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深井綜放工作面初采異常發(fā)火及其分析

發(fā)布時間:

2020-01-23

　　6月6日18時，星村煤礦3310綜放工作面準(zhǔn)備開啟采煤機(jī)進(jìn)行采煤時，在轉(zhuǎn)載機(jī)處的工作人員聞到煤焦油氣味，隨后發(fā)現(xiàn)溜頭端頭架架后上方有黃煙，立即聯(lián)系安監(jiān)員和瓦檢員，并匯報調(diào)度室，調(diào)度室于18:15分向相關(guān)礦領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行匯報和應(yīng)急處置。18點30分左右，瓦檢員現(xiàn)場測量一氧化碳濃度700ppm，回風(fēng)流一氧化碳傳感器超過量程（500ppm）。針對這種突發(fā)情況，即刻成立了以礦長為組長的臨時救災(zāi)指揮部，命令有關(guān)人員撤出氣體超限區(qū)域，同時安排相關(guān)應(yīng)急處置準(zhǔn)備。20點，通防區(qū)長和通防副總兩個人先后到達(dá)現(xiàn)場后，發(fā)現(xiàn)溜尾66號架后尾梁上方冒出濃煙并從軌順及架后返回，整個工作面煙霧中一氧化碳濃度超過2000ppm,人員無法靠近工作面溜頭進(jìn)行探察。迫于當(dāng)時情況緊急，20點02分，救災(zāi)指揮部即刻啟動應(yīng)急預(yù)案，下令組織停電撤人、并立即快速封閉工作面。封閉后通過軌順注漿管及高壓膠管向工作面壓注氮氣抑制煤炭發(fā)火。

　　1 工作面概況

　　星村礦3310工作面位于三采區(qū)東翼，工作面東北方為已回采完畢的3308工作面，西北方為三采區(qū)三條上山，即三采區(qū)軌道上山、三采區(qū)回風(fēng)上山、三采區(qū)運(yùn)輸上山，工作面西南側(cè)為F14-3斷層。3310工作面標(biāo)高-1080～-1125m，工作面走向長616.5m（平距）；傾向長度為95.9m（平距）；煤層厚度7.5m；煤塵爆炸指數(shù)為37.95%，具有強(qiáng)爆炸性；3煤層鑒定為自燃煤層，在起始溫度為26℃時實驗最短自然發(fā)火期為65天。通風(fēng)系統(tǒng)示意圖見上圖。

　　該工作面于2015年4月9日開始施工軌道順槽，2015年10月14日轉(zhuǎn)入切眼施工，2015年7月10日開始施工運(yùn)輸順槽，運(yùn)輸順槽與切眼于2016年4月5日早班貫通，5月16日工作面安裝完成后通過礦驗收，隨及進(jìn)行了防滅火預(yù)處理，5月22日正式生產(chǎn)。工作面回采前，按計劃完成了所有防沖卸壓工程。其中：

　　1工作面切眼非回采幫頂板預(yù)裂爆破工程，爆破孔參數(shù)為：Ф42mm鉆孔，孔間距3.2m，孔深13m，爆破孔距非回采幫0.5-1m，爆破孔角度垂直頂板與煤層掘進(jìn)方向成65°-75°。

　　2工作面切眼回采幫頂板預(yù)裂爆破工程，爆破鉆孔參數(shù)為：Ф42mm，開孔于3號支架前，間距3.2m，孔深13m，共計施工鉆孔37個，切眼頂板預(yù)裂爆破裝藥8卷，炸藥規(guī)格Ф27mm，長度400mm， 300g/卷，單孔裝藥量2.4kg。

　　3運(yùn)輸順槽頂板預(yù)裂爆破工程，鉆孔自切眼回采幫0m位置開孔，孔間距3.2m，孔深13m，爆破孔布置在巷道頂板，從切眼向回采方向0.5-1m施工，運(yùn)順頂板預(yù)裂爆破裝藥8卷，炸藥規(guī)格Ф27mm，長度400mm，重量300g/卷，封孔深度均不小于4m。

　　4幫部卸壓鉆孔。掘進(jìn)期間施工的卸壓大孔，間距1.6m,孔深20米，鉆孔直徑150mm,回采前在原兩孔之間再加入一個同樣的鉆孔；

　　5幫部卸壓爆破孔：掘進(jìn)期間每7.5m施工一個，孔徑42mm.孔深15m,裝藥量10卷，3KG，封孔長度大于5m；回采前每3.2米再增加一個同樣規(guī)格的爆破孔。兩順及切眼防沖卸壓見圖二。

　　截止6月6日早班，工作面溜頭推進(jìn)39.7m、溜尾推進(jìn)37.8m，此段工作面平均煤厚6.62m

　　工作面從開始回采至6月6日早班，共推進(jìn)39米，期間束管氣體分析結(jié)果顯示，采空區(qū)內(nèi)所有監(jiān)測點的一氧化碳濃度在50ppm以下，回風(fēng)流一氧化碳濃度在8ppm以下。無論是推采速度還是環(huán)境氣體情況均好于以往初采工作面。氣體情況見圖三

　　3 工作面處理過程

　　6月7日早班，礦組織召開專門會議，根據(jù)此次異常事件突然、無任何征兆、蔓延速度快等特點，分析認(rèn)為工作面可能存在低燃點可燃物，但著火面積不大。為此制定了防滅火方案，采取了對封閉區(qū)實施大流量注氮氣首先抑制火勢的處理措施，同時為便于采取其它防滅火手段，積極做好縮小封閉范圍、實施直接滅火措施的準(zhǔn)備。于是在3310運(yùn)煤巷安設(shè)一臺局部風(fēng)機(jī)，并定于6月11日早班啟封軌道順槽防火墻處密閉，將密閉盡量向切眼方向挪移，實現(xiàn)近距離滅火的目的。

　　6月11日早班，礦按計劃啟封軌道順槽防火門密閉，救護(hù)隊員佩戴正壓氧呼吸器延接風(fēng)筒恢復(fù)通風(fēng)。17時30分恢復(fù)通風(fēng)至距工作面煤壁200m位置時，現(xiàn)場氣體出現(xiàn)上下明顯分層，高濃度一氧化碳和煙霧濃度持續(xù)不下降，煙霧繼續(xù)往外擴(kuò)散現(xiàn)象，為確保人員安全，決定在距離工作面煤壁約300m位置施工板閉并進(jìn)行噴涂密封材料LFM堵漏處理。

　　6月12日早班，根據(jù)啟封過程中遇到的實際情況，分析并制定了下一步防滅火方案和措施。即采取了利用注漿管向工作面大流量注阻化泡沫和氮氣的處理措施。在實施這項措施過程中，通過氣體監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，工作面內(nèi)一氧化碳、乙烯濃度大幅降低，快速向好的方向發(fā)展。為盡快消除著火隱患、縮小封閉范圍、實施近距離滅火，定于6月20日早班第二次啟封軌道順槽密閉。

　　截止到6月19日中班，累計向3310綜放工作面采空區(qū)注入阻化泡沬5500Kg ,注入氮氣140000m3，3310工作面氣體監(jiān)測情況見圖四、圖五。

　　6月20日早班按計劃第二次啟封軌順密閉。本次啟封過程中，工作面未發(fā)現(xiàn)高溫異?，F(xiàn)象。17時30分，確認(rèn)工作面無再次發(fā)火危險后，啟封運(yùn)輸順槽防火門處密閉形成全風(fēng)壓通風(fēng)，風(fēng)量調(diào)整到457m3/min。排除工作面殘存的一氧化碳?xì)怏w后，通防專業(yè)人員帶領(lǐng)作業(yè)人員對工作面溜尾至溜頭架間及架后進(jìn)行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)溫度、氣體異?，F(xiàn)象。隨后公司專業(yè)領(lǐng)導(dǎo)再次到達(dá)現(xiàn)場，對工作面進(jìn)行了全面監(jiān)測查看，用紅外測溫儀測量整個工作面，普遍溫度33℃，最高溫度34℃,回風(fēng)隅角最高一氧化碳濃度僅有20ppm。各項環(huán)境參數(shù)指標(biāo)與工作面正常生產(chǎn)期間基本相同。隨后，星村礦安排綜采工區(qū)中班人員排除工作面運(yùn)輸順槽積水，靠溜尾施工防火隔離墻、檢修設(shè)備等工作；通防人員通過一路注漿管向采空區(qū)大流量注阻化泡沫，為恢復(fù)生產(chǎn)做準(zhǔn)備。

　　在確認(rèn)工作面各項指標(biāo)正常后，于6月21日早班恢復(fù)生產(chǎn)，恢復(fù)生產(chǎn)后工作面各項氣體檢測未見異常，工作面火災(zāi)險情消失。

　　4 發(fā)火原因分析

　　4.1此次發(fā)火特點及與以往自燃發(fā)火區(qū)別：

　　1）事發(fā)突然，蔓延迅速

　　工作面回采后一切正常，但6月6日18時從發(fā)現(xiàn)有黃煙，至18點30分左右，瓦檢員顏強(qiáng)現(xiàn)場測量一氧化碳濃度僅半個小時就已達(dá)700ppm，到20時，工作面溜尾66號架后尾梁上方就冒出濃煙彌漫整個工作面，工作面內(nèi)一氧化碳?xì)怏w濃度一度升至2000ppm以上，使現(xiàn)場人員無法靠近察看現(xiàn)場，最終導(dǎo)致封面。從發(fā)現(xiàn)煙霧到?jīng)Q定封面僅2個小時時間，這在以往是從未有過的。

　　2）啟封后未發(fā)現(xiàn)自燃跡象

　　工作面封閉后，由于工作面近水平俯采，如采用常規(guī)注漿滅火，不僅會導(dǎo)致大量泥漿涌入運(yùn)輸順槽流失，起不到滅火效果，還將導(dǎo)致大量機(jī)電設(shè)備被淹，因此，實施滅火能夠采取的措施只有注氮和注阻化泡沬。但這些措施只能抑制火勢、阻斷氧氣供給，卻不能降溫和滅火。在實施以上兩種滅火措施、注氮140000m3,阻化泡沬5500Kg后，為了探察工作面火情及調(diào)整進(jìn)一步滅火措施，6月20日對工作面進(jìn)行了再次啟封，但到現(xiàn)場察看時，卻找不到任何著火的痕跡，工作面溫度正常，各項氣體正常。

　　3）先發(fā)現(xiàn)煙霧，后監(jiān)測到一氧化碳?xì)怏w

　　6月6日16時40分，瓦檢員巡回檢查工作面時，回風(fēng)隅角CO氣體為15ppm,回風(fēng)流為5ppm，一切正常。6日18時，綜采工區(qū)帶班隊長呂雷在對運(yùn)輸皮帶跑偏進(jìn)行處理后，再次準(zhǔn)備開機(jī)割煤時，站在溜頭過橋上方聞到煤焦油氣味，發(fā)現(xiàn)溜頭端頭架架后上方有黃煙，隨后才有大量一氧化碳?xì)怏w涌出，導(dǎo)致封閉工作面。這一現(xiàn)象不符合煤層自然發(fā)火的發(fā)展過程和基本規(guī)律。

　　4.2、直接原因分析

　　由于綜放工作面煤層自然發(fā)火是一個緩慢氧化升溫的過程，通常要經(jīng)過一氧化碳濃度逐漸升高，急劇增加直至出現(xiàn)煙霧的過程，一般情況下從出現(xiàn)一氧化碳到超限，至少需要一周到一旬左右時間，而一氧化碳超限到煤炭自燃出現(xiàn)煙霧需要更長時間。而6月6日3310工作面的火災(zāi)發(fā)展迅猛，從發(fā)現(xiàn)黃煙后一氧化碳濃度在短時間快速上升，到大量煙霧彌漫整個工作面，只有不到2個小時的時間，無論是煤的自燃，還是木垛料參與的燃燒，都不具有這種特征。在工作面封閉后只采取注氮和阻化泡沬滅火措施的條件下，6月20日啟封以后未找到高溫源、也未發(fā)生復(fù)燃現(xiàn)象，據(jù)此可基本確定此次事故不是煤炭的自然發(fā)火事故。從當(dāng)時事發(fā)突然，高濃度一氧化碳?xì)怏w和黃煙快速充滿工作面現(xiàn)象分析，認(rèn)為這是一起非常規(guī)燃料燃燒的事件。通過對工作面所有可燃物分析，只有火藥具備這個特點，因此初步分析，這是一起防沖爆破殘藥自燃引發(fā)的意外事故。

　　上述分析結(jié)果可從以下情況中得到驗證：

　　4.2.1 6月21日工作面正常生產(chǎn)后，于7月5日，從1號架架頂漏煤處出現(xiàn)微煙、束管分析檢測出高濃度一氧化碳、乙烯氣體，說明工作面前方煤壁區(qū)域，由于提前實施大量的爆破卸壓措施，煤體內(nèi)積聚大量熱量、已超前氧化升溫。由此可以推斷，在運(yùn)輸順槽其它區(qū)域也存在類似的現(xiàn)象。

　　由于落實防沖措施，此區(qū)域斷頂爆破及煤體爆破較集中，爆破過程中有可能出現(xiàn)熄爆或拒爆而留下殘藥，在爆破積熱及煤體自熱升溫過程中出現(xiàn)自燃。據(jù)調(diào)查，在以往掘進(jìn)和回采工作面割煤過程中也多次發(fā)現(xiàn)未完全起爆的殘留炸藥。

　　4.2.2 為檢驗以上分析的可靠性，7月17日早班，在工業(yè)廣場注漿站對單純煤粉、和煤粉與炸藥混合物進(jìn)行加溫試驗，通過紅外線測溫儀監(jiān)測試驗過程中的樣品溫度，以觀察兩種樣品的變化。

　　當(dāng)加熱溫度為69℃時，煤粉和炸藥混合物開始出現(xiàn)白煙，而單純煤粉沒有變化；

　　繼續(xù)加熱，煤粉和炸藥混合物繼而產(chǎn)生微黃色濃白煙。

　　當(dāng)加熱溫度到79℃時，炸藥和煤粉混合物爆燃，并快速燒盡，冒出大量黃煙，而單純煤粉樣卻無任何反應(yīng)；

　　當(dāng)加熱溫度達(dá)200℃時，單純煤粉樣才開始冒煙，出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象。

　　以上實驗現(xiàn)象證明，當(dāng)殘留火藥混入破碎煤炭后，在70 ℃左右就能引起燃燒，而且釋放大量煙霧和一氧化碳?xì)怏w，與6月6日事故現(xiàn)場情況基本一致。

　　更重要的是，炸藥燃燒時，有氮氧化物氣體的產(chǎn)生。

　　綜合分析后認(rèn)為卸壓爆破熱量積聚、煤層氧化升溫導(dǎo)致殘留炸藥爆燃是此次發(fā)的原因。

　　5 防范措施

　　1、進(jìn)一步優(yōu)化煤體卸壓爆破鉆孔布置角度和層位，防止卸壓爆破殘藥遺留在頂煤煤體中。

　　2、使用好超前支架，分析研究超前支架的性能，在挪移過程中降低對順槽頂板煤體的破壞。