小甘沟防灭火方法及措施.docx

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小甘沟防灭火方法及措施

小甘沟防灭火方法及措施

矿井火灾是煤矿严重自然灾害之一，矿井一旦发生火灾事故，不但能造成危害和损失，还可能引起瓦斯煤尘爆炸，给矿山企业造成更大的危害，为加强矿井火灾的预防与管理，防止火灾事故发生，特编制呼图壁县煤炭多种经营有限责任公司小甘沟煤矿防灭火设计。

第一节现主要生产煤层及工作面情况

该矿现开采B4号煤层，属特厚煤层，层位稳定，全井田可采，为井田主要可采煤层。

根据地质报告，B4煤层煤层厚度13.62—18.32米，平均16.04米；含0—3层夹矸，夹矸单层厚度1.2—2.38米,平均为2.2米,夹矸为泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩;可采厚12.82—16.03米,平均14.06米;标准差1.16，变异系数8%，可采性指数100%，属全区可采稳定煤层，勘探区露头煤层火烧,B4煤层沿走向没有变化仅仅是夹矸厚度向东变厚;倾向上煤层厚度没有变化，仅仅是夹矸厚度变薄；属结构简单、稳定的巨厚煤层。

顶板为粉砂岩、中砂岩、粗砂岩；底板为泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、细砂岩、中砂岩。

B4煤层与B5煤层的层间距为39.58—56.71米，平均46.99米。

根据实际揭露情况，该矿自9万吨验收至今，已完成B4煤层三个区段的开采，根据矿井回采揭露情况分析，实际揭露煤层情况与地质报告描述基本一致，实际揭露煤层夹石为砂岩，较坚硬，厚度平均为2.5m，自然将煤层分为上下两个煤层，Ｂ４层实际揭露煤层平均厚度9.4m，Ｂ３煤层实际平均厚度4.5m，两分层间距2.5m。

实测煤层普氏硬度为1.5-2.0。

考虑到夹石厚度较大，影响顶煤的冒放性及煤质，采煤方法改造Ｂ４煤层采用综采放顶煤工艺，Ｂ３煤层采用一次采全高工艺，目前Ｂ４煤层已布置工作面回采，B3煤层正在进行工作面掘进准备。

根据现场调查，矿井仅布置一个回采工作面。

采用走向长壁综采放顶煤采煤方法，工作面顺槽按走向长壁放顶煤采煤方法布置，工作面沿煤层倾向布置，工作面平均倾角12o，工作面长度160m，开采煤层厚度9.4m。

实际生产过程中顶煤及顶板冒放性较好，可随采随冒。

工作面支护采用ZF4500-18/29型放顶煤液压支架、ZFG4600-20/32过渡液压支架、MG200/500-QWD型采煤机，配2台（采煤、放顶煤各一台）SGZ730/220型可弯曲刮板输送机，运输顺槽配套SZZ730/110转载机、PLM1000型破碎机，放顶煤开采，B4放顶煤工作面开帮高度2.5m，放煤高度6.9m，采放比为1﹕2.76，工作面长度为160m。

第二节　防灭火系统及防治方法

一、火灾防治方法及手段

1、工作面回采完毕，应立即封闭，切断风流，减少采空区漏风。

2、加强对各工作面自然发火情况的监测工作，掌握自然发火倾向，有效地预防火灾，并制定完善的防救措施，以保证生产安全。

3、设计在井下设有消防材料库，消防材料库必须按设计要求配备相应数量的砂子、水泥、砖、钢丝绳、坑木、粘土和灭火器等材料和器材，同时加强井下电气和高压线网的管理和维护，避免发生短路和绝缘破坏漏电而引起的火灾事故。

4、矿井投产时井下布置的走向长壁综采放顶煤工作面，为保证矿井安全生产，要确保井下消防洒水系统完好

针对矿井煤层自燃发火较好的措施有：

灌浆、阻化剂、均压、氮气、凝胶、地面填埋等措施。

由于采煤方法为走向长壁综采放顶煤采煤法，应采用灌浆防灭火方法对放顶煤工作面灭火较好，同时，辅以氮气防灭火系统。

根据地质报告提供，矿井开采煤层属易自燃发火煤层，结和采煤方法，确定该矿工作面主要采用以氮气和灌浆防灭火为主，喷洒阻化剂、压注凝胶、地面填埋堵漏为辅以及采用加快工作面推进度的综合防治措施，抑制煤层自燃发火。

二、矿井采用防灭火主要方法

1、氮气防灭火系统

设计推荐采用DT-B-1200/6型地面固定制氮设备制氮防火系统。

矿井的注氮系统由地面的注氮机供给，注氮机安装在副井井口。

注氮管路布置：

地面注氮机房→副井→副斜井→三区段轨道顺槽（1674）→工作面

注氮设备配置表

设备名称

型号

单位

数量

备注

制氮机

Dt—B—1200/6型

1

注氮管路

Ø160

M

2400m

壁厚5mm矿用纤维增强树脂覆层复合焊接钢管

设备选型

注氮量计算

注氮量

确定注氮量主要是根据防灭火区的空间大小及自燃程度确定。

目前尚无统一的计算方式，可按工作面的产量、吨煤注氮量、瓦斯量、氧化带内氧浓度进行计算。

a、按产量计算

此法计算的实质是在单位时间内注氮充满采煤所形成的空间，使氧气浓度降到防灭火惰化指标以下，其经验计算公式为：

QN=[A/（1440ptn1n2）]×（C1/C2－1）=9.562m3/min

式中：

QN——注氮流量，m3/min；

A——年产量，t取2000000t

t——年工作日，取330d；

p——煤的密度，1.3t/m3；

n1——管路输氮效率，取89%；

n2——采空区注氮效率，取75%；

C1——空气中的氧浓度；20.8%

C2——采空区防火惰化指标，可取7%。

b、按吨煤注氮量计算

此法计算是指工作面每采出1t煤所需的防火注氮量，根据国内外的经验，每吨煤需5m3氮气量，可按下式计算注氮流量：

QN=5AK/330×60×24=15.782m3/min

式中：

QN——注氮流量，m3/min；

A——年产量，t取2000000t；

K——工作面回采率，取75%。

c、按瓦斯或二氧化碳涌出量计算

QN=QcC/（10－C）

式中：

QN——注氮流量，m3/min；

Qc——工作面通风量，m3/min；取35m3/s

C——工作面回风流中的瓦斯浓度。

d——综放面（综采面）回风

矿井瓦斯相对涌出量为4.08m3/t。

C=（4.08×4522.8/24×60）/35×60=0.0061

QN=QcC/（10－C）=2100×0.0061/（10-0.0061）=1.28m3/min

根据上述计算结果，注氮流量取大值15.782m3/min，注氮量按1200m3/h考虑。

（2）设备选型

根据该矿井采区布置情况，设计选用一台DT-B-1200/6型固定制氮防火系统对采空区进行注氮防火。

该设备产气量为1200m3/h，其浓度不低于97%，所产N2压力为0.85Mpa。

（3）管路

本系统是利用制氮设备产生的压力进行注氮防火。

注氮管路主管选用DN180×7无缝钢管1趟，采区沿工作面轨道运输巷布置，对工作面采空区注氮。

灌注方式根据采空区中埋管气样分析结果而定。

由于该矿为走向长壁综采放顶煤采煤法，随着工作面的推进，采用随采随注的开放式注氮；同时针对采空区浮煤有自然发火倾向及采空区发火时，及时封闭工作面轨道顺槽、运输机顺槽，向采空区封闭式注氮，以到达防火、灭火的目的。

2、灌浆防灭火

1）设计依据

（1）煤层赋存条件

井田内共含全区可采和局部可采煤层7层，自下而上编号为B1、B2-1、B3、B4、B5、B6号煤层。

井田煤层倾角一般在10°～18°之间，煤层厚度多在3～14m之间。

煤层顶底板多以粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩为主，均属易软质～中等岩石。

（2）煤的炭化程度、含硫量、自燃发火倾向性及发火期。

矿区内各煤层主要为特低灰、特低硫、特低磷—中磷、高发热量、含油、高熔灰分是良好的动力煤、也是较好的气化用煤和炼油用煤，井田煤层属易自燃发火煤层。

（3）灌浆材料

根据生产矿井实践经验，灌浆材料一般采用黄土或粉煤灰。

该矿设计采用黄土灌浆工艺。

（4）工作制度

灌浆站年工作日330d，日工作四班作业，三班灌浆，一班准备，每班灌浆4h，纯灌浆时间为12h。

2、灌浆系统及方法

1）灌浆系统

本设计采用集中灌浆系统，在风井工业场地附近设集中灌浆站，集中灌浆站设有搅拌站、泥浆池，灌浆工艺流程为：

取黄土、加压供水、搅拌泥浆、灌浆、井下脱水、排水六个过程。

黄土经高压水枪冲洗后由灰浆沟经筛板进入搅拌池，通过搅拌机将黄土搅拌均匀，通过管道向采空区进行静压灌浆，副井井筒内设减压阀，管道通过区段甩车场至回采工作面上顺槽，在采空区预埋灌浆支管，采用随采随灌方式进行灌浆。

2）灌浆方法

（1）预埋管路灌浆

采用采空区预埋管路工作面随采随灌的方法。

灌浆管路沿工作面上顺槽敷设，在采空区预埋5～8m无缝钢管，预埋管一端通采空区，一端接灌浆胶管，胶管长20～30m，工作面回采后立即开始灌浆。

随工作面推进，按循环步距用回柱绞车逐渐牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆。

（2）洒浆

为保证灌浆达到较好的效果，在采空区下半段灌到足够的泥浆后，从灌浆管道接出一段胶管，胶管直径50.8mm，沿倾斜方向分段（一般10～20m为一段）向采空区均匀地洒浆。

（3）封闭灌浆

在采区或采区一翼全部采完后，将整个采空区封闭灌浆。

由采空区两侧停采线以外向采空区打钻灌浆，钻孔间距为15～20m，在采空区周围形成一个泥浆防护带。

3）灌浆参数计算

①日灌浆所需黄土量

Q灰=KG/r=0.03×6784/1.3=156.5m3

式中；Q灰——日灌浆所需黄土量，m3；

K——灌浆系数，黄土取0.03；

G——矿井最大日产量，按正常产量1.5倍取值6784t；

r——煤的平均密度，1.3t/m3。

②日灌浆所需实际黄土量

Q灰1=aQ灰=1.1×156.5=172.15m3

式中；a——取土系数，取1.1。

③灌浆灰水比：

按规范取1：

4。

④日制灰浆用水量

Q水=Q灰1δ=172.15×4=688.6m3/d

式中：

Q水——制备灰浆用水量，m3/d；

δ——泥水比的倒数，取4。

Q水1=kQ水

式中：

Q水1——制备泥浆用水量，m3/d；

k——水量备用系数，取1.2。

则：

Q水1=kQ水=1.2×688.6=826.32m3/d

⑤日灌浆量

Q浆=（Q灰1+Q水1）M

式中：

Q浆——日灌浆量，m3/d；

M——泥浆制成率，为0.93；

则：

Q浆=（172.15+826.32）×0.93=928.9m3/d

⑥每小时灌浆量

Q浆1=Q浆/（nt）

式中：

Q浆1—每小时灌浆量，m3/h；

n—每日灌浆班数，为4班/d；

t—每班纯灌浆时间，为4h/班；

则：

Q浆1=Q浆/（nt）928.9/4×4=58.06m3/h

4）灌浆设备

（1）取土方式及运输

黄土取自周边，采用汽车拉运至制浆站。

（2）灌浆站

黄土通过筛板过筛后进入集泥池，泥浆泵将黄土及水混合物打入泥浆搅拌池，经搅拌合格后再由入井灌浆管道输送到采空区。

（3）灌浆站主要设施

①集泥池

容积50m3，结构为钢筋砼。

上面有筛板一个，筛子为50×50mm规格。

②泥浆搅拌池

按2h灌浆量计算，泥浆搅拌池容积为150m3，长×宽×高为25×3×2m，两个槽。

（4）灌浆站主要设备

①搅拌机：

选用两台NJ-600型行走式泥浆搅拌机，功率7.5KW，电压380V。

②泥浆泵：

选用三台NB6-3型泥浆泵，一台工作，一台备用，一台检修，电功率7.5KW，电压380V。

③运输设备：

10t自卸卡车2辆。

（5）灌浆站供水

灌浆站供水水源为矿井井下排水。

（6）灌浆管路计算

临界流速：

根据灰浆密度1.2t/m3，则临界流速为1.6m/s。

①管径计算

式中：

D—管道内直径,m；

Q浆1—每小时灌浆量，58.06m3/h；

V—管内泥浆的临界流速，为1.6m/s。

则：

管道内直径为0.113m

实际工作流速大于临界流速时，不会发生堵管。

因此所选管径大于0.113m为宜。

②管壁厚度计算

式中：

δ—管壁厚度，mm；

D—管道内直径，120mm；

R许--许用应力，取800kg/cm²；

P压--管内压力，kg/cm²；

P压=0.11Y浆H=0.11×1.2×450=59.4kg/cm²

Y浆—泥浆容重，t/m³，取1.2t/m²

H—井深，取450m。

（灌浆管路沿副井敷设）

a附--附加壁厚，取2mm。

δ=6

经计算确定，矿井灌浆管路为“L”形式布置。

灌浆管路沿副井敷设，经副斜井→一采区三区段轨道顺槽，管路为DN133×6mm的无缝钢管。

3、灌浆疏水系统及预筑防火墙

1.疏水系统

灌浆前后要严密观测采空区涌水量大小情况，如确定采空区内有较大积水区域或较大水量，可能威胁到工作面安全生产，则必须采用适当疏水措施。

疏水措施应根据煤层产状、工作面采煤方法及回采方式、采空区内积水区位置、预测水量大小、工作地点排泄水设施、设备能力综合考虑，并应符合井下防治水的有关要求。

对于采空区积水，可采用探水钻施工疏水钻孔或通过密闭上预留的放水孔疏放，也可以通过临近顺槽施工疏水钻孔或顺槽间联络巷内密闭上的放水孔排水。

从采空区疏放出的积水，通过顺槽内水沟排到大巷水沟（或流入顺槽集水坑，通过水泵外排），后排入井下水仓。

疏水系统设施设备主要有：

水沟、集水坑、密闭墙、排水管路、探水钻机及配套设备、小水泵等。

2.预筑防火墙

矿井为防止采掘工作面自然发火及采空区发火，需设置防火墙及预留防火墙位置。

采煤工作面回采结束后，须及时砌筑永久性封闭。

井下发生火灾不能直接灭火时，必须砌筑防火墙，封闭火区。

井底设消防材料库，内有足量砌筑防火墙材料，并备有专用车辆，材料可直接运往井下各使用地点；另外，也可在采区内适当地点设临时材料储备硐室，内置砌筑防火墙的材料。

预筑防火墙的位置：

①回采工作面顺槽：

进风顺槽内应设在工作面停采线外部，距离不小于大巷保安煤柱尺寸，且需在各联络巷与顺槽交叉地点以里；回风顺槽内除上述要求外，防火墙应位于通风设施及构筑物以里工作面一侧；各进风顺槽间、各回风顺槽间不使用的联络巷应密闭；所有与工作面连通的顺槽、巷道都应按要求预留防火墙位置。

②掘进工作面：

应参照回采工作面顺槽预留要求因地制宜选定防火墙预留位置，所选地点应在通风设施及构筑物、交叉巷道以里；双巷（多巷）同时掘进时，各巷道都应分别预留防火墙位置，巷道间不使用的联络巷道应及时密闭；与掘进工作面连通的所有巷道内，都应预留防火墙位置。

③矿井的两翼，各生产水平之间，井下相邻采区间，井下自燃煤层或区域与其它煤层或区域连通的巷道间，其它可能发生煤炭自燃并可能蔓延危害到与其连通地点的巷道内等。

3.灌浆后防止溃浆、透水事故的措施

（1）灌浆材料应满足相关规定的要求，严格控制浆液泥水比，并控制灌浆量不使过大。

（2）工作面顺槽内设有水沟和集水坑，并配备小水泵，能够满足工作面俯斜开采时的涌水和浆液析水的排放要求。

（3）本矿井下灌浆采用随采随灌方式，一部分灌浆水会从采空区流入工作面运输机道或顺槽水沟内（俯斜开采时），这时最好在巷道内构筑滤浆密闭将泥浆滞留于采空区，使水放出。

（4）加强水情观测，对采空区的灌浆量与排水量进行观测记录。

排水量过少，灌浆区内可能有泥浆水积存；排水中含泥量较大，采空区可能形成了泥浆通路。

处理方法有：

a立即停止灌浆，采用间断灌浆。

b在泥浆中加入砂子填塞通路。

c提高泥浆浓度。

d移动灌浆管口位置，改变浆液流动路线。

e工作面下部运输机道见水即停止灌浆。

（5）本矿煤层采用综采放顶煤工艺，但B3煤、B4煤间距较小，开采上煤层B4煤时会影响下层煤B3煤，为防止上下层巷道、工作面溃浆问题，两煤层开采时间要错开一定时间，保证一定距离，等9层煤浆液水控出并稳定后方可安排顺10煤掘进及开采。

回采完毕的工作面与接替（相邻）工作面间留有20m保安煤柱，联络巷及时按要求密闭并在密闭上部安置放水管，可保证工作面回采时采空区积水不致溃入生产工作面顺槽。

如发现密闭内积水较多，必须制定措施，或进行放水。

（6）加强管路检修。