长滩煤矿防灭火设计说明Word文件下载.docx
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二、煤层自燃资料来源
内蒙古煤矿矿用安全产品检验中心（内蒙古安科安全生产检测检验有限公司）2009年12月对我矿5#煤层、6#煤层煤尘爆炸性、煤自燃倾向性进行了鉴定，鉴定结果5#煤层、6#煤层煤尘有爆炸性，煤属于Ⅰ级容易自燃。
鉴于此，设计矿井各煤层均按容易自燃煤层进行安全设施设计。
煤层自燃发火期参照周边准格尔煤田内的矿井资料，煤层自燃发火期一般为40天～60天。
三、设计拟采用的防灭火措施
设计井田内各煤层均按容易自燃进行设计。
依据相关矿井防灭火规程、规范和标准，借鉴周边矿区的防灭火经验，采取了以“预防为主，防治结合，针对难点，综合治理”的主要措施有：
合理进行巷道布置、及时封闭采空区、灌浆防灭火、喷洒或压注阻化剂、凝胶压注堵漏、配备惰气防灭火装置、束管监测等防治措施。
第三部分开采煤层自燃预测和防治措施
一、煤的自燃预测及分析
1、煤的自燃预测
（1）煤的炭化程度（变质程度）
根据有关资料，一般认为煤的自燃倾向性，是随炭化程度增高而减少的，事实上，同牌号的煤也有自燃难易之分，这是由煤的化学物理性质的多样性所决定的。
本井田含煤地层为下二叠统山西组（P1s）和上石炭统太原组上部（C2t2），其中5上、5号煤位于下二叠统山西组（P1s），6上、6、9号煤位于上石炭统太原组上部（C2t2），煤种为中～高发热量、低～中灰分、特低硫～中硫、特低磷、低燃点的长焰煤。
区内各煤层的镜煤最大反射率在0.5365％～0.5695％之间，平均为0.5579％，煤的变质程度为低变质的烟煤I阶段。
本区各煤层均有煤尘爆炸危险性。
（2）煤岩成分
在丝煤、暗煤、亮煤、镜煤四种煤岩成分中，具有纤维构造而表面吸附能力很高的丝煤在常温下吸氧能力特别强，着火点低，可以起着“引火物”的作用，所以含丝煤愈多，自燃倾向愈大。
根据地质报告，区内煤呈黑色，风化后呈褐色，条痕褐黑～黑褐色，呈暗淡的沥青光泽，局部可见油脂光泽，丝炭发育的层段显丝绢光泽。
常见贝壳状及参差状断口，外生和内生裂隙不发育，脆性差。
燃点一般为300℃左右，燃烧试验为剧燃。
残灰呈粉状～块状，灰白～灰色。
煤风化后煤质疏松，呈土状，燃烧时火焰不大。
（3）煤的含硫量
同牌号的煤中，含硫矿物愈多，愈易自燃。
煤中所含硫铁矿，低温氧化时生成硫酸铁和硫酸亚铁，使煤体膨胀而变得松散，增大氧化表面积。
硫铁矿氧化时放出的热量，也促进煤炭自燃。
区内各煤层原煤全硫含量在0.28％～1.95％之间，平均为0.77％。
垂向上，下部煤层较上部煤层硫含量增高，依据GB/T15224.2-2004硫分分级标准全区为特低硫分～中高硫分煤，平均为低硫分煤。
煤中硫成分以硫化铁硫（Sp,d）为主，有机硫次之，硫酸盐硫甚微，煤层中硫铁矿多以薄膜充填裂隙中，较易洗选。
（4）煤的水份
煤中所含水份对自燃倾向影响比较复杂，近年来有人认为，同一种煤水份愈多，着火温度愈高，但当它干燥（如不发生氧化）后，着火温度又变为最低；
炭化程度低而水份多的煤，水份蒸发后，煤的自燃危险性增加，这是因为水份蒸发使煤的粉碎性增加，从而增大其吸氧面积；
炭化程度高而水份少的煤，水份蒸发对煤的自燃危险性影响不明显。
根据地质报告，各煤层原煤水分一般波动在2.20％～9.75％之间，平均为3.88％；
浮煤水分一般变化在1.20％～6.55％之间，平均为3.26％。
浮煤水分较原煤水分有所降低。
其中5上煤层一般波动在2.22％～6.92％之间，平均为4.07％，5号煤层水分含量在2.06％～6.50％之间变化，平均为4.11％。
（5）煤的破碎程度
煤的破碎程度越高，吸氧面积越大，自燃危险性越高。
（6）煤的瓦斯含量、孔隙度及导热能力等物理性质也是影响自燃倾向的因素。
煤炭的孔隙率越大，越易自燃；
变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。
根据地质报告，井田内各煤层常见贝壳状及参差状断口，外生和内生裂隙不发育，脆性差。
（7）煤层厚度、倾角、埋藏深度。
煤层厚度与倾角愈大，自燃危险性愈大。
在厚煤层开采时，由于开采条件复杂，回收率较低，盘区煤柱易遭破坏，采区封闭不严，漏风较大等原因造成容易自燃。
此外，煤是不良导热体，煤层愈厚，愈易造成良好的热积聚条件。
煤层埋藏深度增加，煤的原始温度增加，自然水份减少，也将使自燃危险性增加。
（8）地质构造
煤层遭到地质作用（如褶曲、断层、破碎带及岩浆侵入等）破坏的地点，自燃发火比较频繁。
原因是地质构造破坏处，煤质较松，有大量裂隙；
围岩裂隙渗水，都使煤的氧化能力提高。
岩浆侵入区，煤层受到局部干馏，煤的孔隙率增加，强度降低，自燃危险性也可能增大。
本井田地质构造简单。
（9）围岩性质
煤层顶板坚硬而裂隙发达，冒落后块度较大，采空区漏风大，供氧条件良好。
若底板也较坚硬，则煤柱所受地压大，易破坏，均有利于煤层自燃；
如顶板松软，冒落后采空区充填较致密，且能很块压实，则采空区遗煤的自燃危险性大大减少。
根据地质勘探报告，煤层伪顶、直接顶底板以泥岩、砂质泥岩为主，占83.6%，余为砂岩占16.4%，砂岩中以粉砂岩为主。
岩石物理力学性质测试结果表明：
5号煤顶板泥岩自然状态单轴抗压强度11.0MPa，底板泥岩自然状态单轴抗压强度18.8MPa；
煤层顶、底板围岩强度较低，以较弱岩石为主，软化系数均＜0.75，属易软化岩石。
岩体质量一般或中等，较稳定。
（10）开拓方式及采煤方法
盘区主要采用煤巷开拓，支护方式为锚（网）喷为主。
采煤方法对自燃发火的影响主要取决于采空区遗煤量及其集中程度、顶板管理方法、煤层切割情况、煤柱破坏程度以及采空区封闭难易程度等。
本矿井各煤层的开采方法主要采用综采放顶煤和普通综采采煤方法。
其中综采放顶煤采空区的遗煤量比普通综采大。
（11）漏风条件
空气流通不仅使煤氧化，同时又把氧化生成的热量带走。
风速很小，供氧量不足；
风速过大，热量不能积聚，都不会发展成自燃火灾。
因此，只有在既有风流流通而又风速不大的情况下，煤才可能自燃。
顶板冒落的采空区，煤巷冒顶、垮帮处，压碎的煤柱等地点的漏风，往往具备了这种自燃条件。
2、煤的自燃倾向性鉴定结果
依据内蒙古煤矿矿用安全产品检验中心（内蒙古安科安全生产检测检验有限公司）2009年12月对我矿5#煤层、6#煤层煤尘爆炸性、煤自燃倾向性进行了鉴定，鉴定结果5#煤层、6#煤层煤尘有爆炸性，煤的吸氧量0.93cm3/g，煤属于Ⅰ级容易自燃。
3、综合机械化开采煤层自燃的特点
本矿井主要采用综采放顶煤和普通综合机械化采煤法。
综采的易发火区为“二道二线”（工作面运输道、回风道、开切眼、停采线）。
二、煤的自燃预防措施
（一）开拓开采方面的措施
1、合理进行巷道布置
根据井田开拓部署和采区巷道布置，矿井生产初期开采5和6上号煤层，井下各开拓、准备和回采巷道主要以全煤巷布置为主，布置在5、6上煤层中；
部分硐室及联络巷布置在煤层顶底板岩石中。
另外先期开采的5和6上号煤层，煤层瓦斯含量低，属较容易自燃煤层和易爆煤层。
煤层伪顶、直接顶底板以泥岩、砂质泥岩为主。
地质报告通过钻孔的岩石物理力学性质试验，岩体质量一般或中等，较稳定。
。
根据确定的井口位置和开拓开采方式，矿井采区利用盘区辅助运输大巷、胶带输送机大巷和回风大巷直接布置回采工作面，三条盘区大巷均布置在5、6上煤层中。
盘区工作面回采后，三条大巷处于压力集中区，压力经过较长一段时间后才能释放，巷道可能有一定程度的破坏。
由于开采工作面布置需要，沿盘区大巷需布置通向工作面顺槽的联络，造成盘区大巷开口较多，开口处巷道断面较大，回采后如果密闭不严，将可能引起漏风，对矿井通风安全以及防治煤层自然发火不利。
考虑以上情况，为提高巷道抗压强度，保证开拓、准备巷道以及主要硐室应具有的服务年限，设计原则上采用矩形断面。
另外，为满足防止煤层自然发火的需要，在现有的煤岩资料条件下，设计巷道的支护形式选用锚网喷联合支护。
喷射混凝土（砂浆）的厚度根据巷道跨度的不同而不同。
若实际揭露的煤岩性质发生变化，或煤层顶底板岩性较差，或遇断层破坏带，则必须采取锚网喷加锚索或架拱形钢棚或混凝土砌碹等复合支护。
采取留设足够的三条大巷保护煤柱，尽量减小三条盘区大巷受采动影响。
加强巷道观测，巷道施工中向煤壁压注阻化剂，及时对巷道破坏段进行注浆、修复等维护措施，必要时采用补打锚索，以减少巷道破坏。
同时对巷道高冒、松动离层及裂隙处，采用注凝胶堵漏。
压注的凝胶必须充满全部空间，其外表面应喷浆封闭，并定期观测，发现老化、干裂时，应予重新压注。
对于采后工作面与大巷的平巷口，立即进行永久性封闭，采用压注阻化剂加防火墙的方法防火。
防火墙设两道，间距大于5m，以不燃材料构筑，两墙之间以掺阻化剂的泥浆充填实。
防火墙上应设注浆管、观测管和排水管。
如发现密闭区有自燃发火预兆，应及时通过防火墙上的注浆管向密闭区注惰性气体。
2、合理安排开采顺序。
采区开采顺序遵循先近后远，先上后下的原则，尽量减少形成“孤岛”工作面。
采煤方法为走向长壁后退式采煤法，全部陷落法管理顶板，采用灌浆、注惰性气体、喷洒阻化剂等防灭火方式。
这种长壁式采煤法回采率高，巷道布置比较简单，便于加快回采速度，缩短采空区暴露时间。
3、提高回采率，加快回采速度，即可提高产量又可以在空间上和时间上减少煤炭的氧化作用。
生产技术管理人员必须考虑合理的回采速度和合理划分采区，且采完后立即按有关规定封闭采空区。
4、在盘区开采设计中，预先选定构筑防火门的位置。
当采煤工作面投产和通风系统形成后，必须按设计选定的防火门位置构筑好防火门墙，并储备足够数量的封闭防火门的材料。
当采煤工作面回采结束后，立即进行永久性封闭。
5、在盘区开采设计中，明确选定自燃发火观测站或观测点位置，并建立束管监测系统，确定煤层自然发火的标志气体和建立自燃发火预测预报制度，所有检测分析结果必须记录在专用的防火记录簿内，并定期检查、分析整理，发现自燃发火指标超标或达到临界值等异常变化时，立即发出自燃发火预报，采取措施，进行处理。
6、在煤层中掘进巷道时，对巷道中出现的冒顶区必须用不燃材料充填密实。
锚喷或砌碹支护后的空隙与冒落处也必须用不燃材料充填密实，并定期检查。
7、盘区设计根据自然发火期来确定盘区的开采期限，从而确定盘区规模。
8、控制风流的巷道预留出能保证实现通风、防火措施的位置。
9、采用喷洒阻化剂防止煤层自燃。
10、防火墙上应预埋注浆管、观测管和排水管。
11、当顶板不容易冒落时，采取有效措施（如放炮等），使整个采空区顶板冒落并压实，特别是切眼及停采线、各种煤柱附近，以减少漏风。
12、对已报废的溜煤眼采用压注阻化剂及以不燃材料封闭的办法防火。
13、对已报废的在煤层中的联络巷、采终线巷道采用压注阻化剂加防火墙的方法防火。
14、对采煤工作面开切眼、停采线均应采用喷、撒阻化剂防火。
15、井下全部巷道及硐室均采用锚（网）喷或混凝土砌碹支护，均为不燃材料。
井下主要巷道连接处，井下胶带输送机机头、机尾前后各30m内，井下各机电硐室均采用锚（网）喷或混凝土砌碹支护。
（二）通风方面措施
在既定的生产条件下，矿井通风网路中漏风的数量与方向往往是煤炭自燃发展过程转化的决定性因素，防火对于通风的要求是：
风流稳定，漏风量小和通风网路中的有关区段易于隔绝。
1、矿井设计工作面开采采用后退式回采。
工作面开采均采用“U”型通风方式，一进一回。
新风与乏风均不通过采空区，漏风小。
2、辅助运输大巷进风，回风大巷回风，实行分区通风，每个盘区及工作面均有独立回风系统，它的优点是降低矿井总风阻，增大矿井通风能力，减少漏风，易于调节风量，在火灾时期便于控制风流，隔绝火区。
3、调节风门、风门和风墙应设置在围岩坚固、地压稳定的地点，还要注意避免引起采空区或附近煤柱裂隙漏风量的增大。
4、防火墙必须由不燃材料构成，必须密实，不能有漏风，并定期检查维修。
5、采取措施，降低盘区进、回风巷之间，区段进、回风巷两端的负压差，以减少漏风。
6、风门与调节风门造成的风压控制在100Pa以下。
7、风门、调节风门之间的距离要留有较大余地。
8、矿井作大的风量调整时，应测定防火墙内气体成分和空气温度。
9、在合适地点设立双向风门，使矿井既可全区实现反风，也可局部实现反风，以防火灾事故扩大。
10、实现风门闭锁。
井下风门均安装闭锁装置，使一组风门不能同时敞开，确保风流稳定。
11、利用风压调节法防火
风压调节法防火的实质是设置调压装置或调整通风系统，以降低漏风通道两端风压差，减少漏风量，达到抑制自燃的目的。
具体措施有：
调节风窗调压、局扇调压、风窗—局扇联合调压。
（三）监测方面的措施
1、每周至少检查一次盘区的密闭情况，测定一次盘区回风巷道和可能发热地点的温度和风量，并应采取空气试样进行分析，每15天至少检查一次废弃巷道的密闭情况。
所有检查、测定、分析结果，都必须记入防火记录簿内。
2、采用均压防灭火时，对采空区和火区内的漏风量、漏风方向、空气温度、防火墙墙内外气压差等，都必须按规定进行定期检查、观测，并将结果登记造册。
3、使用JGS-7型矿用火灾预报束管监测系统，对每个可能发热的地点、防火墙、密闭、采空区、采煤工作面上下顺槽靠采空区部位等可能引发火灾地点进行连续监测。
4、防火检测的测点或站应具有代表性，由矿井防火灾领导小组确定，并且每个采区或回采工作面至少设立两处，此处的巷道至少要有10m长直线段，并符合井下测风站的要求。
5、防火检测时间间隔：
盘区进、回风流中不大于3天；
工作面采空区上隅角不大于3天；
采空区回风侧防火墙不大于7天；
其它地点不大于15天。
（四）火灾瓦斯爆炸与抑制措施
1、合理选择封闭顺序。
在有瓦斯爆炸危险时一般应采用进、回风侧同时封闭法，在统一指挥下同时封闭进、回风防火墙上的通风口。
2、合理选择封闭位置。
尽可能靠近火源进行封闭，封闭区不得存在漏风口。
3、加强火区气体成分的探测，正确判断瓦斯爆炸的危险程度。
4、正确选用防爆防火墙，采用砂袋防火墙（或石膏防火墙）施工时边通风边探测、边砌筑，迅速封口，撤离人员。
5、向火区充惰性气体或多水材料灭火。
惰性气体采用DT600/6膜分离制氮机向火区充氮气。
三、各种防灭火方法
（一）矿井防灭火方法的选择
《煤矿安全规程》第228条和232条规定：
“开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自然发火的措施。
”、“开采容易自燃～自燃煤层时，必须对采空区、突出和冒落孔洞等空隙采取预防性灌浆或全部充填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体、均压等措施，编制相应的防灭火设计，防止自然发火。
”
1、预防性灌浆
预防性灌浆是目前我国使用较广泛的一种行之有效的预防煤炭自然的方法，主要针对回采工作面采空区遗留浮煤的自燃防治。
灌浆材料主要有黄土、矸石灰、粉煤灰等，在水源比较丰富的地区甚为广泛。
回采工作面的预防性灌浆方法主要采用埋管注浆、随采随注、洒浆、打钻灌浆和采后灌浆等，通过灌浆对采空区里残留的煤进行隔氧分离，减少煤炭氧化的机率，防治采空区煤层自燃。
根据《煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范（AQ1055-2008）》（2009年1月1日实施）：
“开采容易自燃或采用放顶煤开采自燃煤层的矿井，必须设计以灌浆为主的两种以上综合防灭火措施”。
2、氮气防灭火
氮气防灭火按照制氮设备的布置分为地面固定式注氮、地面移动式注氮和井下移动式注氮，其原理是通过向采空区注入不低于97%浓度的氮气，减少采空区内氧气的含量，抑制采空区内残留余煤的氧化。
3、阻化剂防灭火
阻化剂防灭火技术较先进、工艺系统简单、投资较少，且阻化剂来源广，阻化率高、价格低廉，对于缺水、少土地区煤矿的井下防灭火具有重大的现实意义。
喷洒压注工艺主要有机动性喷洒压注系统、半永久性喷洒压注系统和永久喷洒压注系统。
阻化剂防灭火系统不仅对采空区残留浮煤进行喷洒，还可对巷道或者煤柱的煤壁进行喷洒或者可采用钻孔进行压注，从而起到煤层自燃的阻化作用。
4、注凝胶防灭火
凝胶是一种较为新型的防灭火材料，主要以水为载体、以水玻璃为主剂、以硫酸或碳酸盐类为促凝剂和以灰土（黄土或石灰）为增强剂混合而成的不燃性防灭火材料。
具有较强的渗透性、较好的密封性和较快的凝固性等特点，一般应用于较小空间或裂隙地点的发火隐患的治理。
近几年来，防灭火材料有了一定的发展和改进，如巴斯夫防火密闭材料、罗克休泡沫、威尔浮材料等一些有机高分子注浆材料等，主要应用在煤矿井下破碎煤岩体内、掘进巷道高冒区充填、密闭充填和喷涂等处，对防止煤层自然发火起到了很好的效果。
设计矿井注凝胶设备选用ZHJ型矿用移动注浆站一套
5、均压防灭火
均压防灭火技术是一项经济、实用、效果较好、技术含量较高的防灭火手段和措施。
其实质是通过设置调压设施（装置）或调整通风系统，改变井下巷道中空气压力分布状态，尽可能减少或消除漏风通道（实施均压区域）两端的风压差，从而减少或消除
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