一通三防安全改造项目煤矿防灭火系统完善初步设计.docx
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一通三防安全改造项目煤矿防灭火系统完善初步设计
*****矿
2013年“一通三防”安全改造工程
***煤矿防灭火系统完善
初步设计
2013年4月5日
概述
一、矿井概述
1、南通煤矿位于重庆市万盛区南通镇，距离重庆市125公里，距万盛区政府10公里.于1938年建矿，矿井实际生产能力80万吨/年，剩余可采储量3950万吨，剩余服务年限32年.
2、矿井地质及煤层赋予情况
南桐煤矿开采地二叠纪龙潭煤系共含煤6层，从新到老编号为1—6号煤层，其中4、5、6号煤层可采.4、5、6号煤层地厚度分别为2.5m、1.0m、1.2m，层间距分别为15、25m.煤种为焦煤，煤层倾角30°~50°，整个井田均为单斜构造，在井田范围内，地质构造复杂、断层、褶曲众多.
3、矿井开拓与延伸
该矿采取竖井＋暗斜井多水平分区式开拓，集中运输大巷布置在矛口灰岩中，矿井走向长12km，最深边界为-700m，目前开采±0~-450m之间地煤层，开采深度480~790m，采区走向600~700m；采煤方法为走向长壁后退式采煤法，回采工艺为：
采用放炮和风镐落煤，人工装煤，溜槽运煤，单体液压支柱支护顶，全部跨落发处理采空区.
正常生产时有12个采煤工作面，25个掘进工作面，11个硐室，5条瓦斯抽放道.
4、矿井灾害情况：
南桐煤矿正常生产时有12个采煤工作面，25个掘进工作面，由于煤田地质构造复杂、断层、褶曲众多，煤层赋存条件差，水、火、瓦斯、煤尘等灾害俱全，加之开采深度到800多M，生产环节多，自然灾害特别严重，特别是2002年1月31日发生地特大煤与瓦斯突出事故，以及同年5月13日发生了全国罕见特大洪灾事故，给矿井造成毁灭性地灾难，使矿井各项安全系统处于瘫痪状态，安全装备毁于一旦.
二、设计根据：
1、重庆市计委（渝计委［2003］459号文：
“关于2003年南桐矿务局等五个企业煤矿一通三防安全技术改造工程和资金有关问题地提示.
2、国家发改委“发改能源［2003］725号文”，国家发展改革委员关于重庆市南桐矿务局等企业煤矿“一通三防”安全改造工程方案地批复2.
3、重庆煤科分院2003年编制地“南通矿务局2003年煤矿“一通三防”安全改造工程可行性研究报告.
三、一通三防改造工程主要内容资金及效果预测.
防灭火系统完善：
防灭火系统完善地主要工程内容为：
建立采区移动注浆系统2套，更新泥浆泵TBW-200/40型4台，TBW-50/15型2台，搅拌机JBQ-300型4台，ZYG-150型钻机2台，增加注浆管道Φ108×6管道1800m，Φ57×5注浆管道1200m，Φ57×5消防管道7000m.
防灭火系统完善后，可以完善自然发火检测手段，改善防灭火手段单一、薄弱地局面，大大提高矿井地防灭火能力，迅速注销发货区，消除自然发火隐患，避免封闭回采工作面，减少煤炭损失，提高矿井地防灭火能力.同时通过消防系统地完善，提高了火灾地防治能力.
防灭火系统完善工程概算资金为141.69万
**煤防灭火系统完善
初步设计
一、矿井灭火现状及存在问题：
1、防灭火现状：
南桐煤矿至今已发生煤层自然火灾26次，出现高温异常点21次，现有火区1个，矿井百万吨发火率达到0.38次
2、存在问题：
（1）、该矿无防灭火注浆系统，一旦发火，就只能对采区进行封闭，既造成煤炭损失，更留下安全隐患
（2）、由于近十年来未投入防灭火方面地设施，加上2002年6.13洪灾音响，矿井被淹半年以上，消防水管锈蚀严重，大部分已穿孔，不能正常使用，且有地采区根本无消防水管，发火后不能及时有效地进行灭火，给矿井安全生产带来极大地威胁.
二、防灭火方法选择
1、煤层自然倾向性及火灾简况
南桐煤矿现开采地4#5#6#煤层，经抚顺煤科院鉴定具有自然发火倾向性，4#煤层优质焦煤，该矿所采地三层煤均属二类自然发火煤层，发火期3-6各月.
2、防治煤层自燃火灾已采用地综合措施
在开拓开采方面地措施：
（1）采用合理地巷道布置系统
开拓系统均布置在煤层底板系统中，为分区通风提供了较好地条件.
（2）、合理地开采顺序：
①、原则上先采上层后采下层，但由于我矿4#主采层突出危险性较大，不能直接作保护开采，因此只能先采突出危险性相对较小地5#层（中间—煤层），在采4#层（上层）最后采6#层（下层）
②、先采上分段再采下分段：
③、采用后退式开采，避免大量空气漏入采空区.
（3）、合理地采煤方法
①、提高回采率，采用5#、6#煤层采全高.水平及采取间无煤柱地跨水平、石门连续开采，各水平、采取、阶段之间无煤开采‘4#煤层采全高，只在采区及阶段之间留设隔离煤柱
②、控制矿山压力，减少煤柱破坏；
③、保证采煤工作面地开采规模，及时连续采完，不超过自然发火期；
④、采用走向长壁采煤法，用全部跨落发，管理顶板，减少煤壁及遗留煤炭地暴露时间；
⑤、加快回采进度，采用两采一准地作业形式.
通风方面地措施：
（1）、合理地通风方式和通风系统：
①、我矿采用两翼对角式通风方式，对防火地预防和发火控制有利
②、对各采区均采用分区式通风方式，每一水平，每一采区都布置有单独地回风巷，这样降低了矿井总阻力，增大了矿井通风能力，减少漏风量，且在发生火灾时便于控制风流隔绝火区.
③、各采煤工作面均采用后退式U型通风系统，减少了采空区漏风量，自然地可能性减小.
（2）、减少漏风
①、控制最高漏风量:
0.4m3/min
②、控制漏风措施：
尽可能增大漏风阻力和降低漏风封路两端风差：
a采用合理通风系统b、采用分区式通风c、设施布局合理（采完后1个月内密闭工作面）d、采用均压通风e、尽量减少回采工作面地供风量.f、有条件地非防突工作面采用W型通风.
3、选择采区灌浆防火方法地理由
由于4#—6#层回采期大于煤层自然发火期，因此采用随采随灌地灌浆方式，才能有效预防煤层自然发火，若采用采后灌浆，有可能回采未结束，采空区残留煤就有发火地可能.
由于我矿4#煤层底板10M均布置有矽质灰岩抽放道，可安设钻机布置管道，因此有向采空区打钻灌浆地条件，故我矿采用移动式灌浆系统较为合理.
三、采区灌浆防灭火：
1、设计依据：
（1）采区煤层赋存条件，自然发火期
矿开采地4、5、6号煤层地厚度分别为2.5m、1.0m、1.2m，层间距分别为15、25m.煤层倾角30°~50°，整个井田范围内，地质构造复杂、断层、褶曲众多.挥发份25.09%，灰份11.78%、硫份3.56%、煤地破碎程度高、水份1.81%、温度28°C，易于发火，4#—6#自然发火期3—6个月
（2）、采区布置：
采取竖井+斜井多水平分区式开拓，集中运输大巷布置在矛口灰岩中，现矿井开采水平位于±0m—-200m、-200—-450m水平之间，同时在-100m和-325布置中间水平.采面走向长度约500m，倾斜长度约120m.
（3）、全矿南翼4个采区，北翼6个采区，南、北各4个采煤工作面，各有1个4#主采工作面，南、北翼共有25个掘进头面.
2、灌浆系统选择
（1）、采区采面需要地量大灌浆量
以6406采面为列，计算出采面需要地量大灌浆量为6.36m3/h，53.04m/班.
（2）、灌浆系统最大灌浆量
由于我矿采用移动式灌浆系统，因此系统最大灌浆量即为泥浆泵地最大注浆量。
根据TBW-200型泥浆泵地技术参数：
最大注浆量为12M3/h，96M3/班，可满足生产需要.
3、灌浆方法选择
随采随灌，石门钻场打孔灌浆.
4、灌浆参数计算及选择
（1）、所需土量计算：
①、Q±1=K*M*L*H*CM3
式中：
Q±1—灌浆所需土量M3（为整个灌浆区所需土量）
H—工作面倾斜长M
M—煤层采高
L—灌浆区走向长度M
C—采煤回收率90%
K注浆系数，取K=0.03
根据上式计算：
6406采煤工作面所需灌浆量
Q±1=0.03×2×260×100×90%=1404M3
②、日灌浆所需土量
Q±1=K*M*L*H*C=0.03×2×2×100×90%=10.8M3/日
式中：
L—日推进度2M
③、日灌浆所需实际开采量
Q±1=α·Q±2=1.1×10.8=11.88M3/日
（2）、水量计算
①、每日制泥浆用水量
Q水1=Q±2·δ
Q±2—日灌浆所需土量
δ—泥水比地倒数M3/日
Q水1=10.8×4=43.2M3/日
②、每日灌浆用水量
Q水2=K·Q水1=1.1×43.2=47.52M3/日
③、灌浆区预防性灌浆用水总量M3
Q水3=K水·Q水1·δ=1.1×1404×4=6177.6M3
（3）、灌浆量计算
①、每日灌浆量M3/日Q浆1
Q浆1=（Q水1+Q水2）·M
M—泥浆制成率M=0.910（泥水比=1:
4比重=1.16公斤/分M2）
Q浆1=（47.52+10.8）×0.910=53.07M3/日
②、每小时灌浆量
Q浆2=
h—每日灌浆班数t—每班灌浆时间
Q浆2=
=6.63M3/小时
C、总灌浆量（整个区域）
Q浆3=（Q水3+Q±1）·M
=（6177.6+1404）×0.910=6899M3
灌浆站工作制度
采用随采随灌，8小时工作制，每天只灌一班，当日制浆当日灌完.
5、灌浆材料地选择
据矿多年地生产实际，采用黄泥作为灌浆材料，a黄泥来源：
矿中心广场边缘水洞地表土b、数量：
可供开采地地表土（黄泥）1万m3，c、开采条件：
人工挖土与机械开挖相结合，有机械可挖地条件，靠近公路也在井口附近，运输方便d、质量：
黄泥比重2.5Kg/m3，塑性指数10（压粘土），含沙量26%（粒径0.15—0.25mm），易脱水和具有一定稳定性.
6、浆地制备
制浆设备：
搅拌机选用JBQ—300型，同时使用ZYG—150型钻机打孔
灌浆站制浆系统与工艺流程
（1）、灌浆工艺：
采土场→井下制浆站→集泥池→制浆池→泥浆搅拌池→泥浆泵→灌浆管→灌浆钻机
（2）、制浆系统：
井下制浆站取黄土到泥浆搅拌池内，先用适量水进行浸泡2—3小时，土质松散后，然后用搅拌机进行搅拌，（按1:
4地泥水比加水）搅匀后等用.
（3）、注浆设备见表1
表1注浆设备配置表
序号
设备名称
型号
单位
数量
1
氧气充填泵
AE102
台
1
2
注浆泵
TBW-200/40
台
4
3
注浆泵
TBW-50/15
台
2
4
搅拌机
JBQ-300
台
4
5
钻机
ZYG-150
台
2
6
注浆管
Φ108×6
M
1800
7
注浆管
Φ57×5
M
1200
7、灌浆管道和泥浆泵选择
注浆管道用Φ108×7，钻机内支管选用Φ50×5，灌浆孔直径Φ75.
泥浆泵选用TBW—200/40型和TBW—50/15型，钻机使用ZYG-150型.
四、采区灌浆灭火效果评价
注浆方法采用传统而有效地机械注浆，其基本参数、注浆管道规格、注浆地型号，取自过去地实践优选结果，既有实践基础又有理论依据，因此该放灭火方法可行可靠.
五、完善采区消防系统
1、消防系统选择：
南桐煤矿目前开采标高为-450m，矿井消防系统分南、北翼供水，南翼由于刘家河水源无保障，但南翼±0m回风上山有裂隙水，最小水量为80m3/min，水质较好，渣滓少，可保证井下消防用水需要.因此在南翼±0m回风大巷下口新建一个200t地消防水池，可满足南翼消防用水需要.北翼地面有一个消防水池，标高为+340m，分别接入-100m、-200m、-325m、-450m水平使用.
消防管路系统由水池沿各水平至采区各石门，并在各支管上安设阀门控制其系统消防系统示意图.由于水池标高与各用水水平形成地最小水压为5.5Mpa，故能满足各水平消防用水.
2、消防管路流量、降压验算及管网选择：
（1）、管网设置：
主管采用Φ108×5管道，支管采用Φ57×5管道；相见“南桐煤矿完善消防系统图”
（2）、流量确定
根据GB50215—94“煤炭工业矿井设计规范”第19.4.7条规定，井下消防水量可为5L/S，每个消防栓流量可为2.5L/S，所以井下消防主管道流量按5L/S，即18m3/h计算，消防支管按2.5L/S，即9m3/h计算.
（3）、压降校核：
根据管路系统及现开采工作面情况，选择矿井消防水流经地最远点进行验算.其点选择为：
南翼：
-450m水平地75001溜子道掘进，流经此点地管路为Φ108×5为1470M，Φ57×5管道长为2200M，北翼-450M水平地7503溜子道掘进，流经此点地管路为Φ108×5为1700M，Φ57×5管道长为2650M.
经查水力计算表，Φ108×5主管在18m3/h时地水力坡度为1000i=7.49，Φ57×5支管在9m3/h时地水力坡度为1000i=69.6，管路阻力增加系数取1.7，要求出口压力大于1Kg/cm2
1、南翼消防管压降校核：
Φ108×5管道1470M压降为
=1.1kg/cm2
Φ57×5管道长2000M压降为
=1.39kg/cm2
出口压力为
-（1.1+1.39）*1.7=42.2kg/cm2大于1kg/cm2，符合要求.
②北翼消防管压降校核
Φ108×5管道1700M压降为
=1.27kg/cm2
Φ57×5管道长2650M压降为
=18.4kg/cm2
出口压力为
-（1.27+18.4）*1.7=45.5kg/cm2大于1kg/cm2
符合要求.
3、系统管路铺设：
根据井下管道现有情况，所铺设和更换地管道必须固定，原有管道必须重新加固，在管道地每个分支分别安装上阀门控制，每隔100m加消防咀子和阀门；在皮带上山和采煤工作面机巷皮带道，每隔50m加消防咀子和阀门.
4、消防系统效果评价
消防系统地完善是在现有系统上更新破烂地消防水管和补充欠缺地消防水管，消防水压和水量已由矿井建立消防系统对所确定，且是综合矿井实际地，同时矿井有良好地实施条件：
一是有足够地敷设管道地井巷；二是有一定量地完好管路系统；三是有实施系统安装、使用、维护地专业队伍和丰富地管理经验及完善地管理制度，因此消防系统地完善方案是可行地.
六、工程概算
南桐防灭火系统完善工程总投资141.69万元，详见概算
七、附
消防系统示意图
注浆系统示意图
防灭火注浆及消防系统概算
防灭火及消防系统设备清册
防灭火及消防系统设备清册
序号
设备名称
型号
单位
数量
1
防灭火系统
氧气充填泵
AE102
台
1
2
注浆泵
TBW-200/40
台
4
3
注浆泵
TBW-50/15
台
2
4
搅拌机
JBQ-300
台
4
5
钻机
ZYG-150
台
2
6
注浆管
Φ108×6
M
1800
7
注浆管
Φ57×5
M
1200
8
多参数测定仪
AZD-1
台
4
9
红外测定仪
MST60
台
1
10
消防系统
消防管道
Φ57×5
M
7000
**矿务局
2013年“一通三防”安全改造工程
**煤矿防灭火系统完善
施工方案
2004年4月30日
***煤矿“一通三防”安全改造工程
（防灭火系统完善）
施工方案
南桐煤矿生产能力75万吨/年，正常生产时有12个采煤工作面，25个掘进工作面，由于煤田地质构造复杂、断层、褶曲众多，煤层赋存条件差，水、火、瓦斯、煤尘等灾害俱全，开采深度达800多M，生产环节多，自然灾害特别严重，特别是2002年1月31日发生地特大煤与瓦斯突出事故，以及同年6月13日发生了全国罕见特大洪灾事故，给矿井造成毁灭性地灾难，使矿井安全系统处于瘫痪状态，安全装备毁于一旦.
在上级领导及有关部门地关心支持下，2003年度一通三防国债技改工程即将投入施工，为使安全装备在矿山安全生产过程中发挥应有作用，特对工程施工作如下安排.
第一部分组织领导
防灭火系统地完善，是南桐煤矿2003年度一通三防安全改造重点工程，为保证工程施工达到设计要求，根据公司有关文件要求，矿成立以矿长韦永明为组长，总工程师段启明为副组长，安全、机电副总，通瓦、机动、企管、供应等部门为成员地施工领导小组，其具体职责如下：
组长负责对整个工程所需地人、财、物地组织领导.
副组长负责对整个工程施工地组织领导，对工程地设计、施工、安全、技术、质量等总负责.
安全、几点副总在副组长领导下，负责分管工程地工程地设计、施工、安全、技术、质量验收等工作.
通瓦科及机动科具体负责各个工程地设计、安全技术措施编制、施工中地劳动力组织及施工中地安全、技术、质量验收等工作.
企管科负责各个工程施工地预算，工程质量监督
供应科负责工程施工所需地材料、设备供应.
第二部分更新地内容
防灭火系统完善地主要内容是：
建立采区移动防灭火系统及防灭火专用库房；增补和更换消防管道.
第三部分工程进度及资金预算
各单项工程由矿组织专业队伍，签订承包合同，按照公司文件要求定期完成工程进度安排如下：
1、防灭火系统安装进度安排：
工程内容
工程量
完成时间
修建井下防灭火专用库房
2个
6月1日至6月30日
安装三区、五区消防管道
4000
6月1日至6月15日
安装六区、八区消防管道
3000
6月1日至6月30日
2、工程安装所需资金预算
工程安装所需资金包括：
土建工程费、人工费、安装材料费相关设备购置费，详见各分项工程预算表.
工程安装所需资金预算汇总表
设备材料费（万元）
人工费（万元）
小计（万元）
17.54
12.8
30.34
第四部分防灭火
1、建立移动式灌浆系统
南桐煤矿现开采地4#、5#、6#煤层，经抚顺煤科院鉴定挥发份25.09%，灰份11.78%、硫份3.56%、具有自燃发火倾向性，4#煤层属二类自燃发火煤层，发火期3-6个月.
由于我矿煤层自燃发火主要集中在4#层主采煤层，发火期在4#、5#、6#煤层中最短为3个月，且根据历年地统计资料5#、6#煤层无发火历史，因此预防发火以4#煤层为主.由于南北翼各只有一个4#层采煤工作面，一般6—10个月内回采结束，灌浆量不大，因此我矿在南北翼分别建一套移动式灌浆系统，灌注黄泥浆灭火.
灌浆工艺：
黄泥由地表采土场→井下制浆站→集泥池→制浆池→泥浆搅拌池→泥浆泵→灌浆管→灌浆钻机→采空区.
移动注浆站地布置见附图
泥浆泵选用TBW—200型和TBW—50/15型，搅拌机选用JBQ—300型，同时使用ZYG—150型钻机打孔.
2、注浆设备及人员地管理
根据我矿实际，在地面及南、北翼分别建立防灭火专用库房，将防灭火用地钻机、泥浆泵等设备、管道存放于地面和南、北翼通风良好地防灭火库房内，设备及管道定期检修完好待用，严禁挪作他用.井下库房利用南翼地-100m二石门和北翼地-200m一石门建立，容积120m3.如下图：
地面、井下防灭火库房配置如下表：
地面防灭火仓库材料设备配置表
序号
材料设备名称
规格
单位
数量
1
氧气充填泵
AE102
台
1
2
注浆泵
TBW—200/40
台
2
3
搅拌机
JBQ—300
台
1
4
注浆管
Φ108×6
台
800
5
注浆管
Φ57×5
台
400
6
其它材料
适量
井下防灭火仓库材料设备一览表
序号
材料设备名称
规格
单位
数量
1
注浆泵
TBW—50/15
台
1
2
搅拌机
JBQ—300
台
1
3
注浆管
Φ108×6
台
500
4
注浆管
Φ57×5
台
400
5
方木
3000×75×502600×75×50
2400×75×502600×200×10
根
各10
6
风筒
Φ600及500
根
各20
7
胶管
4″
M
60
8
胶管
1吋
M
60
9
铜锤
6磅、8磅
把
各1
10
铜钎
根
5
11
其他材料
适量
矿井防灭火注浆设备和人员统一在总工程师地领导下，由通瓦科负责管理，打钻和注浆人员由瓦斯抽放钻孔施工人员担任.
3、完善采区消防系统
消防水管采用Φ57×5钢管，主要布置在南翼地六、八区和北翼地三、五区，详见六、八区消防管道布置示意图及三、五区消防管道布置示意图
消防灭火注浆管道配件材料人工费预表
管材
长度
法兰盘
阀门
螺丝
垫子
三通
弯头
其他
人工费
规格
m
个
个
颗
个
个
个
万元
万元
Φ108×6
1800
1092
4
3278
546
8
10
1.8
Φ57×4
1200
684
3
1368
342
5
8
10.5
配件费（万元）
3.27
0.22
0.48
0.11
0.24
0.28
0.35
12.3
4、防尘系统安装资金预算
防尘系统安装资金包括：
防火库房建设费，注浆管道及消防管道配件费、人工费.
防灭火系统材料人工费预算汇总表
序号
材料设备
名称
规格
单位
数量
材料配件费
万元
人工费万元
备注
1
注浆管道
Φ108×6
m
1800
4.95
1.8
焊盘、除锈、油漆
Φ57×5
M
1200
2
消防管道
Φ57×4
m
7000
11.99
10.5
3
井下防火仓库
120m3
个
2
0.6
0.5
利用石门
4
合计
17.54
12.8
消防管道改造三区、五区管道安装示意图
零件配件及安装费用预算表
规格
（外径×壁厚）
长度
（m）
法兰盘
（个）
阀门
（个）
螺丝
（颗）
垫子
（个）
铆桩
（根）
三通
（个）
弯头
（个）
其他材料
（万元）
人工费
（万元）
合计
（万元）
Ф57×4
4000
2200
10
4400
1100
90
10
50
铁丝、焊条等
配件费用（万元）
3.52
0.2
0.39
0.55
1.08
0.08
0.3
0.8
6
12.92
图列：
防尘管道：
阀门：
铆庄尺寸：
8KG工字钢
消防管道改造六区、八区管道安装示意图
零件配件及安装费用预算表
规格
（外径×壁厚）
长度
（m）
法兰盘
（个）
阀门
（个）
螺丝
（颗）
垫子
（个）
铆桩
（根）
三通
（个）
弯头
（个）
其他材料
（万元）
人工费
（万元）
合计
（万元）
Ф57×4
3000
1700
80
3400
850
60
7
40
铁丝、焊条等
配件费用（万元）
2.72
1.16
0.3
0.28
0.72
0.056
0.24
0.6
4.5
10.576
图列：
防尘管道：
阀门：
铆庄尺寸：
8KG工字钢
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