井筒启封方案课件

1、乌鲁木齐白土窑矿业有限公司火区治理井筒启封技术方案乌鲁木齐白土窑矿业有限公司2013年2月112012年2月20日火区治理方案一、矿井发火情况及火源位置分析2011年12月27日,白土窑矿井下发现高浓度CO,且在多个地点检测到高温烟气,被迫于2012年元月2日封闭三个井口（主立井、副立井、回风斜井），见图1至图3。图1 井下采掘及火区情况示意图图2 井下火区剖面图图3 火区巷道情况剖面和断面图发火位置分析：1）原生火源最有可能来自于行人上山西侧的采空区，通过与行人上山、轨道上山的联巷闭墙烧出；2）其次，原生火源还可能来自于行人或轨道上山碹顶的松散煤体；3）行人、轨道上山及相关联巷碹顶松散煤体经

2、高温气流加热，氧化自热加速，可能形成次生高温火源点。发火程度分析：1）原生火源已达到明火状态；2）+900水平的巷道，以及行人、轨道上山碹顶松散煤体经高温气流加热，初始煤温已达到临界温度以上，且局部地区可能已形成次生高温火源。二、火区治理及启封目标本次火区治理工程须达到以下几个目标：1）控制西侧采空区内的高温火源，防止其继续发展；2）消除轨道、行人和回风上山内的高温，启封主、副、风井筒，恢复井下主要采掘巷道；3）防止煤层内主要巷道（轨道、行人和回风上山）复燃或自燃。三、火区治理总体思路考虑到矿井实际情况和火区治理的紧迫性，依据可能发火位置分析，以及火区现状，确定火区治理总体思路为“消高温、控火

3、源、建隔离、防复燃”。1）消高温：在地面向行人、轨道和回风上山的碹顶施工钻孔，灌注液态N2，消除行人、轨道、回风上山内的大范围高温，同时降低火区氧浓度。2）控火源：在地面向与行人和轨道上山西侧采空区联巷闭墙内施工钻孔，灌注液N2降温，并压注胶体泥浆（凝胶），充填闭内巷道，防止启封后，西侧采空区内的高温火源从该处烧出。3）建隔离：地面钻孔注完液N2后，再压注胶体泥浆（凝胶）对碹顶进行充填，切断巷道碹顶的漏风通道，并为缩封或启封后建立临时闭墙及防复燃打好基础。4）防复燃：火区启封后，迅速对行人、轨道和回风上山进行喷浆，并向碹后压注复合胶体泥浆充填，防止碹后松散煤体自燃或复燃。四、火区治理及防复燃技

4、术方案本方案依据“风险小、速度快、成本低”的原则制定，并在实施过程中根据火区的变化作相应修订。技术要求：针对强、手段精、易操作、数量足、质量高。1）地面钻孔布置根据火区状况，依据液氮和胶体泥浆的单孔作用范围，结合“消高温、控火源、建隔离”的需求，在布置钻孔时尽量考虑一孔两用。钻孔具体布置见图4和图5。2）地面钻孔工程量地面钻孔按8个考虑（含+840水平工作面采空区灭火钻孔）。即：+900水平5个，平均每个孔深200米，共计1000m；+850m水平1个，孔深约260m；同时，在因自然发火而封闭的工作面采空区内施工注液氮钻孔2个，孔深约270m，合计钻孔长度1800m，根据施工情况增减。图4 地

5、面钻孔布置平面示意图图5 地面钻孔布置剖面示意图3）地面钻孔参数地面钻孔终孔位置至巷道顶部2-5m左右，且不返水。孔径120mm，全长下直径108mm普通套管，套管内再下直径65mm特种耐低温套管。4）井下钻孔（防复燃）井下巷道碹后充填钻孔待矿井启封后施工，钻孔长度610m，井下钻孔（下套管）施工位置、长度视情况而定，钻杆（套管）外径50mm，内径38mm。5）防灭火材料采用液态N2做为灭火降温材料；采用快速密闭（板闭+聚氨脂喷涂）构筑临时闭墙；采用水泥喷浆对井下主要生产巷道进行表面喷涂；采用复合胶体充填巷道碹后空间。 复合胶体6）材料使用量液态N2用量：1200t，平均每孔150t。快速密闭

6、：10套，封堵4至5道闭墙。复合胶体胶凝剂：20吨，形成复合胶体约20000 m3。黄土：约12000m3。7）施工工艺地面钻孔使用定向钻机，孔径120mm，套管内径108mm。井下钻孔使用“井下一次成孔钻具”进行施工，使用钻杆当套管。地面使用液态N2可通过钻孔直接灌注，无需设备。灌注胶体泥浆（凝胶）和复合胶体，采用专用的灌注系统，装载机配合。8）火区监测准备相应的检测仪器，对钻孔孔底温度和火区内的气体成分进行监测与分析。五、启封方法及顺序1）井下气体及温度指标达到规程规定的要求时才能进行启封工作。2）启封时采用独头通风方工启封副井，至井底后进行侦察，条件许可的情况下启封风井形成短路风流，井下

7、形成通风系统。3）启封时按如下顺序进行：气体、温度达到规定启封副井井口采用局部通风机排井筒瓦斯进入井下进行侦察确定启封区域（行人、轨道、回风上山；行人或轨道上山和回风上山；+950水平以上）构筑临时通风设施启封风井形成通风系统维护巷道消除隐患启封主井筒。根据实际施工情况，与设计方案基本相符，只是把注液氮的时间和注入量进行了调整，实际注液氮约500t，注液态二氧化碳约100t。2012年7月9日火区治理方案一、火区治理情况概述2012年5月16日启封副井口，5月19日上午排完副井底积水，中午启动主扇通风，半小时后下井侦察，随后指挥部、技术人员、工人下井进行工作，至下午6点左右井下巷道复燃，采取措

8、施后控制住火势，经过3天左右的钻孔、注胶工作，+900车场启封成功，车场所有启封巷道消除了高温及复燃隐患。进一步巩固灭火效果的同时，对+900车场的巷道进一步缩封，至6月8日止，+900水平除绞车硐室及轨道上山全部启封。经过准备，于6月10日启封主井井口，恢复矿井通风、供电、排水及+800、+850水平运输系统，同时+800水平向火区漏风较为严重，+850水平火区发展较快，采取相应措施后（+800水平打孔注胶封堵漏风，+850水平打孔注胶灭火、降温、封堵漏风），+800水平漏风得到有效控制，+850水平火区也得到抑制，全矿井已启封巷道全部进入安全状态。见下图。经过近40天的井下灭火、降温、封闭

9、、堵漏，已启封的+900、+850、+800车场巷道已基本正常，但火区仍然有漏风现象，经分析主要漏风点在+850、+800车场巷道较为破碎的支护，经过讨论决定对已启封的+900、+850、+800车场巷道进行喷浆处理，彻底消除行人、轨道上山的火区漏风。6月27日上午打开+900绞车硐室，由于处理绞车硐室工作人员有CO中毒现象，且绞车硐室灭火工作难度较大，决定对绞车硐室进行再次封闭。27日下午井下封闭时由于位置较上且采用砖墙，造成工作时间较长，火区发生小范围瓦斯爆炸，井下人员于18点全部撤离井下，20点停止主扇运转，21点风流开始逆转由风井进风副井出风，采取断电及撤离副井附近所有人员后观察，28

10、日凌晨2点左右，副井井口地面发生瓦斯爆炸，造成副井井口设施损毁。6月28日由于副井口发生瓦斯爆炸，30日封闭副井井口，7月1日封闭主井井口后井下发生瓦斯爆炸，根据爆炸规模及井下灭火的情况，经分析后井下情况可能如下图所示。图5 井下6月26日火区治理情况示意图图6 井下6月28日火区情况推测示意图二、火区治理方案1.治理方案思路发生灾害后，经多次讨论并请国内著名灭火专家进行会诊，提出各种治理思路，主要有以下几种：1）水淹法：引附近河流及水库水源，加上矿井本来的供水及涌水，把矿井用水全部淹没，直至+915水平。2）下井恢复法：井上、下同时采取措施，在确保安全的情况下恢复井下各处闭墙，使火区处于井口

11、爆炸前的状态。3）地面隔离充填法：在地面施工5个钻孔，复用原钻孔2个，把行人、轨道上山从+800水平一直充填至+900水平，再采用土堆法充填绞车硐室。4）保留主、副井法：采用隔离方式把主井、副井与火区隔开，在主副井之间重新施工巷道，让老系统与新系统全部分开，彻底放弃老系统。5）保留主井法：彻底放弃副井、风井及井下+900、+850车场及设备，采用隔离方式把主井与火区隔开，解放+800车场及采区上山。2.治理方案确定根据上述方案论述，结合各方案的施工可行性、难度、可靠性、治理时间、恢复生产时间、治理投资、恢复生产投资、改扩建可利用设备、巷道等方面综合考虑，经过各方面交流、沟通，这里推荐方案3：地

12、面隔离充填法。3.治理方案论述（地面隔离充填法：见图8）在地面施工5个钻孔，复用原钻孔2个，把行人、轨道上山从+800水平一直充填至+900水平，再采用土堆法充填绞车硐室。本方法分为几个关健步骤：（1）从地面施工5个钻孔至井下巷道：由于前期施工钻孔准确率较高（最深250米），虽然钻孔深度最大加深到300左右，应该可以实现。详细位置见下图。（2）封闭轨道下山口：由于采用地面注胶方式充填巷道，必须把轨道下山封闭以阻挡胶体进入水泵房和井底车场，封闭物须有阻挡胶体的强度。经过研究讨论认为，通过地面钻孔向轨道上山内注速凝砼，灌注长度按10-20米考虑，详细砼比例及速凝时间需现场实验后确定。（3）封闭其它

13、水平巷道：需封闭的水平巷道有：+900轨道上山联络道、+850行人上山车场绕道、+850轨道上山车场联络道，如果轨道上山能封堵成功，这几处封堵应更容易实现。（4）灌注胶体充填+900以下轨道、行人上山及+850车场，使巷道内及砌碹上全部充满胶体泥浆，胶体泥浆脱出的水会慢慢全部淹没火区。（5）用注细黄土及间断灌水的方式充填+900水平以上轨道上山及绞车硐室。根据推算注砼量：400m3；黄土量：10000 m3；注胶量：15000 m3；钻孔：1200 m。图7 地面隔离充填法示意图三、施工方法及顺序1.施工方法1）钻孔施工：推荐用原钻孔施工单位施工（准确率高、地层熟悉、环境适应）。钻孔终孔位置打

14、透巷道砌碹，孔径114mm，套管直径89mm，下至砌碹处。2）灌注砼：灌注施工前对砼比例、水玻璃加入比例进行试验确定。3）灌注胶体：灌注时水土比1：1，胶凝剂添加量0.1%。4）灌注黄土及间隔注水：过筛的细黄土从绞车硐室钻孔灌入，每灌入约100公斤黄土，从钻孔倒入30公斤水，如此反复，直至钻孔注满。2.施工顺序1）利用原5#钻孔注胶体泥浆，注入黄土量约800m3，水土比1：1，注完800 m3土后，暂停等待。2）注5#孔进同时施工轨道下山下部钻孔，钻孔完成后立即进行注砼工作。3）施工+850水平车场隔离钻孔，施工完成后注砼。4）继续原5#钻孔注胶体泥浆，水土比2：1，直至注满为止，黄土量约25

15、00 m3。5）同时施工绞车硐室钻孔、清通原2#钻孔并打通至砌碹下、施工行人上山上部钻孔。6）通过原2#钻孔注砼隔离。7）通过行人上山上部钻孔注胶体泥浆，水土比1：1，注黄土量约1300 m3。8）通过轨道上山绞车硐室钻孔注胶体泥浆，水土比1：1，注黄土量约5000 m3。9）根据钻孔气体变化情况，确定胶体高度达到+900水平。10）所有以上过程必须检测副井、风井、各钻孔气体、负压指标。2012年12月23日火区启封方案一、火区治理情况及分析1、火区治理情况根据确定的火区治理方法，从2012年7月至今，主要进行了如下工作（见下图）：1） 施工了新1#钻孔（成功），新2#钻孔（正在施工），新4#

16、钻孔（未到位，已报废），新5#钻孔（成功）。2） 利用新1#孔注黄土200 m3，砼150m3，把轨道上山下部封死。利用新5#孔注黄土胶体2500 m3，根据计算已彻底充填轨道上山及+850水仓、泵房。3） 利用原5#钻孔和新4#钻孔灌注黄土约200 m3，估计行人上山下部已部分充填，砌碹上部空间局部已充满。4） CO气体由封闭前的2000ppm降至目前的40ppm左右。2、火区情况及启封条件分析根据近几个月所做工作，现对井下火区情况进行分析（见上图）：1）轨道上山的高温已消除，+850水仓及泵房火源有可能未彻底熄灭，但可以确定已被封闭；2）行人上山火源及高温未消除，+850车场及绕道火源未熄

17、灭，与+900水平连通；3）+900以上轨道上山与绞车硐室火源及高温未消除，且与+900水平连通。4）井下高温及火源点仍有少量漏风。5）+900水平四道风门有可能损坏或变形，并处于打开状态。6）+900水平巷道积水较深，四道风门处有可能水深0.4米，最深处可达到1.5米。7）+850水平车场可能积水，在回风上山下口处最深，有可能达到1.5米，水下可能有大量於积物。8）+800水平水泵房於积物较多，可能短时间内无法恢复，各处巷道可能有於积物。图8 火区治理效果分析图二、井筒启封思路经过以上地面治理工作，火区得到有效控制，井下火区并未全部熄灭，局部高温点仍处于阴燃状态，而在地面很难有效治理这些区域

18、，为了彻底熄灭火区使矿井得到恢复，在具备了井筒启封条件时，启封井筒进入井下进行火区治理工作。1）利用+850人行上山处的地面钻孔注液氮，控制井下气体指标及火区漏风情况，启封主、风井，形成井下通风系统。2）启封后12小时内救护队员从主井+773水平+850水平+900水平关闭并加固四道风门。3）加固封闭+850车场、水仓的封闭，杜绝向火区供风。4）恢复+773+850水平供电、排水、运输系统，清理巷道，形成+850运输、排水系统。5）建立+850+900水平供电、供水、行人系统。6）对+900水平进行缩封，逐步解放+900水平，把火区压缩在最小范围内。三、启封前的准备工作1）通过钻孔或井筒连续监

19、测火区内气体变化趋势，掌握缩封前火区内的气体成分和浓度，准备气相色谱仪、瓦检仪、CO便携仪、两用仪及其它仪器，并全部检修校正。2）准备两种以上立井井下与井上的通讯器材或方式。3）救护队加强窒息环境中建立临时密闭的学习和训练，学习和熟悉缩封区的位置及周围环境。4）预备好建临时密闭所需材料（所需材料清单见下表），由矿方提前准备好码放在井口附近，火区封闭或加强封闭灾区时使用。5）准备好缩封时所需的设备、线缆、压风系统管路及接头。6）恢复井下通风系统的一切准备工作。7）缩封后进入井下工作人员的准备和安排。8）启封清理井口的前期准备工作。四、启封技术方案1、井口启封1）清理主井口的覆盖物，打开相应的小口

20、，调整固定主井潜水泵。2）水泵调整完成后，清理主井口所有覆盖物，空载试运行箕斗。3）箕斗运行正常后，打开暖风道供暖风，同时风井口清理工作（救护队施工）完成打开主扇，调整风量在200m3/min左右。4）风井气体指标正常后救护队员可下井侦察。2、井下侦察 缩封时先打开副井井口，在风流稳定的情况下开启提升设备送救护队员下井侦察。侦察路线：主井井筒主井井底车场及硐室（变电所、水泵房、井底清理巷、车场绕道等）+800-850m轨道上山、皮带上山+850m水平回风巷+850m水平车场闭墙+850m-+900m回风上山+900m水平四道风门情况（关闭）按原路返回。侦察内容主要包括：井下巷道支护情况、气温、积水、水温、气体成份、风门、巷壁温度情况等。侦察携带的主要仪器有：（1）光学瓦检仪：主要用于检测CO2气体浓度。（2）便携式瓦检仪：主要用于检测CH4气体浓度。（3）便携式氧气检测仪：主要用于检测O2气体浓度。（4）便