濟(jì)寧二號(hào)礦33下06軌順自然發(fā)火事故案例分析

 濟(jì)寧二號(hào)礦33下06軌順自然發(fā)火事故案例分析
 
 一、發(fā)火時(shí)間：2000年9月27日
 二、發(fā)火地點(diǎn)：33下06軌順巷道頂板高冒區(qū)
 三、火區(qū)概況
 33下06工作面為濟(jì)寧二號(hào)礦三采區(qū)底部邊界的一個(gè)工作面，33下06軌道順槽為該面最底部的一條順槽，最底標(biāo)高為-721m，該順槽呈“S”型布置，緊鄰孫氏店大斷層，巷道為矩形斷面，凈高2.8m，凈寬4.5m，錨網(wǎng)支護(hù)，設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度1900m。
 巷道于99年12月份開(kāi)始掘進(jìn)，掘進(jìn)過(guò)程中大部分巷道頂板破碎，巷道成形較差。2000年8月24日揭露落差7—8m的F91斷層，揭露時(shí)發(fā)生冒頂，冒頂高度達(dá)8m，長(zhǎng)度3—5m。由于頂板破碎，隨掘隨冒，在處理頂板時(shí)采用了工字鋼棚、金屬網(wǎng)、木背板支護(hù)，架棚區(qū)長(zhǎng)62m，斷層附近7m（冒頂高度6—8m），采取了打木垛接頂處理，29m冒高3—5m，其余26m頂板也較破碎。
 2000年9月27日5時(shí)40分，距掘進(jìn)面143m，29#—30#架棚肩窩處首先出現(xiàn)明火，采用注水方法撲滅明火后，對(duì)架棚段62m進(jìn)行噴漿并打鉆壓注凝膠。10月22日在16#—18#架棚處又復(fù)燃，火勢(shì)發(fā)展較快，直接滅火不能控制火勢(shì)，于10月23日采用水淹法將火區(qū)封閉（參見(jiàn)圖1示）。
 四、事故治理措施
 此次發(fā)火治理共分兩個(gè)階段
 第一階段：2000年9月27日—10月8日
 9月27日5：40發(fā)現(xiàn)明火后采取了以下措施
 （1）向明火周圍打鉆，插入水管，注水撲滅明火，到7：00明火基本撲滅。
 （2）噴漿堵漏。明火撲滅后，由掘進(jìn)隊(duì)運(yùn)噴漿機(jī)和噴漿料，于9月28日開(kāi)始噴漿，共噴漿處理長(zhǎng)度62m，個(gè)別地點(diǎn)，特別是巷道兩幫原空幫處，噴漿質(zhì)量未達(dá)到要求，仍留有部分空洞，給再次發(fā)火創(chuàng)造了條件。
 （3）打鉆壓注凝膠。此次用煤電鉆共打鉆96個(gè)，要求鉆孔打到巷道頂部，但實(shí)際操作時(shí)有部分鉆孔未打到頂板，且鉆孔間距較大，致使部分浮煤未被膠體覆蓋，此次共注膠體170m3。

第二階段：2000年10月22日—12月8日
由于第一階段火源處理不徹底，導(dǎo)致10月22日再次發(fā)火，再次發(fā)火后采取了以下處理措施：
（1）水淹法直接滅火。由于33下06軌順為實(shí)體煤獨(dú)頭巷道，且發(fā)火位置處在巷道最低點(diǎn)，有較好的水淹滅火條件，且再次發(fā)火來(lái)勢(shì)兇猛，難以控制，不得已采用了水淹法直接滅火，從10月23日9：00—11月1日6：00，共向火區(qū)灌水8500m3。

水淹前,救護(hù)隊(duì)將風(fēng)筒自火區(qū)外斷開(kāi)，提高火區(qū)的壓力，控制火煙的蔓延，接好管路后開(kāi)始灌水，并隨水面的上升，逐節(jié)回撤風(fēng)筒，直到預(yù)定位置。灌水將巷道中原壓風(fēng)管路和原排水管路改成進(jìn)水管，加大水量盡快封閉火區(qū)。
灌水原則：使水淹滅火區(qū)又保證綜掘機(jī)安全 (綜掘機(jī)迎頭-705m水平，火區(qū)高冒頂板-708m水平) 。
理論依據(jù): 氣態(tài)方程P1·V1/ T1=P2·V2 / T2
P1、P2-----水封氣室始終空氣壓力 Pa 實(shí)測(cè)P1=110.25Kpa
P2=P1+ρ水gΔh
Δh-----水柱兩端高差。 m
V1、V2-----水封氣室始終體積 m3
T1、T2-----水封氣室始終溫度 K （273+t）
因水淹后火區(qū)被淹沒(méi),氣室內(nèi)初、終溫度相差較小，按照等溫變化考慮，則方程可簡(jiǎn)化為：
P1·V1=P2·V2
經(jīng)地質(zhì)剖面圖測(cè)，水封時(shí)初始水位-721m水平，水封巷道體積：5385m3，高冒區(qū)體積：660m3。
初始水封氣室總體積：V1=5385+660m3=6045m3。
考慮不確定因素，保證綜掘機(jī)的安全，礦決定使里側(cè)水位達(dá)到-710m水平，根據(jù)圖測(cè)數(shù)據(jù)，利用氣態(tài)方程進(jìn)行反推，外側(cè)水位應(yīng)控制在-701m水平。
11月1日停止注水時(shí),外側(cè)水位至-701.9m。11月24日啟封火區(qū)，經(jīng)實(shí)測(cè)，里側(cè)水位線為-710.2m，兩側(cè)水位差8.3m（參見(jiàn)圖2）。
則由地質(zhì)圖測(cè)得:
里側(cè)最終氣室3370m3。
套用方程: P1·V1=110250×6045
=6.66×108
P2·V2 =(110250+1000×9.8×8.3)×3370
=191590×3370
=6.46×108
P1·V1 ≈P2·V2
相對(duì)誤差：(6.66-6.46)/6.46×100%=3%
經(jīng)驗(yàn)證,水淹火區(qū),氣室的變化基本是遵循氣態(tài)方程規(guī)律的,基本符合先前預(yù)計(jì),使用氣態(tài)方程來(lái)估算是正確可行的。
（2）火區(qū)啟封及注氮防滅火。到11月11日，火區(qū)封閉已達(dá)10天，明火已基本被水淹滅，礦決定開(kāi)始排水啟封火區(qū)，于11月20日排至最低點(diǎn)，并清理淤煤約100m3；能通過(guò)人員時(shí)，救護(hù)隊(duì)員進(jìn)入火區(qū)進(jìn)行探險(xiǎn)，經(jīng)探測(cè)火區(qū)已基本熄滅，但頂板溫度仍較高，達(dá)39℃；水淹后煤巖自然發(fā)火期會(huì)縮短，為防止死灰復(fù)燃，減緩煤的氧化速度，于11月22日3：00開(kāi)始向火區(qū)注N2，到11月24日6：00，共注N251小時(shí)，3.5×104m3，經(jīng)束管抽樣色譜分析，板閉內(nèi)O2濃度已降到3%以下。
11月24日，順槽內(nèi)運(yùn)輸系統(tǒng)也同時(shí)形成，防滅火設(shè)備及材料已準(zhǔn)備齊全，于早班7:30啟封板閉，恢復(fù)了通風(fēng)，隨后對(duì)火區(qū)重新打鉆進(jìn)行了注凝膠石膏處理。
（3）重新打鉆壓注凝膠。第二次發(fā)火治理共打鉆孔132個(gè)，鉆孔打到巖石頂板，壓注凝膠630m3，火區(qū)得到了有效治理。
（4）壓注石膏。石膏作為巷道高冒區(qū)的充填材料，壓注地點(diǎn)為F91斷層附近空頂較大的區(qū)域，打鉆孔5個(gè)，充填石膏41t，封填了空頂區(qū)，減少了注凝膠量，防止后期凝膠脫水造成新的空洞區(qū)。
五、發(fā)火原因
掘進(jìn)遇斷層時(shí)，采取的技術(shù)措施不當(dāng)。應(yīng)采用木垛接頂或采用不燃材料充填密實(shí)，但現(xiàn)場(chǎng)只是鋪金屬網(wǎng)、架棚支護(hù)（木垛未接頂）通過(guò)，致使頂煤落在棚梁上呈堆積狀態(tài)，為煤層自然發(fā)火提供了良好的條件。
由于對(duì)煤層自然發(fā)火認(rèn)識(shí)不足，尤其是對(duì)頂煤自燃認(rèn)識(shí)不足，未及時(shí)采取有效的防火措施（如注凝膠等），使得煤層迅速自燃，發(fā)火期為34天；同時(shí)，也未采取任何早期預(yù)報(bào)措施，以至明火時(shí)方才發(fā)現(xiàn)。
9月27日發(fā)火后，雖然進(jìn)行了噴漿、注凝膠措施，但由于注凝膠鉆孔布置及終孔位置不當(dāng)（鉆孔過(guò)稀、多數(shù)鉆孔過(guò)短），棚梁頂上松散煤體未能得到有效處理，煤層自燃條件仍舊存在。
對(duì)發(fā)火隱患區(qū)的早期預(yù)報(bào)措施采取不當(dāng)，對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)分析不夠，特別是對(duì)10月20日、21日兩天的CO氣體濃度的明顯升高未引起足夠重視，未采取有效措施及時(shí)處理。
10月22日復(fù)燃后，由于CO濃度過(guò)高，通風(fēng)人員無(wú)法進(jìn)入，而救護(hù)人員不熟悉現(xiàn)場(chǎng)情況，延緩了直接滅火時(shí)機(jī)，火區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，最后不得不采用水淹滅火區(qū)法將火區(qū)封閉。
六、經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)
安全第一的思想不牢固，未把安全與生產(chǎn)的關(guān)系擺正，存在著重生產(chǎn)、輕安全的現(xiàn)象。由于接續(xù)緊張，8月24日掘進(jìn)遇斷層時(shí)，未采取有效的措施，而是繼續(xù)掘進(jìn)。
未把“一通三防”工作當(dāng)作一個(gè)重要工序來(lái)抓。巷道出現(xiàn)冒頂后，未給防火措施的實(shí)施留下時(shí)間，而是計(jì)劃等到貫通后再治理。
對(duì)巷道頂煤自燃認(rèn)識(shí)不足，未及時(shí)采取預(yù)防頂煤自燃的措施。冒頂后，既未采取治理措施，又未采取煤層自燃的早期預(yù)報(bào)措施（實(shí)驗(yàn)條件下的最短發(fā)火期：起始溫度25℃，34天；26.1℃，32天； 28℃，29天。實(shí)際最短發(fā)火期為33天）。很顯然，在最短發(fā)火期內(nèi)，是不可能貫通的。
未能根據(jù)巷道頂煤自燃的特點(diǎn)，采取有效的針對(duì)性的措施。9月27日發(fā)火后，雖然采取了噴漿、注凝膠措施，但由于注凝膠鉆孔布置及終孔位置不當(dāng)（鉆孔過(guò)稀、多數(shù)鉆孔過(guò)短），棚梁頂上松散煤體未能得到有效處理；對(duì)發(fā)火隱患區(qū)的早期預(yù)報(bào)措施采取不當(dāng)，監(jiān)測(cè)孔位置不當(dāng)和深度不夠，也未采用束管監(jiān)測(cè)，對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)分析不夠，導(dǎo)致了10月22日復(fù)燃。
掘進(jìn)巷道必須具備良好的運(yùn)輸及排水條件。本次事故的處理過(guò)程中，所用的滅火設(shè)備和材料基本靠人力搬運(yùn)，材料供應(yīng)不及時(shí)，延誤了滅火時(shí)機(jī)；10月22日后，鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)形成，材料供應(yīng)及時(shí)，滅火較快。
礦山救護(hù)人員應(yīng)全面培訓(xùn)，熟練掌握相關(guān)技能（鉆具、注凝膠設(shè)備工藝、電工）。
在處理掘進(jìn)冒頂時(shí)，在棚梁上鋪金屬網(wǎng)，可預(yù)防頂煤自然發(fā)火時(shí)冒頂，這是該次事故的正面經(jīng)驗(yàn)。
水淹法、注氮的正確運(yùn)用，對(duì)消除明火、抑制復(fù)燃起到了十分重要的作用，既減少了封閉時(shí)間，又為啟封后的治理贏得了時(shí)間。水淹法在今后的運(yùn)用中應(yīng)特別注意消除火區(qū)（高冒）處的氣室。
這次事故，同時(shí)也暴露了我們的巷道布置方式、高冒區(qū)的處理技術(shù)，還存在缺陷，在以后的研究中逐步加以解決。