(国家矿山应急救援大同队，山西省大同市，037003)
摘要通过对封闭火区瓦斯爆炸危险性分析，结合同煤集团王村矿8126工作面存在瓦斯爆炸引发火灾事故的处置，认为存在爆炸危险的封闭危险性极大；分析了火区“水封”控制和从上覆层或地面灌注液态CO2抑爆技术的优越性。
关键词瓦斯爆炸火区控制“水封”技术液态CO2抑爆技术
通过分析瓦斯爆炸条件可以看出，封闭火区的爆炸危险性主要取决于火区内混合气体体积分数是否满足爆炸条件。封闭区内CH4和O2体积分数的变化曲线如图1所示。当两种气体体积分数同时变化到各自爆炸极限范围内时，如图1中t1-t2区段，就可能发生瓦斯爆炸。若CH4体积分数在爆炸界限5%～16%，O2体积分数下降到12%以下时，就不会发生瓦斯爆炸，如图1中t2之后。
在火区封闭过程中，风量减小，瓦斯浓度很可能升高到爆炸界限，或高浓度瓦斯流经高温火点而引发爆炸。因此火区封闭时必须采取一系列安全保障措施，从而对火区进行有效控制，防止瓦斯爆炸。
图1火区封闭时氧气和瓦斯体积分数变化曲线
同煤集团王村矿发生事故工作面为东盘区8126综采工作面，工作面走向长度2413m，倾向长度220m，煤层平均厚度2.8m。工作面采用一次采全高采煤方法。该工作面因断层影响分两部分回采，第一部分可采长度706m，已采长度为680m，剩余26m停采；第二部分在距离辅运巷663m位置施工一外切眼，外切眼宽7m，高3.2m。该工作面采用U型通风方式，2126巷(胶带巷)进风，5126巷(回风巷)回风。2126巷进风量2384m3/min，二切眼回风量336m3/min，5126巷总回风量2000m3/min，抽排风筒出风396m3/min。8126工作面绝对瓦斯涌出量为18m3/min,使用抽排风机治理上隅角瓦斯。
4月10日，抢险救灾指挥部综合分析8126工作面火区情况，决定采取向8126工作面加大注氮气量，惰化火区，抑制瓦斯爆炸，同时迅速封闭8126工作面，采取综合灭火。具体如下：
(1)利用原有的注氮管路，加大向采空区的注氮量，由300m3/h提高到500m3/h；
(2)封闭8126工作面，在2126巷和5126巷回风绕道口构筑临时密闭1和2，见图2；
(3)密闭前2m处吊挂CH4、CO、O2、T探头，监控气体变化情况,如有异常立即撤出全体人员；
(4)临时密闭完成后，观察24h后无异常，则在临时密闭外施工永久密闭。
4月10日下午18时30分，救护队同时在5126巷和2126巷回风绕道口往里20m处构筑木板临时密闭墙，对8126工作面进行了封闭，并用MK-10型快速密闭喷涂机进行喷涂，防止漏风。封闭完成之后，迅速撤出了人员。
图28126火区临时封闭位置示意图
4月10日21时16分，发现2126巷和5126巷密闭前8个传感器同时断线，东盘区回风巷瓦斯体积分数从0.07%突变到0.19%，CO体积分数从0突变到0.0035%。后来入井侦察发现，现场有爆炸痕迹，5126巷、2126巷木板临时密闭被摧毁。
鉴于8126工作面4月9-10日曾发生过多次瓦斯燃烧和爆炸，现场既有瓦斯又有火源，情况比较复杂，强行封闭火区会造成二次事故。抢险指挥部重新制定如下方案。
方案一：采取远距离封闭，扩大封闭范围，确保救援人员安全。
在8128工作面往里盘区辅运巷、盘区胶带巷、8128工作面往外盘区回风巷位置施工防爆密闭墙，封闭8128工作面以里盘区巷道及工作面。
采取远距离封闭，虽然降低危险程度，但会造成大量的煤炭资源及设备冻结。影响矿井生产，造成巨大的经济损失。
方案二：采取有效措施，在确保安全的情况下，在8126工作面进风巷和回风巷巷口进行重新封闭。具体措施如下：
措施一：利用巷道低洼处进行“水封”。在8126工作面5126巷、2126巷灌水封闭。从矿井采掘平面图底板等高线分析，在8126工作面进风巷和回风巷巷口各有一处低洼处，能够利用静压供水管路对工作面进行注水封闭，2126巷道预计注水1600m3，5126巷道预计注水1730m3可实现封闭。“水封”可以有效截断工作面与外界的通道及火区供氧。并在可能发生瓦斯爆炸时，削弱爆炸冲击波，缩小事故波及区域。
措施二：向封闭采空区灌注液态CO2。在地面施工直径211mm的钻孔，钻孔深度为530～550m，井下位置为8126上隅角以里约100m的采空区内，钻孔施工完毕，向8126工作面上隅角处灌注液态CO2。在地面施工钻孔向井下灌注液态CO2，可以起到降温、降氧、抑爆的作用。
在综合分析的基础上，结合现场实际情况，决定选用方案二。在救灾过程中，为了防止再次发生瓦斯爆炸，造成人员伤亡，在确认采取“水封”和注氮、地面灌注液态CO2措施起到防爆、抑爆效果之后，再进行封闭。同时，为了检测火区状态，决定在8126工作面相邻掘进巷2128巷和5124巷打观测钻孔，取样分析火区气体情况，如果灾情得到控制并比较稳定，确认无爆炸危险，则在5124巷和2128巷分别打钻孔，向5126巷道和2126巷道注罗克休进行封闭，控制火区，缩小火区范围。在2126巷口和5126巷口施工土袋防爆墙，将8126工作面彻底封闭。火区治理方案实施如图3所示。
4月11日10时40分，救护队在盘区巷远距离打开5126巷和2126巷两个静压水管阀门，开始向5126巷和2126巷注水。2126巷注水能力为60m3/h，5126巷注水能力为40m3/h。4月12日14时，2126巷积水覆顶，21时，5126巷积水覆顶。4月12日11时，地面钻孔打通，开始向火区灌注液态CO2。
图3火区治理方案实施图
4月12日20时，通过连续监测，火区氧气体积分数下降到12%以下，瓦斯体积分数上升到16%以上，火区混合气体已无爆炸危险，连续稳定24h之后，火区氧气体积分数下降到5%以下，瓦斯体积分数上升到25%以上，火区确定已无爆炸危险。火区氧气和瓦斯体积分数变化趋势如图4所示。
图4火区氧气和瓦斯体积分数变化趋势图
4月13日21时至14日7时，救护大队分别在2126巷和5126巷施工一道土袋隔爆墙，在隔爆墙外构筑防火密闭，进一步封闭了火区，至此，整个封闭工作结束。
存在爆炸危险的火区，在制定封闭措施时，一定要慎重。在王村矿8126工作面火区封闭过程中，之前就已经检测到爆炸性气体存在，且局部瓦斯体积分数达到8.3%，在封闭3h之后发生了爆炸，说明具有爆炸危险性的火区封闭是特别危险的，因此，制定存在有爆炸危险的火区封闭方案时一定要慎之又慎。
(1)要加强对火区的通风情况控制，尤其是高瓦斯矿井，上隅角瓦斯燃烧引发的事故，在瓦斯发生爆炸之后，不要轻易改变现有的通风系统，维持通风系统原状，采取注氮等抑爆措施先控制火区。在王村矿第一次临时封闭之后，发生了瓦斯爆炸，爆炸之后，除了采取注氮和地面钻孔注液态CO2措施外，基本维持了通风系统的稳定。事实证明在系统稳定的基础上，工作面没有再次发生瓦斯爆炸。相反，如果在火区封闭过程中采取措施不当，导致系统不稳定，诱发再次发生瓦斯爆炸的可能性将大大增加。如贝勒矿“8·21”火灾事故，在处理火灾期间，进风巷积水使采煤工作面风量减少、瓦斯积聚，回风巷上山风门多次开关、系统不稳定，导致瓦斯爆炸，并造成救援人员发生伤亡事故。
(2)有条件进行“水封”的火区，尽可能利用巷道低洼处进行“水封”，并作为控制火区的第一选项。因为“水封”可以有效地控制火区，缩小火区范围；同时，即使火区发生爆炸，“水封”能够削弱爆炸冲击波，降低爆炸威力，减少事故损失。
(3)封闭存在爆炸危险的火区，必须严格按照《煤矿安全规程》第七百一十三条规定，封闭前，先采取注入惰性气体等抑制爆炸措施，在确保安全的情况下进行封闭，也就是在图1中t2之后，在安全位置构筑进、回风密闭，封闭完成后所有人员必须立即撤出，检查或加固密闭墙工作必须在24h之后实施。
本次王村矿封闭火区过程中第一次临时封闭发生了爆炸，所幸当时人员及时撤出，未造成人员伤亡事故。在第二次封闭过程中，采取了相对安全的远距离“水封”、从相邻巷道注罗克休封闭等措施。采取向采空区持续注氮、地面打钻孔灌注液态CO2惰化措施。在多重措施的共同作用下，从图4中可以看到，4月12日20时，火区氧气体积分数下降到12%以下，火区混合气体已无爆炸危险，在此基础上，又稳定24h之后，施工了防爆密闭进行了彻底的封闭，确保了安全施救。
(4)采取从地面或上覆层打钻孔直达火源点灌注液态CO2，进行降温、惰化、抑爆的措施，相比于从巷道注氮，效果更好。
从注入位置的选择上，可以直达高温火源。选择从上覆层或者地面灌注液态CO2，相比较于从巷道注氮，针对性更强，从上向下直接覆盖高温火源比从平行位置注氮置换O2效果更好。
从特性上来讲，液态CO2灭火时，CO2从储存系统中喷放出来，压力会骤然下降，使CO2迅速由液态转变为气态，体积膨胀约640倍,CO2比空气的密度大，可快速沉入底部而挤出O2，并在火区内扩散充满其空间，使火区内O2浓度急速下降。液态CO2内没有O2，向煤层自燃高温火区内压注时，可完全避免由于注入氮时，可能带入O2而造成的不利影响。液态CO2汽化吸收大量的热，注入高温火区的CO2气体温度低，不仅具有对火区惰化和抑爆的作用，而且可以吸收大量的热，从而降低火区温度，抑爆效果好。CO2气体能使发生瓦斯爆炸的CH4浓度下限值升高。试验研究发现，当混合气体内的CO2浓度达到20%时，即使O2浓度为15%，瓦斯浓度达到9%，也不会发生气体爆炸。
(5)火区气体的有效监测为火区控制提供有力的技术支撑。王村矿8126工作面火区封闭过程中，通过从相邻巷道打观测钻孔，准确、安全、有效、及时掌握了火区的情况，在确定瓦斯无爆炸危险的情况下进行封闭，实现了科学决策和安全救援。
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ChenQiangsheng
(NationalMineEmergencyandRescueDatongTeam,Datong,Shanxi037003,China)
AbstractByanalyzingthegasexplosionriskinsealedfirearea,combinedwiththeresponsetothefireaccidentcausedbygasexplosionin8126workingfaceofWangcunMineofDatongCoalMineGroup,itconsideredthatthesealedfireareawithgasexplorationriskwasverydangerous,theadvantagesofwatersealcontroltechnologyforfireareaandexplosionsuppressiontechnologywithliquidstateCO2pouredfromtheoverlyingstrataorgroundsurfacewereanalyzed.
Keywordsgasexplosion,fireareacontrol,watersealtechnology,liquidstateCO2explorationsuppressiontechnology
中图分类号TD712.72
文献标识码A
引用格式：陈强盛.存在瓦斯爆炸危险火区的控制技术应用与探讨[J].中国煤炭，2019,45(4):114-117，132.
ChenQiangsheng.Applicationanddiscussionoffireareacontroltechnologywithgasexplosionrisk[J].ChinaCoal,2019，45(4):114-117，132.
作者简介：陈强盛(1987-)，男，甘肃通渭人，工程师，工学学士学位，2010年毕业于华北科技学院，现就职于国家矿山应急救援大同队，主要从事应急救援工作。E-mail：chqsh888@163.com。