矿井防灭火设计[参考样本]2017年09

.wd.某某煤矿矿井防灭火设计2016年9月8日矿 审 批 意 见会审单位及人员签字生产技术科通防科： 年 月 日生产技术科通防科： 年 月 日生产技术科通防科： 年 月 日经营管理科： 年 月 日地质测量科： 年 月 日机电环保科： 年 月 日武装保卫中心： 年 月 日调度信息中心： 年 月 日安全监察处： 年 月 日机 电 副 总： 年 月 日通 防 副 总： 年 月 日矿总工程师： 年 月 日目 录第一章 概况- 1 -第一节 井田概况- 1 -第二节 矿井概况- 3 -第三节 相邻煤矿- 6 -第二章 煤自燃风险评价- 8 -第一节 煤的自燃机理- 8 -第二节 矿井自燃风险评价- 10 -第三章 矿井防灭火措施- 14 -第一节 开拓开采措施- 14 -第二节 通风措施- 16 -第四章 矿井防灭火系统- 17 -第一节 煤层自然发火预测预报系统- 17 -第二节 注浆防灭火系统- 24 -第三节 注氮系统- 34 -第四节 凝胶系统- 39 -第五章 自燃煤层防灭火措施- 44 -第一节 巷道掘进期间防灭火措施- 44 -第二节 综放面开采前和回采期间的防灭火措施- 47 -第六章 井下外因火灾防治- 52 -第一节 外因火灾预防综述- 52 -第二节 矿井外因火灾隐患分析- 53 -第三节 矿井外因火灾防治- 55 -第七章 矿井井下消防洒水系统- 67 -第八章 防火构筑物及井上、下消防材料库- 68 -第九章 矿井火区管理- 69 -第十章 井下防灭火管理规定- 71 -第十一章 井下火灾事故应急预案- 84 -第一节 事故风险分析- 84 -第二节 应急救援组织机构及职责- 85 -第三节 预警及信息报告- 87 -第四节 应急响应- 90 -第五节 信息公开及后期处理- 101 -第六节 保障措施- 103 -第七节 应急预案管理- 107 -附件1 井下火灾事故应急设备及物资储藏表- 110 -附件2 武保中心应急救援装备- 111 -附件3 救护中队应急救援装备- 112 -附件4 医疗器材药品库- 113 -附件5 机电设备库- 113 -附件6 井下消防材料库- 114 -附件7 井上消防材料库- 114 -第一章 概况第一节 井田概况一、地理位置、井田位置某某煤矿隶属于某地煤业股份，矿井田位于省西南部的 某地区境内。井田位于 某地煤田的东北角，横跨 某地、两市。矿井北距 某地区8km，东距庄2.5km，东南距市14km。井田东西长10.4km，南北宽4.7km，面积约56.23km2。二、自然条件一地形区内为第四系冲积平原，地形平坦，由东北向西南逐渐降低，坡度平缓。地面标高变化于+52m+44m之间，井口附近地势较高，工业广场标高为+49.20m。二气象本区为温带半湿润季风区，属大陆海洋间过渡性气候，四季清楚。据邹城气象局19592015年间观测资料，本地历年平均气温14.85，最高年平均气温16.052002年，最低年平均气温12.451976年。历年平均降水量716.97mm，最大年降水量1263.80mm1964年，最小年降水量259.20mm1988年，日最大降雨量321.6mm1972年7月6日。年平均蒸发量1887.60mm，最大2290.00mm1992，最小1469.80mm2011年。主导风向为南及东南风，年平均风速2.73m/s，极端风向多为北风，最大风速24m/s1965年3月15日。结冰期由11月至翌年3月，最大冻土深度0.45m，最大积雪厚度0.24m。三水文区内有泗河穿越井田北部。泗河全长142km，河宽1001000m，流域面积2590km2，最高水位+45.30m，最大流量4020m3/s1957年7月24日，据鲍家店勘探区精查地质报告；流经本区3煤隐伏露头的局部地段，向西南注入南阳湖，属季节性河流如1990年7月流量为350m3/s；1990年8月为812m3/s；1991年7月为1730 m3/s，与第四系潜水有一定的水力联系。据泗河书院水文站观测资料，径流量主要集中于79月份，占全年径流量的68.3%。根据资源勘查时期的访问与洪痕实测资料，当地最高洪水位为+47.55m1939年。三地震据中国科学院地震工作委员会1956年12月编著的中国地震资料年表记载，本区自公元前618年至1937年8月1日，在2555年间共发生地震128次，其中破坏性地震11次。有记录可查的最早一次破坏性地震发生于462年8月16日；1668年7月25日大地震受震有16处之多；1937年8月1日大地震受震8处。根据中华人民共和国中国地震动参数区划图GB18306-2001，本地区抗震设防烈度为6度，设计 基本地震加速度值0.05g。三、开采煤层矿井井田含煤地层主要由二叠系下统山西组和石炭系上统太原组构成。山西组和太原组为主要含煤地层，平均总厚306.17m，含煤26层，平均总厚17.88m，含煤系数5.88%；共含可采与局部可采煤层7层(2、3、6、10下、16上、16下、17)，平均煤层总厚13.14m，其中主采煤层为3、16上、17煤，共厚10.42m。山西组含可采煤层和局部可采煤层为2层2、3煤；太原组含可采煤层和局部可采煤层为5层6、10下、16上、16下、17)煤。区内3煤，厚度变化小、稳定，平均煤厚8.29m，是该矿开采的主要煤层。煤质稳定，属中变质气肥煤。第二节 矿井概况一、生产能力某某 煤矿煤矿1974年上半年筹备，1975年2月破土开工，1981年12月建成投产。原设计年生产能力为300万t/a，服务年限97.87年。1985年12月到达设计生产能力。2009年核定为660万t/a。2015年核定为650万t/a。二、开拓布置矿井采用立井开拓，煤层分组，采区上下山联合布置的开拓方式。主井负责原煤提升任务；副井分别配一个带平衡锤的双层单罐和一对双层双罐，用来升降人员、材料和矸石。三、开采方法矿井主要开采方法为综采放顶煤无煤柱开采，工作面布置为：上山采区采用走向长壁布置，下山采区采用倾斜长壁布置，回采工艺为综采放顶煤一次采全高，顶板管理采用全部陷落法。四、水平及采区划分矿井划分为两个水平：第一水平为-350m辅助水平-450m，通过水平大巷开拓3层煤的全部上、下山采区；第二水平-445m下组煤第勘探区，通过3条暗斜井大巷与采区上、下山开拓16上煤的全部下二、下四采区。矿井自投产至今，一直开采3煤。按3煤赋存条件，在全井田目前共分为七个采区，即一、二、三、四、五、七、十采区。目前生产采区为一、七、十采区。五、通风系统一通风方式、方法矿井通风方式为两翼对角式，通风方法为抽出式。进、回风井筒数量和风量：矿井布置4个井筒，其中副井、主井进风，东、西风井回风。主副井位于井田中部，东西风井位于井田上部两侧。二主要通风机西风井装备两台ANN2500/1250B型轴流式通风机一用一备，配备电机型号YR450-6，电机功率为630kW，转速为990r/min，东风井装备两台ANN-2500/1250N型轴流式通风机一用一备，配备电机型号Y4504-6，风机电机功率为630kW，转速为990r/min。通过风机反转反风。目前矿井总需风量14558m3/min，矿井总进风量18479m3/min，矿井有效风量16703m3/min，矿井总回风量18600m3/min，矿井总排风量19003m3/min，矿井负压1376Pa，矿井等积孔为10.2m2，矿井有效风量率91%。矿井外部漏风率2.3%。三通风状况现井下采掘工作面均为独立的通风系统，采煤工作面实行全负压“U形通风。掘进工作面采取压入式正压通风，根据供风距离长短和用风量大小，分别选用型号为FBD-5.6/15kW2或FBD-6.3/22kW2的局部通风机，配备同型号、同能力的备用风机，采用“双风机、双电源并能自动切换，安设“风电、瓦斯电闭锁装置；所配用的软质风筒直径800mm，并具有抗阻燃防静电性能，炮掘工作面迎头全部使用了防炮崩风筒；各局部通风机均安设了风机开停传感器，风筒开关传感器，风机使用状况可直接显示在安全监控屏幕上。局部通风机安装在进风流巷道中，距回风口距离大于10m。局部通风机实行通风机司机挂牌上岗管理制度。采区变电所、井下充电硐室和爆炸材料库均采取全负压通风，并具有独立的通风系统；矿井的实际供风量大于需风量，硐室的配风量大于计算所需风量，矿井的有效风量率超过85%，满足安全生产的需要。四瓦斯等级、煤尘爆炸性、煤自燃倾向性及最短自然发火期1.瓦斯等级根据 某地煤业股份某某 煤矿煤矿出具的矿井瓦斯等级鉴定报告鉴定时间：2014年8月30日，报告编号：YKJT-WSJD-2014-05，矿井相对瓦斯涌出量0.52m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量6.72m3/min，采煤工作面最大瓦斯涌出量0.80m3/min，掘进工作面最大瓦斯涌出量0.12m3/min，属瓦斯矿井，不存在煤与瓦斯突出现象。并经省煤炭工业局以关于2014年度全省煤矿瓦斯等级鉴定结果审查意见的通知煤安管2014240号文批复。2.煤尘爆炸性根据检测技术出具的煤尘爆炸性检测报告报告编号：DAJC-MCBZ-030-2015，3煤的挥发份为36.05-40.78%，具有煤尘爆炸性。3.煤自燃倾向性及最短自然发火期根据检测技术出具的煤自燃倾向性检测报告报告编号：DAJC-ZRQX-038-2015，3煤的自燃倾向性等级为类，属自燃煤层。根据检测技术出具的煤样最短自然发火期研究性报告，3煤的最短自然发火期为44天。4.地温：约26，属地温正常区。六、火区目前矿井无火区。第三节 相邻煤矿一、鲍店煤矿位于省某某市辖区，跨、 某地和某某高新区，处于 某地煤田中部西段。两矿目前均严格在划定范围内开采，煤柱保持完整，没有超层越界现象。两矿边界附近采掘工程过去和现在没有影响对方的隐患存在。二、煤矿位于 某地煤田的中东部，为某某 煤矿煤矿的东南邻煤矿。矿井处于 某地煤田深部，其开采对某某煤矿 基本无影响。三、煤矿位于 某地煤田的西部边缘，为某某 煤矿煤矿西邻近矿井。3煤开采直接充水含水层为山西组砂岩和太原组三灰，补给来源为第四系下组含水层组水。16上、17煤开采直接充水含水层为十下灰岩，补给来源为奥灰、十四灰和第四系下组含水层组水。矿井涌水量在建井时期最大为488.35m3/h，生产时期平均为264.3m3/h。杨村煤矿下组煤局部地段受奥灰水威胁严重。四、 某地矿业煤矿位于 某地煤田的西北部，为某某 煤矿煤矿的西北邻矿井，属 某地区管辖的地方煤矿。煤矿与某某 煤矿煤矿以铺子断层相隔，其3煤开采的充水含水层与该矿一致，因此，其开采对第四系下组三含水和山西组砂岩水可起到共同疏降的作用。五、省矿业集团煤矿位于 某地煤田的北部。现开采山西组3煤，开采水平-870m，直接充水含水层为山西组砂岩、太原组第三层石灰岩。自投产至今矿井实际涌水量一般在2045m3/h。星村煤矿与某某 煤矿煤矿以滋阳断层相隔，该矿全部开采上组煤，矿井开采对某某 煤矿矿的开采无影响。六、小窑本井田内目前尚未发现有小窑开采现象。第二章 煤自燃风险评价第一节 煤的自燃机理一、概述煤的自燃，其主要原因是由于吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，就放出更多的湿润热，也会加速煤的自燃。此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关。如煤的品级；煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙；煤层埋藏深度和煤层厚度；开采方法和通风方式等。煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。二、煤的自燃条件一内因火灾的形成必须具备以下四个条件：1.具有自燃倾向性的煤，呈破碎状态，并集中堆积；2.通风供氧；3.蓄热环境；4.维持煤的氧化过程不断开展的时间。要形成自燃，以上四个条件缺一不可，假设采取措施破坏其中一个或两个，乃至全部条件，便可有效的防止自燃。二煤层自燃开展过程的三个必要条件：1.煤层具有自燃倾向性；2.有连续的供氧条件；3.热量易于积聚。三煤自燃的不同阶段1.水吸附阶段。与其他阶段不同，这个阶段只是个物理过程，煤与氧不会发生反响，煤吸附水虽不是煤自燃的 基本原因，但他对煤自热，特别是低品级的煤自热有重要影响。当水被煤吸附时会放出大量热，即润湿热。所以，多数情况下该阶段对煤的自燃都起着关键作用。2.化学吸附阶段。煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反响。该阶段的反响温度为环境温度至70。该过程中煤吸附氧气会产生过氧化物，因而叫做化学吸附阶段。化学吸附阶段煤重略有增加，并产生气体，其中的CO可作为标准气体，通过监测CO浓度可对煤的自燃进展早期预报，化学吸附阶段需要少量水参加反响。根据煤的品级和类型不同，化学吸附的放热量在5.046.72J/g之间变化。假设煤温到达70时会分解，煤重随之大幅度下降，甚至比原始煤重还要轻。煤中水分的蒸发可带走一些热量，该过程产热量在16.875.6J/g间变化。假设煤氧化进展到这个阶段，想使其不自燃是非常困难的。3.煤氧复合物生成阶段。该阶段生成一种稳定的化合物，即煤氧复合物。其反响温度范围为150230。产生的热量25.2003.4J/g。这个阶段煤重又有所增加，煤氧化进展到这个阶段必然发生自燃。4.燃烧初始阶段。这是煤氧复合物生成阶段到煤快速燃烧阶段的过渡时期，煤温达230时，煤的反响热为42243.6J/g，这些热量使煤迅速上升促进了煤的快速燃烧。5.快速燃烧阶段。这是煤自热的最后阶段，它描述了煤的实际燃烧过程。依氧气供给充足与否，这个阶段可能发生干馏、不完全燃烧或安全燃烧。如果燃烧充分，其反响热等于煤的发热值。第二节 矿井自燃风险评价一、煤的自燃影响因素一煤质煤质本身对煤自热敏感性有显著的影响。1.煤的品级煤的品级说明了煤的变质程度，常用挥发分含量和含煤量表示。品级低的纯煤自热热敏感性高，而且，随着煤的品能升高其自热敏感性下降。2.煤的水分含量煤中水分的含量对煤的自燃性有很大影响。水分含量达饱和的煤，特别是在水分含量高的褐煤和次烟煤被开采和枯燥前，煤体不再吸附水分，因而不能放出润湿热。煤氧化放出的热量通常使内在水分温度升高。另一方面，自热时的化学反响需要有少量的水分参加。低品级煤水分含量远远大于化学反响的需要量。因而，对低品级煤来说，水分实际上是煤自热的阻化剂。3.矿物质煤中的矿物成分也叫灰分。它可与氧反响放热增加煤温，而且使煤分解以增加煤与空气接触的外表积，如黄铁矿，它可以吸收氧化反响放出的局部热量降低煤的氧化反响进程；煤的高灰分使单位质量的氧化热降低。二开采和贮运的环境因素环境因素对煤自热的影响为：可使煤的水分含量发生变化；改变煤氧接触条件；使生产成的热量扩散。可分为：1.地质因素断层和裂隙有利于空气和水分与煤接触。因而散热没有明显增加，却增加了煤发生氧化的时机和水的吸附。也就是说断层和裂隙增加了煤自燃的不安全性。埋藏深的煤层地面漏风较少。采空区遗煤特别对于厚煤层因不能完全回采而增中了煤的自燃不安全性。2.开采因素开采因素对煤自燃的影响主要是通风和煤体破碎。没有通风或通风充分的区域，煤自燃的可能性较低；而通风不充分区域煤自燃的可能性较大。裂隙漏风是不充分漏分，它创造了煤进一步氧化的条件，且散热条件并未被改善。所以，任何漏风对煤炭自燃来说都是很不安全的。3.贮运因素在贮存和运输过程中，影响煤自燃的因素要为通风不充分和枯燥的低品级煤因雨淋和喷洒水产生润湿热。二、煤的自燃预兆煤的自燃通常经历：潜伏阶段低温氧化阶段、自燃阶段、着火阶段、燃烧阶段和熄灭阶段，见下表：阶段征兆潜伏阶段(低温氧化阶段)其特征对比隐蔽，煤重略有增加，煤被活化(化学活泼性增加)，着火温度降低。潜伏阶段的长短取决于煤的变质程度和外部条件。自然阶段其特征是巷道内或老塘及密闭内空气中氧含量降低，一氧化碳、二氧化碳含量逐渐增加，空气湿度增大并成雾状，在支架及巷道壁上有水珠，在自然阶段末期温度达100出现煤焦油味。着火阶段其特征是放出大量一氧化碳、沼气及其它碳氢化合物与水分等。由于这个阶段还没有完全燃烧，所以二氧化碳还不明显，火区温度及岩石温度显著升高，在巷道还可以出现特殊的火灾气味、烟雾燃烧阶段其特征是生成大量二氧化碳，在高温下，分解生成更多的一氧化碳，巷道中出现强烈的火灾气体，烟及明火。火源附近温度高达1000左右熄灭阶段其特征是二氧化碳的浓度继续增高，氧气和一氧化碳则急骤降低，烟及火焰消失，灾区空气及岩石温度逐渐降低一煤炭自热期的初期阶段煤炭自燃过程的准备期完毕之后便进入了自热期的初期阶段。在此阶段的征兆有，：1.煤温有所上升但在临界温度6080以下；2.空气中的氧浓度降低；3.空气中的相对湿度增大；4.出现CO2，CO气体。二煤炭自热期的后期阶段煤炭自热超过临界温度6080，但尚未到达着火温度出现明火的期间，为自热后期阶段。在此阶段内，煤温可升高到100以上，火源点附近煤炭水份蒸发，开场了干馏现象，生成多种碳氢化合物，出现的征兆：1.火源点附近的空气湿度增大，出现雾气，煤壁挂水珠，挂汗；2.出现煤炭氧化和干馏的产物，如CO、CO2、CH4、C2H4、C2H2等；3.煤温、水温、空气的温度都有所升高；4.出水酸度增大。芳香族的碳氢化合物气味煤油味是井下自然发火最可靠的征兆。这种气味在距火源一定距离之外更为显著，因为芳香族气体在冷却之后才会发生浓郁的香味。三、矿井自燃风险评价针对某某 煤矿煤矿目前开采煤层特性、开采方法，对矿井开采过程中煤层自燃风险评价如下：一矿井开采的3煤为气肥煤，气肥煤是一种挥发份和胶质体厚度都很高的强粘结性炼焦煤也称液肥煤，其粘结性优于气煤而低于肥煤，胶质体虽多但较稀即胶质体的粘稠度小，自燃倾向高。二井田内发育有多条大、小断层，裂隙多，漏风大，增加煤层与氧气的接触，尤其是属于厚煤层，易于局部储热，煤层自燃发火倾向大。三井田3煤煤层厚度一般在8.5m左右，采用综采放顶煤一次采全高采煤方法，采高一般在3.5m，放煤高度接近5m，放顶煤工艺造成采空区遗煤多，一旦有良好漏风条件，会增加煤层自燃的可能性。第三章 矿井防灭火措施第一节 开拓开采措施一、选择合理的巷道布置与开采程序一水平运输大巷布置在煤层中时，采用锚喷支护或工字钢架棚支护，支架后的空隙和冒落处必须用不燃性材料充填密实，或用无腐蚀性、无毒性的材料进展处理。二采区绞车房等硐室必须采用不燃性材料支护，设计采用砌碹或锚喷支护。三煤层间的开采顺序：先开采V-1煤层、其次开采其他煤层。二、选择合理的采煤方法一矿井采用长壁后退式采煤法，回采率高，巷道布置简单，回采速度较快，有较好的防火性。煤层倾角平均在10，布置为走向长壁工作面，有利于提高工作面生产能力；全部垮落法管理顶板，回采中假设采空区遗煤较多，不利于防止采空区煤炭自燃。开采时，要注意观察，加强自燃征兆的早期识别工作，发现可疑情况及时采取措施，每个工作面回采完毕后及时进展采空区及巷道密闭。二回采后顶板容易冒落，回采工作面采用全部冒落法管理顶板，液压支架配合顺槽支架控制顶板。矿井3号煤层自燃倾向为级，即自燃煤层。一般来说开采煤层为自燃煤层易发生采空区的自燃。在回采过程中，应加强放煤管理，尽量少留顶底煤，减少采空区遗煤。三控制矿山压力，减少煤柱破裂。三、提高回采率，加快回采进度一工作面采用采煤机落煤、装煤，工作面用刮板输送机运煤，生产中需加强设备管理，减少生产事故，确保适宜的回采进度，可在空间上、时间上减少煤炭的氧化。二急时清理运输巷道中因运输过程的撒落的煤炭，工作面尽量不要留顶煤或底煤，不让其留滞在采空区，提高回采率。总之，合理的采煤方法能够提高矿井先天的抗自燃发火能力，多年来的实践说明，降低煤层自燃发火的可能性要从以下几个方面着手：1.少丢煤或不丢煤；2.控制矿山压力，减少煤柱破裂；3.合理布置采区；4.回采时应尽量防止过分破碎煤体；5.加快工作面的回采速度，使采空区自热源难于形成；6.及时密闭已采区和废弃的旧巷；7.注意选择回采方向，不使采区回风巷过分受压或长时间维护在煤柱里。第二节 通风措施一、选择合理的通风系统、通风方法煤层自燃发火期是指在开采过程中暴露的煤炭，从接触空气到发生自燃的时间。通风因素的影响主要表现在采空区、煤柱和煤壁裂缝漏风。自燃发火期，是自燃发火不安全程度在时间上的量度，发火期愈短的煤层自燃发火不安全程度愈大。统计确定煤层最短自燃发火期，对矿井开拓开采以及生产管理都有重要意义。一实行独立通风。这样可降低矿井总风阻，增大矿井通风能力，减少漏风，易于调节风量；且在发生火灾时便于控制风流，隔绝火区。二矿井采用两翼对角式通风方式，各采掘面有独立的进、回风系统。三矿井采用抽出式通风方法，工作面采用长壁后退式回采“U形通风方式，采空区漏风小，有利于防止煤层自燃。四准备采区时，必须在采区构成通风系统后，方可开掘其他巷道。采煤工作面必须在采区构成完整的通风、排水系统后，方可回采。二、正确选择通风构筑物的设置地点一调节风门、风窗等通风设施，应设置在围岩稳固、地压稳定的地点，还应防止引起采空区或附近煤柱裂隙漏风量的增大。二回风巷中的调节风门应尽量设置在离回风侧较近的一端，进风巷中的调节风门应尽量安设在离进风侧较近的一端。第四章 矿井防灭火系统第一节 煤层自然发火预测预报系统一、煤自燃标志气体煤炭自燃氧化自燃热解的气体产区随矿井和煤质的不同而异，而且出现气体产物的热解温度相差甚大。因此在利用标志气体进展煤炭自然发火进展预测预报，关键是检测出本矿煤层标志气体。由山东鼎安监测技术出具的煤层自然发火标志气体检测报告，显示检测结果：CO、C2H4、C2H2、C3H8为煤自然发火的标志性气体，CO出现标明煤已经开场氧化，C2H4出现且变化速率明显加快是煤进入加速氧化阶段的标志，其出现的临界温度144-160，C2H2出现的温度超过350。C2H2/C2H6比值的出现是煤进入加速氧化阶段的标志，其峰值出现的温度为257，C3H8/C2H6比值的出现是煤进入剧烈氧化阶段的标志，其峰值出现的温度是300，C2H4/C2H6和C3H8/C2H6可作为判别煤反响程度的辅助指标。二、自然发火预测预报系统组成安全监测监控系统、束管监测系统、光纤测温监测系统和人工监测体系，构成自然发火预测预报系统。在观测点设置CO传感器，通过KJ95N监测监控系统实施在线监测；在观测点预埋束管，通过JSG-7束管监测系统进展连续监控，并能取样化验检测有毒有害气体含量；在观测点预埋测温光纤，通过光纤测温监测系统对采空区及沿线巷道的温度进展连续在线监测；人工巡检，在观测点取样化验检测有毒有害气体含量，利用红外成像探测仪观测温度。三、观测点布置一采煤工作面采空区；二采煤工作面进、回风隅角，工作面架间、工作面进回风流；三掘进工作面回风流10-15m处；四闭墙观测孔、防火墙外；五采区回风巷，总回风巷；六沿空巷道观测孔；七其他临时观测地点如断层带、高冒区等。四、煤层自然发火的监测方法一监测监控系统矿井总回风巷，采区回风巷，采煤工作面回风巷回风口1015m处，采煤工作面进回风隅角，掘进中的煤巷回风口1015m处，带式输送机滚筒下风侧1015m处，封闭火区闭墙观测孔、防火墙栅栏等处必须设置CO传感器；采煤工作面回风巷回风口1015m处，掘进中的煤巷回风口1015m处，必须设置温度传感器。CO传感器和温度传感器必须与矿井安全监测监控系统联网。CO传感器的报警值为24ppm，温度传感器的报警值为30。传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板不得大于300mm，距壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。二束管监测系统1.系统组成1束管局部：由粉尘过滤器、单管、分路箱含滤水器、束管等组成，其作用是运载井下气体。2采样控制局部：由输出控制接口板、电磁阀驱动电路、抽气泵、自动进样器等组成，它们各自装在微机和控制柜内。其作用是按规定的顺序和时间将气体送入红外线气体分析仪和气相色谱仪中。3气体预处理局部：由消焰器，过滤器，冷凝器和流量计等局部组成，其作用是把处理合格的样气送入分析仪器中。4气体分析局部：由气相色谱分析仪、红外线气体分析仪，专用输入输出接口、载气气源等局部组成。5数据采样局部：由数据采样接口板、采样程序组成用以采集气体分析仪传来的数据，井进展数据预处理。6数据分析局部：由测控软件内的数据分析、图形显示、谱图检测、计算结果等局部组成。通过分析将采样数据形成分析报告及谱图。7打印输出局部：由打印机及检测软件中的打印控制局部组成。用以输出所有的分析报告、图表等。8抽气泵局部：把井下各个测点的气体抽到气体分析室。2.工作原理1系统工作原理JSG-7型煤矿自燃发火束管监测系统是在微机分析与控制、红外线连续分析、色谱高精度分析、束管负压运载气体等技术根基的应用。系统工作时，先启动抽气泵，使束管内形成负压，即井下外部的压力大于束管内的压力，使井下气体被吸入束管，到达井上的电磁阀前并处于等待检测状态，气相色谱仪到达稳定工作状态后，微机通过控制接口板输出一个开关量给驱动电路，驱动电路的继电器吸合，接通某一路束管的电磁阀，该路束管内的气体被分别送入红外线分析仪和色谱仪中，分析结果被送到微机内的数据采样接口板上，经过信号放大，模数转换，将模拟量变成数字量，然后由分析软件进展处理，形成谱图和分析结果，分别在屏幕和打印机上表现出来，完成某一路束管气体的检测分析过程。在需要多路检测的时候，由微机按照用户设定的检测顺序和检测次数自动循环进展，无需人工干预，可实现24小时连续在线检测与分析，所有分析数据均可保存。以便工作人员对数据的再利用。2束管工作机理束管是用高压聚乙烯制成的输气管，它具有抗老化、耐腐蚀、防水性好、可任意弯曲等特点。气管即可以单根使用，也可以集中使用。利用气管将井下气体运至井上分析地点，主要是利用了气管两端产生不同的压差，使气体从压力大的一端流向压力小的一端的原理。在井下已选定的采样地点，敷设好气管，气管的端口装上滤尘器，以防止井下的煤尘和岩尘进入气管内。同时将水份过滤掉，假设干根气管通过分路箱含滤水器成为气缆，连接敷设至井上分析室内，每根管路通过电磁阀汇成一路接到抽气泵上，当抽气泵开场工作时，泵口的压力在抽气泵的作用下开场变小，产生一个负压，与井下管路的端口形成压差，外部压力大于管路内部压力，气体进入管路内部，抽气泵连续不断的工作，使气体由井下源源不断的抽至井上，在微机的控制下，每路气体被顺序送入气体分析仪分析。3.工作方法将监测束管预埋在采煤工作面回风隅角、架间，闭墙观测孔，或其他观测地点，系统在微机控制下将井下监测地点的气体，通过束管连续不断的抽至井上气体分析仪中进展快速、准确的分析，对C0、C02、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、02、等气体含量的在线监测，其分析结果可生成实时监测报告、分析日报表两种方式，并自动存入数据库中，以便今后对某种气体含量的变化趋势进展分析，预报煤炭自燃的趋势和高温或发火点的温度变化趋势。三光纤测温系统1.技术原理同时用单根光缆实现温度监测和信号传输，综合利用光纤拉曼散射效应和光时域反射测量技术来获取空间温度分布信息。其中光纤拉曼散射效应用于实现温度测量，光时域反射测量技术用于实现温度定位，该技术是近几年开展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高科技技术，它能够连续测量光纤沿线的温度分布情况，测量距离在可达30公里，空间定位精度到达米的数量级，能够进展不连续的自动测量，特别适宜于需要长距离、大范围多点测量的应用场合。2.系统组成由光栅解调仪和测温光缆组成。在采煤工作面采空区预埋测温光缆，经过光栅解调仪转换光缆传输信号，通过环网将观测地点数据上传至地面服务器。四人工检测人工检测是煤层自然发火的重要监测手段，主要采用C0、02、C02、CH4等便携式检测仪和温度计，由人工直接在测点进展气体和温度检测，并定期采集气样送地面进展气相色谱分析。此方法实用性较强，投入设备少，简单易行，但人工取样工作量大，间隔时间长。1.人的感官可以觉察的自燃征兆1巷道中出现雾汽或巷壁“挂汗；2风流中出现火灾气味，如煤油味、松香味、臭味等；3从煤炭自燃点流出的水和空气较正常的温度高；4当空气中有毒有害气体浓度增加时，人们有不舒服的感觉，如头痛、头晕、精神疲乏等。2.仪表检测检测出的自燃征兆1有以下情况之一者，定为自燃发火煤炭自燃出现明火、火灾烟雾、煤油味等；煤炭自燃使环境空气、煤层围岩及其它介质温度升高并超过70；采空区或风流中出现一氧化碳C0，其浓度已超过矿井实际统计的临界指标，并有上升趋势。2有以下情况之一者，定为自燃发火隐患采空区或巷道风流中出现一氧化碳，其发生量呈上升趋势，但尚未到达矿井实际统计的临界指标；风流中出现二氧化碳C02，其发生量呈上升趋势，但尚未到达矿井实际统计的临界指标；煤炭、围岩及空气和水的温度升高，并超过正常温度，但尚未到达70；风流中氧02浓度降低，其消耗量呈上升趋势。3.检测方法1采煤工作面进回风隅角、进回风顺槽、支架间和煤巷掘进工作面，瓦检员每班两次检查气体情况，发现C0、02、C02或温度出现异常，增加检测频次，并及时汇报。2闭墙观测孔和防火墙外，瓦检员每周检查一次气体情况，并采集气样送地面进展化验分析。3采区回风巷、总回风巷，瓦检员每周检查一次，假设发现异常，采集气样送地面进展化验分析。4沿空巷道观测孔，严格按专项防灭火技术措施执行，但至少每周检查一次。5其他临时观测地点，如巷道高冒区、断层带附近等，严格按专项防灭火技术措施执行。第二节 注浆防灭火系统一、工作机理注浆灭火技术是将水和不燃性固体材料黄土、粉煤灰等按一定比例制成泥浆，利用矿井的高度差静压或泥浆泵动压通过钻孔或管路输送至火点，泥浆中的固体物沉淀下来，局部水则流到巷道中排出。某某 煤矿煤矿开采的3煤为厚煤层，属自燃煤层，放顶煤采煤工艺容易使采空区遗煤较多，漏风较大，自然发火不安全性大，预防性灌浆可充分利用浆液的渗透作用和粘着力可使浆液覆盖在煤体外表，其中的固体物沉淀后可充填于浮煤缝隙之间，包裹浮煤，从而隔绝氧气与煤体的接触，防止氧化；同时浆液中的水分有助于增加煤的外在水分，抑制煤自热氧化的开展，有利于已经自热煤体的冷却降温、散热；对防止煤炭自然发火十分有效，因此设计以灌浆防灭火系统。二、注浆防灭火系统 基本要求一对选用的灌浆材料种类及其性能进展分析；二给出主要灌浆参数、浆液的制备方法、注浆方法；三对输送浆液的管路系统进展计算和布置；四给出矿井灌浆防灭火效果考察指标；五矿井灌浆防灭火安全措施。三、注浆材料选择、注浆参数及注浆量一注浆材料必须满足以下要求：不含可燃物或助燃物；粒径直径小于2mm，细小粒子粒径直径小于1mm占75%；主要物理性能指标：比重2.42.8，塑性指数914，胶体混合物2530%，含砂量2530%；易脱水，又具有一定的稳定性；具有能与较少的水混合成浆液的能力，运输时不堵塞管路或泥浆池；便于开采、运输和制备，来源广，成本低。目前煤矿常用的注浆材料主要有：黄土、电厂粉煤灰、煤矸石粉、页岩、尾矿等。矿区内有发电厂，粉煤灰资源丰富，且可降低处理粉煤灰产生的环保费用，水源可利用洗煤厂的洗煤污水进展制浆，压注粉煤灰浆的条件极为有利。二注浆参数1.注浆系数及水灰比1防火注浆吸水为3-12%，灭火注浆系数相应加大。采用粉煤灰浆防火时，注浆系数为5-15%。某某 煤矿煤矿取7%。2制作浆液时，水灰比浆中水的体积和粉煤灰的体积比确实定和控制是非常重要的，水灰比越小，灌浆效果越好，但输送困难，容易堵塞浆管；反之，防火效果差且排水工作量大。通常，水灰比应根据泥浆的输送距离、煤层倾角和灰浆用途等因素进展确定。一般运浆距离短、煤层倾角大且灰浆用于普通灌浆时水灰对比小些。如在倾角为1025的煤层中，水灰比取1：51:6；在倾角2540以上的煤层中，水灰比取1:31:5。某某 煤矿煤矿压注粉煤灰浆的水灰比取1:4，如灰浆用于巷道充填，则在此根基上按需求提高水灰比。2.注浆站工作制度注浆站在原则上应与矿井工作制度相配合，某某 煤矿煤煤矿井下“四六工作制，地面“三八工作制。正常生产时，注浆站为三班注浆，每班8h。三注浆量计算1.日注浆所需注浆材料量Q材=KmLHC式中：Q材日注浆所需注浆材料量，m3/d；m煤层采高，m；3煤层采高确定为8.5m；L工作面日推时度，m/d，L4.8m；H注浆区的倾斜长度，m，3煤回采工作面长180m；K注浆系数，为注浆、材料的固体积与需要注浆的采空区容积之比，取7%； C-采煤工作面回采率，取0.88。3煤一个回采面日需灌浆材料量为：Q材10.078.55.62000.88452.4m3/d2.日注浆所需实际需注浆材料量Q材2Q材1式中：Q材2日注浆所需实际需注浆材料量，m3/d；取料系数考虑杂质和开采运输损失，取=1.1；Q材1意义同上。Q材21.1Q材11.1452.4=497.6m3/d3.日制浆用水量Q水1=Q材1式中：Q水1制浆用水量，m3/d；水固比。根据经历水灰比取1：4，则=4。Q水1Q材1452.44.51809.6m3/d4.日注浆用水量Q水2=K水Q水1式中：Q水2日注浆用水量，m3/d；K水用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，取1.10。Q水2=1.11809.61990.6m3/d5.日注浆量Q浆1=Q水2+Q土M式中：Q浆1日注浆量，m3/d；M泥浆制成率，取0.88；Q浆1452.41990.60.882149.8m3/d6.小时注浆量Q浆2=Q浆1/nt式中：Q浆2每小时注浆量，m3/h；n每日注浆班数，取3班/d；t每班注浆时间，取8h/班。Q浆22149.8/2489.6m3/h四、注浆系统、施工工艺及系统设备信息根据我国各矿区使用的注浆系统， 基本上可归为地面固定式集中注浆系统和井下移动式注浆系统两类。地面固定式集中注浆系统是在矿井工业场地或风井等场地设立集中注浆站，为全矿服务，虽然初期投资较大、管路较长、占地较大，但具有注浆量大、工作集中、管理方便、效率高等优点，因此，某某 煤矿煤矿选择在矿区发电厂和矿井回风斜井东风井布置地面固定式集中注浆系统。一制浆将粉煤灰运至存储仓，由蝶阀和锁气器控制输送量，由螺旋运输机将粉煤灰运至湿式搅拌机加水搅拌，流入浆池中，此过程中控制离心泵和控水阀门，使粉煤灰浆到达预想配比，并参加适量悬浮剂，延长粉煤灰固体颗粒沉淀时间，浆池中，另一台搅拌机工作，打散大直径固体颗粒，使浆液均匀。1存储仓；2手动蝶阀；3电动锁气器；4螺旋运输机；5湿式搅拌机；6离心泵；7移动搅拌机；8浆池；9注浆立孔制浆示意图二注浆浆液制成后，从浆池由地面钻孔进入井下注浆管路，此时，在另一个浆池重复制浆过程，两个浆池交替使用，满足注浆需要。停顿注浆后，需用清水清洗浆池，并冲刷井下注浆管路，此过程可使用离心泵加压，防止粉煤灰过早沉淀导致浆管内径逐渐变小，最终堵塞。三设备信息设备型号流量功率备注数量D371J-1对夹式蝶阀手动，直径0.3m1电动锁气器80m3/h电动，下口0.4m0.4m1LS630螺旋运输机100t/h22kw输送粉煤灰2JS-100双轴湿式搅拌机22kw搅拌制浆2LBJ搅拌机7.5kw/0.75kW搅拌均匀212.54离心泵37kw加水，加压2五、井下注浆方法分为采前注浆、随采随注浆和采后注浆三种方法。一采前注浆在煤未开采之前即对煤层进展注浆，适用于老空区过多、自然发火严重的矿井。二随采随注浆随着采煤工作面推进的同时，向采空区注浆，包括钻孔注浆、埋浆管注浆和洒浆。1.钻孔注浆在开采煤层附近用已有的巷道或专用注浆巷道，每隔一定距离，向采空区施工注浆孔进展注浆。钻孔一般应深入采空区5m左右，并且在钻孔施工完成后立即在孔钻内下套管。注浆钻孔与工作面的距离不宜过远或过近，距离太近，注浆区域受限，距离太远，会因采空区内受采动压力影响压实空间而给注浆带来困难。阶段垂高不能太大，否则灰浆不能均匀的流淌到采空区下部。钻孔注浆如以以以下图所示。1底板防火巷；2回风巷；3钻孔；4进风巷2.埋浆管注浆放顶前，沿工作面回风巷道向采空区预先铺设注浆管路，放顶后即行注浆。随着工作面向前推进，用回柱绞车逐渐向外牵引注浆管，前移一段距离后继续注浆。从注浆管路用胶管接出一支路，沿倾斜方向向采空区洒浆，可使采空区垮落的矸石或遗留煤炭被灰浆包起来。埋管注浆如以以以下图所示。1注浆管；2预埋浆管；3胶管三采后注浆当采煤工作面全部采完后，将整个采空区封闭，向采空区内注浆。在邻近巷道施工钻孔，向采空区分段进展注浆，在采空区周围形成保护带。该方法在自然发火严重的矿井不易采用，多用于自然发火期较长的煤层，优点是：与生产不穿插，注浆工作不受回采工作的限制。 四根据某某 煤矿煤矿生产特点及煤层性质，采用采前对沿空侧预防性注浆和采后注浆。六、管路布置一注浆方式注浆方式有两种，即静压注浆和动压注浆。静压注浆是利用制浆点与注浆地点标高不同而产生的自然压差，借助输浆管路钻孔将泥浆输送到注浆区，最后通过钻孔采空区埋管将泥浆注入采空区内。由于某某 煤矿煤矿开采垂深超过350m，该垂深完全能满足静压输注浆的要求，因此设计采用静压输浆方式。二注浆管路布置对于某某 煤矿煤矿，工作面采空区是自然发火最不安全的区域，因此，注浆主管路主要针对工作面采空区进展铺设。其它地点的注浆，则根据需要从主管路上分叉连接。粉煤灰注浆站注浆管路铺设为：地面制浆池井下钻孔中翼底车场东、西翼轨道大巷各采区石门联络巷采煤工作面进、回风顺槽采空区。粉煤灰注浆站注浆管路铺设为：地面制浆池东风井立管东风井底东、西翼轨道大巷各采区石门联络巷采煤工作面进、回风顺槽采空区。地面制浆池至东西一轨道大巷管路均为159mm无缝钢管，采区石门及联络巷为108mm无缝钢管，采煤工作面顺槽至采空区以89mm无缝钢管连接。七、注浆管理为了使注浆防灭火工作取得预期的效果，加强管理是不可缺少的重要环节。一注浆防灭火效果考察1.注浆区温度检测派专人定期检测注浆灭火区、注浆防火工作面及其采空区内的气温、煤温和出水温度，利用测温光缆对重点区域进展在线连续检测。2.注浆区气体检测利用火灾束管监测系统和地面气体分析实验室定期对注浆防火区域进展气体成分的监测。气体分析成份主要有：氧气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烯。采集气体的地点为：回采工作面的采空区束管监测点、回风巷、回风隅角；通向采空区的密闭墙内侧或钻孔内；其它需要的地点。采集气体的时间为：注浆防火期间每天连续抽气不少于6小时；回采工作面或其它地点在发火期间(未封闭的情况下)全天抽气化验；灭火封闭区域内全天抽气化验。二注浆前后防止溃浆、透水事故的安全措施1.严格控制灌浆比例和灌浆量。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.经常观测水情，详细记录注入和排出的水量，发现差值较大时，必须查明原因，采取相应措施。处理方法有：1采用连续性注浆；2在泥浆中参加适量砂子填塞漏水通路；3提高泥浆浓度；4移动注浆管口位置，改变浆液流动路线。3.设置注浆密闭，用来隔开注浆区和工作区。而且要求注浆密闭有一定的强度，防止溃浆事故发生，并在闭墙设置反水池或“U型导水管用来卸水压。4.及时堵塞地表塌陷区及钻孔，防止地表水流入。5.在注浆区下部生产回采之前，必须检查注浆区域有无积水，保证回采工作不受积水影响。三 建设健全注浆记录台帐各项记录台帐是注浆管理工作中关键的原始资料，是分析注浆工作的根基。其中包括：注浆区位置、钻孔工程记录台帐；注浆工程记录台帐；防火墙工程记录台帐；气体分析记录台帐等。第三节 注氮系统一、概述氮气是一种无毒的惰性气体，随着空气中氮气含量的增加，氧气含量必然降低。当氧气含量低到510时，可抑制煤炭的氧化自燃；氧气含量降至3以下时，可以完全抑制煤炭等可燃物的阴燃与复燃。用氮气防灭火和阻止瓦斯爆炸的过程称为惰化，惰化后的火区因氧气缺乏而不能燃烧和爆炸。氮气的防灭火作用，即是使采空区等有关区域惰化。氮气的防灭火作用和特点是：一氮气可以占据空间排挤氧气，使火区中因氧含量缺乏而将火源熄灭，或者使采空区中因氧含量缺乏而使遗煤不能氧化自燃；二在有瓦斯和火存在的气体爆炸不安全区内，注入氮气能使可燃性气体失去爆炸性；三向采空区或火区中大量注入氮气后，可以增加采空区相对压力，致使新鲜空气难以漏入；四氮气防灭火必须与均压和其它堵漏风措施配合应用。否则，如果注入氮气的采空区或火区漏风严重，氮气必然随漏风流失，难以起到防灭火作用。基于上述氮气的性质及煤的氧化机理，向采空区及遗煤带注入氮气，使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰化带，从而到达抑制采空区自燃和安全开采的目的。矿井采用地面固定式制氮设备生产的氮气，经井上下输氮管路送达采空区内或火区内。该系统的优点是制氮设备的产氮能力大，灭火速度快。二、注氮设备矿井注氮系统是由GASA螺杆式空压机、8M3空气缓冲罐、KMDS-5000型膜制氮机、终端在线检测仪表及井下管网构成的系统，在地面使用制氮系统，利用井下管网与注浆管路公用输送到使用地点。其中制氮机型号KMDS-5000，额定流量600m3/h，工作压力0.8MPa，制氮气浓度97%，满足防灭火工作要求。三、注氮防灭火惰化指标一采空区惰化氧浓度指标不大于煤自然临界氧浓度。二惰化灭火氧浓度指标不大于3%。三惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标小于7%。四、注氮管路布置矿井注氮装置安设在粉煤灰注浆站，注氮管路与注浆系统共用一条管路。五、矿井注氮工艺及方法一注氮工艺1.埋管注氮1灭火注氮。工作面的进风侧沿采空区埋设一路管径不小于50mm的注氮管路，当埋入一定深度后开场注氮，同时又埋入第二路注氮管路注氮管口的移动步距以工作面防灭火详情确定。当第二路注氮管口埋入采空区氧化带与窒息带的交界部位时向采空区注氮，同时停顿第一路管路的注氮，再重新埋设下一路注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。2防火注氮。工作面进风侧只布臵一趟进入采空区的注氮管路，在管路进至采空区氧化带期间注氮。埋管注氮所使用的管路为钢管或聚乙烯管。2.拖管注氮工作面的进风侧沿巷道顶板预埋一路管径不小于50mm的聚乙烯管，随工作面生产进度，背向采空区向外拖动预埋注氮管路，拖管时可采用起吊葫芦人或回柱机。二采煤工作面注氮要求1.埋管注氮注氮口的位置及间距依据“氧化带的位置及宽度、工作面的推进度以及每次开启的注氮量及氮气扩散半径等确定，目的使注入的氮气尽可能覆盖整个采空区“氧化带，有效抑制综放工作面采空区“氧化带浮煤的氧化自燃。以其他有实践经历的矿井的注氮防灭火实践为例，注氮口氮气的扩散半径取1520m，根据对采空区“三带的观测结果，为使氮气注入区域覆盖整个采空区“氧化带范围，考虑到氮气的泄漏，采空区侧两趟注氮管氮气释放口间距取30m，氮气释放口距工作面的最小距离为25m，最大距离为55m。2.拖管注氮注氮管埋深到达15m时即可进展注氮。六、注氮方式一采煤工作面注氮方式采煤工作面开采初期和停采撤架期间，或因遇地质破碎带、机电设备事故等原因造成工作面推进缓慢，可采用连续性注氮。工作面正常回采期间，可采用连续性注氮。间歇式注氮方式即在采空区注氮期间，观察氮气在“氧化带区域内的滞留时间和惰化效果，当该区域02浓度降低至自然发火临界02浓度之下时停顿注氮；随着氮气的泄漏，采空区内的02浓度会逐渐上升，当02浓度上升至自然发火临界02浓度之上时，重新开场新一轮的注氮，当注氮口推移至“氧化带以外而进入“窒息带时，停顿注氮。自然发火临界02浓度暂定为7%。二密闭注氮方法密闭注氮主要是采用预留在密闭墙上的注氮管向密闭内或火区密闭内注入氮气。向采空区注氮期间，应同时预埋监测束管对采空区气体情况进展在线检测。七、注氮管理一注氮地点及与其相连巷道的最小配风量计算:Q0QNCN+C1-1/C1-C2式中：