华胜矿井防灭火设计

前言一、概述山西蒲县华胜煤业有限公司（以下简称“华胜矿井”）位于山西省临汾市蒲县乔家湾乡，西距蒲县县城约35km，东南距临汾市区约59km，东距赵城约55km。井田位于霍西煤田的西南部，属吕梁山脉南端，行政区划属蒲县乔家湾乡管辖。华胜矿井是太原煤气化股份有限公司按照山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室《关于临汾市蒲县宏源集团郭家山煤业有限公司、临汾西郭天煜煤业有限责任公司等十处煤矿企业兼并重组整合方案的批复》（晋煤重组办发〔2009〕86号）的批复意见，对山西蒲县安泰煤焦有限责任公司、山西蒲县洼里煤业有限公司、山西蒲县东胜煤矿有限公司进行重组整合的矿井，整合后企业名称为“山西蒲县华胜煤业有限公司”。太原煤气化股份有限公司是1998年12月由太原煤炭气化（集团）有限责任公司、山西省经济建设投资公司、北京华煤工贸公司、中煤多种经营公司、四达矿业公司等五家发起人共同发起设立，并于2000年6月22日在“深交所”成功上市的一个集采煤、洗煤、炼焦、造气、煤化工、整体式锂电LED矿灯生产与销售为一体的大型煤炭综合加工利用企业。山西省国土资源厅于2009年10月颁发了本矿井的采矿许可证，采矿证号为，采矿许可证批复矿井面积为8.9611km2，生产规模为0.90Mt/a，采矿权人名称为“山西蒲县华胜煤业有限公司”。为了便于项目的开展，华胜矿井托山西省煤炭地质144勘查院进行矿井地质报告的编制工作，山西省煤炭地质144勘查院于2010年6月编制完成了《山西蒲县华胜煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告》，同时提交了矿井地面瞬变电磁法勘探工程报告。2010年7月，山西省煤炭工业厅以晋煤规发〔2010〕723号文《关于山西蒲县华胜煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告的批复》，通过了地质报告的编制。二、项目审批情况中煤邯郸设计工程有限责任公司在受理“华胜矿井”的初步设计委托后，到现场进行了实地调查和资料收集工作，并进行了工程地质测绘，根据批复的地质报告，以及山西省煤炭工程项目咨询评审中心的评审意见，于2010年8月编制完成了《山西蒲县华胜煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计》，山西省煤炭工业厅以晋煤办基发〔2010〕1189号《关于山西蒲县华胜煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计的批复》，批复了初步设计文件。2010年11月，根据山西煤矿安全监察局组织有关专家的评审意见，中煤邯郸设计工程有限责任公司完成了《山西蒲县华胜煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计安全专篇》的修改，山西煤矿安全监察局以晋煤监安—字〔2010〕616号文《关于山西蒲县华胜煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计安全专篇的批复》，批复初步设计安全专篇。2010年12月，山西省煤炭工业厅以晋煤办基发〔2010〕1873号文《关于山西蒲县华胜煤业有限公司兼并重组整合矿井开工建设的批复》，批准矿井于2010年12月31日正始开工建设。2012年5月，太原煤气化(集团)有限责任公司以太煤化安监字〔2012〕230号《关于华胜煤业公司井下紧急避险系统初步设计的批复》，批复了我公司编制的《山西蒲县华胜煤业有限公司井下紧急避险系统设计》。三、设计由来根据山西省煤矿六个标准要求，矿井防灭火系统必须有专项设计，为便于矿井安全生产，必须进行矿井防灭火专项设计。四、设计的指导思想及主要原则 认真贯彻“安全第一、预防为主、防治结合、技术可行、经济合理”的原则，严格遵循国家相关规程、规范、规定，根据华胜矿井煤层赋存状况、开拓开采工艺和当地实际情况，完善矿井各个主要生产环节及辅助生产环节的设备、设施及安全工程；完善矿井安全技术措施；建立健全安全生产管理机构。井上、下生产环节采用技术先进可靠、经济实用的安全措施，对影响煤矿安全生产的火灾进行分析、论证，采取针对性的措施，提高矿井的抗灾能力，达到矿井安全生产条件。五、编制设计的依据1、山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室《关于临汾市蒲县宏源集团郭家山煤业有限公司、临汾西郭天煜煤业有限责任公司等十处煤矿企业兼并重组整合方案的批复》（晋煤重组办发〔2009〕86号）；2、山西省煤炭地质144勘查院于2010年6月编制的《山西蒲县华胜煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告》；3、国土资源部太原矿产资源监督检测中心于2010年7月16日编制的《原煤样、瓦斯样检测报告》；4、山西蒲县华胜煤业有限公司矿井兼并重组整合初步设计变更设计；5、霍州矿山救护大队煤矿应急救援协议书；6、《煤矿安全规程》(2011年版)；7、《煤炭工业矿井设计规范》(GB50215-2005)；8、《煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范》（AQ1055-2008）；9、《煤矿井下消防、洒水设计规范》（GB50383-2006）；10、山西省安全生产监督管理局晋安监煤字〔2008〕332号发布《山西省煤矿“一通三防”管理规定》；11、《矿井防灭火规范》（试行）；12、《煤矿安全监控系统及检测仪器使用安全管理规范》（AQ1029-2007）；13、《矿山救护规程》（AQ1008-2007）；14、《煤矿建设项目安全核准基本要求》（AQ1049-2008）；15、安监总煤装〔2010〕146号国家安全监管总局国家煤矿安监局关于《建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》；16、其它相关的法律、法规、规程、规范等；17、其它相关技术资料。六、设计的主要特点1、以开采煤层自燃火灾特点、自燃特性实验测试和现场观测为基础，优选出煤自燃指标气体，并结合矿井实际情况，建立煤层自然发火早期预测预报体系，同时建立健全矿井火灾监测监控系统，及时、准确的发现火灾隐患，指导现场防灭火工作的具体实施。2、矿井可采煤层为2、3、11号煤层，由于2号煤层已基本开采完毕，矿井正常生产时在3号煤层布置一个走向长壁综采工作面和2个综掘工作面，本次防灭火设计主要针对3号煤层自然发火的防治。3、建立完善的矿井防灭火系统，注重采用先进的防灭火技术研究成果，以灌浆防灭火、注氮防灭火为主和喷洒阻化剂为辅的防火手段，加强回采过程中对煤层自燃情况的监测监控，对华胜矿井煤层自燃火灾进行综合防治。七、存在的问题及建议1、设计中的部分参数是在经验的基础上就大选取，以保证满足矿井需要，在今后的防灭火实践中进一步总结规律，修正参数，进一步适应华胜矿井防灭火技术需要。2、本设计是建立在现有地质资料和开采设计的基础上，若地质条件或开采设计发生变化，应对本设计进行相应的修改。第一章矿井概况第一节井田自然概况一、交通位置华胜矿井位于山西省蒲县县城东部35km处，行政区划属乔家湾乡管辖。井田东部约50km有大运高速公路和大运二级公路，西部有209国道，井田南北邻近328省道和329省道，井田中部有联接328省道和329省道的罗（家凹）～克（城镇）公路，该路紧邻矿井场地东侧通过，是矿井对外交通联系的主要运输通道。329省道从井田南部东西向经过，自东向西途经井田附近的蒲县黑龙关镇、蒲城镇（蒲县县政府所在地）、薛关镇和大宁县午城镇，在午城镇接209国道。经该路向东南可至临汾市区，向西可直达大宁县。328省道从井田北部东西向经过，自东向西途经井田附近的蒲县克城镇、隰县黄土镇，在隰县城南曹城村接209国道。经该路向东可至洪洞县赵城镇，向西可直达隰县。从矿井场地经罗克公路、329省道至蒲县县城约35km，至东南方向的临汾市区约59km。本区交通以公路为主，井田周围国道、省道及县乡道路网络已经形成，且各村、镇之间均有公路相通，公路交通十分便利。矿井交通位置详见图1-1-1。二、地形及地貌井田位于山西省南部吕梁山脉南麓，属中低山丘陵区，丘陵延展方向大致呈南北向，井田内基岩出露条件良好，最高点为井田西北角边界处山梁，标高+1506.4m，最低点为井田东南角屯里村，标高+1236.4m，相对高差270.0m。三、河流本区内“U”型河谷发育，主要为发育有由西北斜穿井田中部于槐树村流出井田外的盘地河和井田南木掌沟河，为季节性间歇性地表径流，平时干涸无水或水量较小，雨季为泄洪通道，流向为由北向南汇入昕水河，属黄河水系。图1-1-1矿井交通位置图四、气象本区属暖温带大陆性气候，四季分明。年平均气温8.6℃，蒲县境内东、西部温差在3℃左右，高山区和河谷平原区温差在2.5℃～3.5℃之间，年内以1月份最冷，月均气温-6.7℃，极端最低气温-23.9℃（1998年1月19日）。极端最高气温38.5℃（2002年7月16日），一般在每年11月下旬开始封冻，翌年3月上旬开始解冻，全年累计封冻期为90d左右，冻土深度0.7m～1.0m。五、地震烈度根据“中国地震动峰值加速度图”所示，本区地震烈度为7度，动峰加速度值为0.15g。蒲县与我国地震多发区临汾盆地相邻，地震活动频繁。六、自然灾害华胜矿井位于临汾盆地西侧的罗云山山前断裂带西部，处于汾渭地震活动带。井田处于临汾盆地西部，主要为二叠系地层构成的剥蚀山区。区内沟谷纵横，地形切割较深，风化剥蚀较为强烈，发现有滑坡、崩塌等自然现象。在山区沟谷切割较深地段，可见崩塌下来的碎石等形成的崩积物。井田范围内2号煤层平均厚度为1.75m左右，在井田整合范围内2号煤层已基本采空，存在采空区和采空区积水、积气。主要自然灾害还有雷电破坏。第二节兼并重组前矿井开拓开采现状一、煤田开发简史本区煤田开发历史悠久，小型煤矿较多，早在解放以前，本区就进行过地质调查，并有煤矿生产活动。华胜矿井由三座煤矿及一部分空白区整合而成，分别为蒲县安泰煤焦有限责任公司、蒲县洼里煤业有限公司、蒲县东胜煤矿有限公司。根据地质报告，井田周边有生产煤矿8座，井田北部为山西蒲县宏源集团富家凹煤业有限公司（原山西蒲县长玉煤业有限公司），西北部为山西潞安集团蒲县新良友煤业有限公司（原山西蒲县盘鑫煤矿有限公司、原山西蒲县新良友煤矿有限公司、原山西蒲县华泰鑫煤业有限公司），南部为山西潞安集团蒲县后堡煤业有限公司（原山西蒲县江虹煤矿有限公司、原山西蒲县后堡煤业有限公司），东北部为山西潞安集团蒲县开拓煤业有限公司（原山西蒲县开拓煤矿有限公司）、东南部为山西蒲县蛤蟆沟煤业有限公司。据建设单位调查，上述煤矿2005年以前多采用巷采或房柱式采煤，采煤方法为炮采，采出率普遍较低。矿井周边煤矿分布示意图见图1-2-1。华胜煤业有限公司已与工业场地周边相邻的矿井签定了安全互保协议。图1-2-1矿井周边煤矿分布示意图二、兼并重组整合前各矿现状按照山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室《关于临汾市蒲县宏源集团郭家山煤业有限公司、临汾西郭天煜煤业有限责任公司等十处煤矿企业兼并重组整合方案的批复》（晋煤重组办发〔2009〕86号）批复意见，山西蒲县安泰煤焦有限责任公司、山西蒲县洼里煤业有限公司、山西蒲县东胜煤矿有限公司进行兼并重组整合，整合后矿井名称为山西蒲县华胜煤业有限公司。兼并重组整合前各矿现状如下：1、蒲县安泰煤焦有限责任公司由原蒲县席家沟煤矿改制后形成的股份制企业，矿始建于1988年，1989年投产，批准开采2、3、10号煤层。井田面积为5.363km2。根据2008年1月山西省第三地质工程勘察院编制的《山西省霍西煤田山西蒲县安泰煤焦有限责任公司煤矿资源/储量核查报告》，该矿井保有资源/储量18.71Mt。采矿证批准生产能力为0.60Mt/a，生产许可证批准能力为0.30Mt/a，兼并重组整合前主要开采2号煤层。矿井采用斜井开拓方式，主、副井均为斜井，另有一回风立井。主斜井倾角17°，斜长286m，断面形状为三心拱形，料石拱碹支护，净断面面积8.83m2。井筒装备0.8m带宽的带式输送机，担负全矿井的提煤、进风任务，井筒内敷设管线；副斜井倾角22°，斜长165.8m，断面形状为三心拱形，料石拱碹支护，净断面面积6.81m2。副斜井为绞车提升（JTP—1.6×1.2），担负全矿井的辅助提升，兼行人、进风；井筒内敷设有排水管路及其他管线；回风立井垂深85m，断面形状为圆形，直径2.6m，净断面积5.31m2。主通风机型号为FBZ54-№16型，回风立井担负全矿井的回风任务并兼作安全出口。井下采煤工艺为高档普采，采煤工作面配套有采煤机，单体液压支柱配长钢梁支护顶板，工作面运输采用40kW刮板输送机，辅助运输采用单钩串车，中央并列抽出式通风，10kV高压下井，双回路供电。矿井为瓦斯矿井。经过十几年的生产建设现已在井下形成完整的生产系统，生产能力达到0.30Mt/a。目前在井田北部和南部已形成大面积采空区。该矿为本次整合过渡期生产矿井。兼并重组整合后，对矿井供电系统进行了双回路改造，采煤工艺由炮采升级为高档普采。对井下巷道进行了系统维护，规范了井下各生产系统。2、蒲县洼里煤业有限公司矿始建于1995年，在兼并重组整合前为基建矿井。由原洼儿里煤矿，乔家湾胜利煤矿及新生煤矿整合而成，井田面积1.8448km2，根据2007年晋国土资储备字〔2007〕567号文件，矿井资源/储量为7.26M/a，设计能力为0.30Mt/a。山西省国土地资源厅于2007年5月21日对该公司颁发采矿许可证，批准开采2号、3号、10号煤层，2号煤层已枯竭，矿井在兼并重组整合前正进行矿井改扩建。矿井采用斜立混合开拓，三个井筒分别是主斜井、副立井和回风立井。主斜井倾角15°，斜长270m，断面形状为三心拱形，料石拱碹支护，净断面积5.4m2。井筒装备0.8m宽的带式输送机，担负全矿井的提煤、进风任务，井筒内敷设有各种管线；副立井垂深120m，净直径3.0m，净断面面积7.1m2，为绞车提升（JTD-80X），担负全矿井的辅助提升，兼进风；井筒内敷设有排水管路及其他管线；回风立井垂深45m，断面形状为圆形，净直径2.7m，净断面积5.7m2。主通风机型号为FBZ54-№16型，回风立井担负全矿井的回风任务并兼作安全出口。井下采煤工艺为炮采，单体液压支柱配长钢梁支护顶板，工作面运输采用40kW刮板输送机，辅助运输采用单钩串车，中央并列抽出式通风，10kV高压下井，双回路供电。矿井为瓦斯矿井。根据地质报告，该矿2号煤层已全部采空。兼并重组整合后，对2号煤采空区积水进行了疏排，现已关闭。3、蒲县东胜煤矿有限公司矿始建于1985年，根据山西省国土资源厅2007年2月颁发的采矿许可证，矿井批准开采2号煤层，井田面积1.2483km2，生产能力0.15Mt/a。目前2号煤层已基本采空，3号煤层也有部分采空区。矿井采用斜井开拓，三个井筒分别是主斜井、副斜井和回风立井。主斜井倾角16°，斜长280m，断面形状为三心拱形，料石拱碹支护，净断面积5.4m2。井筒装备0.8m带宽的带式输送机，担负全矿井的提煤、进风任务，井筒内敷设管线；副斜井倾角17°，斜长250m，断面形状为三心拱形，料石拱碹支护，净断面积5.4m2。副斜井为绞车提升（JTD-80X），担负全矿井的辅助提升，兼进风；井筒内敷设有排水管路及其他管线；回风立井垂深95m，断面形状为圆形，净直径2.7m，净断面积5.7m2。主风机型号为FBZ54-№16型，回风立井担负全矿井的回风任务并兼作安全出口。井下采煤工艺为炮采，单体液压支柱配长钢梁支护顶板，工作面运输采用40kW刮板输送机，辅助运输采用采用单钩串车，中央并列抽出式通风，10kV高压下井，双回路供电。矿井为瓦斯矿井。东胜煤矿范围内有一石字沟煤矿，本次整合之前已并入东胜煤矿，石字沟煤矿为关闭煤矿，2号煤层全部采空。整合后该矿一直处于关闭状态。第三节地质构造及特征一、地层1、地层井田内地层出露较好，由老至新依次为太原组上段，山西组，下石盒子组上段、下段，上石盒子组下段，第四系中更新统、上更新统、全新统。2、含煤地层本矿区主要含煤地层为石炭系上统太原组(C3t)和二叠系下统山西组(P1s)。二、井田地质构造1、区域构造本区位于霍西煤田西部边缘，东临吕汾断隆和临汾断陷盆地的分界罗云山断裂带，该断裂带呈北东走向，断裂构造主要由一系列平行排列的正断层组成。本区受该断裂带的影响，造成东部翘起，地层倾角增大，西边为吕梁断隆和陕甘宁拗陷的分界紫荆山断裂带，该断裂带呈北北西走向，区域性向斜克城—南湾里向斜贯本区，大地构造体系属黄河东岸～吕梁山西坡南北向构造带。2、井田构造依据地质报告，井田内构造简单，井田地质构造属简单类型。井田总体上为一系列走向近北西的背向斜构造，倾角一般5°～12°左右，整个井田发育有一条落差7m的正断层，未发现陷落柱。该断层为正断层，走向北24°东，倾向南东，倾角51°，落差7m，延伸长度370m。该区无岩浆岩活动。3、构造对煤矿生产的影响从地质报告及建设单位提供的采掘工程图来看，井田内目前未发现大的构造，煤层开采时构造对生产的影响较小。三、煤层及煤质1、可采煤层区内主要可采煤层为山西组2、3号煤层和太原组11号煤层，9、10号煤层局部可采，其中9号煤层有大面积的尖灭、冲刷区域，为不稳定局部可采煤层。现将各煤层分述如下：2号煤层：位于山西组中上部，煤层厚度1.03～2.14m，平均1.75m，含0～1层夹矸，煤层顶底板为泥岩、粉砂岩。属稳定全区可采煤层。整合的三个煤矿中，其中洼里、东胜煤矿2号煤已全部采空，安泰煤矿2号煤已大部分采空，只剩小部分可采。井田西南部2号煤层露头附近，有许多停产小煤窑，为小窑破坏区。3号煤层：位于山西组下部，上距2号煤层5.72～12.06m，平均9.25m，煤层厚度0.69～2.34m，平均1.54m，含0～2层夹矸，属大部可采的较稳定煤层。煤层顶底板多为泥岩。东胜煤矿的3号煤井田北部有小部分采空。安泰、洼里煤矿3号煤尚未开采。9号煤层：位于太原组下段顶部，上距3号煤层75.33～87.58m，平均82.19m，煤层厚度0～1.40m，平均0.62m，顶板为泥岩、炭质泥岩，底板多为泥岩，含0～1层夹石，属局部可采的不稳定煤层，尚未开采。10号煤层：位于太原组下段上部，上距9号煤层1.80～10.00m，平均3.05m，煤层厚度0～1.82m，平均0.80m，顶板多为泥岩，底板为泥岩、粉砂质泥岩，含0～2层夹石。大部可采的较稳定煤层，尚未开采。11号煤层：位于太原组下段中部，上距10号煤层8.82～10.70m，平均9.76m，煤层顶板以泥岩为主，底板多为泥岩、铝质泥岩。煤层厚度1.04～3.14m，平均2.56m，该煤层含0～2层夹石，属稳定可采煤层，尚未开采。井田主要可采煤层特征表见表1-3-1。2、煤质2号煤层特低灰～低灰、特低硫～低硫、高热值～特高热值、强粘结～特强粘结的气煤，是很好的炼焦用煤。3号煤层属低灰、低硫～高硫、中热值～高热值、特强粘结的气煤，是很好的炼焦用煤。9号煤层属特低灰～低灰、高硫、高热值、特强粘结的气肥煤，脱硫后是很好的炼焦用煤。10号煤层属低灰、高硫、高热值、特强粘结的肥煤，脱硫后是很好的炼焦用煤。11号煤层属低灰、中低～中高硫、低热值～高热值、强粘结～特强粘结的1/3焦煤，脱硫后是很好的炼焦用煤。本区煤属特低灰～低灰、特低硫～高硫、高挥发分、低磷煤，煤类以1/3焦煤、气煤、肥煤为主。第四节矿井主要灾害因素及安全条件一、矿井瓦斯赋存情况及涌出情况1、瓦斯赋存情况2010年7月16日，国土资源部太原矿产资源监督检测中心《原煤样、瓦斯样检测报告》对井田内3号、11号煤的瓦斯含量做了鉴定，其中3号煤瓦斯含量为0.01cm3/g·daf，自然瓦斯成份：CH4=0.40%，CO2=0.04%，N2=99.56%，C2-C8=微量；11号煤瓦斯含量为0.2cm3/g·daf，自然瓦斯成份：CH4=21.62%，CO2=1.57%，N2=74.79%，C2-C8=2.02%。2012年12月山西煤炭工业厅综合测试中心出具的《山西蒲县华胜煤业有限公司3号煤层瓦斯赋存参数测定报告》可知，3#煤层瓦斯含量（平均值）1.685m3/t。从实际测定的瓦斯含量及组分来看，我矿目前3号煤层都属于瓦斯风化带内，瓦斯涌出量较小。2、瓦斯涌出情况根据河南理工大学编制的《山西蒲县华胜煤业有限公司3号煤层开采矿井瓦斯涌出量预测》，山西省煤炭工业厅晋煤瓦发〔2010〕850号《关于山西蒲县华胜煤业有限公司3号煤层矿井瓦斯涌出量预测的批复》，矿井生产能力达到0.9Mt/a时，矿井相对涌出量为2.34m3/t计算，矿井绝对瓦斯涌出量为4.43m3/min，属低瓦斯矿井。历年瓦斯等级鉴定情况如下表1-4-1。时间矿井瓦斯绝对涌出量矿井瓦斯相对涌出量矿井二氧化碳绝对涌出量矿井二氧化碳相对涌出量回采瓦斯最大绝对涌出量掘进瓦斯最大绝对涌出量鉴定结果审批文号备注m3/minm3/tm3/minm3/tm3/minm3/min2011年度0.96——1.05——————低瓦斯矿井晋煤瓦发【2011】1746号基建2012年度0.53——1.06————0.18瓦斯矿井晋煤瓦发【2013】392号基建2013年度1.060.622.131.240.330.18瓦斯矿井晋煤瓦发【2013】651号联合试运转2014年度1.520.603.051.200.490.21瓦斯矿井晋煤瓦发【2014】1459号正常生产二、煤层自燃倾向性2008年6月30日本井田内原东胜煤矿在临汾市煤炭中心化验室检验结果：3号煤层吸氧量0.69cm3/g，自燃倾向性属自燃煤层。2009年11月4日本井田内原安泰煤焦有限公司在临汾市煤炭中心化验室检验结果：2号煤层吸氧量0.70cm3/g，自燃倾向性属自燃煤层。2010年5月与本井田为邻的原新良友煤矿在煤炭科学研究总院沈阳研究院检验结果：2号煤层吸氧量0.68cm3/g，自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃煤层；3号煤层吸氧量0.65cm3/g，自燃倾向性等级属自燃煤层。山西省煤炭地质研究所2010年6月《煤芯样煤自燃倾向性、煤尘爆炸检测报告》，本矿井3号、9号、11号煤层吸氧量在0.61～0.65cm3/g之间，自燃倾向性均属自燃煤层。山西省煤炭工业局综合测试中心2011年12月31日《山西蒲县华胜煤业有限公司3号煤层最短自燃发火期实验报告》，3号煤层吸氧量为0.61cm3/g，自燃倾向性均属自燃煤层，最短自然发火期为74天。2014年6月19日经山西省煤炭工业局综合测试中心鉴定我矿3#煤层水分为0.86%、灰分为10.69%、挥发分为39.85%、全硫为0.47%、真相对密度为1.34、煤吸氧量为0.60cm3/g，自燃倾向性等级为Ⅱ类自燃。三、煤尘爆炸性原安泰煤焦有限公司煤尘具有爆炸危险，原洼里公司2号煤火焰长度为400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为80%，有爆炸危险，原东胜煤矿2号煤火焰长度为400mm，最低岩粉用量85%，具有爆炸危险。山西省煤炭地质研究所2010年6月《煤芯样煤自燃倾向性、煤尘爆炸检测报告》，本矿井3号、9号、11号煤层火焰长度均为400mm，最低岩粉用量均为85%，均具有爆炸危险。2014年6月21日经山西省煤炭工业厅综合测试中心鉴定我矿3#煤尘水分为0.86%、灰分为10.69%、挥发分为39.85%、火焰长度为>400mm、抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为80%，具有爆炸性。四、地温本次地质勘探未进行简易测温，该区属乔家湾详查范围内，依据乔家湾详查地温资料，该区属地温正常区。五、主要煤层顶底板情况目前该井田2号煤层已基本采空，2、3号煤层顶板多为粉砂岩为主，裂隙不甚发育，浅部地带具有风化裂隙，中等稳定性；底板以泥岩为主，由于矿井涌水量较小，地下水对底板影响不大，因此，未有底鼓现象。11号煤层顶板为厚层的K2石灰岩，致密，坚硬，稳定好，局部地段由于裂隙发育，顶板较破碎状，有掉块现象，只要支护稳定，一般不会出现掉块现象。底板为泥岩或粉砂岩为主，未出现底鼓现象，属稳定较好底板。六、奥灰水据资源整合地质报告，本区奥陶系灰岩岩溶水水位标高为+600m～+650m。本区可采煤层最低底板标高为+1030m（11号煤层），均高于奥灰水水位标高。七、矿井重大危险源根据山西煤矿安全监察局晋煤监办（2004）174号文件《关于印发〈煤矿安全生产条件评价规定〉的通知》所规定的重大危险源种类，对井下存在的重大危险源进行了分析，确定采空区以及采空区积水为本矿井的最大危险源，因此矿井建设前必须对采空区及其积水进行处理。同时矿井瓦斯、煤层自燃及煤尘爆炸、煤层顶底板均可能成为矿井生产的危险源，生产过程中必须采取措施加强管理。第五节矿井开拓开采一、井田境界二、资源/储量情况三、矿井设计生产能力与服务年限四、井田开拓和开采第二章矿井防灭火设计总体方案第一节矿井煤层自燃风险评价第二节矿井防灭火技术简介第三节矿井防灭火技术选择一、煤层自燃早期预测预报技术二、预防性灌浆防灭火技术三、注氮防灭火技术四、喷射阻化剂防灭火技术第四节矿井防灭火设计总体方案第三章矿井防灭火方法第一节灌浆注胶防灭火。由于采煤工作面采用俯斜开采，若给工作面采空区预防性灌浆，浆液会流向工作面，造成工作面生产困难，鉴于华胜矿井工作面的特殊性，灌浆为工作面采后按标准封闭后和采空区有异常情况下采用注氮气解决不了时，实施连续足量灌浆，以确保采空内遗留浮煤不发生自燃。一、制浆工艺二、灌注浆步骤三、灌浆量1、灌浆材料四、灌浆系统设计参数五、灌浆系统工艺流程六、灌浆系统及管路布置七、制浆材料贮存八、主要设备及技术参数（1）管径计算（2）壁厚计算式中：δ—管壁厚度，mm；d—管路内径，取150mm；Rc—许用应力，无缝钢管，取Rc=800×98.0665kPa；QUOTE注浆段长度必须大于注浆的含水岩层的厚度，并深入不透水岩层或硬岩层5～10m。井底的设计位置在注浆的含水岩层内时，注浆深度必须大于井深10m。注浆前，必须进行注浆泵和输送管路系统的耐压试验，试验压力必须达到最大注浆压力的1.5倍，试验时间不得小于15min，无异常情况后，方可使用；注浆过程中，注浆压力突然上升时，必须停止注浆泵运转，卸压后方可处理；每次注浆后，应至少停歇30min，方可提拔止浆塞，以防高压浆顶出钻杆。11、渣浆泵的选型计算由于工作面与地面灌注站高差较小，自然压头不能满足灌浆要求，采用加压输送的方式，按管道阻力损失选择渣浆泵。灌浆系统加压渣浆泵的选择根据≤采矿设计手册≥（下册）第八篇通风与安全第二节预防性灌浆中泥浆泵选择计算公式确定泵扬程。渣浆泵所需扬程：式中：HJ—输送泥浆所需的总扬程，m；Hs—泥浆泵输送清水时的扬程，m；A—换算系数，取1.2。地面注浆站标高为1274.15m，井下注浆工作面标高约为1270.00m，地面注浆站距井下注浆工作面距离约3045m，注浆管径为D159×4.5、D133×4，流量为60m3/h，按清水计算，自地面注浆站到井下工作平面管道沿程阻力损失约为35.5m，局部阻力按沿程阻力的1.25考虑，总阻力为35.5×1.25=44.4m，灌浆站内管道及零件的水头损失取5m，井下工作面考虑10m的水头，则注浆加压渣浆泵输送清水时扬程为44.5+5+10=59.5m，HJ=1.2×59.5=71.4m。因此设计选择两台75/50D-AH渣浆泵，一用一备（Q=50~70m3/h；电机功率22kW，H=60~80m）。九、灌浆安全措施1、沿线管路注入清水后，必须将支管阀门关闭，确保管路内存有水，巡检人员能认真实查出管路状况。2、灌浆前，必须确保灌浆站设备运行及沿线管路完好。3、注入清水及注入黄泥浆体量必须符合设计要求。4、灌浆期间，巡检人员与指挥人员保持联系，确保工作有序进行。5、灌浆期间，发现漏水、跑浆，巡检人员及时汇报，确保灌浆工作正常开展。6、灌浆完毕后，巡检人员方可撤离，灌浆站注入适量清水将管路冲洗干净。7、灌浆完毕后，通风队将该向密闭灌浆管断开，并进行封堵。8、注入采空区的浆液的脱水时间一般为7～15d，浆液中脱出的水一部分被围岩吸收，一部分滞留在注浆区的下部空间。注浆区的排水措施主要采取两种：①在注浆区下部的密闭墙的底部设置排水孔或溢水孔，在注浆后应随时观察这些密闭墙的排水量的变化情况。②在注浆区下部进行回采作业前，必须对注浆区进行打钻孔或采取其他措施进行泄水。9、本矿井设计在工作面巷道内设置集水坑，汇集灌浆析水，并通过配备的潜污泵排出。第二节注氮灭火系统一、注氮防灭火的特点1、氮气可以充满任何开形状的空间并将氧气排挤出去，使采空区深部及其顶板高冒处因氧气含量不足而使遗煤不能氧化自燃；2、注氮过程中，采空区经常保持正压状态，致使新鲜空气难以漏入，有利于控制采空区遗煤自燃；3、注入氮气后，可使采空区内和采空区周围介质的温度降低，起到冷却降温作用；4、在瓦斯和火共存的爆炸危险区内注入氮气能抑制火区内可燃气体爆炸，提高灭火作业的安全性；5、工艺简单，不污染环境；6、氮气防灭火存在的主要问题是在矿井负压作用下，如果采空区漏风严重，则注入的氮气不易留存，易随漏风流向采面或邻近采空区；加上氮气本身虽然无毒，但具有窒息性，对人体有害，因此需与均压和其他堵漏风措施配合应用，使氮气泄露量控制在最低限度。二、注氮防灭火机理与惰化指标1、氮气防灭火机理（1）采空区内注入大量高浓度的氮气后，氧气浓度相对减小，氮气部分地替代氧气而进入到煤体裂隙表面，使煤体对氧气的吸附量便降低，在很大程度上抑制或减缓了遗煤的氧化速度；（2）采空区注入氮气后，提高了气体静压，降低了漏入采空区的风量，减少了空气与煤炭直接接触的机会；（3）氮气在流经煤体时，吸收了煤氧化产生的热量，可以减缓煤升温的速度并降低周围介质的温度，使煤的氧化因聚热条件的破坏而延缓；（4）采空区内的可燃、可爆性气体与氮气混合后，随着惰性气体浓度的增加，爆炸范围逐渐缩小（即下限升高、上限下降）。当惰性气体与可燃性气体的混合物比例达到一定值时，混合物的爆炸上限与下限重合，此时混合物失去爆炸能力。这是注氮防止可燃、可爆性气体燃烧与爆炸作用的另一个方面。2、注氮防灭火惰化指标（1）采空区防火惰化氧浓度指标不大于煤自燃临界氧浓度，采空区防火惰化指标以7%作为设计依据；（2）惰化灭火氧浓度指标不大于3％；（3）惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标小于12％。三、注氮方式的确定矿井注氮方式主要包括地面固定式注氮和井下移动注氮两种方式。地面固定式注氮系统的优点是制氮能力大，灭火速度快。缺点是需从井口铺设专门管路至注氮地点，造成工业场地占地面积增加；井下移动式注氮的优点是工业场地面积减小，不用铺设专门管路输送氮气，缺点是需在井下设置较多的制氮设备硐室，制氮量较小，灭火速度慢。从经济上比较，采用地面固定式和井下移动式注氮所需设备费用基本相当，但是，由于采用地面固定式注氮管路铺设要求较高所需费用也略高于井下移动式注氮；从矿井实际情况考虑，由于华胜矿井存在大量的采空区，且井下围岩条件较差，不适合设置较多的硐室。综上所述，通过在经济上、矿井实际情况及安装难易程度分析，华胜煤矿注氮方式最终确定为采用地面固定式注氮方式。四、注氮流量与设备选型Qn=[900000/(1440×1.35×330×0.9×0.8)]×(20.8/7-1)＝3.84（m3∕min）＝230（m3/h）（2）按吨煤注氮量计算QN＝1.3×750＝975（m3/h）2、注氮设备选型（1）设计依据矿井井下布置一个综采工作面，为预防采煤工作面采空区自然发火，设计采用注氮方式作为防灭火的一种措施，根据采空区发火征兆适时注氮，以确保矿井安全生产。矿井注氮压力大于0.2MPa。矿井防灭火所需的注氮量为975m3/h，注氮点的最远距离约为6.2km。目前国内煤矿所采用的注氮系统可分为地面注氮系统和井下注氮系统。地面注氮系统相对井下注氮系统具有注氮设备工作环境好、设备散热条件好、维修方便、设备使用寿命长等优点，因此设计推荐在地面建固定注氮站（黄泥灌浆站）。注氮设备按其空气分离工作原理可分为碳分子筛变压吸附和膜分离两种形式。根据矿井所需制氮量，设计考虑了以下两个方案：一方案：选用DM-1000型膜分离制氮装置1套，配备1台SA-280A型固定式风冷型螺杆空气压缩机。DM-1000型膜分离制氮装置氮气产量1000m3/h，氮气纯度≥97%，配套SA-280A型固定式风冷型螺杆空气压缩机单台排气量42.7m3/min、排气压力1.25MPa，配套电动机280kW、10kV、1480r/min；去往井下的注氮管路1趟，大巷选用D159×4.5煤矿井下用纤维增强树脂覆层复合无缝钢管，工作面选用D133×4煤矿井下用纤维增强树脂覆层复合无缝钢管，与黄泥灌浆管路共用。二方案：选用PSA97-1000型碳分子筛变压吸附制氮装置1套，配备1台SA-250A型固定式风冷型螺杆空气压缩机。PSA97-1000型碳分子筛变压吸附制氮装置氮气产量1000m3/h，氮气纯度≥97%，配套SA-250A型固定式风冷型螺杆空气压缩机单台排气量46.3m3/min、排气压力0.85MPa，配套电动机250kW、10kV、1480r/min；大巷选用D159×4.5煤矿井下用纤维增强树脂覆层复合无缝钢管，工作面选用D133×4煤矿井下用纤维增强树脂覆层复合无缝钢管，与黄泥灌浆管路共用。各方案技术经济比较结果见表3-2-1。项目一方案二方案(推荐)制氮设备型号DM-1000PSA97-1000氮气产量(m3/h)10001000氮气纯度≥97%≥97%配套空气压缩机型号SA-280ASA-250A排气量（m3/min）42.746.3排气压力(MPa)1.250.85冷却方式风冷风冷台数11配套电动机280kW、10kV、1480r/min250kW、10kV、1480r/min输送氮气管路规格D159×4.5、D133×4D159×4.5、D133×4可比投资设备费用(万元)330150注氮管路（米）545415.615.610t自动单梁起重机1010安装费用(万元)5050合计(万元)459.6279.6差额(万元)±0.00-180优缺点优点：工艺和技术成熟，设备体积较小，排气压力高，自启动至氮气合格只需5min，全自动控制无需专职操作工，故障率低，维护保养简单、技术难度低，气体产品产量、压力、纯度可调，灵活性好，增容简单。缺点：前期投资高。若产气量大，所需薄膜表面积太大，薄膜价格高，虽然膜分离法装置简单，操作方便，但工业应用还不广泛。优点：前期投资低。变压吸附制氮本身较简单，运转机械数量少，近似常温常压下操作，维修保养工作量少，费用低；制氮流程简单，设备数量少，主要设备仅有空压机、空气干燥器、吸附制氮机和储气罐等；基建费用少，对厂房和设备基础的要求也不高。缺点：自启动至氮气合格需30min，不可实现全自动控制，需专职操作工。两组吸附塔交替运行，噪音较大，需专业人员维护保养。从表3-2-1可以看出，两个方案产氮气纯度都能满足要求，由于目前煤炭行业不景气，资金紧张，膜分离制氮装置成本远高于碳分子筛变压吸附制氮装置，并通过查阅《煤矿用氮气防灭火技术规范》（MT/T701-1997）、《煤矿安全规程》、《矿井防灭火规范（试行）》等相关技术资料，都没有明确要求需要备用一套或者有足够大的备用系数。经综合比较，设计推荐二方案，即选用PSA97-1000型碳分子筛变压吸附制氮装置1套，配备1台SA-250A型固定式风冷型螺杆空气压缩机。根据矿井总的注氮量，设计选用碳分子筛变压吸附制氮装置1套，配备1台SA-250A型固定式风冷型螺杆空气压缩机。制氮装置主要技术参数如下：氮气产量：1000m3/h。氮气纯度：≥97%。配套空气压缩机参数：型号：SA-250A。排气量：46.3m3/min。排气压力：0.85MPa。配套电动机：250kW、10kV、1480r/min。冷却方式：风冷。（4）输氮管路①氮气输送管路氮气输送管路大巷选用D159×4.5煤矿井下用纤维增强树脂覆层复合无缝钢管，工作面选用D133×4煤矿井下用纤维增强树脂覆层复合无缝钢管，1趟，管路由地面制氮站经副斜井井筒敷设至井下工作面，而实际就是和黄泥灌浆管路共用，在地面利用闸阀控制。②氮气输送管路校核A、氮气输送管路B、氮气输送管路校核根据氮气管路系统各段管路氮气量，考虑最远输送距离6.2km，按照《煤矿用氮气防灭火技术规范》（MT/T701-1997）公式式中：P1—地面制氮设备的供氮压力，MPa；P2—管路末端的绝对压力，按不低于0.2MPa计算；Qmax—最大输氮流量，按1000m3/h计算；D0—基准管径，150mm；Di—实际输氮管径，mm；Li—相同直径管路的长度，km；λ0—基准管径的阻力损失系数，0.026；λi—实际输氮管径的阻力损失系数，对于不同的钢管直径，则有如下表的关系：管径Di，mm7080100150200250300400阻力系数λi0.0320.0310.0290.0260.0240.0230.0220.020P1={0.0056×（1000÷1000）2×∑[（150÷150）5×（0.026÷0.026）×3.5+（150÷125）5×（0.0275÷0.026）×2.7]+0.22}1/2={0.0056×1×∑[3.5+7.1]+0.04}1/2=0.3MPa计算出氮气储气罐出口压力应不小于0.3MPa，储气罐出口压力0.6MPa>0.3MPa，因此所选管路系统满足要求。①管路的铺设应尽量减少拐弯，要求平、直、稳、接头不漏气。每节钢管的支点不少于两点，不允许在管路上堆放他物。低洼处可设置放水阀。②输氮管路的分岔处应设置三通和截止阀及压力表。③输氮管路应进行防锈处理，表面涂黄色油漆。④定期对输氮管路进行试压检漏。（6）其它五、注氮防灭火工艺六、防止采空区氮气泄露措施七、安全技术措施与管理八、避灾路线第三节阻化剂灭火系统一、阻化剂防灭火的特点二、阻化剂防灭火系统的要求三、阻化剂选择四、阻化剂浓度确定五、阻化剂系统的选择六、采空区喷洒阻化剂防灭火工艺第四节监测监控系统结合不同氧气浓度下的气体产物特性，综合气体生成浓度规律、氧化热力之特性和气体产物增率分析，实验煤样自然发火临界氧气浓度为7.0%。CO可以作为预测预报煤自然发火的指标气体，其出现温度在63℃左右，其预测的温度范围应在193℃之前。特别指出的是，对于低变质程度煤，在某些作业场所常常能检测到CO，而此时煤未到实验所得到的临界温度值，因此在CO临界温度进行判断时应考虑多方面的因素，做出合理的判断。C2H4和C3H6气体出现的温度分别在162℃左右和193℃左右，C2H4气体的出现可以视为煤的氧化进入加速氧化阶段的标志；C3H6气体的出现可以视为煤的氧化进入激烈氧化阶段的标志。4、C2H2气体初始产生的煤温400℃左右，C2H2气体的出现表明煤已出现明火或阴燃，采取措施时要谨慎；5、C2H4/C2H6可以作为煤自然发火进程的气体指标。6、C3H8/C2H6可以作为预测煤自然发火进程的辅助指标；7、C2H6/CH4、C3H8/CH4不适合作为预测预报煤自然发火的标志气体指标。8、C2H6气体不适合作为井下煤自然发火预测预报的指标。由于在矿井原始煤体中有一部分以吸附形式存在，但在实验室煤样制备时煤样加以粉碎，煤吸附的C2H6气体已大部分释放。故在井下开采时，很可能在常温出现C2H6气体，这就需要与在实验中所得烷烃气体临界温度