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摘 要： 主要通过对内蒙古阿刀亥煤矿综采放顶煤工作面采空区自燃发火的治理研究，得出高瓦斯矿井出现火灾事故被迫全矿井封闭后，如何采取安全有效的灭火措施，治理采空区火灾事故提供参考。
关键词： 高瓦斯矿井；综采放顶煤；采空区；自燃发火
一、概述
阿刀亥煤矿为年产90万吨矿井，主采煤层厚度10-70m，平均22.58m，煤层倾角78-84°，急倾斜煤层，高瓦斯矿井，煤尘有爆炸性，煤层自然倾向性为Ⅱ类。采煤方法为急倾斜特厚煤层水平分层综采放顶煤采煤法。水平分层厚度16m，采高2.2m，放顶煤13.8m。由于地面煤层露头广泛出露，浅部煤层受多年地面小窑开采及露头火区影响，火区的存在严重威胁下部煤层的开采。
阿刀亥煤矿东部采区布置有1177、1193综采工作面，东翼1155综采工作面于2013年8月回采，2014年12月10日停采，停采线距外口67m，2015年1月6日停采封闭。工作面停采回撤后南北巷各修筑两道500mm厚防火墙，留设注氮管孔，砖墙间距800mm，预留充填罗克休。
二、自燃发火隐患确定
2015年10月31日矿井总回风CO传感器报警，后派人查看发现1155采空区北巷外口密闭及回风侧木板挡风墙倒塌，北巷密闭口以里约30m位置出现火盆，巷道顶部出现层状青烟，初步分析，工作面回撤封闭后，采空区未及时采取注氮等防火措施，上部老火区下延造成1155采空区出现自燃发火，引爆采空区瓦斯，冲击波将北巷砖闭及回风侧挡风墙摧倒，11月1日北巷密闭外CO浓度严重超标，火势蔓延扩大至北巷外口，无法及时恢复1155北巷口密闭，后采取灌注液态CO2灭火，未能达到预期效果，为防止火灾事故进一步扩大， 2015年11月19日停止供电，人员撤出，被迫全矿井封闭，封闭后，停止主扇供风，采取隔绝O2控制火势，井下O2浓度降至14%，CO浓度2000ppm，CH4浓度4%并呈现持续上涨趋势。
三、灭火治理措施
考虑到火势发展情况及矿区地质、现场施工条件等因素影响，确定了如下灭火治理方案：
1.控制火势（封堵漏风）
由于冬季受自然风压影响较大，各井口密闭漏风严重，井下O2在14%，持续供氧，井下火势始终处于蔓延发展状态，为此对各井口采取了风机解体，塑料布封堵蝶阀，地面风硐四周黄土填埋，硐顶防水处理，硐壁垒砌砖墙配合充填粉煤灰等堵漏风措施，井下O2降到12%，CO由13000ppm降到3000ppm，火势得到了一定控制。
2.隔绝灭火（灌注惰气）
为使O2降到瓦斯爆炸条件以下，2016年2月29日重启制氮机采取火源点外围向中心点附近逐步注氮措施，开始由副井向井内注氮灭火，注氮量400m3/h，到9月份O2浓度由13%降至5%，CO浓度2000ppm降至5ppm，为进一步巩固效果，9月7日投入一台600m3/h制氮机改由1155采空区上方注氮管路向采空区注氮灭火，两台注氮量合计在900m3/h，O2浓度由5%降至3%，CO浓度由5ppm降至0ppm。通过采取注氮措施井下火区处于阴燃状态，判断不具备存在明火条件。
3.火区降温（液氮降温）
前期注氮措施对井下火势起到有效控制，但采空区及外围过火巷道高温区域难以彻底消除，由于所处区域为缺水地带，且地面钻孔未对井下巷道封堵前，不具备注浆灭火条件，为此，先期采取低温惰气降温措施。
液态二氧化碳沸点为-78℃，吸收大量热量后，形成固体干冰，会堵塞管路，造成崩管事故，而液態氮沸点温度为-196℃，吸热降温效果更优于液态二氧化碳，气化形成低温氮气，安全性高，通过比对，选取液氮向采空区输送降温。
11月5-18日对1155采空区上方以全天24小时不间断向1177、1193采空区注液氮61吨。汽化后与氮气混合生成-30～-50℃氮气以1000m3/h连续13天对1177、1193、1209、1155采空区降温，累计灌注-30～-50℃低温氮气312000m3.由于各监测点距离1155火区位置较远，无法直接测量气体温度检测降温效果。
4.高温探查（氧气探查）
为检验降温效果，判断火区是否存在高温，通过比对分析，采取了自然供氧探查方案。10月20日停止制氮机，开始供氧探查，井下O2浓度恢复到7-8%，24日各井口监测CO浓度由0变化为1ppm，12月4日再次停止注氮，13日井下O2浓度恢复到11%，各井口监测CO浓度由0变化为4-10ppm，通过两次O2探查，判定1155火区及过火巷道存在高温区域氧化生成CO，采取液氮降温措施难以彻底消除高温积热区。
5.火区封闭（地面打钻）
由于发火点位于1155采空区且北巷密闭倒塌采空区向外漏风，不彻底封堵采空区漏风通路难以控制火势，为此采取了地面施工定向钻孔封闭方案，一方面起到封闭采空区漏风作用，另一方面对外围巷道封闭注浆，防爆隔爆，以便矿井恢复通风转入井下治理。2015年12月8日开始地面选取位置向1155北巷密闭口以里3m位置及1155轨道石门、运输石门施工定向钻孔，并由地面采取灌注混凝土，成功对1155北巷及外围1155轨道石门、运输石门高温区域进行了封堵。
6.恢复通风（正压通风）
对1155采空区及外围高温区域封堵后，采取注氮措施控制采空区内的O2浓度。采取由西风井主扇反转正压通风恢复通风，由东风井排风排放瓦斯的方案，保持了矿井原有通风路线。且采取正压通风，相比负压通风对采空区防火有利。
西风井风机开启后，由东风井利用监测系统连续监测，2小时总排风CH4浓度由10%降至0.25%，且通过色谱分析总排风内持续未出现CO等发火标志性气体，从而判定井下火区已得到控制，可转入井下局部火区治理。
四、取得经验
1、采取全矿井封闭后，井下风压的产生为自然风压作用，采取由闭内外测定静压差即为自然风压大小，直接测定的方法较理论测算准确度更高。
2、井下火区燃烧会生成H2、CO、CO2、GH4等爆炸性气体，与O2、N2等气体混合存在一定的爆炸性，治理火区应充分分析火区内混合气体的爆炸極限及判定混合气体爆炸危险性。
3、火区灭火措施应因地制宜，剧烈燃烧阶段不宜采取注水灭火措施，以免形成水煤气引起爆炸。
4、井下出现自燃发火后，要尽量采取井下局部封闭，可选取的灭火措施较多；采取地面全矿井封闭措施，一方面各井口密闭漏风难以有效控制。另一方面对火区灭火措施受到限制。
5、高瓦斯矿井在被迫全矿井封闭期间，要边通风边封闭，尽量维持原通风系统、通风路线，以免出现瓦斯事故。
6、数据监测手段要多样，光学仪器在O2浓度比较低的情况下误差较大，要选取监测传感器、便携式报警仪、色谱分析、人工监测等手段相结合，实时对比分析。
7、处理采空区发火事故，如不能达到现场进行处理，选取地面施工定向钻孔的灭火方案最为安全，稳妥且成功率较高。
五、结论
对于急倾斜煤层多采用水平分层放顶煤开采，采空区漏风常常造成遗煤自燃，逐渐发展为大面积火区，且随工作面放顶开采持续下延，威胁下部工作面开采，灭火工作的关键在于因地制宜选取安全、经济、有效的综合灭火措施，彻底消除高温区。■
作者简介：王海朋（1982年7月—），男，汉族、河北唐山人，本科，安全助理工程师，现任开滦集团荆各庄矿业公司阿刀亥工程项目部安全副总工程师。
关键词： 高瓦斯矿井；综采放顶煤；采空区；自燃发火
一、概述
阿刀亥煤矿为年产90万吨矿井，主采煤层厚度10-70m，平均22.58m，煤层倾角78-84°，急倾斜煤层，高瓦斯矿井，煤尘有爆炸性，煤层自然倾向性为Ⅱ类。采煤方法为急倾斜特厚煤层水平分层综采放顶煤采煤法。水平分层厚度16m，采高2.2m，放顶煤13.8m。由于地面煤层露头广泛出露，浅部煤层受多年地面小窑开采及露头火区影响，火区的存在严重威胁下部煤层的开采。
阿刀亥煤矿东部采区布置有1177、1193综采工作面，东翼1155综采工作面于2013年8月回采，2014年12月10日停采，停采线距外口67m，2015年1月6日停采封闭。工作面停采回撤后南北巷各修筑两道500mm厚防火墙，留设注氮管孔，砖墙间距800mm，预留充填罗克休。
二、自燃发火隐患确定
2015年10月31日矿井总回风CO传感器报警，后派人查看发现1155采空区北巷外口密闭及回风侧木板挡风墙倒塌，北巷密闭口以里约30m位置出现火盆，巷道顶部出现层状青烟，初步分析，工作面回撤封闭后，采空区未及时采取注氮等防火措施，上部老火区下延造成1155采空区出现自燃发火，引爆采空区瓦斯，冲击波将北巷砖闭及回风侧挡风墙摧倒，11月1日北巷密闭外CO浓度严重超标，火势蔓延扩大至北巷外口，无法及时恢复1155北巷口密闭，后采取灌注液态CO2灭火，未能达到预期效果，为防止火灾事故进一步扩大， 2015年11月19日停止供电，人员撤出，被迫全矿井封闭，封闭后，停止主扇供风，采取隔绝O2控制火势，井下O2浓度降至14%，CO浓度2000ppm，CH4浓度4%并呈现持续上涨趋势。
三、灭火治理措施
考虑到火势发展情况及矿区地质、现场施工条件等因素影响，确定了如下灭火治理方案：
1.控制火势（封堵漏风）
由于冬季受自然风压影响较大，各井口密闭漏风严重，井下O2在14%，持续供氧，井下火势始终处于蔓延发展状态，为此对各井口采取了风机解体，塑料布封堵蝶阀，地面风硐四周黄土填埋，硐顶防水处理，硐壁垒砌砖墙配合充填粉煤灰等堵漏风措施，井下O2降到12%，CO由13000ppm降到3000ppm，火势得到了一定控制。
2.隔绝灭火（灌注惰气）
为使O2降到瓦斯爆炸条件以下，2016年2月29日重启制氮机采取火源点外围向中心点附近逐步注氮措施，开始由副井向井内注氮灭火，注氮量400m3/h，到9月份O2浓度由13%降至5%，CO浓度2000ppm降至5ppm，为进一步巩固效果，9月7日投入一台600m3/h制氮机改由1155采空区上方注氮管路向采空区注氮灭火，两台注氮量合计在900m3/h，O2浓度由5%降至3%，CO浓度由5ppm降至0ppm。通过采取注氮措施井下火区处于阴燃状态，判断不具备存在明火条件。
3.火区降温（液氮降温）
前期注氮措施对井下火势起到有效控制，但采空区及外围过火巷道高温区域难以彻底消除，由于所处区域为缺水地带，且地面钻孔未对井下巷道封堵前，不具备注浆灭火条件，为此，先期采取低温惰气降温措施。
液态二氧化碳沸点为-78℃，吸收大量热量后，形成固体干冰，会堵塞管路，造成崩管事故，而液態氮沸点温度为-196℃，吸热降温效果更优于液态二氧化碳，气化形成低温氮气，安全性高，通过比对，选取液氮向采空区输送降温。
11月5-18日对1155采空区上方以全天24小时不间断向1177、1193采空区注液氮61吨。汽化后与氮气混合生成-30～-50℃氮气以1000m3/h连续13天对1177、1193、1209、1155采空区降温，累计灌注-30～-50℃低温氮气312000m3.由于各监测点距离1155火区位置较远，无法直接测量气体温度检测降温效果。
4.高温探查（氧气探查）
为检验降温效果，判断火区是否存在高温，通过比对分析，采取了自然供氧探查方案。10月20日停止制氮机，开始供氧探查，井下O2浓度恢复到7-8%，24日各井口监测CO浓度由0变化为1ppm，12月4日再次停止注氮，13日井下O2浓度恢复到11%，各井口监测CO浓度由0变化为4-10ppm，通过两次O2探查，判定1155火区及过火巷道存在高温区域氧化生成CO，采取液氮降温措施难以彻底消除高温积热区。
5.火区封闭（地面打钻）
由于发火点位于1155采空区且北巷密闭倒塌采空区向外漏风，不彻底封堵采空区漏风通路难以控制火势，为此采取了地面施工定向钻孔封闭方案，一方面起到封闭采空区漏风作用，另一方面对外围巷道封闭注浆，防爆隔爆，以便矿井恢复通风转入井下治理。2015年12月8日开始地面选取位置向1155北巷密闭口以里3m位置及1155轨道石门、运输石门施工定向钻孔，并由地面采取灌注混凝土，成功对1155北巷及外围1155轨道石门、运输石门高温区域进行了封堵。
6.恢复通风（正压通风）
对1155采空区及外围高温区域封堵后，采取注氮措施控制采空区内的O2浓度。采取由西风井主扇反转正压通风恢复通风，由东风井排风排放瓦斯的方案，保持了矿井原有通风路线。且采取正压通风，相比负压通风对采空区防火有利。
西风井风机开启后，由东风井利用监测系统连续监测，2小时总排风CH4浓度由10%降至0.25%，且通过色谱分析总排风内持续未出现CO等发火标志性气体，从而判定井下火区已得到控制，可转入井下局部火区治理。
四、取得经验
1、采取全矿井封闭后，井下风压的产生为自然风压作用，采取由闭内外测定静压差即为自然风压大小，直接测定的方法较理论测算准确度更高。
2、井下火区燃烧会生成H2、CO、CO2、GH4等爆炸性气体，与O2、N2等气体混合存在一定的爆炸性，治理火区应充分分析火区内混合气体的爆炸極限及判定混合气体爆炸危险性。
3、火区灭火措施应因地制宜，剧烈燃烧阶段不宜采取注水灭火措施，以免形成水煤气引起爆炸。
4、井下出现自燃发火后，要尽量采取井下局部封闭，可选取的灭火措施较多；采取地面全矿井封闭措施，一方面各井口密闭漏风难以有效控制。另一方面对火区灭火措施受到限制。
5、高瓦斯矿井在被迫全矿井封闭期间，要边通风边封闭，尽量维持原通风系统、通风路线，以免出现瓦斯事故。
6、数据监测手段要多样，光学仪器在O2浓度比较低的情况下误差较大，要选取监测传感器、便携式报警仪、色谱分析、人工监测等手段相结合，实时对比分析。
7、处理采空区发火事故，如不能达到现场进行处理，选取地面施工定向钻孔的灭火方案最为安全，稳妥且成功率较高。
五、结论
对于急倾斜煤层多采用水平分层放顶煤开采，采空区漏风常常造成遗煤自燃，逐渐发展为大面积火区，且随工作面放顶开采持续下延，威胁下部工作面开采，灭火工作的关键在于因地制宜选取安全、经济、有效的综合灭火措施，彻底消除高温区。■
作者简介：王海朋（1982年7月—），男，汉族、河北唐山人，本科，安全助理工程师，现任开滦集团荆各庄矿业公司阿刀亥工程项目部安全副总工程师。