1概況

宋家溝煤礦是一鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦，開采侏羅煤層，低瓦斯礦井，煤層易自然發(fā)火，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性。礦井采用一立一斜開拓方式，混合提升立井裝備2JTK-1.6型礦用提升機(jī)，采用0.5t罐籠雙罐提升方式，承擔(dān)煤炭、矸石、材料、設(shè)備的提升任務(wù)，兼作進(jìn)風(fēng)，斜井回風(fēng)、行人。礦井下通風(fēng)方式為單翼并列式，主要通風(fēng)機(jī)為4-72-11№12型離心式通風(fēng)機(jī)，配用電機(jī)功率15kW，礦井通風(fēng)方式為抽出式。南一采區(qū)已回采完，北一采區(qū)正在準(zhǔn)備。

2002年2月14日（正月初二），早班下井抽水值班人員發(fā)現(xiàn)井下空氣質(zhì)量有問題，隨報(bào)告值班礦長，礦長帶人當(dāng)即下井檢查，發(fā)現(xiàn)井下總回風(fēng)巷霧南一采空區(qū)局閉進(jìn)行處理。2月17日總回風(fēng)巷2處密閉墻冒煙，2月19日2:20密閉墻口出現(xiàn)明火。3：38因井下煙霧較大，空氣嗆人，密閉工作難以繼續(xù)進(jìn)行，井下滅火人員全部安全撤到地面。3：50煙霧從回風(fēng)斜井大量涌出，地面煙霧彌漫，加之當(dāng)時(shí)刮東風(fēng)，濃煙又從混合提升立井涌入井下。為確保救災(zāi)人員人身安全，減少損失，保住礦井，礦井臨時(shí)救災(zāi)小組決定：封堵井口，切斷井下供氧，控制井下火勢。礦井發(fā)生火災(zāi)時(shí)，巷道系統(tǒng)如圖1所示。

1999年該礦井曾遭水災(zāi)被淹，布置在煤層中的總回風(fēng)巷全部冒頂垮幫（木棚支護(hù)）經(jīng)過1a多時(shí)間的排水、消渣、維修支護(hù)，礦井基本恢復(fù)生產(chǎn)。礦井發(fā)生火災(zāi)井口封堵后，啟封井口，恢復(fù)礦井排水就成為當(dāng)務(wù)之急。采用地面打鉆注漿滅火，實(shí)施復(fù)雜，井下泥漿不易控制，滅火時(shí)間長，不利于礦井及時(shí)排水，且事不逢時(shí)，條件不具備。按照《煤礦安全規(guī)程》248條規(guī)定啟封火區(qū)，由于火區(qū)小，封閉范圍大，井口封閉時(shí)間長，礦井只有再次被水淹而致報(bào)廢。因此，礦井搶險(xiǎn)救災(zāi)領(lǐng)導(dǎo)小組，根據(jù)井下涌出量及井底主水倉容量，在密閉區(qū)內(nèi)各種氣體濃度穩(wěn)定不變的情況下，擬定12d后即時(shí)啟封井口，抽排井下涌水，縮小火區(qū)范圍，進(jìn)行綜合滅火。



1-混合提升立井；2-回風(fēng)斜井；3-運(yùn)輸大巷；4-水泵房；5-北一采空下山；6-南一采區(qū)上山；7-總回風(fēng)巷；8-井底聯(lián)絡(luò)巷

圖1礦井火災(zāi)時(shí)巷道系統(tǒng)示意圖

2利用主要通風(fēng)機(jī)裝置及井口防爆控制風(fēng)流啟封井口密閉

2.1井下火區(qū)狀況

井口封閉后，2月19日~3月1日，回風(fēng)斜井口密閉內(nèi)的CH₄、CO₂、CO濃度測定值分別為0.34%~2.46%，1.66%~3.00%，0.4%~0.03%，2月26日~3月1日，CO連續(xù)測定值在0.04%左右。表明火區(qū)火勢已基本有效控制，火區(qū)尚未完全熄滅，處在隱燃狀態(tài)，火區(qū)氣體狀態(tài)穩(wěn)定。

3月2日，救護(hù)隊(duì)從回風(fēng)斜井入井偵察火情，斜井中部的CH₄濃度為8.00%，井底已超過了10.00%，CO井底為0.34%，巷道無煙霧，但氣體刺激眼睛。因巷道冒落堵塞，救護(hù)隊(duì)員未能進(jìn)入火區(qū)。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整

火災(zāi)發(fā)生前礦井通風(fēng)系統(tǒng)為：混合提升立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)，運(yùn)輸大巷進(jìn)風(fēng)，總回風(fēng)巷回風(fēng)，井底聯(lián)絡(luò)設(shè)2組正反風(fēng)門，風(fēng)門關(guān)閉。井口啟封前，由救防隊(duì)在運(yùn)輸大巷、總回負(fù)巷距井底聯(lián)絡(luò)巷20m處各打2道臨時(shí)板閉，加掛風(fēng)簾，隔斷火區(qū)風(fēng)流；打開井底聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)門，使火區(qū)風(fēng)流發(fā)生短路。

提升立井罐籠因未安設(shè)防墜裝置，為了預(yù)防啟封井口期間井下火區(qū)出現(xiàn)復(fù)燃，有害氣體大量涌出，使救災(zāi)售貨員能迅速安全撤離井下，礦井通風(fēng)方法由抽出式改為壓入式，由回風(fēng)斜井進(jìn)風(fēng)，混合提升立井回風(fēng)。

2.3 風(fēng)流控制

（1）啟封風(fēng)量。從井下火區(qū)現(xiàn)狀分析，盡管火區(qū)CO在逐漸減少，穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，但火區(qū)未熄滅，火源處的火區(qū)范圍及溫度不清，井下巷道瓦斯?jié)舛瘸^爆炸不限，且濃度達(dá)到10%以上，啟封井口，縮小火區(qū)范圍，恢復(fù)井下全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，存在著一定的不安全性。在井下巷道系統(tǒng)一定的情況下，井下風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的風(fēng)阻基本不變，風(fēng)壓隨其通過的風(fēng)量按h=RQ²(式中：h為井巷風(fēng)壓，Pa;R為風(fēng)阻，N·s²/m⁸;Q為井巷通過的風(fēng)量，m³/s)的規(guī)律變化，風(fēng)量增大時(shí)，風(fēng)壓則迅速增大。井下風(fēng)壓增大，必然導(dǎo)致井下通風(fēng)設(shè)施漏風(fēng)量的增大。圖2為井口啟封期間礦井通風(fēng)系統(tǒng)簡圖及網(wǎng)絡(luò)圖。A、B為臨時(shí)板閉，密閉性差，易漏風(fēng)，井底聯(lián)絡(luò)巷斷面?。?.34 m²）阻力大。啟封期間井下供風(fēng)量過大，可導(dǎo)致火區(qū)井、回風(fēng)兩端的密閉漏風(fēng)增大，引起火區(qū)復(fù)燃，或發(fā)生瓦斯爆炸。風(fēng)量過小，不易排除井下火災(zāi)產(chǎn)生的有害氣體，排放時(shí)間長。因此，啟封期間風(fēng)量的確定則十分重要。礦井井口啟封后，首先排除井下巷道中的CH₄、CO₂、CO等有害氣體，然后在臨時(shí)密閉A、B外打永久性密閉C、D，抽排井下水，恢復(fù)礦井原通風(fēng)系統(tǒng)。所以，礦井井口啟封期間，井下供風(fēng)量應(yīng)在滿足井下救災(zāi)人員所需風(fēng)量、井巷風(fēng)速下低于0.25m/s的情況下，盡量減小。經(jīng)計(jì)算，啟封期間井下巷道的風(fēng)量控制在100~150³/min較為適宜。



圖2 井口啟封期間礦井通風(fēng)系統(tǒng)簡圖及網(wǎng)絡(luò)圖

（2）風(fēng)流控制。從圖2可以看出，當(dāng)回風(fēng)斜井井口防爆門打開時(shí)，從風(fēng)硐口1至混合提升立井井口4（1-2-3-4風(fēng)路）與從風(fēng)硐口1至回風(fēng)斜井井口5（1~5風(fēng)路）為敞開式并聯(lián)通風(fēng)系統(tǒng)。在不考慮自然風(fēng)壓的作用，系統(tǒng)服從閉式并聯(lián)風(fēng)壓定律，風(fēng)量自然分配。因此，通過控制回風(fēng)斜井井口防爆門開啟大小，可使風(fēng)流發(fā)生不同程度的短路，調(diào)節(jié)井口啟封時(shí)期井下風(fēng)量。根據(jù)井下巷道特征參數(shù)，理論計(jì)算1-2-3-4風(fēng)路井巷風(fēng)阻為0.2174N·s²/m⁸,1-5風(fēng)路（防爆門完全打開）井巷風(fēng)阻為0.0077 N·s²/m⁸，兩并聯(lián)巷道系統(tǒng)風(fēng)量自然分配比約為1：5.32。當(dāng)啟封井口密閉，井下1-2-3-4風(fēng)路通過的風(fēng)量為150 m³/min時(shí)，利用井口防爆門短路（1-5風(fēng)路）的最大風(fēng)量為798 m³/min。也就是說，在啟封井口期間，礦井主要通風(fēng)機(jī)供給井下巷道系統(tǒng)風(fēng)量和通過防爆門短路風(fēng)量總和不能大于948 m³/min?？紤]4-72-11№12型離心式通風(fēng)機(jī)特性，通風(fēng)機(jī)裝置和安全出口的漏風(fēng)狀況，啟封井口密閉，風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)硐閘門完全關(guān)閉、井口防爆門打開的情況下啟動，待風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)后，逐漸開啟閘門，由小變大。閘門開啟大小通過回風(fēng)斜井實(shí)測風(fēng)量確定。利用防爆門開啟大小來調(diào)節(jié)控制井下風(fēng)量。

2.4 啟封過程

3月3日8:00救護(hù)隊(duì)下井在運(yùn)輸大巷、總回風(fēng)巷打臨時(shí)密閉墻，打開聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)門；10:00開始啟封井口。啟封順序?yàn)橄汝P(guān)閉風(fēng)硐閘門打開擴(kuò)散器密閉，然后調(diào)整反風(fēng)風(fēng)門（使風(fēng)流由抽出式變?yōu)閴喝胧剑?，再打開提升立井密閉、回風(fēng)斜井井口防爆門，最后開啟通風(fēng)機(jī)并進(jìn)行風(fēng)流風(fēng)量調(diào)節(jié)。當(dāng)風(fēng)硐閘門開啟高度為20cm，防爆門開啟度為40%，井下風(fēng)量為120 m³/min，混合提升立井井口排放瓦斯?jié)舛冗_(dá)8.4%，CO濃度達(dá)0.24%。晚20:40混合提升立井瓦斯?jié)鉂舛冉抵?.46%，CO濃度降至0.002%。23:00井下實(shí)施火區(qū)永久性密閉和抽排水。為爭取時(shí)間，先在總回風(fēng)巷臨時(shí)密閉外3m處用黃土袋和磚打雙層密閉，中間裝0.35m厚黃土，后在運(yùn)輸大巷打同樣的密閉墻，由5.5kW局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行局部送風(fēng)。3月4日7:58井下密閉工作完成。12:00礦井恢復(fù)原抽出式通風(fēng)方式，井口啟封工作結(jié)束。

3　利用調(diào)壓技術(shù)加速火區(qū)熄滅

3月9日晚班，在回風(fēng)斜井出現(xiàn)了CO，其濃度為0.002%，總回風(fēng)巷密閉墻內(nèi)的CH ₄濃度為6.7%，CO濃度為0.05%，說明火區(qū)復(fù)燃。分析其原因?yàn)椋孩僖驌岆U(xiǎn)時(shí)間緊，永久性密閉未掏槽，密閉外巷道又因碹施工質(zhì)量差，充填不嚴(yán)，后又被水長期淹沒、沖刷，使空隙增大，而導(dǎo)致漏風(fēng)；②進(jìn)、回風(fēng)側(cè)兩密閉間風(fēng)壓差大。處理方法如下：

（1）在運(yùn)輸大巷、總回風(fēng)巷兩永久密閉墻外5m處重新掏槽構(gòu)筑密閉，使其與原永久密閉墻構(gòu)成2個(gè)均壓氣室，用Ф100mm的無縫風(fēng)鋼管作連通管，進(jìn)行調(diào)壓，減少漏風(fēng)。

（2）打開水泵房管子道密閉，讓部分風(fēng)流短路，以減小密閉墻間的風(fēng)壓差。

實(shí)施上述方案后，經(jīng)測定，兩處密閉調(diào)壓氣室間漏風(fēng)壓差為30Pa，火區(qū)復(fù)燃狀況得到了控制，3月16日礦井恢復(fù)了正常生產(chǎn)。

4　利用鎖風(fēng)法啟封火區(qū)

理論與實(shí)踐證明，火區(qū)熄滅狀態(tài)與火區(qū)范圍大小，火勢強(qiáng)弱，煤層自然地質(zhì)條件，封閉區(qū)漏風(fēng)供氧，礦井通風(fēng)條件等因素有關(guān)。判斷火區(qū)熄滅條件的指標(biāo)是在實(shí)踐可行的前提下，提供火區(qū)啟封作業(yè)的相對安全保障。根據(jù)黃隴侏羅紀(jì)煤層開采礦井火區(qū)啟封經(jīng)驗(yàn)，火區(qū)在嚴(yán)密封閉3~6個(gè)月以上，CO濃度降低至0.001%以下，可考慮啟封。

3月16日至3月27日，總回風(fēng)巷密閉墻內(nèi)CO濃度范圍為0.14%~0.002%，平均0.05%；CO₂ CO濃度范圍10.72~4.6%，平均5.00%；CH₄ 濃度范圍9.74%~4.6%，平均4.1%,氣體溫度平均26℃。3月28日至7月1日，CO濃度為0，CO₂、₄濃度分別保持在4.2%、4.7%以下，氣體溫度22℃以下。運(yùn)輸大巷密閉墻內(nèi)（進(jìn)風(fēng)側(cè)）CO、CO₂、CH₄濃度測不出值，判斷礦井火區(qū)已熄滅。7月2日，利用鎖風(fēng)法順序啟封了井下火區(qū)。逐段鎖風(fēng)距離為200m，采用11kW局部通風(fēng)機(jī)，鎖風(fēng)設(shè)施為2道臨時(shí)板閉加風(fēng)簾。