大金禾煤业防灭火专项设计Word格式.docx

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2、煤层的自燃预防措施

2.1开拓开采方面的措施

2.11运输下山、轨道下山、回风下山布置在煤层内，采用锚网喷、锚索联合支护，机电硐室采用锚网喷、现浇混凝土支护。

2.12回采工作面条带布置，减少煤柱损失；

回采工作面采用后退式开采，加速回采进度；

尽一切可能防止煤层自然发火。

2.13采用壁式采煤法回采率高，巷道布置比较简单，便于使用机械化装备与加快回采进度，有较大的防火安全性。

2.2通风方面的措施

2.21回采工作面采用后退式开采，“U”型通风系统，对防止自然发火有利。

2.22回采工作面采完后及时构筑密闭墙，加强对采空区的密闭管理。

2.3监测方面的措施

2.31矿井配备DMH型胶带机硐室自动灭火系统，系统通过地面总站，对接收到的井下数据进行处理，显示测点报警信息。

从而对主要运输下山的带式输送机发火进行不同阶段监测预报。

2.32回采工作面上隅角、掘进工作面、瓦斯检查员、班长配备便携式一氧化碳检测报警仪。

3、防灭火方法

该矿10、11号煤层属于自燃煤层，根据地方煤矿特点及防灭火经验，矿井自燃火灾防治系统及措施：

主要配置KYSC-1型矿井移动式束管采样系统、GC950型火灾气体色谱分析系统对煤层自然发火进行采样监测；

建立阻化剂防灭火、采空区灌浆防灭火、凝胶防灭火系统、氮气防灭火系统。

3.1煤层自燃监测方面的措施

煤层自燃火灾监测与早期预报是矿井火灾预防与处理的基础，是矿井防灭火的关键。

只要能够准确、及时地对煤层自燃火灾进行早期预报，就能有的放矢地采取预防煤层自燃火灾的措施，从而避免自燃事故的发生。

对于煤层火灾的预测预报而言，采样监测技术是至关重要的。

目前，煤层火灾的监测主要有矿井火灾束管采样监测系统、煤矿安全监控系统和人工检测三种手段。

3.11束管监测

地面固定式矿井火灾束管监测系统是借助束管将矿井井下各测点的气体经抽气泵负压抽取、汇总到指定地点，在借助气相色谱检测装置对束管采集的井下气样进行分析，实现对CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2等气体含量的在线监测，其监测结果在以实时监测报告、分析日报等方式提供数据的同时，亦可自动存入数据库中，以便今后对某种气体含量的变化趋势分析，从而实现对矿井自燃火灾的早期预报。

安全监控系统可以连续监测CO、CO2、O2等环境参数，根据这些环境参数的变化进行煤层火灾的预报。

3.12人工检测

人工检测一直作为煤层火灾的主要监测手段，人工气体监测主要采用O2、CO、CH4等便携式气体分析仪，由人工直接在各测点进行气体检测，并定期采用气袋取气样，送地面进气相色谱分析，给出气体的成分和浓度，以此判断煤层发火程度。

该法适用性强、投入设备少，简单易行，但人工取样工作量大，间隔时间长，不能连续实时进行检测。

山西省安全工程技术研究中心开发的与该采样系统配套的GC950型煤矿专用火灾气体色谱分析系统，该系统采用日本岛津技术，具有性能稳定、功能齐全、自动化程度高、重复性好、灵敏度高等优点，克服了传统的色谱仪氮气和氧气分离效果差，不能测氢气等缺点；

该系统能测定H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C2H2等9种气体，实现了测定氢气这一重要火灾气体，对于指导矿井火灾的治理具有重要的参考价值；

采用三气路六通阀定量管进样，配TCD、双FID及镍转化炉，四通道采样分析，一次进样5分钟内完成所有气体分析；

检测器均采用单元化设计，先进制造工艺，具有灵敏度高、噪声低、线性范围宽等特点；

工作站功能强大、性能稳定，直观、简单、易学。

1）KYSC-1型束管采样系统组成

该系统既具有原束管系统的功能，又克服了原束管系统的一些不足。

系统经济适用，维护方便，适用于中小型矿井自然发火的预测预报，也适用于大型矿井高产高效工作面的自然发火预测预报及火灾治理过程中火灾信息的连续检测。

该系统由以下三部分组成：

（1）抽气束管；

（2）抽气泵；

（3）采样柜；

（4）气水分离器。

1.水位计2.压力控制阀3.出气口4.压力表5.连接法兰6.连接管道7.皮管8.水泵出气口9.水泵进气口10.皮管11.负压表12.流量计13.八路控制开关14.气体采样口15.出水口

图3.11采样系统连接图

2）KYSC-1型束管采样系统技术参数

1）供电电压：

660V／380V；

2）功率：

4kW；

3）供水量：

1m3/h；

4）抽气量：

1.35m3/min；

5）负压：

－0.087MPa；

6）抽气距离：

5000m。

3）GC950型煤矿专用色谱分析系统技术特点和参数

图3.11　煤矿专用气相色谱分析系统配置简图

3.11　煤矿专用色谱分析系统连接示意图

主要特点

①该仪器采用日本岛津技术，具有性能稳定、功能齐全、自动化程度高等优点；

②可以测定H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2共9种气体；

③选用氩气作载气，实现了测定氢气这一重要火灾气体，对于指导矿井火灾的治理具有重要的参考价值；

④采用三气路六通阀定量管进样，配TCD、FID及镍转化炉，从而排除了各组分之间的互相干扰，使重复性、灵敏性和准确性更好；

⑤CO、CO2及烃类测定采用分时进样，双柱并联共用FID的流程，从而避免了分流进样造成最低检测浓度达不到煤矿安全要求的不足，同时通过进样时间的控制，可以缩短总的分析时间，减轻分析人员的工作量；

⑥内置不锈钢丝网过滤膜，从而避免了煤矿气体粉尘较多容易堵塞管路的问题；

⑦检测器均采用单元化设计，先进制造工艺，具有灵敏度高、噪声低、线性范围宽等特点；

⑧工作站功能强大、性能稳定，直观、简单、易学。

设有六种定量方法（归一法，内标，外标，修正归一法，带比例的修正归一法，指数法），可实现任意多点标样校准，任意多点校准平均，直观显示校准曲线；

灵活的峰识别和处理能力，适应各类色谱分析应用。

技术参数

①最小检测浓度：

H2≤5ppm；

CO、CO2≤2ppm；

烃类≤0.1ppm

②尺寸：

宽606mm×

高450mm×

深450mm

③重量：

～42Kg

④电源：

200V、50HZ、2100W

⑤热导检测器（TCD）

结构：

半扩散式、四臂铼钨丝；

电源：

恒流控制方式；

灵敏度：

≥1500mV·

ml/mg（正十六烷）；

噪声：

≤0.03mV；

飘移：

≤0.1mV/30min

⑥火焰离子化检测器（FID）

圆筒形收集极、石英喷口；

检测限：

1×

10-11g/s（正十六烷）；

≤5×

10-13A；

10-12A/30min

⑦柱箱温度范围：

10～399℃（增量为1℃）；

控温精度：

±

0.1℃；

可由键盘设定过热保护值

⑧检测器温度范围：

0.01℃（TCD）和±

0.1℃（其它）；

⑨工作站

高精度：

USB接口，24位的高精度A/D，分辨率±

1uv

输入通道电平范围：

外置数据采集盒，输入通道2个。

-1v至+1v（可扩展

2V）

采样频率：

6、12、25、50次/秒

动态范围：

106（1μv为最小单位）

积分灵敏度：

1μv·

sec（即面积的个位数）。

线性度：

<

0.1%

重现性：

0.06％

4）井下监测方案

⑴测点布置方案

①选定一工作面在进回风顺槽按一定间距布置束管采样器，测定采空区范围大约距工作面150m左右，约50m设一个测点，保持采空区内部进、回风侧各三个探头，上下顺槽同时观测，待距工作面最远测点进入采空区150m后，即可结束观测，测点布置如图3.14、图3.15所示。

（两者根据情况选一种）

3.14　单巷布置工作面测点布置图

图3.15　双巷布置工作面测点布置图

②工作面正常封闭后，在进、回风侧密闭分别设观测孔，并在密闭内各布置一个测点，测点布置如图6-2-7所示，对于与采空区相连（尤其是与火区相通）的闭墙内也应设置测点进行监测。

图6-2-7　工作面封闭后测点布置图

⑵地面色谱分析

井下通过束管采样仪采样并送至地面色谱分析，分析参数主要有O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、H2正常情况下，每天早班检测一次，工作面异常时，每班检测二次。

为了检测全矿井的一氧化碳情况，矿井配备便携一氧化碳检测报警仪，数量不少于便携瓦检仪的三分之一，共配备？

台。

4、防灭火方法

4.1对采空区进行预防性灌浆

《煤矿安全规程》规定，开采容易自燃和自燃的煤层时，必须对采空区、突出和冒落空洞等孔隙采取预防性灌浆等防灭火措施。

预防性灌浆就是将水、浆材按适当比例混合，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路输送到可能发生自燃的区域，用以防止煤炭自燃，是使用最为广泛、效果最好的一种技术。

4.11灌浆系统

目前灌浆使用的浆液的制备主要有水力制备和机械制备两种方法。

水力制备是利用高压水枪冲刷松散的粘土层使水土混合形成泥浆，是一种操作较为简单的制浆方式，但浆液浓度难以保证，防火效果差；

机械制浆是按照一定的比例将制浆材料和水送入搅拌池，经搅拌机搅拌，输入注浆管路送至井下，但目前的灌浆系统普遍存在易堵管、输浆力度小、浆材要求高、投资大等不足。

山西省安全工程技术研究中心开发的KDZS-1型多功能煤矿防灭火灌浆系统选用移动式轻型设备、多组浆池协同灌浆、远距离输浆等特点，经过滤后有多个输浆出口，可用黄土、粉煤灰等多种灌浆材料，具有设备简单、投资少、建设速度快、输浆力度大、防冻等优点。

本次设计在风井场地设KDZS-1型多功能煤矿防灭火灌浆系统一套，为全矿灌浆服务，灌浆方法采用随采随灌，即随采煤工作面推进的同时向采空区灌注浆液。

在灌浆工作中，灌浆与回采保持有适当距离，以免灌浆影响回采工作。

灌浆站建设：

风井场地建2个搅拌池和1个注浆池（注浆池设在较低的水平），池深和直径均为2m，池体用砖砌筑水泥抹面或用钢板焊接，其上固定搅拌器。

搅拌池底部留有出料口，在浆液流入注浆池前设双层过滤筛子（孔径为10mm），搅拌池及注浆池侧面设800mm×

800mm×

2000mm下液泵坑两个，各安设离心式液下泥砂泵2台。

灌浆站布置如图4.11所示。

图4.11灌浆站布置示意图

4.12灌浆方法

预防性灌浆方法有多种，根据采煤与灌浆先后顺序关系可分为：

采前预灌、随采随灌和采后灌浆。

采前预灌就是在煤未开采之前即对煤层进行灌浆，适用于老空区过多、自然发火严重的矿井；

随采随灌就是随着采煤工作面推进的同时向采空区灌浆，主要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆，能及时将顶板冒落后的采空区进行灌浆处理；

采后灌浆就等回采结束后，将整个采空区封闭起来后进行灌浆。

为了保证及时、简便处理处理自燃隐患，设计采用埋管灌浆法。

采用埋管灌浆法，在放顶前沿回风巷在采空区预先铺好灌浆管（一般预埋10～20m钢管），预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶管长一般为20～30m，灌浆随工作面的推进，用回柱绞车逐渐牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆，要求工作面采空区能灌到足够的泥浆。

4.12埋管灌浆示意图

1-预埋注浆管；

2-高压胶管；

3-灌浆管；

4-回柱绞车；

5-钢丝绳；

6-采空区

（3）灌浆参数的选择

①浆液的水固比选择

泥浆的水固比是反映泥浆浓度的指标，是指泥浆中水与固体浆材的体积之比。

水固比的大小影响着注浆的效果和泥浆的输送。

泥浆的水固比越小，则泥浆浓度越大，其粘度、稳定性和致密性也越大，包裹遗煤隔离氧气的效果也越好，但同时流散范围也越小，输浆管路容易堵塞；

水固比大，则输送相同体积的土所用的水量大，包裹和隔绝效果不好，矿井涌水量增加，在工作面后方采空区灌浆时容易流出而恶化工作面环境。

浆液的水固比应根据泥浆的输送距离、煤层倾角，灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过试验确定，一般情况下为4:

1，冬季为5:

1。

②日灌浆所需浆材量

式中Q材——日灌浆所需浆材量，m3/d；

m——煤层采高，m；

L——工作面日推进度，m；

H——灌浆区倾斜长度，m；

C——回采率，%；

K——灌浆系数，为灌浆材料的固体体积与需要灌浆的采空区容积之比，一般取0.05～0.15。

③日制浆用水量

式中Q水1——制浆用水量，m3/d；

δ——水固比。

④日灌浆用水量

式中Q水2——日灌浆用水量，m3/d；

K水——用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数.一般取1.10～1.25。

⑤日灌浆量

式中Q浆1——日灌浆量，m3/d；

M——泥浆制成率，取0.88；

⑥小时灌浆量

式中：

Q浆2——每小时灌浆量，m3/h；

n——每日灌浆班数，班/d；

t——每班纯灌浆时间，h/班。

⑦每小时最大灌浆量

考虑到今后生产规模扩大和煤层发火不确定等因素，灌浆主管路按目前所需能力的1.5倍设计，则每小时最大灌浆量为：

Q浆max——每小时最大灌浆量，m3/h。

需要说明的是：

灌浆系统的灌浆系数、水土比等各项参数在实际生产中必须根据煤层发火情况、输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过实验确定，以确保灌浆效果和生产的安全。

⑧工作制度：

与矿井工作制度相匹配，但需注意以下原则：

灌浆工作是与回采工作紧密配合进行。

设计灌浆为三班灌浆，每天灌浆时间为10h，若矿井自燃发火严重，且所需灌浆的工作面较多，宜采用四班灌浆，每天灌浆时间为15h。

（4）灌浆材料的选择

①颗粒要小于2mm，而且细小颗粒（粘土：

≤0.005mm者应占60～70％）要占大部分。

②主要物理性能指标

比重为：

2.4～2.8t/m3

塑性指数为9～11（亚粘土）

胶体混合物（按MgO含量计）为25～30％：

含砂量为25～30％，（颗粒为0.5～0.25mm以下）

容易脱水和具有一定的稳定性。

③不含有可燃物

目前常用的灌浆材料有黄土、粉煤灰等。

与黄土相比，粉煤灰的粒度较粗，但体积密度小。

就注浆灭火而言，粉煤灰质轻，颗粒表面具有一定光滑度，容易搅拌成浆，便于管道输送。

注入火区后流动性、稳定性较好；

粉煤灰具有一定的火山活性，其密封性能较好；

粉煤灰亲水性差，粒度又大于黄土，注浆后浆体达到静态时脱水快，并随着水的泄流带走一部分热量。

因此粉煤灰用于注浆灭火，可以起到隔绝、包裹、降温作用。

另外，使用粉煤灰，既处理了废料，又有利于环保。

（5）灌浆管路的选择

①灌浆管路布置

回采面采空区是该矿灌浆重点区域，因此，灌浆主管路应针对回采面进行铺设，其它地点的灌浆，则根据需要从主管路上分叉连接。

从风井由地面灌浆站铺设一趟管路至回采面，管路铺设路线为：

地面灌浆站→副平硐→回风下山→10101工采面回风顺槽→工作面

②灌浆管道

主要灌浆干直径是根据管内泥浆的流速来选择。

在设计中，泥浆给定后，先确定泥浆在管道中流动的临界流速，再求出泥浆的实际工作流速，使之大于临界流速即可。

实际工作流速：

v——管道内泥浆的实际工作流速，m/s；

Q浆max——小时灌浆量，m3/h，

d——管道内径，m。

取108mm

该实际工作流速处于临界流速最大值（泥浆钢管的临界流速通常为1～4m/s），可满足工程需要。

地面灌浆管道一般选用铸铁管；

井下灌浆管道采用无缝钢管，其钢管直径取108mm；

支管直径取75mm；

；

工作面管道直径取4寸胶管。

（6）制浆的主要设备见表4.2.1，灌浆系统布置如下图4.2.2所示：

图4.2.2灌浆系统布置示意图

表4.2.1灌浆设备一览表

序号

设备名称

设备型号

单位

数量

1

潜水泵

ZBA-6B

台

2

泥浆搅拌机

自制

3

减速器

4

下液式泥浆泵

80NYl50-20J

6

5

无缝钢管

D108×

4.0

米

D75×

7

4寸胶管

DN100

8

供水管（软管）

φ30

灌浆系统路径：

地面灌浆站-回风斜井-井底大巷-10煤回风下山-回采工作面轨道顺槽-工作面

黄泥灌浆系统见图A1896-175-01～02。

4.3灌浆疏水系统及预筑防火墙

4.3.1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。

4.3.2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。

4.3.3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）本矿煤层采用综采一次采全高工艺，但10煤、11煤间距较小，开采上煤层10煤时会影响下层煤11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10层煤浆液水控出并稳定后方可安排顺11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。

5.0阻化剂防火技术

5.1阻化剂防火原理

阻化剂大都是吸水性很强的溶液，当它们附着在易被氧化的煤体表面时，吸收了空气中的水分，在煤体表面形成了含水液膜，从而阻止了煤与氧的接触，起到了隔氧阻化作用；

同时水在蒸发时吸收热量，使煤体降温，从而抑制煤的自热和自燃，延长自然发火期的作用。

5.2阻化剂选择

①原料来源广泛，价格便宜，制备、使用方便，不会大幅增加采煤成本；

②对人、设备及正常生产无影响；

③具有较好的渗透性和附着性；

④阻化率高，阻化寿命长。

目前，我国常使用的阻化剂有水玻璃（Na2O·

nSiO2）、氢氧化钙Ca（OH）2、工业CaCl2及卤块（工业MgCl2）等。

其中水玻璃模数n严格要求在1～2之间，且其成本较高，吨煤成本高；

氢氧化钙溶解度较小，和水混合而成是混浊液，且碱性强，具有很强的腐蚀性，对注液设备的防腐蚀性要求高，又因为其溶液是颗粒悬浮状混浊液，颗粒大小对使用泵和封孔器的正常运行产生影响；

而工业CaCl2来源广、供应稳定、成本低，故选用工业CaCl2作为阻化剂。

5.3阻化剂浓度确定

阻化剂浓度的合理性是降低成本、提高阻化效果的重要方面。

根据国内矿井使用效果来看，20%的溶液阻化率较高，阻化效果较好；

10%的阻化液也能防火，但阻化率有所下降，因此，阻化剂浓度控制在15%～20%之间，一般不小于10%，可暂定把浓度控制在20%，以后根据实际的阻化效果进行适当调整，并采用重量法进行浓度测定。

5.4阻化剂防火系统选择

目前我国