深井综放工作面初采异常发火及其分析

　　6月6日18时，星村煤矿3310综放工作面准备开启采煤机进行采煤时，在转载机处的工作人员闻到煤焦油气味，随后发现溜头端头架架后上方有黄烟，立即联系安监员和瓦检员，并汇报调度室，调度室于18:15分向相关矿领导进行汇报和应急处置。18点30分左右，瓦检员现场测量一氧化碳浓度700ppm，回风流一氧化碳传感器超过量程（500ppm）。针对这种突发情况，即刻成立了以矿长为组长的临时救灾指挥部，命令有关人员撤出气体超限区域，同时安排相关应急处置准备。20点，通防区长和通防副总两个人先后到达现场后，发现溜尾66号架后尾梁上方冒出浓烟并从轨顺及架后返回，整个工作面烟雾中一氧化碳浓度超过2000ppm,人员无法靠近工作面溜头进行探察。迫于当时情况紧急，20点02分，救灾指挥部即刻启动应急预案，下令组织停电撤人、并立即快速封闭工作面。封闭后通过轨顺注浆管及高压胶管向工作面压注氮气抑制煤炭发火。

　　1 工作面概况

　　星村矿3310工作面位于三采区东翼，工作面东北方为已回采完毕的3308工作面，西北方为三采区三条上山，即三采区轨道上山、三采区回风上山、三采区运输上山，工作面西南侧为F14-3断层。3310工作面标高-1080～-1125m，工作面走向长616.5m（平距）；倾向长度为95.9m（平距）；煤层厚度7.5m；煤尘爆炸指数为37.95%，具有强爆炸性；3煤层鉴定为自燃煤层，在起始温度为26℃时实验最短自然发火期为65天。通风系统示意图见上图。

　　该工作面于2015年4月9日开始施工轨道顺槽，2015年10月14日转入切眼施工，2015年7月10日开始施工运输顺槽，运输顺槽与切眼于2016年4月5日早班贯通，5月16日工作面安装完成后通过矿验收，随及进行了防灭火预处理，5月22日正式生产。工作面回采前，按计划完成了所有防冲卸压工程。其中：

　　1工作面切眼非回采帮顶板预裂爆破工程，爆破孔参数为：Ф42mm钻孔，孔间距3.2m，孔深13m，爆破孔距非回采帮0.5-1m，爆破孔角度垂直顶板与煤层掘进方向成65°-75°。

　　2工作面切眼回采帮顶板预裂爆破工程，爆破钻孔参数为：Ф42mm，开孔于3号支架前，间距3.2m，孔深13m，共计施工钻孔37个，切眼顶板预裂爆破装药8卷，炸药规格Ф27mm，长度400mm， 300g/卷，单孔装药量2.4kg。

　　3运输顺槽顶板预裂爆破工程，钻孔自切眼回采帮0m位置开孔，孔间距3.2m，孔深13m，爆破孔布置在巷道顶板，从切眼向回采方向0.5-1m施工，运顺顶板预裂爆破装药8卷，炸药规格Ф27mm，长度400mm，重量300g/卷，封孔深度均不小于4m。

　　4帮部卸压钻孔。掘进期间施工的卸压大孔，间距1.6m,孔深20米，钻孔直径150mm,回采前在原两孔之间再加入一个同样的钻孔；

　　5帮部卸压爆破孔：掘进期间每7.5m施工一个，孔径42mm.孔深15m,装药量10卷，3KG，封孔长度大于5m；回采前每3.2米再增加一个同样规格的爆破孔。两顺及切眼防冲卸压见图二。

　　截止6月6日早班，工作面溜头推进39.7m、溜尾推进37.8m，此段工作面平均煤厚6.62m

　　工作面从开始回采至6月6日早班，共推进39米，期间束管气体分析结果显示，采空区内所有监测点的一氧化碳浓度在50ppm以下，回风流一氧化碳浓度在8ppm以下。无论是推采速度还是环境气体情况均好于以往初采工作面。气体情况见图三

　　3 工作面处理过程

　　6月7日早班，矿组织召开专门会议，根据此次异常事件突然、无任何征兆、蔓延速度快等特点，分析认为工作面可能存在低燃点可燃物，但着火面积不大。为此制定了防灭火方案，采取了对封闭区实施大流量注氮气首先抑制火势的处理措施，同时为便于采取其它防灭火手段，积极做好缩小封闭范围、实施直接灭火措施的准备。于是在3310运煤巷安设一台局部风机，并定于6月11日早班启封轨道顺槽防火墙处密闭，将密闭尽量向切眼方向挪移，实现近距离灭火的目的。

　　6月11日早班，矿按计划启封轨道顺槽防火门密闭，救护队员佩戴正压氧呼吸器延接风筒恢复通风。17时30分恢复通风至距工作面煤壁200m位置时，现场气体出现上下明显分层，高浓度一氧化碳和烟雾浓度持续不下降，烟雾继续往外扩散现象，为确保人员安全，决定在距离工作面煤壁约300m位置施工板闭并进行喷涂密封材料LFM堵漏处理。

　　6月12日早班，根据启封过程中遇到的实际情况，分析并制定了下一步防灭火方案和措施。即采取了利用注浆管向工作面大流量注阻化泡沫和氮气的处理措施。在实施这项措施过程中，通过气体监测发现，工作面内一氧化碳、乙烯浓度大幅降低，快速向好的方向发展。为尽快消除着火隐患、缩小封闭范围、实施近距离灭火，定于6月20日早班第二次启封轨道顺槽密闭。

　　截止到6月19日中班，累计向3310综放工作面采空区注入阻化泡沬5500Kg ,注入氮气140000m3，3310工作面气体监测情况见图四、图五。

　　6月20日早班按计划第二次启封轨顺密闭。本次启封过程中，工作面未发现高温异常现象。17时30分，确认工作面无再次发火危险后，启封运输顺槽防火门处密闭形成全风压通风，风量调整到457m3/min。排除工作面残存的一氧化碳气体后，通防专业人员带领作业人员对工作面溜尾至溜头架间及架后进行了全面检查，未发现温度、气体异常现象。随后公司专业领导再次到达现场，对工作面进行了全面监测查看，用红外测温仪测量整个工作面，普遍温度33℃，最高温度34℃,回风隅角最高一氧化碳浓度仅有20ppm。各项环境参数指标与工作面正常生产期间基本相同。随后，星村矿安排综采工区中班人员排除工作面运输顺槽积水，靠溜尾施工防火隔离墙、检修设备等工作；通防人员通过一路注浆管向采空区大流量注阻化泡沫，为恢复生产做准备。

　　在确认工作面各项指标正常后，于6月21日早班恢复生产，恢复生产后工作面各项气体检测未见异常，工作面火灾险情消失。

　　4 发火原因分析

　　4.1此次发火特点及与以往自燃发火区别：

　　1）事发突然，蔓延迅速

　　工作面回采后一切正常，但6月6日18时从发现有黄烟，至18点30分左右，瓦检员颜强现场测量一氧化碳浓度仅半个小时就已达700ppm，到20时，工作面溜尾66号架后尾梁上方就冒出浓烟弥漫整个工作面，工作面内一氧化碳气体浓度一度升至2000ppm以上，使现场人员无法靠近察看现场，最终导致封面。从发现烟雾到决定封面仅2个小时时间，这在以往是从未有过的。

　　2）启封后未发现自燃迹象

　　工作面封闭后，由于工作面近水平俯采，如采用常规注浆灭火，不仅会导致大量泥浆涌入运输顺槽流失，起不到灭火效果，还将导致大量机电设备被淹，因此，实施灭火能够采取的措施只有注氮和注阻化泡沬。但这些措施只能抑制火势、阻断氧气供给，却不能降温和灭火。在实施以上两种灭火措施、注氮140000m3,阻化泡沬5500Kg后，为了探察工作面火情及调整进一步灭火措施，6月20日对工作面进行了再次启封，但到现场察看时，却找不到任何着火的痕迹，工作面温度正常，各项气体正常。

　　3）先发现烟雾，后监测到一氧化碳气体

　　6月6日16时40分，瓦检员巡回检查工作面时，回风隅角CO气体为15ppm,回风流为5ppm，一切正常。6日18时，综采工区带班队长吕雷在对运输皮带跑偏进行处理后，再次准备开机割煤时，站在溜头过桥上方闻到煤焦油气味，发现溜头端头架架后上方有黄烟，随后才有大量一氧化碳气体涌出，导致封闭工作面。这一现象不符合煤层自然发火的发展过程和基本规律。

　　4.2、直接原因分析

　　由于综放工作面煤层自然发火是一个缓慢氧化升温的过程，通常要经过一氧化碳浓度逐渐升高，急剧增加直至出现烟雾的过程，一般情况下从出现一氧化碳到超限，至少需要一周到一旬左右时间，而一氧化碳超限到煤炭自燃出现烟雾需要更长时间。而6月6日3310工作面的火灾发展迅猛，从发现黄烟后一氧化碳浓度在短时间快速上升，到大量烟雾弥漫整个工作面，只有不到2个小时的时间，无论是煤的自燃，还是木垛料参与的燃烧，都不具有这种特征。在工作面封闭后只采取注氮和阻化泡沬灭火措施的条件下，6月20日启封以后未找到高温源、也未发生复燃现象，据此可基本确定此次事故不是煤炭的自然发火事故。从当时事发突然，高浓度一氧化碳气体和黄烟快速充满工作面现象分析，认为这是一起非常规燃料燃烧的事件。通过对工作面所有可燃物分析，只有火药具备这个特点，因此初步分析，这是一起防冲爆破残药自燃引发的意外事故。

　　上述分析结果可从以下情况中得到验证：

　　4.2.1 6月21日工作面正常生产后，于7月5日，从1号架架顶漏煤处出现微烟、束管分析检测出高浓度一氧化碳、乙烯气体，说明工作面前方煤壁区域，由于提前实施大量的爆破卸压措施，煤体内积聚大量热量、已超前氧化升温。由此可以推断，在运输顺槽其它区域也存在类似的现象。

　　由于落实防冲措施，此区域断顶爆破及煤体爆破较集中，爆破过程中有可能出现熄爆或拒爆而留下残药，在爆破积热及煤体自热升温过程中出现自燃。据调查，在以往掘进和回采工作面割煤过程中也多次发现未完全起爆的残留炸药。

　　4.2.2 为检验以上分析的可靠性，7月17日早班，在工业广场注浆站对单纯煤粉、和煤粉与炸药混合物进行加温试验，通过红外线测温仪监测试验过程中的样品温度，以观察两种样品的变化。

　　当加热温度为69℃时，煤粉和炸药混合物开始出现白烟，而单纯煤粉没有变化；

　　继续加热，煤粉和炸药混合物继而产生微黄色浓白烟。

　　当加热温度到79℃时，炸药和煤粉混合物爆燃，并快速烧尽，冒出大量黄烟，而单纯煤粉样却无任何反应；

　　当加热温度达200℃时，单纯煤粉样才开始冒烟，出现燃烧现象。

　　以上实验现象证明，当残留火药混入破碎煤炭后，在70 ℃左右就能引起燃烧，而且释放大量烟雾和一氧化碳气体，与6月6日事故现场情况基本一致。

　　更重要的是，炸药燃烧时，有氮氧化物气体的产生。

　　综合分析后认为卸压爆破热量积聚、煤层氧化升温导致残留炸药爆燃是此次发的原因。

　　5 防范措施

　　1、进一步优化煤体卸压爆破钻孔布置角度和层位，防止卸压爆破残药遗留在顶煤煤体中。

　　2、使用好超前支架，分析研究超前支架的性能，在挪移过程中降低对顺槽顶板煤体的破坏。

　　3、在两顺槽实施顶板预裂爆破等煤体爆破区域加强防灭火处理、监测与分析。两顺槽顶煤在进入采空区前必须进行防火降温处理。

　　4、增设束管采样点，完善气体检测设备，确保能够准确分析异常气体中如：氮氧化物、硫化氢等成分，以便对自燃隐患的性质做出正确的分析和判断。