興隆莊礦4322面停采線自然發(fā)火事故案例分析
一、發(fā)火時(shí)間:2000年12月12日 14:30
二、發(fā)火地點(diǎn):4322面停采撤架期間上端頭
三、火區(qū)概況
4322綜放面1999年11月開(kāi)始回采至2000年10月底采至設(shè)計(jì)停采線。為減少斷層損失煤量,依據(jù)4303綜放面過(guò)8m斷層的成功經(jīng)驗(yàn),礦研究將停采線向外延長(zhǎng)70m,推過(guò)王樓一號(hào)斷層(該斷層落差5m)。
在過(guò)斷層過(guò)程中和過(guò)聯(lián)絡(luò)巷(4322-2#聯(lián)絡(luò)巷和4324-2#聯(lián)絡(luò)巷)時(shí)頂板難以控制,冒頂頻繁,工作面壓力大、頂板破碎,普遍丟失頂煤,丟煤厚度最厚達(dá)5.9m。工作面沒(méi)提起刀來(lái),造成割底板進(jìn)入全巖,導(dǎo)致工作面推進(jìn)速度慢,特別從10月11日到11月20日41天只推進(jìn)了29.6m, 4322面被迫于11月20日在4322二號(hào)聯(lián)巷上停采。
12月12日13點(diǎn)10分支架后煤層自然發(fā)火,并快速發(fā)展,煙霧迅速蔓延,采取調(diào)壓措施仍不能將煙霧逼退,直接滅火無(wú)法進(jìn)行,13日2點(diǎn)決定封閉處理。
四、事故經(jīng)過(guò)及處理措施
(一)事故經(jīng)過(guò)
11月6日發(fā)現(xiàn)6#支架(支架編號(hào)自下而上)頂板有微量一氧化碳,7日在同一位置的一氧化碳上升到30ppm。11月11日在l#支架后部頂板查出一氧化碳218ppm,之后在工作面下部架間窩,頂板都能查出一氧化碳,這段時(shí)間通風(fēng)隊(duì)在回風(fēng)隅角向l#架后部頂板打鉆注水。11月20日工作面停采,到11月23日整個(gè)工作面支架前梁頂板、架間鉆孔內(nèi)都能查出一氧化碳,并發(fā)現(xiàn)64#,69#、106#支架破碎頂板有少量霧氣。發(fā)現(xiàn)一氧化碳后通風(fēng)隊(duì)員立即全力以赴采取用煤電鉆打眼插管、注阻化劑、注水、注黃泥漿等措施進(jìn)行治理,特別針對(duì)出霧氣的地點(diǎn)打鉆注阻化泥漿,11月25日后情況有所好轉(zhuǎn),26日40#、44#支架頂板又出現(xiàn)少量霧氣,11月29日開(kāi)始向4322上順槽沿空側(cè)以及4320停采線壓注黃泥漿。11月29日105#支架頂板氣樣分析一氧化碳高達(dá)1312ppm,并首次分析出乙烯(C2H4),11月30日夜班同一地點(diǎn)有煤焦油味,通風(fēng)人員又在105#架頂和其它地點(diǎn)注漿,井在2#軌道下山向4322面上隅角打鉆注漿。根據(jù)以往在撤面時(shí)支架間以及頂板出現(xiàn)一氧化碳時(shí)采取插管注水的治理經(jīng)驗(yàn),即在工作面架間采用煤電鉆打孔注水處理,共計(jì)施工300多個(gè)孔。注水后一氧化碳有所下降,12月1日到5日工作面架間鉆孔一氧化碳趨于穩(wěn)定,隨開(kāi)始邊處理邊撤架子工作。12月6日到7日氣樣分析部分鉆孔中的一氧化碳濃度在逐步升高,12月8日105#支架鉆孔中一氧化碳濃度猛升到6201ppm。12月9日工作面下部跨落比較嚴(yán)實(shí),工作面風(fēng)量降到229m3/min,由于升壓的作用工作面上部鉆孔中一氧化碳濃度又迅速下降,但是下順槽外工作面一氧化碳絕對(duì)涌出量從12月10日開(kāi)始迅速升高。12月11日13時(shí)西風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)停風(fēng)15分鐘后發(fā)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)隅角和43#、44#架后有微量青煙,注漿處理人員認(rèn)為是霧氣,隨進(jìn)行注漿注水處理后霧氣消失,同時(shí)44#架后局部出現(xiàn)58℃的高溫,經(jīng)向44#、43#架后插管注水高溫點(diǎn)消失,但有關(guān)人員沒(méi)有認(rèn)識(shí)到問(wèn)題嚴(yán)重性。12月12日11時(shí)左右現(xiàn)場(chǎng)注漿注水人員在109#架和進(jìn)風(fēng)隅角后部發(fā)現(xiàn)煙霧,現(xiàn)場(chǎng)人員又采取注水注漿處理,通風(fēng)隊(duì)值班人員沒(méi)有及時(shí)匯報(bào)礦領(lǐng)導(dǎo)。
13點(diǎn)10分觀察人員進(jìn)入工作面,發(fā)現(xiàn)煙霧往外擴(kuò)散到工作面上口,當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員就立即采用水沖直接滅火,但未找到火點(diǎn),煙霧逐漸擴(kuò)大。反風(fēng)結(jié)束到恢復(fù)通風(fēng)后約7分鐘時(shí)間,煙霧進(jìn)一步擴(kuò)大,恢復(fù)正常通風(fēng)后,煙霧擴(kuò)至工作而上出口以外約20m處,現(xiàn)場(chǎng)人員用水沖散煙霧,并開(kāi)啟工作面上順風(fēng)機(jī),人員己能到達(dá)工作面上口,準(zhǔn)備進(jìn)一步處理。但此時(shí)煙霧大,氣溫高,人員被迫撤出,己無(wú)法進(jìn)行處理,14:20匯報(bào)礦調(diào)度室。調(diào)度室值班人員立即通知礦黨政領(lǐng)導(dǎo)并向集團(tuán)公司通風(fēng)處做了匯報(bào),16:40集團(tuán)公司通風(fēng)副總崔洪義等領(lǐng)導(dǎo)到礦,立即與興隆莊礦研究治理措施。由崔洪義在調(diào)度室統(tǒng)一指揮,現(xiàn)場(chǎng)采取建立調(diào)壓氣室升壓后仍不見(jiàn)效,工作面回風(fēng)流中的一氧化碳濃度迅速上升。為了防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大,13日2時(shí)由總指揮決定采取封閉火區(qū)措施,上順第一道密閉墻距工作面出口約60m,第二道閉在三叉門(mén)以里約5m處;下順第一道閉墻距工作面出口約30m,第二道閉在三叉門(mén)以里。13日中班完成火區(qū)封閉,上、下兩頭風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。接著對(duì)各道閉墻進(jìn)行了噴漿堵漏。
(二)高溫火點(diǎn)治理措施
1、成立滅火辦公室
在集團(tuán)公司的統(tǒng)一指揮下,成立了防滅火辦公室,辦公室設(shè)在礦二樓會(huì)議室,統(tǒng)一負(fù)責(zé)滅火期間的人、財(cái)、物調(diào)動(dòng),信息的收集發(fā)布及措施的制定與實(shí)施工作。
2、制定并實(shí)施了綜合的滅火措施
①設(shè)檢測(cè)點(diǎn)并封堵漏風(fēng)通道
為了隨時(shí)掌握火區(qū)氣體變化情況,重點(diǎn)設(shè)了5個(gè)檢測(cè)點(diǎn):4322停采線下頭、4324二號(hào)聯(lián)絡(luò)巷、4322停采線上頭、4322二號(hào)聯(lián)、四采下部運(yùn)煤巷,同一測(cè)點(diǎn)使用同型號(hào)的儀器并固定人員檢測(cè)。對(duì)與4322采空區(qū)相通的聯(lián)絡(luò)巷、溜煤眼、各種鉆孔進(jìn)行詳細(xì)的檢查,,對(duì)上述漏風(fēng)或可能漏風(fēng)的地點(diǎn)重新進(jìn)行封堵,防止有害氣體泄漏。
②注氮控制火勢(shì)發(fā)展
12月13日從濟(jì)寧三號(hào)礦調(diào)用了一套SM5110型井下移動(dòng)式注氮設(shè)備,在2#軌道下山向4322上頭外15m的上順槽中施工了兩個(gè)注氮孔,15日夜班開(kāi)始注氮,27日反映火區(qū)氣體變化的3個(gè)測(cè)點(diǎn)的一氧化碳濃度趨近于零,氧氣濃度在1%~2%之間。整個(gè)滅火期間注氮562小時(shí),截止到2001年1月9日累計(jì)注氮186387m3。
③使用“測(cè)氡法”判斷高溫火點(diǎn)位置
聘請(qǐng)?zhí)W(xué)院的教授在地面用儀器測(cè)量氡氣的異常分布,來(lái)判斷高溫火點(diǎn)的位置。提出了4個(gè)自燃隱患區(qū),即A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū),其中B區(qū)是最大的懷疑區(qū)(參見(jiàn)圖2)。
④針對(duì)懷疑區(qū)打鉆探滅火
從12月13日開(kāi)始通風(fēng)隊(duì)就積極施工探滅火鉆孔,在二號(hào)軌道下山累計(jì)施工鉆孔15個(gè),其中打向B區(qū)2個(gè);二號(hào)皮帶下山累計(jì)施工鉆孔21個(gè),其中打向A區(qū)2個(gè)、B區(qū)2個(gè)、C區(qū)2個(gè)、D區(qū)5個(gè);在消火道施工鉆孔71個(gè)
⑤施工消火道
12月14日下午提出三個(gè)施工消火道的方案:a、4322號(hào)聯(lián)排放瓦斯,抽沙袋垛,施工的總工程量44.6m,其中巖巷19.6m;b、在二號(hào)軌道下山重新開(kāi)門(mén)口,按45°施工巖巷27m;c、4322上順槽門(mén)口密閉排放瓦斯,然后在第一道密閉外下幫施工60m煤巷;從時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上考慮采用了第一方案。2月19日大班4322二號(hào)聯(lián)排放瓦斯,沒(méi)有出現(xiàn)異常情況,20日開(kāi)始施工消火道,施工期間考慮B區(qū)是重點(diǎn)懷疑區(qū),故消火道延長(zhǎng)20m,12月30日消火道竣工,總長(zhǎng)度60.1m(如圖1示)。
⑥對(duì)施工出的鉆孔注泥漿和壓注凝膠
考慮到工作面采空區(qū)丟煤以及支架頂煤都已經(jīng)達(dá)到發(fā)火期,因此需對(duì)整個(gè)工作面進(jìn)行防滅火處理,重點(diǎn)在工作面上部。
為了使4322二號(hào)聯(lián)上門(mén)口能與火區(qū)隔離,12月17日夜班向4322二號(hào)聯(lián)上變坡點(diǎn)施工的兩個(gè)鉆孔壓注凝膠90m3。
12月24日在二號(hào)軌道下山向4322停采線上頭和B區(qū)鉆孔注凝膠145 m3。從12月25日開(kāi)始在二號(hào)軌道下山和二號(hào)皮帶下山向打到A區(qū)、B區(qū),C區(qū)、D區(qū)和其它他架后鉆孔循環(huán)壓注黃泥漿,截止到2001年1月10日累積壓注泥漿2900m3。
2001年1月5日消火道施工出的鉆孔開(kāi)始?jí)鹤⒛z,截止到1月10日累計(jì)壓注凝膠2100m3。
(三)火區(qū)啟封
2001年1月12日中班,4322面上頭開(kāi)始按計(jì)劃排放瓦斯,局部通風(fēng)機(jī)正常通風(fēng)后工作面溫度和氣體沒(méi)有出現(xiàn)異常情況,從工作面上的情況來(lái)看高溫火點(diǎn)在面上頭往下20m的范圍。第二天上午4322面下頭也按計(jì)劃排放瓦斯,經(jīng)測(cè)量下順槽回風(fēng)量約60 m3,溫度氣體沒(méi)有異常情況。13日11時(shí)通風(fēng)人員發(fā)現(xiàn)14?!?9#(此時(shí),為了工作方便,將工作面支架編號(hào)改為自上而下)間窩以及頂板溫度達(dá)到34°~39°,上順槽和下順槽回風(fēng)流一氧化碳10ppm,13日20時(shí)16#—17#架間一氧化碳40ppm,當(dāng)時(shí)認(rèn)為這是高溫火點(diǎn)的余熱,并準(zhǔn)備在14日大班從消火道向該區(qū)域壓注凝膠。14日8時(shí)下順槽回風(fēng)流一氧化碳是24ppm,上順槽一氧化碳15ppm,9時(shí)發(fā)現(xiàn)工作面上部1#—3#架間風(fēng)流一氧化碳達(dá)到5Oppm,16#—17#架間鉆孔中一氧化碳高達(dá)6000ppm。7時(shí)50分壓注凝膠開(kāi)始,但是工作面漏膠嚴(yán)重,隨后采用增大化肥添加量防止漏膠的措施。10時(shí)45分工作面一氧化碳迅速升高,上順槽回風(fēng)流一氧化碳高達(dá)100ppm,通知滅火辦和消火道對(duì)10#一20#支架壓注凝膠,甚至不加化肥注凝膠,但是10#和24#架間沒(méi)有凝膠和淋水,己有鉆孔對(duì)目前高溫點(diǎn)不起作用,分析認(rèn)為這是由于凝膠遇高溫能迅速凝結(jié),在10#和24#架間已經(jīng)形成凝膠“鍋蓋”,即使注水也很難滲漏,故必須重新設(shè)計(jì)和施工鉆孔。12時(shí)20分16#—20#架間開(kāi)始冒煙,13時(shí)50分16#—17#后尾梁見(jiàn)明火。由于準(zhǔn)備工作不到位,在被動(dòng)中實(shí)施直接滅火,同時(shí)由于下順槽回風(fēng)量小,煙霧和有毒有害氣體主要從上順槽回出,更增加了直接滅火的難度。21時(shí)25分人員撤出,并關(guān)閉上順槽外側(cè)的風(fēng)門(mén)。15日夜班重點(diǎn)利用消火道鉆孔壓注凝膠,到中班累計(jì)注凝膠1100 m3,但是,工作面上火勢(shì)沒(méi)有減小趨勢(shì),15日12時(shí)40分決定救護(hù)隊(duì)再封閉下頭,同時(shí)把上頭風(fēng)門(mén)堵嚴(yán)。15時(shí)2#皮帶下山開(kāi)始向16#、17#架附近施工鉆孔。17時(shí)B系列鉆孔開(kāi)始注水,16日夜班又開(kāi)始注氮,到啟封前累計(jì)注氮17720m3。16日中班2#皮帶下山施工的17#鉆孔回水溫度最高達(dá)到36℃,說(shuō)明注水已經(jīng)產(chǎn)生效果。18日早班根據(jù)17日的探險(xiǎn)情況又重點(diǎn)對(duì)B系列鉆孔壓注凝膠200m3。18日10時(shí)由救護(hù)隊(duì)進(jìn)入工作面?zhèn)刹闆](méi)有發(fā)現(xiàn)異常情況,已經(jīng)具備啟封撤面的條件,現(xiàn)場(chǎng)總指揮決定立即恢復(fù)撤面準(zhǔn)備和防滅火保障工作。
(四)工作面短鉆孔密集注凝膠
為了保證工作面安全撤除,建立了工作面煤層自然發(fā)火快速處理系統(tǒng),即:在工作面布置了漿、水管各一路,通過(guò)鉆孔與消火道的管路、注膠設(shè)備相連接,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,對(duì)注膠效果不好的架間及防火重點(diǎn)區(qū)域都補(bǔ)打鉆孔,利用該系統(tǒng)可隨時(shí)對(duì)工作面支架間實(shí)施快速大流量注凝膠或水(參見(jiàn)圖3)。在架間用電煤鉆施工鉆孔80個(gè),短鉆孔長(zhǎng)度一般在3~7m,全部下1寸套管,最前一節(jié)下帶尖花管。2001年1月20日發(fā)現(xiàn)工作面以及上順槽回風(fēng)流一氧化碳一段時(shí)間忽高忽低,經(jīng)檢查40#架以下部分架間鉆孔有一氧化碳,鉆孔中一氧化碳濃度最高達(dá)400PPm,工作面風(fēng)流中一氧化碳最高達(dá)50PPm,45#、46#架前頂板有熱氣。21日利用消火道鉆孔和工作面鉆孔同時(shí)壓注凝膠200m3,工作面鉆孔及風(fēng)流中一氧化碳消失。
五、工作面撤除
2001年1月22日為撤架造條件,24日開(kāi)始撤架,期間工作面氣體溫度基本正常,只是在26日21時(shí)55分發(fā)現(xiàn)65#架后出現(xiàn)0.2~0.3m3明火,用水很快澆滅,沒(méi)有影響以后的撤架工作。到2月7日早班,工作面支架全部撤出,2月8日停采線上下頭密閉施工完成永久封閉。
六、事故原因分析
生產(chǎn)過(guò)程中,工作面過(guò)斷層沒(méi)有按過(guò)斷層的措施施工,使工作面推入底板巖石中,導(dǎo)致推進(jìn)速度慢,41天推進(jìn)29m超過(guò)最短發(fā)火期,頻繁冒頂,留下大量頂煤、浮煤的情況下(最厚達(dá)5.9m),給發(fā)火創(chuàng)造了條件。
對(duì)興隆莊礦的煤層自燃特性了解不清,煤層自燃的早期指標(biāo)氣體等分析不夠。(在實(shí)驗(yàn)條件下:興隆莊煤樣起始溫度為33℃時(shí),最短發(fā)火期為30天;起始溫度為28.7℃時(shí),最短發(fā)火期為34天;起始溫度為20℃時(shí),最短發(fā)火期為46天;出現(xiàn)C2H4時(shí)的煤溫91℃。如11月29日105#支架頂板氣樣分析一氧化碳高達(dá)1312ppm, C2H4濃度為4.32ppm,這時(shí)的煤溫為91℃以上,距出現(xiàn)煙霧只有10天左右的時(shí)間。)
防火措施不當(dāng)。高達(dá)數(shù)米的松散煤體堆積在支架后,為自然發(fā)火提供了良好的條件,所采用的注水、注漿等措施不能有效地包裹煤體,因此,雖然興隆莊礦做了大量的工作,效果不明顯。
發(fā)現(xiàn)自燃隱患后,一直未向集團(tuán)公司匯報(bào),直到濃煙滾滾,無(wú)法控制時(shí)才向集團(tuán)公司匯報(bào),延誤了時(shí)機(jī)。
技術(shù)、裝備儲(chǔ)備不夠。如:利用地面灌漿系統(tǒng)灌注凝膠、膠體泥漿,一直未掌握,而這種技術(shù)正是處理此類問(wèn)題的有效手段。
七、經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)
特殊工序的管理應(yīng)加強(qiáng)。如:在工作面過(guò)斷層時(shí)管理不到位,導(dǎo)致沒(méi)有按設(shè)計(jì)和措施施工,未提起刀,使工作面推入到底板中,推進(jìn)速度慢,丟了大量頂煤。
防滅火設(shè)備不足,應(yīng)盡早完善。如束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、制氮機(jī)。
“一通三防”安全體系未能起到作用。從對(duì)工作面過(guò)斷層的管理,到對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和所采取的治理措施不當(dāng),甚至在有明顯的自燃征兆情況下,還進(jìn)行反風(fēng)演習(xí),這暴露了我們的這一安全體系未能起到作用。
技術(shù)培訓(xùn)與追蹤新技術(shù)應(yīng)孜孜不倦,不斷地提高整體素質(zhì)與手段。
整個(gè)滅火方案是正確的,滅火的組織工作是有效的,特別是滅火道施工后的現(xiàn)場(chǎng)組織效率較高,興隆莊礦的廣大干部和職工能吃苦耐勞,表現(xiàn)了較高的素質(zhì)。
測(cè)氡為火源點(diǎn)的判斷提供了較科學(xué)的依據(jù)。注氮的正確實(shí)施為火區(qū)的盡快熄滅和啟封起到了重要作用。
通過(guò)本次滅火,鍛煉了通風(fēng)隊(duì)伍,提高了通風(fēng)人員素質(zhì),掌握了新的防滅火技術(shù)。
在本次事故的處理過(guò)程中,也暴露了我們?cè)诳焖贉缁鹧b備上還存在不足,特別是鉆具。這一點(diǎn),在以后的科研工作中,應(yīng)逐步加以解決。