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    深井綜放工作面初采異常發火及其分析

    分類:
    科技動態
    作者:
    來源:
    2020/01/23 09:50
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      6月6日18時,星村煤礦3310綜放工作面準備開啟采煤機進行采煤時,在轉載機處的工作人員聞到煤焦油氣味,隨后發現溜頭端頭架架后上方有黃煙,立即聯系安監員和瓦檢員,并匯報調度室,調度室于18:15分向相關礦領導進行匯報和應急處置。18點30分左右,瓦檢員現場測量一氧化碳濃度700ppm,回風流一氧化碳傳感器超過量程(500ppm)。針對這種突發情況,即刻成立了以礦長為組長的臨時救災指揮部,命令有關人員撤出氣體超限區域,同時安排相關應急處置準備。20點,通防區長和通防副總兩個人先后到達現場后,發現溜尾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行探察。迫于當時情況緊急,20點02分,救災指揮部即刻啟動應急預案,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火。
      1 工作面概況
      星村礦3310工作面位于三采區東翼,工作面東北方為已回采完畢的3308工作面,西北方為三采區三條上山,即三采區軌道上山、三采區回風上山、三采區運輸上山,工作面西南側為F14-3斷層。3310工作面標高-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;煤塵爆炸指數為37.95%,具有強爆炸性;3煤層鑒定為自燃煤層,在起始溫度為26℃時實驗最短自然發火期為65天。通風系統示意圖見上圖。
      該工作面于2015年4月9日開始施工軌道順槽,2015年10月14日轉入切眼施工,2015年7月10日開始施工運輸順槽,運輸順槽與切眼于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,隨及進行了防滅火預處理,5月22日正式生產。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裂爆破工程,爆破孔參數為: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方向成65°-75°。
      2工作面切眼回采幫頂板預裂爆破工程,爆破鉆孔參數為:Ф42mm,開孔于3號支架前,間距3.2m,孔深13m,共計施工鉆孔37個,切眼頂板預裂爆破裝藥8卷,炸藥規格Ф27mm,長度400mm, 300g/卷,單孔裝藥量2.4kg。
      3運輸順槽頂板預裂爆破工程,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,運順頂板預裂爆破裝藥8卷,炸藥規格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39.7m、溜尾推進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39米,期間束管氣體分析結果顯示,采空區內所有監測點的一氧化碳濃度在50ppm以下,回風流一氧化碳濃度在8ppm以下。無論是推采速度還是環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,根據此次異常事件突然、無任何征兆、蔓延速度快等特點,分析認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備。于是在3310運煤巷安設一臺局部風機,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,救護隊員佩戴正壓氧呼吸器延接風筒恢復通風。17時30分恢復通風至距工作面煤壁200m位置時,現場氣體出現上下明顯分層,高濃度一氧化碳和煙霧濃度持續不下降,煙霧繼續往外擴散現象,為確保人員安全,決定在距離工作面煤壁約300m位置施工板閉并進行噴涂密封材料LFM堵漏處理。
      6月12日早班,根據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,通過氣體監測發現,工作面內一氧化碳、乙烯濃度大幅降低,快速向好的方向發展。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綜放工作面采空區注入阻化泡沬5500Kg ,注入氮氣140000m3,3310工作面氣體監測情況見圖四、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,工作面未發現高溫異?,F象。17時30分,確認工作面無再次發火危險后,啟封運輸順槽防火門處密閉形成全風壓通風,風量調整到457m3/min。排除工作面殘存的一氧化碳氣體后,通防專業人員帶領作業人員對工作面溜尾至溜頭架間及架后進行了全面檢查,未發現溫度、氣體異?,F象。隨后公司專業領導再次到達現場,對工作面進行了全面監測查看,用紅外測溫儀測量整個工作面,普遍溫度33℃,最高溫度34℃,回風隅角最高一氧化碳濃度僅有20ppm。各項環境參數指標與工作面正常生產期間基本相同。隨后,星村礦安排綜采工區中班人員排除工作面運輸順槽積水,靠溜尾施工防火隔離墻、檢修設備等工作;通防人員通過一路注漿管向采空區大流量注阻化泡沫,為恢復生產做準備。
      在確認工作面各項指標正常后,于6月21日早班恢復生產,恢復生產后工作面各項氣體檢測未見異常,工作面火災險情消失。
      4 發火原因分析
      4.1此次發火特點及與以往自燃發火區別:
      1)事發突然,蔓延迅速
      工作面回采后一切正常,但6月6日18時從發現有黃煙,至18點30分左右,瓦檢員顏強現場測量一氧化碳濃度僅半個小時就已達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,工作面內一氧化碳氣體濃度一度升至2000ppm以上,使現場人員無法靠近察看現場,最終導致封面。從發現煙霧到決定封面僅2個小時時間,這在以往是從未有過的。
      2)啟封后未發現自燃跡象
      工作面封閉后,由于工作面近水平俯采,如采用常規注漿滅火,不僅會導致大量泥漿涌入運輸順槽流失,起不到滅火效果,還將導致大量機電設備被淹,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整進一步滅火措施,6月20日對工作面進行了再次啟封,但到現場察看時,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)先發現煙霧,后監測到一氧化碳氣體
      6月6日16時40分,瓦檢員巡回檢查工作面時,回風隅角CO氣體為15ppm,回風流為5ppm,一切正常。6日18時,綜采工區帶班隊長呂雷在對運輸皮帶跑偏進行處理后,再次準備開機割煤時,站在溜頭過橋上方聞到煤焦油氣味,發現溜頭端頭架架后上方有黃煙,隨后才有大量一氧化碳氣體涌出,導致封閉工作面。這一現象不符合煤層自然發火的發展過程和基本規律。
      4.2、直接原因分析
      由于綜放工作面煤層自然發火是一個緩慢氧化升溫的過程,通常要經過一氧化碳濃度逐漸升高,急劇增加直至出現煙霧的過程,一般情況下從出現一氧化碳到超限,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煙霧需要更長時間。而6月6日3310工作面的火災發展迅猛,從發現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、也未發生復燃現象,據此可基本確定此次事故不是煤炭的自然發火事故。從當時事發突然,高濃度一氧化碳氣體和黃煙快速充滿工作面現象分析,認為這是一起非常規燃料燃燒的事件。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的意外事故。
      上述分析結果可從以下情況中得到驗證:
      4.2.1 6月21日工作面正常生產后,于7月5日,從1號架架頂漏煤處出現微煙、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域,由于提前實施大量的爆破卸壓措施,煤體內積聚大量熱量、已超前氧化升溫。由此可以推斷,在運輸順槽其它區域也存在類似的現象。
      由于落實防沖措施,此區域斷頂爆破及煤體爆破較集中,爆破過程中有可能出現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自燃。據調查,在以往掘進和回采工作面割煤過程中也多次發現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,在工業廣場注漿站對單純煤粉、和煤粉與炸藥混合物進行加溫試驗,通過紅外線測溫儀監測試驗過程中的樣品溫度,以觀察兩種樣品的變化。
      當加熱溫度為69℃時,煤粉和炸藥混合物開始出現白煙,而單純煤粉沒有變化;
      繼續加熱,煤粉和炸藥混合物繼而產生微黃色濃白煙。
      當加熱溫度到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;
      當加熱溫度達200℃時,單純煤粉樣才開始冒煙,出現燃燒現象。
      以上實驗現象證明,當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氣體,與6月6日事故現場情況基本一致。
      更重要的是,炸藥燃燒時,有氮氧化物氣體的產生。
      綜合分析后認為卸壓爆破熱量積聚、煤層氧化升溫導致殘留炸藥爆燃是此次發的原因。
      5 防范措施
      1、進一步優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。
      3、在兩順槽實施頂板預裂爆破等煤體爆破區域加強防滅火處理、監測與分析。兩順槽頂煤在進入采空區前必須進行防火降溫處理。
      4、增設束管采樣點,完善氣體檢測設備,確保能夠準確分析異常氣體中如:氮氧化物、硫化氫等成分,以便對自燃隱患的性質做出正確的分析和判斷。
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