興隆莊礦4322-聯火災的綜合防滅火技術

1 礦井及火區概況

興隆莊煤礦位于兗州煤田北部、井田面積54km²，煤系地層屬石炭二疊紀，穩定可采煤層共5層。現開有3^#煤層，平均厚度8.65m。全礦共3個采區，設計生產能力300萬t/a。4322-聯巷道冒頂比較嚴重，掘進時與4320下順槽（采空區）溝通，在4322-聯掘進頭打木垛處冒出濃煙，不久發現明火，用水直接滅火未能將火區熄滅，隨即撤人并對火區進行了封閉，火區封閉巷道120余米，巷道布置如圖1所示。



圖1 4322綜放面巷道布置示意圖

2 4322-聯火區防滅火技術方案

2.1 滅火總則

在均壓、堵漏防止火區漏風、向火區打鉆壓注惰氣泡沫直接滅火的同時，鎖風縮小火區，火勢得到控制后，啟封火區，再采取巷道噴涂，注阻化凝膠及局部處理等措施，最后建立永久密閉，再向火區打鉆，壓注惰泡，綜合防治4322-聯火區。

2.2 采用長鉆孔壓注惰氣泡沫撲滅明火

均壓滅火以窒熄火區為主，不能直接降低火區內溫度，滅火時間相應較長。在采取均壓滅火技術的同時，采取其它直接滅火技術，對火區進行綜合治理，滅火效果更加明顯。4322-聯火區范圍比較小，集中在4320下順槽透風的范圍內，火源位置比較明確，可以考慮采用灌漿滅火和惰泡滅火。灌漿滅火的優點是工藝簡單，不需要增加設備，可以充分發揮其降溫、覆蓋火區的效果，缺點是泥漿易出現沉底現象，不能有效地充滿火區，滅火后巷道恢復工程量大；用大直接滅火也有其致命的缺點，水進入火區后，易沿比較暢通的通道潰泄，很難覆蓋并淹沒整個火區；惰氣泡沫滅火有其得天獨厚的優點：首先，惰泡密度很小，可以在后續惰泡的推動下，向周圍空間沿漏風通道和煤壁裂隙不斷擴散，特別是可以堆積爬高，從而實現三維流動；其次，惰泡以二氧化碳等惰性氣體代替空氣產生泡沫，在泡沫破裂時可以釋放出惰氣，起到窒熄火區的作用；另外，惰泡具有較高的膨脹系數（8-12倍），可以有效地堵漏并隔絕氧氣，惰泡滅火后，巷道恢復工程量小。

在現密閉墻外，布置5個長鉆孔，終孔位置分別位于4320下順槽頂板和4322-聯巷頂板中，如圖2所示。通過鉆孔向火區壓注惰氣泡沫，可以對火區起到降溫、阻化、堵漏等防滅火作用。



圖2 4322-聯滅火長鉆孔布置示意圖

在壓注惰氣泡沫裝備未運到之前，采取了以下措施：

1）由西風井注漿站向鉆孔注阻化劑，對火區進一步降溫、阻化。

2）1^#、3^#、4^#孔注水玻璃凝膠，充分充填火區空隙，封堵漏風。水玻璃由西風井注漿池送往井下，添加劑在4322-聯利用泥漿泵通過反向三通加入。

2.3 鎖風縮小火區

在原有火區防火墻外面5～6m處建1道帶風門的風墻，救護隊員進入，關閉風門，準備一定數量的密閉材料后將原來的火墻打開，救護隊員進入火區探查，確認一定距離內無火源后，在距聯絡巷拐彎處5～6m左右位置建立臨時防火墻，防火墻表面及距防火墻1m范圍內巷道頂幫噴涂聚胺脂材料，以減少火區漏風。救護隊員檢查啟封段內氣體組份，用測爆儀檢查啟封段氣體是否具有爆炸危險。如果火區內瓦斯濃度很高，或具有爆炸危險，則首先進行瓦斯排放，然后恢復通風。為防止火區氣體進入4322各掘進工作面，沿回風路線上的掘進工作面應停面、撤人。最后，經救護隊員檢查火區內各種有害氣體指標不超過規程允許范圍后，進入巷道恢復段進行排水、清除冒頂等，恢復巷道作業。

2.4 打密集短鉆孔壓注惰泡直接滅火

火區范圍縮小到最小程度后，再在密閉外向火區布置一系列密集較短鉆孔，注入大量的化學惰氣泡沫。化學泡沫滅火材料為液態，注入火區后，兩路液體混合膨脹，發生化學反應產生大量的滅火惰氣及泡沫，向周圍空間、漏風通道及煤層裂隙不斷擴展，從而實現全方位高效滅火的目的。

2.4.1 鉆孔布置

在密閉外，向火區布置一系列斜鉆孔，鉆孔終孔位置要求進入冒落區0.5～1m，鉆孔內安設50mm套管，前端套管頭部有0.25～0.5m花管。通過鉆孔向火區壓注惰氣泡沫，鉆孔布置及壓注工藝如圖3所示。



圖3 鉆孔布置及惰泡壓注工藝示意圖

2.4.2 壓注量計算

鉆孔布置時，終孔位置間隔為5m，每個鉆孔注入惰泡兩次，注泡量為：

Q_孔＝2SLHK₁K₂K₃

式中 S——處理寬度，4m；

　　 L——處理長度，5m；

　　 H——注泡高度，6m；

　　 K₁——火區空隙系數，取0.3；

　　 K₂ ——輸送系數，取1.2；

　　　K₃——成泡系數，取1.3。

計算得 Q_孔=112.3m³

　　 Q_總=N·Q_孔K₄

式中 N——鉆孔總數，14；

　　 K₄——備用系數，取1.5。

計算得 Q_總=2 358.72m³

所需藥劑：組分A 22.31 t

　　 組分B 14.15 t

　　 添加劑 2.14 t

3 啟封火區

3.1鎖風探驗

火區注入惰泡后，救護隊員佩帶呼吸器，鎖風進入火區，觀察滅火效果。監測火區內的溫度、O₂濃度、CO濃度、CH₄濃度等，并對巷道破壞情況作詳細的紀錄。

3.2 啟封火區

達到啟封條件，制定具體的啟封方案后方可啟封火區。

3.3 防止火區復燃

1）處理巷道。火區撲滅后，未噴涂的巷道都要進行混凝土噴涂，以隔絕漏風。冒頂和片幫嚴重的地方應先做人工假頂、幫后，再進行包頂、包幫、噴漿等處理。最后在巷道頂部或巷幫的松散部位注入阻化凝膠，防止火區復燃。

2）建立永久防火密閉。火區熄滅后，為防止熄滅的火區接觸新鮮空氣后復燃，需在4322-聯巷道與4320下順槽間建立一道永久密閉防火墻，并向密閉后注入大量的黃泥漿等防滅火材料，隔絕整個火區。

4 結束語

在制定了詳細的防滅火技術方案并在礦方的積極配合下，4322-聯的火區在短時間內很快撲滅。采用上述滅火措施對興降莊礦4322-聯火區進行處理，達到了很好的效果。

《礦業安全與環保 》 （張軍）