1采空區火災概況

通化礦區葦塘礦一井為1959年投產設計能力30萬t/a礦井，片盤斜井分區石門開拓，水平巷柱采煤方法。煤層為石炭二疊系共7層煤，1、4、6層可采；頂板管理為采空區自然垮落。瓦斯等級為高瓦斯礦井，瓦斯相對涌出量12.65m³/t，煤層自燃傾向Ⅱ級，發火期12個月。

自然發火的采區是+250m~+300m南翼一石門一層煤采空區，由東西兩塊段采空區組成，共采出煤炭215萬t。回采率在40%~60%左右。采區回采結束后進行封閉，并進行預防性黃泥灌漿。4個月后在進行礦井風量調整時，發現該采空區回風側密閉內CO濃度>0.003%并持續上升。同時+300標高采空區相鄰空區內產生自然發火。

2高水材料封堵采空區漏風

　　采空區火災封堵漏風是滅火措施成功的關鍵。在總結前期滅火教訓的基礎上，以封堵采空區+250m漏風源為滅火工作原則，實施高水材料壓力封堵裂隙漏風，+250m一層大巷至+268m刮板輸送機道間由下而上灌注粉煤灰封閉隔絕帶的滅火技術措施。

　　2.1 高水材料封堵巖壁裂隙漏風機理

　　高水速凝固充填材料（簡稱高水材料）是有硫鋁酸鈣水泥為主組成的甲乙兩種混合物，分別加入8~9倍水，攪拌形成高水速凝，快硬，初期強度高，用于煤礦巷旁支護的充填材料。其主要特點是用水量大、固體材料少、泵送容易、流動性好、充填不干縮。

　　做為封堵漏風材料，應用時由泥漿泵壓力通過鉆孔注入漏風通道的巖石裂隙中，高水材料發生反應，生成長針狀、柱狀高結晶水化物鈣礬石，長針狀、柱狀結構交織在一起形成了堅固的網狀骨架，骨架中含有大量結晶水。網狀骨架象海綿一樣吸咐著大量游離水。高水材料礦化體充填于裂隙中隔離漏風通道。特別是當巖層來壓再度破壞后，由于材料中游離水存在的條件下，充填凝固體受壓破壞有重新再結晶能力，因此具有很好的封堵漏風的作用。

2.2高水材料封堵漏風裂隙工藝

（1）制漿。用1t礦車中間焊隔板制成2個體積約0.5m³的高水材料漿液攪拌箱，再由2.2kW電機經蝸輪減速器拖動旋轉攪拌器轉動攪拌，兩攪拌箱分別按所需水灰比，攪拌成甲乙兩種均勻漿液。

（2）輸送。兩種漿液分別使用泥漿泵（工作壓力1.5~5.0MPa,流量50~120L/min），由輸送管道送入混合器后，經鉆孔入漏風的巖石裂隙中。

（3）鉆孔。用YT-2S型風動鑿巖機鉆孔，壓注孔深至無裂隙巖層。

（4）壓力注漿。將注漿管道插入壓注孔內，用黃泥或水泥壓注孔封孔后壓注高水材料，壓注高水材料結束后關閉注泵管上的閥門或直接用黃泥封堵注漿孔口。待高水材料初凝固后（2~4h），拆除注漿管再用水泥將注漿口處重新抹嚴封閉。

（5）每班注漿結束或因故停泵>20min需用清水沖洗輸送管路系統，以防凝固阻塞管路。

2.3 高水材料封堵的技術參數

質量含水率（%）={水的總質量（kg）/{甲組份質量（kg ）+乙組質量（kg）+水的質量（kg）×100%}

體積含水率（%）={水的總體積（L）/[甲組份質量(kg）/甲組份密度（kg/L）]+[乙組份質量（kg）/乙組份密度（kg/L）] ×100%}

(2)高水材料含水率。高水材料的含水率及材料用量見表1。

表1 高水材料含水率及材料用量

見表

（3）高水材料初凝時間?<20min。

縮短初凝時間可采用：①增加乙料添加劑（速凝劑）數量；②甲乙2種漿液放入混合器內延長混合時間再泵送（注意攪拌）；③提高水溫。

（4）抗壓強度。高水材料的抗壓強度見表2。

　　表2 抗壓強度（水灰比2.2:1）

　　見表

（5）添加粉煤灰。添加粉煤灰做骨料可提高充填體強度，減少膠結材料量及提高抗風化性能。如保持2.2:1～3:1的水灰比，摻入粉煤灰500kg/m³形成漿液水體積比70%以上。可減少高水材料用量，節約費用。

2.4 漏風通道壓力充注封堵方法

（1）噴泉混凝土巷道漏風的封堵。巷道斷面內壓注充填孔一般布置之1～2個，孔深鉆入混凝土碹后巖壁0.2～0.3m，每組鉆孔間距沿巷道根據高水材料流動情況每8 ～20m布置一組鉆孔即可，注漿孔內插入注漿管，封孔后聯接注漿管路即可壓注高水材料。

（2）巖壁裂隙及巖石破碎帶漏風封堵。將注漿孔鉆入有裂隙巖層內1.5m左右，插入注漿管封孔后壓力充注高水材料，使巖壁破裂帶形成1m以上的巖層裂隙及巖層破裂帶間隙充滿高水材料凝固體，如有更大空間可以補充壓注粉煤灰充填（見圖1）。



圖1巖壁裂隙與破裂帶封堵

（3）巷道局部空頂的充填處理。巷道局部空頂區，由于圍巖受上覆巖層作用產生變形，巖層裂隙漏風，是自然發火危險區域，空頂的處理：在空頂下1/2采用高水材料加粉煤灰混合充填，上部采用粉煤灰直接填入剩余空間，全層充填改善了支架空頂區的受力狀態，充填體重量低，減輕了支架的承載壓力，粉煤灰的致密性及高水材料的流動性使巖石裂隙使充填巷道的穩定性得到加強，又消除了漏風及自然發火危險（見圖2）。



圖2 局部空頂充填處理

（4）密閉墻及其附近漏風封堵。在密閉墻外0.4~0.5m處構建臨時封閉墻，中間充入高水材料，密閉墻周邊巷道打壓注孔，對四周巷壁漏風進行壓力充注高水材料。

3采空區灌注粉煤灰滅火隔絕帶

采空區周邊裂隙漏風通道封堵后，接著灌注粉煤灰隔絕帶。粉煤灰粒徑小，粉狀致密，透氣性差，水化制漿快，脫水快，管路泵壓力輸送容易，是很好的滅火廉價材料。采空區由于丟有殘煤，隔離煤柱也遭受破壞，切斷流向采空區漏風，采用粉煤灰水灰比為6:4的漿液，灌注采空區走向和傾斜粉煤灰隔絕帶（如圖3）由+250m大巷鉆向上孔至采空區+258.5m~269.5m標高有效鉆孔5個。灌注粉煤灰273m³。形成采空區東下部入風側漏風隔絕帶。之后又補充灌注粉煤灰93m³，對密閉采空區東塊段副井漏風通路的傾斜隔絕帶，灌注隔絕帶后，采空區主要漏風通道檢測CO含量為<0.0001%,O₂含量?<6%。



圖3 采空區走向粉煤灰隔絕帶

4采空區滅火效果

采空區漏風裂隙高水材料充注由+250m大巷開始，共用15個小班充注高水材料15.3t，封堵漏風巷26.5m，漏風裂隙面積217.05m²漏風源封堵結束。至此受火區影響停產的+300m~+500m北翼采區正式恢復生產。