井筒啟封方案課件

1、烏魯木齊白土窯礦業(yè)有限公司火區(qū)治理井筒啟封技術(shù)方案烏魯木齊白土窯礦業(yè)有限公司2013年2月112012年2月20日火區(qū)治理方案一、礦井發(fā)火情況及火源位置分析2011年12月27日,白土窯礦井下發(fā)現(xiàn)高濃度CO,且在多個(gè)地點(diǎn)檢測到高溫?zé)煔?被迫于2012年元月2日封閉三個(gè)井口（主立井、副立井、回風(fēng)斜井），見圖1至圖3。圖1 井下采掘及火區(qū)情況示意圖圖2 井下火區(qū)剖面圖圖3 火區(qū)巷道情況剖面和斷面圖發(fā)火位置分析：1）原生火源最有可能來自于行人上山西側(cè)的采空區(qū)，通過與行人上山、軌道上山的聯(lián)巷閉墻燒出；2）其次，原生火源還可能來自于行人或軌道上山碹頂?shù)乃缮⒚后w；3）行人、軌道上山及相關(guān)聯(lián)巷碹頂松散煤體經(jīng)

2、高溫氣流加熱，氧化自熱加速，可能形成次生高溫火源點(diǎn)。發(fā)火程度分析：1）原生火源已達(dá)到明火狀態(tài)；2）+900水平的巷道，以及行人、軌道上山碹頂松散煤體經(jīng)高溫氣流加熱，初始煤溫已達(dá)到臨界溫度以上，且局部地區(qū)可能已形成次生高溫火源。二、火區(qū)治理及啟封目標(biāo)本次火區(qū)治理工程須達(dá)到以下幾個(gè)目標(biāo)：1）控制西側(cè)采空區(qū)內(nèi)的高溫火源，防止其繼續(xù)發(fā)展；2）消除軌道、行人和回風(fēng)上山內(nèi)的高溫，啟封主、副、風(fēng)井筒，恢復(fù)井下主要采掘巷道；3）防止煤層內(nèi)主要巷道（軌道、行人和回風(fēng)上山）復(fù)燃或自燃。三、火區(qū)治理總體思路考慮到礦井實(shí)際情況和火區(qū)治理的緊迫性，依據(jù)可能發(fā)火位置分析，以及火區(qū)現(xiàn)狀，確定火區(qū)治理總體思路為“消高溫、控火

3、源、建隔離、防復(fù)燃”。1）消高溫：在地面向行人、軌道和回風(fēng)上山的碹頂施工鉆孔，灌注液態(tài)N2，消除行人、軌道、回風(fēng)上山內(nèi)的大范圍高溫，同時(shí)降低火區(qū)氧濃度。2）控火源：在地面向與行人和軌道上山西側(cè)采空區(qū)聯(lián)巷閉墻內(nèi)施工鉆孔，灌注液N2降溫，并壓注膠體泥漿（凝膠），充填閉內(nèi)巷道，防止啟封后，西側(cè)采空區(qū)內(nèi)的高溫火源從該處燒出。3）建隔離：地面鉆孔注完液N2后，再壓注膠體泥漿（凝膠）對碹頂進(jìn)行充填，切斷巷道碹頂?shù)穆╋L(fēng)通道，并為縮封或啟封后建立臨時(shí)閉墻及防復(fù)燃打好基礎(chǔ)。4）防復(fù)燃：火區(qū)啟封后，迅速對行人、軌道和回風(fēng)上山進(jìn)行噴漿，并向碹后壓注復(fù)合膠體泥漿充填，防止碹后松散煤體自燃或復(fù)燃。四、火區(qū)治理及防復(fù)燃技

4、術(shù)方案本方案依據(jù)“風(fēng)險(xiǎn)小、速度快、成本低”的原則制定，并在實(shí)施過程中根據(jù)火區(qū)的變化作相應(yīng)修訂。技術(shù)要求：針對強(qiáng)、手段精、易操作、數(shù)量足、質(zhì)量高。1）地面鉆孔布置根據(jù)火區(qū)狀況，依據(jù)液氮和膠體泥漿的單孔作用范圍，結(jié)合“消高溫、控火源、建隔離”的需求，在布置鉆孔時(shí)盡量考慮一孔兩用。鉆孔具體布置見圖4和圖5。2）地面鉆孔工程量地面鉆孔按8個(gè)考慮（含+840水平工作面采空區(qū)滅火鉆孔）。即：+900水平5個(gè)，平均每個(gè)孔深200米，共計(jì)1000m；+850m水平1個(gè)，孔深約260m；同時(shí)，在因自然發(fā)火而封閉的工作面采空區(qū)內(nèi)施工注液氮鉆孔2個(gè)，孔深約270m，合計(jì)鉆孔長度1800m，根據(jù)施工情況增減。圖4 地

5、面鉆孔布置平面示意圖圖5 地面鉆孔布置剖面示意圖3）地面鉆孔參數(shù)地面鉆孔終孔位置至巷道頂部2-5m左右，且不返水?？讖?20mm，全長下直徑108mm普通套管，套管內(nèi)再下直徑65mm特種耐低溫套管。4）井下鉆孔（防復(fù)燃）井下巷道碹后充填鉆孔待礦井啟封后施工，鉆孔長度610m，井下鉆孔（下套管）施工位置、長度視情況而定，鉆桿（套管）外徑50mm，內(nèi)徑38mm。5）防滅火材料采用液態(tài)N2做為滅火降溫材料；采用快速密閉（板閉+聚氨脂噴涂）構(gòu)筑臨時(shí)閉墻；采用水泥噴漿對井下主要生產(chǎn)巷道進(jìn)行表面噴涂；采用復(fù)合膠體充填巷道碹后空間。 復(fù)合膠體6）材料使用量液態(tài)N2用量：1200t，平均每孔150t?？焖倜荛]

6、：10套，封堵4至5道閉墻。復(fù)合膠體膠凝劑：20噸，形成復(fù)合膠體約20000 m3。黃土：約12000m3。7）施工工藝地面鉆孔使用定向鉆機(jī)，孔徑120mm，套管內(nèi)徑108mm。井下鉆孔使用“井下一次成孔鉆具”進(jìn)行施工，使用鉆桿當(dāng)套管。地面使用液態(tài)N2可通過鉆孔直接灌注，無需設(shè)備。灌注膠體泥漿（凝膠）和復(fù)合膠體，采用專用的灌注系統(tǒng)，裝載機(jī)配合。8）火區(qū)監(jiān)測準(zhǔn)備相應(yīng)的檢測儀器，對鉆孔孔底溫度和火區(qū)內(nèi)的氣體成分進(jìn)行監(jiān)測與分析。五、啟封方法及順序1）井下氣體及溫度指標(biāo)達(dá)到規(guī)程規(guī)定的要求時(shí)才能進(jìn)行啟封工作。2）啟封時(shí)采用獨(dú)頭通風(fēng)方工啟封副井，至井底后進(jìn)行偵察，條件許可的情況下啟封風(fēng)井形成短路風(fēng)流，井下

7、形成通風(fēng)系統(tǒng)。3）啟封時(shí)按如下順序進(jìn)行：氣體、溫度達(dá)到規(guī)定啟封副井井口采用局部通風(fēng)機(jī)排井筒瓦斯進(jìn)入井下進(jìn)行偵察確定啟封區(qū)域（行人、軌道、回風(fēng)上山；行人或軌道上山和回風(fēng)上山；+950水平以上）構(gòu)筑臨時(shí)通風(fēng)設(shè)施啟封風(fēng)井形成通風(fēng)系統(tǒng)維護(hù)巷道消除隱患啟封主井筒。根據(jù)實(shí)際施工情況，與設(shè)計(jì)方案基本相符，只是把注液氮的時(shí)間和注入量進(jìn)行了調(diào)整，實(shí)際注液氮約500t，注液態(tài)二氧化碳約100t。2012年7月9日火區(qū)治理方案一、火區(qū)治理情況概述2012年5月16日啟封副井口，5月19日上午排完副井底積水，中午啟動(dòng)主扇通風(fēng)，半小時(shí)后下井偵察，隨后指揮部、技術(shù)人員、工人下井進(jìn)行工作，至下午6點(diǎn)左右井下巷道復(fù)燃，采取措

8、施后控制住火勢，經(jīng)過3天左右的鉆孔、注膠工作，+900車場啟封成功，車場所有啟封巷道消除了高溫及復(fù)燃隱患。進(jìn)一步鞏固滅火效果的同時(shí)，對+900車場的巷道進(jìn)一步縮封，至6月8日止，+900水平除絞車硐室及軌道上山全部啟封。經(jīng)過準(zhǔn)備，于6月10日啟封主井井口，恢復(fù)礦井通風(fēng)、供電、排水及+800、+850水平運(yùn)輸系統(tǒng)，同時(shí)+800水平向火區(qū)漏風(fēng)較為嚴(yán)重，+850水平火區(qū)發(fā)展較快，采取相應(yīng)措施后（+800水平打孔注膠封堵漏風(fēng)，+850水平打孔注膠滅火、降溫、封堵漏風(fēng)），+800水平漏風(fēng)得到有效控制，+850水平火區(qū)也得到抑制，全礦井已啟封巷道全部進(jìn)入安全狀態(tài)。見下圖。經(jīng)過近40天的井下滅火、降溫、封閉

9、、堵漏，已啟封的+900、+850、+800車場巷道已基本正常，但火區(qū)仍然有漏風(fēng)現(xiàn)象，經(jīng)分析主要漏風(fēng)點(diǎn)在+850、+800車場巷道較為破碎的支護(hù)，經(jīng)過討論決定對已啟封的+900、+850、+800車場巷道進(jìn)行噴漿處理，徹底消除行人、軌道上山的火區(qū)漏風(fēng)。6月27日上午打開+900絞車硐室，由于處理絞車硐室工作人員有CO中毒現(xiàn)象，且絞車硐室滅火工作難度較大，決定對絞車硐室進(jìn)行再次封閉。27日下午井下封閉時(shí)由于位置較上且采用磚墻，造成工作時(shí)間較長，火區(qū)發(fā)生小范圍瓦斯爆炸，井下人員于18點(diǎn)全部撤離井下，20點(diǎn)停止主扇運(yùn)轉(zhuǎn)，21點(diǎn)風(fēng)流開始逆轉(zhuǎn)由風(fēng)井進(jìn)風(fēng)副井出風(fēng)，采取斷電及撤離副井附近所有人員后觀察，28

10、日凌晨2點(diǎn)左右，副井井口地面發(fā)生瓦斯爆炸，造成副井井口設(shè)施損毀。6月28日由于副井口發(fā)生瓦斯爆炸，30日封閉副井井口，7月1日封閉主井井口后井下發(fā)生瓦斯爆炸，根據(jù)爆炸規(guī)模及井下滅火的情況，經(jīng)分析后井下情況可能如下圖所示。圖5 井下6月26日火區(qū)治理情況示意圖圖6 井下6月28日火區(qū)情況推測示意圖二、火區(qū)治理方案1.治理方案思路發(fā)生災(zāi)害后，經(jīng)多次討論并請國內(nèi)著名滅火專家進(jìn)行會診，提出各種治理思路，主要有以下幾種：1）水淹法：引附近河流及水庫水源，加上礦井本來的供水及涌水，把礦井用水全部淹沒，直至+915水平。2）下井恢復(fù)法：井上、下同時(shí)采取措施，在確保安全的情況下恢復(fù)井下各處閉墻，使火區(qū)處于井口

11、爆炸前的狀態(tài)。3）地面隔離充填法：在地面施工5個(gè)鉆孔，復(fù)用原鉆孔2個(gè)，把行人、軌道上山從+800水平一直充填至+900水平，再采用土堆法充填絞車硐室。4）保留主、副井法：采用隔離方式把主井、副井與火區(qū)隔開，在主副井之間重新施工巷道，讓老系統(tǒng)與新系統(tǒng)全部分開，徹底放棄老系統(tǒng)。5）保留主井法：徹底放棄副井、風(fēng)井及井下+900、+850車場及設(shè)備，采用隔離方式把主井與火區(qū)隔開，解放+800車場及采區(qū)上山。2.治理方案確定根據(jù)上述方案論述，結(jié)合各方案的施工可行性、難度、可靠性、治理時(shí)間、恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)間、治理投資、恢復(fù)生產(chǎn)投資、改擴(kuò)建可利用設(shè)備、巷道等方面綜合考慮，經(jīng)過各方面交流、溝通，這里推薦方案3：地

12、面隔離充填法。3.治理方案論述（地面隔離充填法：見圖8）在地面施工5個(gè)鉆孔，復(fù)用原鉆孔2個(gè)，把行人、軌道上山從+800水平一直充填至+900水平，再采用土堆法充填絞車硐室。本方法分為幾個(gè)關(guān)健步驟：（1）從地面施工5個(gè)鉆孔至井下巷道：由于前期施工鉆孔準(zhǔn)確率較高（最深250米），雖然鉆孔深度最大加深到300左右，應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)位置見下圖。（2）封閉軌道下山口：由于采用地面注膠方式充填巷道，必須把軌道下山封閉以阻擋膠體進(jìn)入水泵房和井底車場，封閉物須有阻擋膠體的強(qiáng)度。經(jīng)過研究討論認(rèn)為，通過地面鉆孔向軌道上山內(nèi)注速凝砼，灌注長度按10-20米考慮，詳細(xì)砼比例及速凝時(shí)間需現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)后確定。（3）封閉其它

13、水平巷道：需封閉的水平巷道有：+900軌道上山聯(lián)絡(luò)道、+850行人上山車場繞道、+850軌道上山車場聯(lián)絡(luò)道，如果軌道上山能封堵成功，這幾處封堵應(yīng)更容易實(shí)現(xiàn)。（4）灌注膠體充填+900以下軌道、行人上山及+850車場，使巷道內(nèi)及砌碹上全部充滿膠體泥漿，膠體泥漿脫出的水會慢慢全部淹沒火區(qū)。（5）用注細(xì)黃土及間斷灌水的方式充填+900水平以上軌道上山及絞車硐室。根據(jù)推算注砼量：400m3；黃土量：10000 m3；注膠量：15000 m3；鉆孔：1200 m。圖7 地面隔離充填法示意圖三、施工方法及順序1.施工方法1）鉆孔施工：推薦用原鉆孔施工單位施工（準(zhǔn)確率高、地層熟悉、環(huán)境適應(yīng)）。鉆孔終孔位置打

14、透巷道砌碹，孔徑114mm，套管直徑89mm，下至砌碹處。2）灌注砼：灌注施工前對砼比例、水玻璃加入比例進(jìn)行試驗(yàn)確定。3）灌注膠體：灌注時(shí)水土比1：1，膠凝劑添加量0.1%。4）灌注黃土及間隔注水：過篩的細(xì)黃土從絞車硐室鉆孔灌入，每灌入約100公斤黃土，從鉆孔倒入30公斤水，如此反復(fù)，直至鉆孔注滿。2.施工順序1）利用原5#鉆孔注膠體泥漿，注入黃土量約800m3，水土比1：1，注完800 m3土后，暫停等待。2）注5#孔進(jìn)同時(shí)施工軌道下山下部鉆孔，鉆孔完成后立即進(jìn)行注砼工作。3）施工+850水平車場隔離鉆孔，施工完成后注砼。4）繼續(xù)原5#鉆孔注膠體泥漿，水土比2：1，直至注滿為止，黃土量約25

15、00 m3。5）同時(shí)施工絞車硐室鉆孔、清通原2#鉆孔并打通至砌碹下、施工行人上山上部鉆孔。6）通過原2#鉆孔注砼隔離。7）通過行人上山上部鉆孔注膠體泥漿，水土比1：1，注黃土量約1300 m3。8）通過軌道上山絞車硐室鉆孔注膠體泥漿，水土比1：1，注黃土量約5000 m3。9）根據(jù)鉆孔氣體變化情況，確定膠體高度達(dá)到+900水平。10）所有以上過程必須檢測副井、風(fēng)井、各鉆孔氣體、負(fù)壓指標(biāo)。2012年12月23日火區(qū)啟封方案一、火區(qū)治理情況及分析1、火區(qū)治理情況根據(jù)確定的火區(qū)治理方法，從2012年7月至今，主要進(jìn)行了如下工作（見下圖）：1） 施工了新1#鉆孔（成功），新2#鉆孔（正在施工），新4#

16、鉆孔（未到位，已報(bào)廢），新5#鉆孔（成功）。2） 利用新1#孔注黃土200 m3，砼150m3，把軌道上山下部封死。利用新5#孔注黃土膠體2500 m3，根據(jù)計(jì)算已徹底充填軌道上山及+850水倉、泵房。3） 利用原5#鉆孔和新4#鉆孔灌注黃土約200 m3，估計(jì)行人上山下部已部分充填，砌碹上部空間局部已充滿。4） CO氣體由封閉前的2000ppm降至目前的40ppm左右。2、火區(qū)情況及啟封條件分析根據(jù)近幾個(gè)月所做工作，現(xiàn)對井下火區(qū)情況進(jìn)行分析（見上圖）：1）軌道上山的高溫已消除，+850水倉及泵房火源有可能未徹底熄滅，但可以確定已被封閉；2）行人上山火源及高溫未消除，+850車場及繞道火源未熄

17、滅，與+900水平連通；3）+900以上軌道上山與絞車硐室火源及高溫未消除，且與+900水平連通。4）井下高溫及火源點(diǎn)仍有少量漏風(fēng)。5）+900水平四道風(fēng)門有可能損壞或變形，并處于打開狀態(tài)。6）+900水平巷道積水較深，四道風(fēng)門處有可能水深0.4米，最深處可達(dá)到1.5米。7）+850水平車場可能積水，在回風(fēng)上山下口處最深，有可能達(dá)到1.5米，水下可能有大量於積物。8）+800水平水泵房於積物較多，可能短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)，各處巷道可能有於積物。圖8 火區(qū)治理效果分析圖二、井筒啟封思路經(jīng)過以上地面治理工作，火區(qū)得到有效控制，井下火區(qū)并未全部熄滅，局部高溫點(diǎn)仍處于陰燃狀態(tài)，而在地面很難有效治理這些區(qū)域

18、，為了徹底熄滅火區(qū)使礦井得到恢復(fù)，在具備了井筒啟封條件時(shí)，啟封井筒進(jìn)入井下進(jìn)行火區(qū)治理工作。1）利用+850人行上山處的地面鉆孔注液氮，控制井下氣體指標(biāo)及火區(qū)漏風(fēng)情況，啟封主、風(fēng)井，形成井下通風(fēng)系統(tǒng)。2）啟封后12小時(shí)內(nèi)救護(hù)隊(duì)員從主井+773水平+850水平+900水平關(guān)閉并加固四道風(fēng)門。3）加固封閉+850車場、水倉的封閉，杜絕向火區(qū)供風(fēng)。4）恢復(fù)+773+850水平供電、排水、運(yùn)輸系統(tǒng)，清理巷道，形成+850運(yùn)輸、排水系統(tǒng)。5）建立+850+900水平供電、供水、行人系統(tǒng)。6）對+900水平進(jìn)行縮封，逐步解放+900水平，把火區(qū)壓縮在最小范圍內(nèi)。三、啟封前的準(zhǔn)備工作1）通過鉆孔或井筒連續(xù)監(jiān)

19、測火區(qū)內(nèi)氣體變化趨勢，掌握縮封前火區(qū)內(nèi)的氣體成分和濃度，準(zhǔn)備氣相色譜儀、瓦檢儀、CO便攜儀、兩用儀及其它儀器，并全部檢修校正。2）準(zhǔn)備兩種以上立井井下與井上的通訊器材或方式。3）救護(hù)隊(duì)加強(qiáng)窒息環(huán)境中建立臨時(shí)密閉的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，學(xué)習(xí)和熟悉縮封區(qū)的位置及周圍環(huán)境。4）預(yù)備好建臨時(shí)密閉所需材料（所需材料清單見下表），由礦方提前準(zhǔn)備好碼放在井口附近，火區(qū)封閉或加強(qiáng)封閉災(zāi)區(qū)時(shí)使用。5）準(zhǔn)備好縮封時(shí)所需的設(shè)備、線纜、壓風(fēng)系統(tǒng)管路及接頭。6）恢復(fù)井下通風(fēng)系統(tǒng)的一切準(zhǔn)備工作。7）縮封后進(jìn)入井下工作人員的準(zhǔn)備和安排。8）啟封清理井口的前期準(zhǔn)備工作。四、啟封技術(shù)方案1、井口啟封1）清理主井口的覆蓋物，打開相應(yīng)的小口

20、，調(diào)整固定主井潛水泵。2）水泵調(diào)整完成后，清理主井口所有覆蓋物，空載試運(yùn)行箕斗。3）箕斗運(yùn)行正常后，打開暖風(fēng)道供暖風(fēng)，同時(shí)風(fēng)井口清理工作（救護(hù)隊(duì)施工）完成打開主扇，調(diào)整風(fēng)量在200m3/min左右。4）風(fēng)井氣體指標(biāo)正常后救護(hù)隊(duì)員可下井偵察。2、井下偵察 縮封時(shí)先打開副井井口，在風(fēng)流穩(wěn)定的情況下開啟提升設(shè)備送救護(hù)隊(duì)員下井偵察。偵察路線：主井井筒主井井底車場及硐室（變電所、水泵房、井底清理巷、車場繞道等）+800-850m軌道上山、皮帶上山+850m水平回風(fēng)巷+850m水平車場閉墻+850m-+900m回風(fēng)上山+900m水平四道風(fēng)門情況（關(guān)閉）按原路返回。偵察內(nèi)容主要包括：井下巷道支護(hù)情況、氣溫、積水、水溫、氣體成份、風(fēng)門、巷壁溫度情況等。偵察攜帶的主要儀器有：（1）光學(xué)瓦檢儀：主要用于檢測CO2氣體濃度。（2）便攜式瓦檢儀：主要用于檢測CH4氣體濃度。（3）便攜式氧氣檢測儀：主要用于檢測O2氣體濃度。（4）便