5第五章 矿井防灭火.doc

刘庄矿井初步设计（优化）（8.0Mt/a）安全专篇 第五章 矿井防灭火第五章 矿井防灭火第一节 概 况本矿井达到8.0Mt/a设计产量时，移交东二（13-1）采区和西三（13-1）采区各1个综采工作面，采用一次采全高综合机械化开采。东二13-1煤层平均厚度4.01m，倾角1418，采用走向长壁开采、顶板管理采用全部垮落法；西三（13-1）采区13-1煤层首采块段煤层厚度平均约4.95m，倾角8左右，采用倾斜长壁开采、顶板管理采用全部垮落法。本矿井精查地质报告根据煤层的原煤、氧化煤和还原煤着火点温度值，确定本井田煤的自燃倾向为很易自燃不易自燃。主要可采煤层中，11-2、8和5煤层很易自燃，1煤层易自燃，13-1煤层不易自燃。自然发火期一般为36个月，但是从邻近生产矿井实际情况看，部分矿井最短发火期为20天左右。本矿井自燃倾向性鉴定结果见表5-1-1。按矿井防灭火规范，矿井自燃等级属于二级。煤的自燃性试验成果表表5-1-1煤层名称自燃性试验原样氧化样还原样T自燃倾向13-1330343321339334350827不易自燃不自燃11-2330348293345342357845很易自燃不自燃8281354280347348361448很易自燃不自燃5328341316341336354937很易自燃不自燃1327359307355334367742易自燃不自燃建井期间，抚顺煤科分院对13-1煤层进行了自燃倾向性鉴定，结果为二类自燃煤层。按照现行煤矿安全规程的要求，本井田其它主采煤层的自燃倾向性尚有待由国家授权单位依照新的分类标准重新界定，也便于在以后的生产中采取相应的防灭火措施。由于矿井采、掘、运等生产环节机械化程度高，井下大功率机电设备多，因此，设计在矿井开拓、开采及通风系统的布置、机电设备的选择等方面，采取了一系列防灭火措施。如采用分区开拓、分区通风方式，以降低通风负压、减少漏风，防止煤层自然发火；主要巷道布置在岩层中，煤巷采用挂网喷浆封闭措施等。井下设置完善的消防洒水系统，按规定设置消火栓、阀门，同时对采空区进行预防性灌浆。第二节 开采煤层自燃预测及防治措施一、煤层自燃预测及分析本井田煤类为气煤，精煤挥发份平均值42.1135.92%，并随着煤层深度的加深而降低，碳含量82.9885.16%，随煤层埋深的增加而增大。煤岩成分以暗煤半亮煤为主，夹镜煤条带。含硫量平均值为0.261.61%（全硫），除5-1煤层属中硫、11-1、1煤层属低硫外，其余煤层属特低硫，煤中硫的存在易引起自燃。各可采煤层原煤水分平均值为1.372.31%；-762m处平均岩温38.9；井田地质构造复杂程度中等。矿井开拓方式为立井、集中大巷、分区开拓、分区通风。矿井开采水平深，后期通风路线长、负压高、漏风点多，容易引起煤的自燃；同时厚煤层巷道不易封实顶和巷帮；工作面长、风量大，工作面进出口压差大，这一系列因素均会引起煤的自燃。本矿井煤层自然发火期36个月，与矿区其它矿井地质报告所说明的发火期一致，但从生产实际情况看，各矿井发火期均小于3个月，最短发火期为20天左右。结合矿井的开拓布置、采煤方法、通风方式，本矿井容易引起自然发火的主要内外因素如下：1各煤层均有不同程度的自燃倾向，为自然发火的内因；2本井田厚煤层多，部分煤层可采用放顶煤综采，采空区遗煤较多，容易引起煤的自燃；3工作面顺槽采用留35m煤柱沿空掘巷方式，使得工作面进、回风巷及采空区与邻近条带老空区因煤柱压裂而相互“连通”，漏风难以控制，同时厚煤层巷道不易封实顶和巷帮；4矿井开采水平深，开采强度大，后期通风路线长、负压高、漏风点多通风负压相对较高，高负压也是矿井自燃火灾的因素之一。因此，本矿井13-1煤层按自燃煤层进行设计。二、自燃预防措施（一）开拓开采方面的措施1在开拓设计时，将主要石门和大巷布置在岩层中，布置在煤层中的巷道采取金属网喷浆密闭处理，防止裸露的煤体氧化自燃；2采煤工作面采用后退式回采，顶板采用全冒落法管理，不留设计外的煤柱和顶煤。采煤工作面到停采线位置时，必须采取措施使顶板冒落严实；工作面因故停顿时，采取减少通风量、挂风帘挡漏风，必要时喷洒阻化剂防火；3提高工作面推进度，包括改革支护形式，采用性能优越的采煤机、支架，优化回采工艺，缩短循环周期；4加强煤炭资源回收，减少遗煤；5采空区灌浆，防止煤炭自燃；6沿空掘巷的防漏风措施；本矿井回采工作面轨道顺槽和胶带机顺槽部分采用沿空掘巷方式布置，为加强巷道支护质量管理和保持巷道畅通，减少采空区漏风，设计采取以下几方面措施：（1）在沿空巷道掘进期间加强巷道的支护质量，防止冒顶及片帮；（2）加强掘进工作面的测量工作，每班校核掘进方位，防止误穿老空区；（3）沿空巷道使用期间，要经常检查巷道的支护情况，出现断梁折柱现象，及时维护，保持巷道支护完好；（4）要经常清理维护沿空巷道，保持巷道的畅通，降低通风阻力，减少采空区的漏风；（5）沿空巷道靠老空区侧出现片帮、漏顶时，要及时处理，用不燃性材料接实顶板，增加老空区侧支柱密度，背严顶帮，防止巷道与老空区联通；（6）定期检查沿空巷道的漏风情况，发现巷道出现严重漏风现象时，采取老空区侧喷射混凝土等防止漏风措施。7选择先进的支护方式，加强顶板管理，减少因巷道冒顶造成的自燃发火隐患；高冒区用不燃性材料接实顶板，采用导风板向高冒区通风，改善高冒区的散热条件。（二）通风方面的措施1适当加大巷道断面，或采用低风阻支护形式，降低矿井通风负压；2矿井生产中可根据工作面周围的巷道情况、通风风流可能的流经路线，采取均压防灭火措施；采用均压技术防灭火时应遵守下列规定：（1）应有完整的区域风压和风阻资料以及完善的检测手段。（2）必须有专人定期观测与分析采空区和火区的漏风量、漏风方向、空气温度、防火墙内外空气压差等的状况，并做好记录。（3）改变主要通风机工况以及井下通风系统时，对均压地点的均压状况必须及时进行调整，保证均压状态的稳定。（4）应经常检查均压区域内的巷道中风流流动状态，应有防止瓦斯积聚的安全措施。井下在设置风门、风窗等通风构筑物时，要根据风流及巷道布置情况合理选择构筑物的位置，使采空区等易自燃区域两端的压差最小。3采煤工作面回采结束后，必须按规定及时进行永久性封闭。（三）监测方面的措施1建立矿井安全监控系统和束管监测系统，全面监测工作面风流参数，建立自然发火预测预报制度，适时监测工作面回风流中的CO浓度，并定期检查老空区封闭墙内外的CO、CO2、CH4等气体浓度和温度，发现有自然发火征兆，立即采取措施进行处理。2建立高冒和易出现发火隐患地点的台帐，定期检查、分析。三、各种防灭火方法1灌浆防灭火（1）灌浆量计算东区灌浆能力按生产能力4.0Mt/a设计，灌浆系数为0.04，水土比为5:1，每天2班灌浆，每班灌浆8小时。按采矿设计手册提供的计算方法，计算结果如下：日灌浆所需土量：347m3/d日灌浆开采土量：382m3/d日灌浆用水量：2082m3/d灌浆量：121m3/h灌浆材料选用粘性黄土，配置挖掘机1台就近取土，翻斗式矿车运土。东区灌浆站内设5个长34.5m，宽1m、深1.2m的搅拌池，由安装于池上的泥浆搅拌机循环往复制浆，制作好的泥浆经二级篦滤，通过管阀直接自流至井筒总管下井。西区灌浆能力按生产能力5.0Mt/a设计，灌浆系数为0.04，水土比为5:1，每天2班灌浆，每班灌浆6小时。按采矿设计手册提供的计算方法，计算结果如下：日灌浆所需土量：433m3/d日灌浆开采土量：476m3/d日灌浆用水量：2598m3/d灌浆量：201m3/h西区灌浆站内设5个长34.7m，宽1m、深1.2m的搅拌池，由安装于池上的泥浆搅拌机循环往复制浆，制作好的泥浆经二级篦滤，通过管阀直接自流至井筒总管下井。（2）灌浆管路本矿井东、西区均设置有灌浆系统，东区泥浆搅拌站位于中央工业场地内，设计采用灌浆总管从中央回风井筒敷设下井的方法，井筒内干管选用D1591014mm无缝钢管，回风石门段干管选用D15910mm无缝钢管，采区上山及轨道顺槽支管分别选用D15910mm和1089mm无缝钢管。经计算泥浆流速均略大于临界流速。井筒管路采用套管焊接，井下管路则采用高压法兰连接。为降低管路压力，在-762m风井车场设1套减压装置。达产时东区井下管路布置见图5-2-1。西区泥浆搅拌站设于西区风井场地回风井附近，总管采用D19414mm无缝钢管，通过西区回风井敷设下井。回风石门段干管选用D19410mm无缝钢管，采区上山及轨道顺槽支管分别选用D15910mm和1089mm无缝钢管。经计算泥浆流速均略大于临界流速。井筒管路采用套管焊接，井下管路则采用高压法兰连接。达产时西区井下灌浆管路布置见图5-2-2。回采工作面采用采空区灌浆和上隅角埋管灌浆、采后补浆等方法进行预防性防灭火灌浆。因东区工作面为走向长壁开采，为了较全面地控制采空区遗煤，防止污染工作面环境，设计采取在回风顺槽内向工作面后方进行埋管拖管路灌浆，拖管步距与老顶垮落步距一致。西三（13-1）采区工作面为倾斜条带布置，灌浆前应制定防止溃浆、透水的安全措施，防止泥浆流入工作面，降低了防火效果。2注氮防灭火东区设有井下移动注氮系统，选用DT-600/8型注氮机2台，单台产气量600m3/h，产出氮气浓度大于97，注氮管路选用D1085mm无缝钢管。西区设地面注氮站，位于西区风井场地回风井附近。能力为2000m3/h，安装注氮能力1000m3/h的机组2台。注氮总管采用D1946mm无缝钢管，通过西区进风井敷设下井，经总回风石门、采区大巷至回采工作面胶带机顺槽，在工作面进行埋管注氮，主要用于回采面拆架、安装、收作、停采时的防灭火，也可用于煤巷高冒区、老空区的防灭火。达产时西区井下注氮管路布置见图5-2-3。在采用注氮防灭火方法的同时，必须控制采空区漏风，慎用采空区瓦斯抽放，否则氮气随漏风流流失，失去惰化采空区的作用。本区顺槽采用沿空掘巷准备方式，因此，火灾预防应对已采区段的老空区因煤柱压裂漏风而自然发火引起足够重视。若出现以上情况，应加强密闭、均压阻漏，以减少向老空区漏风，必要时，也可直接向老空区注氮，以惰化老空区。3阻化剂及注凝胶防灭火设计采用阻化剂作为矿井辅助的防灭火措施，灌浆难以密实的局部块段、工作面停顿时间长时，可辅以阻化剂进行防火。阻化剂的选用必须不污染井下空气，不危害人体健康，对机械设备腐蚀性小；生产中还要对阻化剂的阻化效果进行检验，以选择适合本矿井的阻化剂。采用阻化剂防灭火时，要采取防止阻化剂腐蚀机械设备等金属构件的措施。注凝胶防灭火用于高冒区防火、处理局部高温点和向老空区压注凝胶保证密闭质量以减少漏风。用于灭火和处理高温点时，凝胶浓度取67，用于堵漏防灭火时，凝胶浓度设计取3。凝胶主要配方如下：基 料：选用液态水玻璃Na2SiO3促 凝 剂：碳酸氢铵NH4HCO3比例配制：水玻璃：水化肥：水，为1：81：8凝胶时间：23S4安全监控系统及束管监测系统矿井生产过程中应全面监测工作面风流参数，建立自然发火预测预报制度，适时监测工作面回风流中的CO浓度，并定期检查老空区封闭墙内外的CO、CO2、CH4等气体浓度和温度，发现有自然发火征兆，立即采取措施进行处理。矿井东区设立1套KSS-200型束管监测系统，西区束管监测系统型号同东区。在采区、工作面设置固定观测点和临时观测点，对井下工作面上隅角、采空区、密闭等处的观测点自动巡回采样、分析，信号采集及数据分析、传输由控制箱完成，及时预报煤炭自燃。第三节 井下外因火灾防治及装备一、电气事故引发的火害防治措施及装备1井下机电设备硐室防火措施井下主水泵房、主变电所等主要机电硐室和爆破材料库均采用锚喷混凝土碹支护，采区变电所采用混凝土碹或锚喷支护。井下主要硐室均装设向外开的防火铁门，铁门全部敞开时，不妨碍运输，铁门上装设有便于关严的通风孔。铁门内还加设向外开的铁栅栏门，但不妨碍铁门的开闭。从硐室出口防火铁门起5m内的巷道均采用了混凝土碹或锚喷支护。硐室内按矿井防灭火规范第27条之规定，均配备了一定数量的灭火器材。2井下电气设备的防火措施井下电气设备隔爆等级的选择及电压等级选择等同第三章第三节。本矿井供电系统为中性点不接地系统。供电电压为10kV/3.3/1.14/0.69kV，东区下井电缆选用MYJV42-8.7/10kV、3185交联阻燃聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套粗钢丝铠装电力电缆4根，每根制造长度为1300m。西区下井电缆选用MYJV42-8.7/10kV、3185，交联阻燃聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套粗钢丝铠装电力电缆4根，每根制造长度为1100m。东、西区下井电缆当任一回发生故障或检修时，其余下井电缆均能满足各区井下最大负荷的用电。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。3井下电缆井下电缆的选用遵守下列规定：（1）电缆敷设地点的水平差与规定的电缆允许敷设水平差相适应。（2）电缆带有供保护接地用足够截面的导体。（3）全部采用矿用铜芯电缆。（4）选用检验合格的并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。（5）电缆主线芯的截面满足供电线路负荷的要求。（6）对固定敷设的高压电缆：1）在立井井筒或倾角为45及其以上的井巷内，采用聚氯乙烯粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆、交联聚乙稀粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆；2）在水平巷道或倾角在45以下的井巷内，采用聚氯乙烯绝缘钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电缆、交联聚乙烯钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆；（7）固定敷设的低压电缆，采用MVV铠装或非铠装或移动橡套电缆。（8）非固定敷设的高低压电缆，采用符合MT818标准的橡套电缆。（9）照明、通信、信号和控制用的电缆，选用铠装或非铠装通信电缆、橡套电缆或MVV型塑力缆。敷设电缆（手持式或移动式设备连接的电缆除外）遵守以下规定：（10）在水平巷道或倾角在30以下的井巷中，电缆用吊钩悬挂；（11）在立井井筒或倾角在30及其以上的井巷中，电缆用夹子、卡箍或其他夹持装置进行敷设。夹持装置能承受电缆重量，并不损伤电缆。（12）水平巷道或倾斜井巷中悬挂的电缆有适当的弛度，并能在以外受力时自由坠落。其悬挂高度应保证电缆在矿车掉道时不受撞击，在电缆坠落时不落在轨道或输送机上。（13）电缆悬挂点间距，在水平巷道或倾斜井巷内不超过3m，在立井井筒内不超过6m。电缆严禁悬挂在风管或水管上，不遭受淋水。电缆上不悬挂任何物件。电缆与压风管、供水管在巷道同一侧敷设时，敷设在管子上方，并保持0.3m以上的距离。在有瓦斯抽放管路的巷道内，电缆（包括通信、信号电缆）与瓦斯抽放管路分挂在巷道不同侧。盘圈或盘“8”字形的电缆不带电，但给采、掘机组供电的电缆不受此限。井筒和巷道内的通信和信号电缆与电力电缆分挂在井巷的两侧，如果受条件所限：在井筒内，敷设在距电力电缆0.3m以外的地方；在巷道内，敷设在电力电缆上方0.1m以上的地方。高、低压电力电缆敷设在巷道同一侧时，高、低压电缆之间的距离大于0.1m。高压电缆之间、低压电缆之间的距离不小于50mm。井下巷道内的电缆，沿线每隔一定距离、拐弯或分支点以下连接不同直径电缆的接线盒两端、穿墙电缆的墙的两边都设置注有编号、用途、电压和截面的标志牌。立井井筒中所用的电缆中间没有接头；因井筒太深需设接头时，将接头设在中间水平巷道内。运行中因故需要增设接头而又无中间水平巷道可利用时，在井筒中设置接线盒，接线盒放置在托架上，不使接头承力。电缆穿过墙壁部分用套管保护，并严密封堵管口。电缆的连接符合下列要求：（1）电缆与电气设备的连接，必须用与电气设备性能相符的接线盒。电缆线芯使用齿形压线板（卡爪）或线鼻子与电气设备进行连接。（2）不同型电缆之间经过符合要求的接线盒、连接器或母线盒进行连接。（3）同形电缆之间连接时遵守以下规定：a）橡套电缆的修补连接（包括绝缘、护套已损坏的橡套电缆的修补）采用阻燃材料进行硫化热补或与热补有同等效能的冷补。在地面热补或冷补后的橡套电缆，经浸水耐压试验，合格后下井使用。在井下冷补的电缆定期升井试验；b）塑料电缆连接处的机械强度以及电气、防潮密封、老化等性能，符合该型矿用电缆的技术标准。二、胶带机着火的防治措施及装备1输送带的选择井下有大巷胶带输送机、大巷矸石胶带输送机、顺槽胶带机、掘进胶带输送机。胶带输送机使用的输送带均选择阻燃输送带，采购时其安全性能应符合MT147和MT830的规定。（井下胶带机主要参数见表5-3-1） 井下胶带输送机托辊使用的非金属材料零部件和包胶滚筒的胶料，其阻燃性和抗静电性按MT820中3.5.2和3.9.4和的规定进行设计。上运胶带输送机设有逆止装置和制动装置。井下胶带输送机，应设置连续式火灾监测系统，并应接入矿井安全检测系统。2胶带机着火的防治措施井下胶带输送机着火的原因主要是驱动滚筒打滑后与胶带产生长时间摩擦而引起的着火，设计对此采取如下的防治措施：胶带输送机设有驱动滚筒打滑保护装置、张紧力下降保护装置、防撕裂保护装置、机尾入料、机头出料堆煤保护装置、防跑偏（二级）保护装置、胶带输送机过载保护装置。胶带输送机的电动机、减速器表面最高温度控制在150以下,设有温度保护装置，同时可采用变色涂料温升变色，以便早期发现电气设备发热。机械摩擦制动时，要防止出现火花现象。胶带输送机巷道中设有烟雾超标保护装置和自动洒水装置；机头煤仓处设有满仓信号装置。胶带输送机设有温度传感器; 瓦斯传感器和温度传感器接入生产监控系统和大巷胶带输送机的专用微机控制系统。当胶带输送机着火时，烟雾和温度超标信号反馈到大巷胶带输送机的专用微机控制系统，使电机断电制动，并启动火灾报警装置。胶带输送机巷道中在机头和机尾处的驱动滚筒、导向滚筒、自动张力拉紧和重锤拉紧处设有防止人员接触的防护栏；行人跨越胶带输送机处设有过桥；巷道中的照明采用防爆型灯具，距离不大于30m。与胶带输送机配套的驱动装置的电动机、制动器、电控及保护设备均选用防爆型设备；限矩型偶合器选用水介质液力偶合器。大巷胶带机驱动装置设软启动装置，以改善设备受力状况，提高设备的可靠性和安全程度。上山（下运）胶带机均设有可靠的防变频控制及制动装置，保证胶带机可靠制动，且满载停机时不下滑。三、其它火灾的防治措施及装备1防止地面明火引发井下火灾措施：在进风井口房均设有火灾自动报警系统，并配备了必要的消防灭火器材及消火栓等设施，在井口附近进行焊接或切割等有明火产生的作业时，按有关规定制定防灭火措施并履行相应的批准手续。2防雷措施（1）地面建筑物防雷按建筑物防雷设计规范要求，按建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故可能性和后果分类共分为三类。工业场地内建筑物除瓦斯泵站按一类防雷建筑物防雷设计，主井井塔、副井、矸石井及西区进风井井架、矿井主变电所按二类防雷建筑物设防外，其余高度在15m及以上的烟囱、水塔等构建筑物均按第三类防雷建筑物要求设计。（2）通信线路在入井处装设防雷电装置。（3）入井的管道入井前隔20m须用金属线跨接，以防电磁感波及井下。金属结构与管道之间的距离小于100mm时每30m用金属线跨接。3地面工业场地内各种建（构）筑物设有完善的消防系