成取样分析结果波动较大，对灭火方案的实施和效果预判产生了一定影响。在以后的灭火工作中应吸取教训，取得更好的灭火效果。