佳峰煤矿煤层自然发火危险性及防灭火措施.doc

佳峰煤矿煤层自然发火危险性及防灭火措施煤层自然发火危险性山西省煤炭工业局综合测试中心于2009年9月29日，对山西离柳焦煤集团有限公司佳峰煤矿9号煤层自燃倾向性进行了检验，检验结果：煤的吸氧量0.69cm3/g，自燃倾向性等级为级，属自燃煤层。1、 煤层的自燃预防措施1. 开拓开采方面的措施各大巷均布置在煤层内，采用锚网锚索支护，机电硐室采用锚网喷、现浇混凝土支护，这些方式对暴露煤壁实施了封闭，降低了自燃概率。工作面采用后退式回采，1进1回U型通风系统，巷道布置比较简单，新鲜风流与乏风均不通过采空区，漏风小，不利于煤层自燃。加快推进速度，可在空间上、时间上减少煤炭的氧化。对采空区与采区大巷连通的巷道在开采结束后45天内及时砌筑永久性密闭墙，壁墙外要喷射混凝土封闭；对暂时停止掘进的巷道和废弃巷道要及时密闭。2. 通风方面措施(1)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)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。3. 监测方面的措施目前，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。本次设计采用KYSC-1型井下移动式火灾气体束管采样系统，全部安装于井下，并可移动布置在不同的监测区域，体积小，重量轻，束管管路短，操作、管理及维护方便。该套系统可用于在井下对重点危险区域进行现场连续采样，多个密闭集中采样。设计选用了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。1、KYSC-1型束管采样系统组成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。图6-1-1 采样系统连接图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2、KYSC-1型束管采样系统技术参数1）供电电压：660V380V；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1）主要特点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；可以测定H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2共9种气体；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；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；CO、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；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；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。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。2）技术参数最小检测浓度：H25ppm；CO、CO22ppm；烃类0.1ppm尺寸：606mm450mm450mm重量：42 Kg电源：200V、50HZ、2100W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：1500mVml/mg（正十六烷）；噪声：0.03mV；飘移：0.1mV/30min火焰离子化检测器（FID）结构：圆筒形收集极、石英喷口；检测限：110-11g/s（正十六烷）；噪声：510-13A；飘移：510-12A/30min柱箱温度范围：10399（增量为1）；控温精度：0.1；可由键盘设定过热保护值检测器温度范围：10399（增量为1）；控温精度：0.01（TCD）和0.1（其它）；可由键盘设定过热保护值工作站高精度：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(1v为最小单位) 积分灵敏度：1vsec（即面积的个位数）。线性度：0.1%重现性：0.064、井下监测1）测点布置在工作面进回风顺槽按50m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，即可结束观测工作面开采完毕后，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，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。2、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。2、 防灭火方法本矿9号煤采用综采走向长壁后退式采煤法，工作面浮煤较大。依据煤矿建设工程安全设施设计审查标准及矿井通风安全装备标准（MT/T5016-96）中关于“火灾检测及防灭火装备”，叙述：“ 阻化剂喷射泵按一、二级自燃矿井每个采煤工作面必须配置1台，三、四级自燃矿井每个采区必须配置1台”。因此本次设计，在首采区内配备一台阻化剂喷射泵，并设计凝胶防灭火设施。6.2.1阻化剂防灭火（1）阻化剂选择选用来源广泛，价格便宜、阻化率高、配制容易、对设备无腐蚀的工业氯化钙（CaCl25H2O）和氯化镁（MgCl26H2O）作为阻化剂。（2）喷洒压注工艺系统在工作面轨道巷适当位置(尽量靠近工作面)放置两辆矿车作为阻化剂药箱，交换使用，按需浓度(20%)将工业CaCl2倒入1吨矿车内，用临时供水管路按比例加足清水，配成溶液搅拌均匀后，用BH-40/2.5型煤矿用液压泵(置于平板车上)将阻化液沿顺槽和大溜电缆槽下方铺设(每20m安一三通接一截止阀)的25mm高压胶管压至工作面，与13mm的胶管和喷枪相连。一台泵配一支喷枪，由专人手持喷枪，从支架间隙向采空区喷洒，每间隔5组支架喷一次，每次喷洒至少6min，流量不小于35L/min。正常回采期间每班喷洒一次，安排在检修班工作面放顶后进行，如遇停产、过断层、收尾等情况时，必须对采空区加大喷洒频率。喷洒系统工艺图如下图所示。8654322采空区工1791-供水管路；2-药液箱；3-吸液管；4-压力表；5-阻化多用泵；6-高压胶管；7-阀门；8-三通；9-喷枪图6-2-1 移动式喷洒系统工艺图（3）参数计算阻化剂浓度取20%；CaCl2或MgCl2溶液的平均密度为1.11t/m3；原煤的吸液量与煤的粒度、阻化剂浓度、煤的硬度及含矸率有关，因无参考资料，需实际测量确定；松散煤的密度也需实际测量确定，一般原煤的松散煤的密度在0.851.0t/m3之间；设计的阻化剂防灭火措施是采区内特定时期所采取的防灭火措施，其喷洒量根据不同地点确定。（4）喷洒设备井下首采区内选用WJ-24型阻化多用泵1台。主要技术指标：工作泵压0.22.5MPa，最大射程15m，阻化溶液喷射量为1140L/min，Y90L2型防爆电机2.2kW，电压660V，体积1500400450mm，质量约65kg。（5） 防止阻化剂腐蚀机械设备、支架等金属构件的措施在喷洒过程中，可用不燃性材料对机械设备及支架金属构件进行遮挡，或利用工作面防尘洒水中管路的水进行清洗，但要严格掌握好放水量勿过多，以防影响工作面运煤和支护工程质量。如清洗不掉可人工重点擦洗。对阻化剂溶液的浓度、数量在使用时要严格控制。喷阻化剂的管路及设备投入使用前做密封性试验，防止阻化剂发生漏失。6.2.2 凝胶灭火法凝胶防灭火技术是近几年发展起来的新型防灭火技术，该技术在灭火过程中能快速有效地控制和扑灭火势。已成为煤矿井下必不可少的防灭火技术之一。其使用条件为：当井下煤层发现有局部高温区或火源点时，针对高温区或火源点进行灭火。(1) 凝胶材料选择及配比凝胶由基料、促凝剂和水按比例混合而成。设计比例基料：促凝剂：水=10：4：86（重量比）。(2) 注凝胶设备 注凝胶设备：NJB-1-80型凝胶泵，见图6-2-2。1防爆电动机 2主泵 3从动皮带轮 4三角皮带 5主动皮带轮6主泵支承拖板 7无级变速器 8三爪联轴器 9机架 10基料泵 11、12防护罩图622 凝胶泵及凝胶该设备是一种用来输送凝胶（水+基料+促凝剂）的泵组。它可自动地将水、基料、促凝剂按一定比例混合后，经三个出液口输送到用凝胶地点。根据各种材料的配比不同，凝胶混合液可在十几秒至几十分钟内形成固态胶体，用于煤矿直接灭火和堵漏。 凝胶泵性能参数主泵流量：80L/min；辅泵流量：3-8L/min，可无级调节；压 力：0.5-2.0MPa；电机功率：5.5kW；电机转速：1440rpm；整机重量：220kg； 凝胶泵性能参数主泵流量：80L/min；辅泵流量：3-8L/min，可无级调节；压 力：0.5-2.0MPa；电机功率：5.5kW；电机转速：1440rpm；整机重量：220kg；外形尺寸：长宽高=1100540780（mm）。 输送胶管输送胶管规格见表6-2-2。(3) 设备连接基料泵 促凝剂泵 基料箱 促凝剂料箱 混合器 分流器 至钻孔 钻孔 阀门 泵入口 泵出口 泵入口 泵出口 注凝胶设备连接图见图6-2-3。图6-2-3 注凝胶设备连接图表6-2-2 输送胶管规格主泵进口胶管主泵进口胶管辅泵进口胶管辅泵进口胶管内径（mm）长度（m）内径（mm）长度（m）内径（mm）长度（m）内径（mm）长度（m）192041920300323362426300图6-2-4 压注凝胶示意图(4) 工艺过程 起动操作a. 首先检查机器各紧固螺丝，不得有松动现象。b. 检查各泵和流量调节器(变速器)油箱内的润滑油，必要时加入各自的润滑油。泵用润滑油是3040号机油，变速器用专用的UD润滑油(不可用其它机油代替)。c. 盘车检查各泵能否转动自如。d. 检查电器开关、起动器。e. 检查各输送胶管、接头和过滤网。f. 将主泵吸水管和溢流管放入配好促凝剂的水箱中；将胶管的吸管和溢流管放入胶料箱(或胶料桶)中。g. 打开混合器出口的3个阀门。待起动正常后再按需要关掉12个。任何情况下必须保证有1个阀门全开且畅通。h. 接通电源。 注胶过程中的操作a. 待基料料箱内的基料注完后，可在不停机的情况下快速地把吸料管和溢流管换进另一只基料料箱中，这样可保持连续注胶。促凝剂箱只需不断地往料箱中补充材料，不需要来回移动吸料胶管。b. 胶料流量无级调节器(变速器)只能在泵运转的情况下调节，严禁停机时调节。c. 泵的调压器是用来限定注胶压力并防止电机过载的，供货时已经调好，不要随意调节。注胶时若发现溢流管有溢流，首先要检查输送管和混合器是否堵塞，混合器出口阀门是否打开。一般情况下是不会有溢流的。 停泵操作a. 注胶结束后，必须将主泵和胶泵都输送清水3分钟以上，并同时将混合器的3个出料阀门都打开，以保证泵内、管内和混合器内没有混合液和胶料存在。b. 将各泵的吸管从清水箱中拿出，将吸口放在无粉尘和杂物的地方(最好用手拿着)，让泵继续运转吸水5分钟，这样可将泵内的积水排出。c. 断电。d. 清洗混合器，确保畅通。 正常维护a. 新机器运转一个月后，应全部更换泵内和变速器内的润滑油。b. 阶段性注胶结束后，应将机器全部运上地面进行清洗、维护和保养，以备下一阶段注胶时机器能及时、正常地投入使用，同时也可延长机器使用寿命。c. 发现流量偏小时，检查泵的密封圈和吸、排液阀，磨损严重或损坏应即时更换。d. 检查三角皮带是否放松。过松是可首先用皮带张紧螺钉调节拉紧。若仍不能拉紧，可考虑将泵垫高。只要皮带不损坏就不需更换。若需要更换时，必须每泵的两根或两泵的四根皮带同时更换。(5) 施工准备及步骤 施工准备a. 准备两个0.5m3的铁箱(0.8m，高度1m)，用于储存基料；并准备1个0.6m3(0.9m，高度1m)的铁箱，用于配制促凝剂溶液。将3个铁箱放置于灭火巷道内的注胶设备附近；b. 配好设备入口管路，并配好设备出口的变头，使之能与混合器通过25mm的高压软管相连；c. 配好混合器出口变头，使之能与25mm的注胶高压软管连接，并准备25mm的注胶高压软管10根(10m长的6根，5m长的4根)；d. 1寸阀门6个(注胶时接在钻孔上，钻孔泄漏时可随时关闭阀门)；准备l寸管(接钻孔口的l寸阀门)变25mm的高压接头(接25mm的注胶高压软管)的变头6个，连接设备出口和注胶钻孔；e. 根据其它矿的灭火经验，基料在井下的运输相当困难，为了便于井下基料运输，可将基料用汽油桶运至巷道开口处，用泥浆泵将基料通过管道输送到注胶设备的基料储存箱；f. 每班按注胶6小时计算，每班注胶量为30m3。井下胶体材料需保证2天的用量，基料量为18t(54桶)，促凝剂量为7t(140袋)。地面需保证5天的用量，基料量为45t，促凝剂量为18t；g. 基料的泥浆泵两台，流量为3m3/h。并铺设输送基料的管路。 注胶顺序先注终孔位置较低的钻孔，再注终孔位置较高的钻孔，防止因注高位孔时，堵塞低位孔。 施工步骤a. 将基料用泥浆泵输送到基料储存箱，每班需用泥浆泵输送基料两次(共3t)，第一次输送4桶(约1m3，重1.3t)，根据注胶设备流量，可使用约3小时，第二次输送5桶。b. 注胶前先接清水管冲冼每个钻孔35分钟。c. 将注胶管路连接好(每次连接3个)，注胶泵入口管路放入相应