容易自燃煤层防灭火--专篇.doc

第五章 矿井防灭火第一节 概 况一、煤的自燃倾向性根据山西和顺正邦煤业有限公司（煤矿）资源整合地质报告评审意见书和晋中市安全生产监督管理局市安监煤字200630号文件，本矿15号煤层为容易自燃煤层。另据2007年8月19日和8月29日山西省煤炭工业局综合测试中心提交的和顺正邦煤业有限公司15号煤层检验报告，吸氧量分别为1.0302cm3/g和0.9194cm3/g，自燃倾向性为容易自燃，矿井自然发火期为XX月。本次设计15号煤层按容易自燃煤层设计。本矿近几年未开采8号煤层，没有8号煤层的检验报告。周边矿井仅有紫罗煤矿开采8号煤层，2006年已关闭。根据2003年9月山西省煤炭工业局综合测试中心提交的紫罗煤矿8号煤层检验报告，吸氧量0.9444cm3/g，自燃倾向性为II级，为自燃煤层。矿井自燃发火期为XX月。本设计参考紫罗煤矿8号煤层检验报告，按8号煤层为自燃煤层设计。二、设计采取的防灭火措施1地面设有1座容积为300m3的井下消防洒水池，井下消防洒水管路沿副斜井布置，每隔100m或50m设置三通和阀门。井底车场、变电所、消防材料硐室、工作面上下入口、主要联络风门入口、胶带大巷胶带机头15m范围内等处设置了消火栓。2井下严禁使用灯炮取暖和使用电炉。3井下设置消防材料库，配备一定数量的消防器材，主要机电硐室设防火门。4建立日常机电硐室防火制度，使用后的废油、杂物及时清理出井。井下使用的汽油、煤油和变压器油必须装入盖严的铁桶内，由专人押运送至使用地点，剩余汽油、煤油和变压器油必须运回地面，严禁在井下存放。井下使用的润滑油、棉纱、布头和纸等，必须存放在盖严的铁桶内。用过的棉纱、布头和纸，也必须放在盖严的铁桶内，由专人定期送到地面处理，不得乱放乱仍。严禁将剩油、废油泼洒在井巷或硐室内。5矿井具有完善的自燃火灾防治系统及措施，主要有采空区灌浆防灭火、阻化剂防灭火、凝胶防灭火系统、氮气防灭火系统；配置了KYSC-1型矿井移动式束管采样系统、GC950型火灾气体色谱分析系统对煤层自然发火进行采样监测。（参照后边相应的内容进行描述）6主要巷道带式输送机机头20m内为不燃性支护，胶带选用阻燃胶带，安装胶带输送机火灾报警和自动洒水灭火装置。型号为DMH，数量3套。7胶带采用阻燃抗静电胶带，必须按MTl47-5标准要求设置，胶带输送机为防爆产品，胶带输送机各种电气元器件均隔爆。滚筒、衬垫及非金属材料均抗静电及阻燃，必须符合MTl47-5要求，并设置了安全规程的所有保护装置。第二节 开采煤层自燃预测及防治措施一、煤的自燃分析预测 (一) 煤岩特性分析1从煤的煤化程度分析各种不同炭化程度的煤从理论和实践上都证明有自燃倾向性，不仅煤化程度低的褐煤和长焰煤具有自然发火危险性，而且煤化程度较高的焦煤和无烟煤也具有自燃倾向性。一般来说，随着煤化程度的增高，煤的自燃倾向性逐渐减少。15号煤属低灰高灰、中硫中高硫、低热高热值的贫煤，变质程度较大，自燃倾向性相对较小。2从煤岩成分分析因宏观煤岩成分包括有丝炭、暗煤、亮煤和镜煤，煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝炭时，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的煤，一般不易自燃。本井田各煤层均呈黑色，弱玻璃光泽，煤岩成分以暗煤为主，亮煤次之，泥质胶结，硬度小，比重中等，具条带状结构，贝壳及阶梯状断口。据此分析15号煤层具有自燃危险性。3从煤的含硫量分析煤的含硫分越高，吸氧能力愈大，越易自燃。15号煤层硫分为0.94-1.79%，平均为1.39%；为中硫中高硫煤，自燃倾向性偏低。4从煤的破碎程度分析由于煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面积，使煤的氧化速度加快，容易自燃。脆性与风化率较大的煤易于自燃。本井田15号煤质疏松，据此分析15号煤层自燃危险性较大。(二) 煤的赋存条件分析矿井初期开采的15号煤层赋存浅，煤层平均厚度5.56m，属厚煤层，煤层厚度大，易于局部储热，故自燃发火倾向大。井田内断裂构造不甚发育，发现有两条断层，并发现有一个陷落柱，井田构造简单，不利于煤层自燃发火。(三) 开采技术条件设计采用综采放顶煤采煤方法开采容易自燃厚煤层，容易造成采空区遗煤多，漏风大，给煤层自燃造成良好条件，增加自燃的可能性；因此，易发生自燃的区域为工作面“两线两道”，即工作面开采线，停采线，进风道与回风道。根据煤矿安全规程结合当地开采技术条件，设计采用有效的防治自燃的技术措施及装备。综上所述，15号煤层自燃倾向性较大。根据山西和顺正邦煤业有限公司（煤矿）资源整合地质报告评审意见书和晋中市安全生产监督管理局市安监煤字200630号文件，本矿15号煤层为容易自燃煤层。二、煤的自燃预防措施(一) 开拓开采方面的措施115号煤层为容易自燃煤层，开拓巷道布置胶带大巷、轨道大巷、回风大巷，采用锚网喷加锚索补强支护，回风大巷为专用回风巷，对煤壁喷浆封闭。2采煤方法采用综采放顶煤开采，机采推进速度快，不利于采空区遗煤自燃，但综采放顶煤采煤法遗留在采空区煤较多，漏风较大，容易形成煤自燃环境，因此在回采过程中应采取灌浆为主，并辅以阻化剂和凝胶防灭火等措施防止采空区浮煤自燃。在回采结束后将采空区永久封闭。3井下机电硐室采用不燃性材料支护。(二) 通风方面的措施1回采工作面采用后退式开采，“U”型通风系统，对防止自燃发火有利。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。(三) 监测方面的措施煤层自燃火灾监测与早期预报是矿井火灾预防与处理的基础，是矿井防灭火的关键。只要能够准确、及时地对煤层自燃火灾进行早期预报，就能有的放矢地采取预防煤层自燃火灾的措施，从而避免自燃事故的发生。对于煤层火灾的预测预报而言，采样监测技术是至关重要的。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。地面固定式矿井火灾束管监测系统是借助束管将矿井井下各测点的气体经抽气泵负压抽取、汇总到指定地点，在借助气相色谱检测装置对束管采集的井下气样进行分析，实现对CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2等气体含量的在线监测，其监测结果在以实时监测报告、分析日报等方式提供数据的同时，亦可自动存入数据库中，以便今后对某种气体含量的变化趋势分析，从而实现对矿井自燃火灾的早期预报。安全监控系统可以连续监测CO、CO2、O2等环境参数，根据这些环境参数的变化进行煤层火灾的预报。人工检测一直作为煤层火灾的主要监测手段，人工气体监测主要采用O2、CO、CH4等便携式气体分析仪，由人工直接在各测点进行气体检测，并定期采用气袋取气样，送地面进气相色谱分析，给出气体的成分和浓度，以此判断煤层发火程度。该法适用性强、投入设备少，简单易行，但人工取样工作量大，间隔时间长，不能连续实时进行检测。针对目前地面固定式束管监测系统具有管路长，采样测定滞后时间长，管路积水和粉尘进入管路堵塞后难以处理，人为或其它原因破坏管路的可能性大，管路维护量较大；地面设备多，需专人管理，管理技术要求较高；全套设备所需费用高等缺点，山西省安全工程技术研究中心近年来开发的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，现场和实验室分析，监测火灾气体成份的变化，为煤层自燃预测预报提供了有效的手段，为分析煤层发火情况及其变化趋势提供了依据。目前，已在山西省大同、朔州、忻州、阳泉、太原、晋中等地区近200个中小型煤矿进行了应用，效果较好。山西省安全工程技术研究中心还开发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，该系统克服了目前煤矿所使用的东西电子生产的气相色谱仪O2和N2分离效果较差，且不能检测氢气、重复性差、分析时间长等缺点，采用日本岛津技术，具有仪器稳定、重复性好，灵敏度高、能检测所有火灾气体、分析时间短等优点，目前，在山西焦煤集团、潞安集团、晋煤集团、大同、朔州、忻州等多个单位使用，效果良好。1、KYSC-1型束管采样系统组成该系统既具有原束管系统的功能，又克服了原束管系统的一些不足。系统经济适用，维护方便，适用于中小型矿井自然发火的预测预报，也适用于大型矿井高产高效工作面的自然发火预测预报及火灾治理过程中火灾信息的连续检测。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。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.出水口图5-2-1 采样系统连接图图5-2-2 KYSC-1系统外观图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图5-2-3GC-950气相色谱系统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：宽606mm高450mm深450mm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、井下监测方案1）测点布置方案选定一工作面在进回风顺槽按一定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，测点布置如图5-2-4、图5-2-5所示。采空区开切眼停采线采空区束管采样泵束管采样点图5-2-4单巷布置工作面测点布置图采空区开切眼停采线联络巷采样泵束管采样点采样束管图5-2-5双巷布置工作面测点布置图工作面正常封闭后，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，测点布置如图5-4-6所示，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。采空区开切眼停采线采样束管采样泵图5-2-6工作面封闭后测点布置图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。三、各种防灭火方法1、对采空区进行预防性灌浆煤矿安全规程规定，开采容易自燃和自燃的煤层时，必须对采空区、突出和冒落空洞等孔隙采取预防性灌浆等防灭火措施。预防性灌浆就是将水、浆材按适当比例混合，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路输送到可能发生自燃的区域，用以防止煤炭自燃，是使用最为广泛、效果最好的一种技术。(1) 灌浆系统目前灌浆使用的浆液的制备主要有水力制备和机械制备两种方法。水力制备是利用高压水枪冲刷松散的粘土层使水土混合形成泥浆，是一种操作较为简单的制浆方式，但浆液浓度难以保证，防火效果差；机械制浆是按照一定的比例将制浆材料和水送入搅拌池，经搅拌机搅拌，输入注浆管路送至井下，但目前的灌浆系统普遍存在易堵管、输浆力度小、浆材要求高、投资大等不足。山西省安全工程技术研究中心开发的KDZS-1型多功能煤矿防灭火灌浆系统选用移动式轻型设备、多组浆池协同灌浆、经过滤后有多个输浆出口，可用黄土、粉煤灰等多种灌浆材料，具有设备简单、投资少、建设速度快、输浆力度大、防冻等优点。本次设计在风井场地设KDZS-1型多功能煤矿防灭火灌浆系统一套，为全矿灌浆服务，灌浆方法采用随采随灌，即随采煤工作面推进的同时向采空区灌注浆液。在灌浆工作中，灌浆与回采保持有适当距离，以免灌浆影响回采工作。灌浆站建设：风井场地建2个搅拌池和1个注浆池（注浆池设在较低的水平），池深和直径均为2m，池体用砖砌筑水泥抹面或用钢板焊接，其上固定搅拌器。搅拌池底部留有出料口，在浆液流入注浆池前设双层过滤筛子（孔径为10mm），注浆池侧面设500mm500mm1800mm下液泵坑两个，各安设离心式液下泥砂泵一台。灌浆站布置如图5-2-7所示。图5-2-7 灌浆站布置示意图(2) 灌浆方法预防性灌浆方法有多种，根据采煤与灌浆先后顺序关系可分为：采前预灌、随采随灌和采后灌浆。采前预灌就是在煤未开采之前即对煤层进行灌浆，适用于老空区过多、自然发火严重的矿井；随采随灌就是随着采煤工作面推进的同时向采空区灌浆，主要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆，能及时将顶板冒落后的采空区进行灌浆处理；采后灌浆就等回采结束后，将整个采空区封闭起来后进行灌浆。为了保证及时、简便处理处理自燃隐患，设计采用埋管灌浆法。采用埋管灌浆法，在放顶前沿回风巷在采空区预先铺好灌浆管(一般预埋1020m钢管)，预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶管长一般为2030m，灌浆随工作面的推进，用回柱绞车逐渐牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆，要求工作面采空区能灌到足够的泥浆。532146图5-2-8 埋管灌浆示意图1-预埋注浆管；2-高压胶管；3-灌浆管；4-回柱绞车；5-钢丝绳；6-采空区(3) 灌浆参数的选择浆液的水固比选择泥浆的水固比是反映泥浆浓度的指标，是指泥浆中水与固体浆材的体积之比。水固比的大小影响着注浆的效果和泥浆的输送。泥浆的水固比越小，则泥浆浓度越大，其粘度、稳定性和致密性也越大，包裹遗煤隔离氧气的效果也越好，但同时流散范围也越小，输浆管路容易堵塞；水固比大，则输送相同体积的土所用的水量大，包裹和隔绝效果不好，矿井涌水量增加，在工作面后方采空区灌浆时容易流出而恶化工作面环境。浆液的水固比应根据泥浆的输送距离、煤层倾角，灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过试验确定，一般情况下为4:1，冬季为5:1。日灌浆所需浆材量 式中 Q材日灌浆所需浆材量，m3/d； m煤层采高，m；L工作面日推进度，m；H灌浆区倾斜长度，m；C回采率，%；K灌浆系数，为灌浆材料的固体体积与需要灌浆的采空区容积之比，一般取0.050.15。日制浆用水量式中 Q水1制浆用水量，m3/d； 水固比。日灌浆用水量式中 Q水2日灌浆用水量，m3/d； K水用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数.一般取1.101.25。日灌浆量式中 Q浆1日灌浆量，m3/d； M泥浆制成率，取0.88；小时灌浆量式中： Q浆2每小时灌浆量，m3/h； n每日灌浆班数，班/d； t每班纯灌浆时间，h/班。每小时最大灌浆量考虑到今后生产规模扩大和煤层发火不确定等因素，灌浆主管路按目前所需能力的1.5倍设计，则每小时最大灌浆量为： 式中：Q浆max每小时最大灌浆量，m3/h。需要说明的是：灌浆系统的灌浆系数、水土比等各项参数在实际生产中必须根据煤层发火情况、输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过实验确定，以确保灌浆效果和生产的安全。工作制度：与矿井工作制度相匹配，但需注意以下原则：灌浆工作是与回采工作紧密配合进行。设计灌浆为三班灌浆，每天灌浆时间为10h，若矿井自燃发火严重，且所需灌浆的工作面较多，宜采用四班灌浆，每天灌浆时间为15h。 (4)灌浆材料的选择 颗粒要小于2mm，而且细小颗粒（粘土：0.005mm者应占6070）要占大部分。 主要物理性能指标比重为：2.42.8t/m3塑性指数为911(亚粘土)胶体混合物（按MgO含量计）为2530：含砂量为2530，（颗粒为0.50.25mm以下）容易脱水和具有一定的稳定性。 不含有可燃物目前常用的灌浆材料有黄土、粉煤灰等。与黄土相比，粉煤灰的粒度较粗，但体积密度小。就注浆灭火而言，粉煤灰质轻，颗粒表面具有一定光滑度，容易搅拌成浆，便于管道输送。注入火区后流动性、稳定性较好；粉煤灰具有一定的火山活性，其密封性能较好；粉煤灰亲水性差，粒度又大于黄土，注浆后浆体达到静态时脱水快，并随着水的泄流带走一部分热量。因此粉煤灰用于注浆灭火，可以起到隔绝、包裹、降温作用。另外，使用粉煤灰，既处理了废料，又有利于环保。(5) 灌浆管路的选择灌浆管路布置回采面采空区是该矿灌浆重点区域，因此，灌浆主管路应针对回采面进行铺设，其它地点的灌浆，则根据需要从主管路上分叉连接。从风井由地面灌浆站铺设一趟管路至回采面，管路铺设路线为：地面灌浆站回风斜井总回风巷 回采面回风顺槽工作面灌浆管道主要灌浆干直径是根据管内泥浆的流速来选择。在设计中，泥浆给定后，先确定泥浆在管道中流动的临界流速，再求出泥浆的实际工作流速，使之大于临界流速即可。实际工作流速：式中：v管道内泥浆的实际工作流速，m/s；Q浆max小时灌浆量，m3/h， d管道内径，m。取108mm该实际工作流速处于临界流速最大值（泥浆钢管的临界流速通常为14m/s），可满足工程需要。地面灌浆管道一般选用铸铁管；井下灌浆管道采用无缝钢管，其钢管直径取108mm；支管直径取75mm；工作面管道直径取4寸胶管。（6）制浆的主要设备见表5-2-1，灌浆系统布置如下图5-2-8所示：至钻孔泥浆泵滤网搅拌池搅拌器水管注浆池潜水泵输浆管料场至钻孔图5-2-8 注浆系统布置示意图表5-2-1 灌浆设备一览表序号设备名称设备型号单位数量1潜水泵ZBA-6B台22泥浆搅拌机自制台33减速器台34下液式泥浆泵80NYl50-20J台25无缝钢管D1084.0米 6无缝钢管D754.0米 74寸胶管DN100米 8供水管（软管）30米 2、阻化剂防火技术（1）阻化剂防火原理阻化剂大都是吸水性很强的溶液，当它们附着在易被氧化的煤体表面时，吸收了空气中的水分，在煤体表面形成了含水液膜，从而阻止了煤与氧的接触，起到了隔氧阻化作用；同时水在蒸发时吸收热量，使煤体降温，从而抑制煤的自热和自燃，延长自然发火期的作用。（2）阻化剂选择原料来源广泛，价格便宜，制备、使用方便，不会大幅增加采煤成本；对人、设备及正常生产无影响；具有较好的渗透性和附着性；阻化率高，阻化寿命长。目前，我国常使用的阻化剂有水玻璃（Na2OnSiO2）、氢氧化钙Ca(OH)2、工业CaCl2及卤块（工业MgCl2）等。其中水玻璃模数n严格要求在12之间，且其成本较高，吨煤成本高；氢氧化钙溶解度较小，和水混合而成是混浊液，且碱性强，具有很强的腐蚀性，对注液设备的防腐蚀性要求高，又因为其溶液是颗粒悬浮状混浊液，颗粒大小对使用泵和封孔器的正常运行产生影响；而工业CaCl2来源广、供应稳定、成本低，故选用工业CaCl2作为阻化剂。（3）阻化剂浓度确定阻化剂浓度的合理性是降低成本、提高阻化效果的重要方面。根据国内矿井使用效果来看，20%的溶液阻化率较高，阻化效果较好；10%的阻化液也能防火，但阻化率有所下降，因此，阻化剂浓度控制在15%20%之间，一般不小于10%，可暂定把浓度控制在20%，以后根据实际的阻化效果进行适当调整，并采用重量法进行浓度测定。（4）阻化剂防火系统选择目前我国煤矿常用永久式、半永久式和移动式三种喷洒压注系统。永久式：在地面建立永久性的储液池，从储液池铺设一趟管道到采煤工作面上下口。利用静压或泵加压进行喷洒或压注，适用于井下范围小，采煤工作面距地表较浅的矿井；半永久式：在采区上下山或硐室内设置储液池和注液泵，从注液泵出口到采煤工作面上、下口铺设管道，阻化液从储液池经加压泵输送到工作面平巷，经喷洒软管和喷枪，喷洒在采空区浮煤上；或经软管，注液钻孔，压注于煤体或发热区，可为一个采区或一个区域服务；移动式：储液箱和注液泵安装在平板车上，放置在采煤工作面的平巷中，距工作面30m左右，经过输液管路将阻化剂输送到工作面进行喷洒，该系统工艺简单、施工快、投资小、机动性大。因此，选用移动式阻化剂喷洒压注系统，在采煤工作面向采空区的遗煤喷洒阻化液防止煤炭自燃。（5）阻化剂防火装备液压泵是阻化剂防火技术中的关键设备，BH-40/2.5型煤矿用液压泵体积小，重量轻，运输携带方便，尤其对于井下自然条件较差，设备和人员运行不方便，难以运进较大设备的地点最为合适。该泵可用喷枪直接向残煤喷射阻化剂，又可利用雾化喷头喷雾，还可用于向煤体压注阻化剂。其主要技术规格如下：型式：煤矿井下轻便型担架式；外形尺寸：（长宽高）1500360450mm；转速：700800r/min；额定流量：40L/min；工作压力：12.5MPa；电压： 380/660V；功率：2.2kW（6）阻化剂防火工艺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采空区工作面179图5-2-9 移动式喷洒系统工艺图1-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（7）阻化剂喷洒量计算工作面一次喷洒药液量的计算：式中 V采煤工作面一次喷洒阻化剂的药液量，m3； K1易自燃部位药液喷洒加量系数，一般取1.2； K2采空区遗煤容重（按采区遗煤煤样实测），t/m3； L工作面长度，m； S一次喷洒宽带，m； H遗煤厚度，m； A遗煤吸药量，（在采空区采取煤样，由试验确定），t/t； 阻化液容重，t/m3。3凝胶防灭火凝胶防灭火技术是近几年发展起来的新型防灭火技术，该技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，较好地解决了灌浆、注水的泄漏流失问题；技术工艺及设备与井下有限作业空间等实际条件的适应性，使该技术在灭火过程中充分发挥其效能，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。该技术具有如下特点：a. 灭火速度快：由于胶体独特的灭火性能，其灭火速度很快，通常巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭，工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。b. 安全性好：胶体在松散煤体内胶凝固化、堵塞漏风通道，故有害气体消失快；在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽，不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。c. 火区启封时间短：注胶灭火工程实施完，不需等待(煤矿安全规程规定各项指标达到启封条件后还需观察稳定一个月才能启封)，即可启封火区。d. 火区复燃性低：高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复燃。（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。主料为硅酸钠水溶液、促凝剂为碳酸氢钠。设计比例：基料：促凝剂：水=10：4：86（重量比）。(2) 注凝胶设备 注胶设备：NJB-1-80型凝胶泵，见图5-2-10。该设备是一种用来输送凝胶（水+基料+促凝剂）的泵组，由山西先导科技开发有限公司研制开发。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。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5-2-10 凝胶泵结构简图图5-2-10 凝胶泵及凝胶 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5-2-2。表5-2-2 输送胶管规格主泵井口胶管主泵井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 图5-2-11设备连接图图5-2-3 压注凝胶示意图（4） 操作步骤 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的料箱，启动注胶泵压注凝胶。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（每3分钟向料箱内添加1袋)，不需要来回移动吸料胶管。d. 随时检查各钻孔的进胶情况，如发现有不进胶的钻孔，应及时将其拆下，接上清水管冲冼。e. 如有钻孔从钻孔周围向巷道返胶，应先将基料吸液管从料箱中拿出，待注胶管冲冼过后，再关闭该钻孔的阀门，然后再将基料吸液管放入料箱继续注胶。待将该钻孔处理好后，再打开阀门继续注胶(或接至其它钻孔注胶)。f. 停止注胶后，再用泵继续注清水5分钟，冲冼注胶管路，防止凝胶堵塞高压软管。g. 将每班注胶量及注胶情况及时填入现场记录本，以便下一班查询，并向防火办公室汇报。（6） 其它安全技术问题 在施工过程中应制订各工序操作规程和安全技术措施。 预防水、电、机械等人身伤害事故。 对操作人员进行培训教育，确保工程质量。 材料要防雨、防风；包装带要收集，以免造成环境污染。 灌浆站及材料库要建立在洪水水位线以上。 各工程在施工过程中按各自行业规范操作。 施工期间要严格监控地面灌浆浆液是否流入井下工作面和巷道，并加固所有与采空区联通的密闭。（7） 凝胶防灭火系统设备选型NJB-1-80凝胶泵 2台 5.5kW混合器、分离器 1套 现场加工主泵进口胶管 20 4m辅泵进口胶管 32 6m主泵出口胶管 20 300m辅泵出口胶管 24 300m0.75m3翻斗式矿车 5辆4氮气防灭火技术（可选择）应用氮气防灭火技术防治矿井自燃火灾，是世界主要产煤国家公认的行之有效的技术措施。氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体，其化学性质相对稳定，在常温、常压条件下氮气很难与其它物质发生化学反应，所以它是一种良好的惰性气体，随着空气中氮气含量的增加，氧气含量必然降低。据有关资料介绍：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。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，可达到抑制采空区自燃，同时还能防止瓦斯爆炸事故的发生。4.1 氮气防灭火的作用和特点（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。4.2 注氮的要求（1）氮气源稳定可靠；（2）注入的氮气浓度不小于97%；（3）至少有一套专用的氮气输送管路及其附属安全设施；（4）有能连续不断地监测采空区气体成分变化的监测系统；（5）有固定或移动的温度观测站（点）和监测手段；（6）有专人定期进行监测、分析和整理有关记录，发现问题及时报告处理等规章制度。4.3 氮气的制取氮气是空气中的主要成分，是一种取之不尽、用之不竭的气体。加上它具有无毒、无臭和易于与空气相混和等优良特性，所以是一种理想的防灭火惰性气体。目前基本制取方法有深冷空分、变压吸附和膜分离三种工艺技术。深冷空分是一种传统的空分技术，已有九十余年的历史，它的特点是产气量大，产品氮纯度高，但设备装机功率大，工艺流程复杂，占地面积大，基建费用高，需专门的维修力量，操作人员较多，产气周期长（1824h），显然不适合煤矿选用。变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性，运用变压吸附原理（加压吸附，减压解吸并使分子筛再生）且在常温下使氧和氮分离制取氮气。变压吸附制氮与深冷空分制氮相比，具有明显的优点：吸附分离是在常温下进行，工艺简单，设备紧凑，占地面积小，开停方便，启动迅速，产气快（一般在30min左右），能耗小，运行成本低，自动化程度高，操作维护方便，安装方便，无须专门基础，产品氮纯度可在一定范围内调节，产氮量2000m3h。膜分离制氮是以空气为原料，在一定的压力下，利用氧和氮在中空纤维膜中的不同渗透速率来使氧、氮分离制取氮气。它与上述两种制氮方法相比，具有设备结构更简单、体积更小、无切换阀门、操作维护也更为简便、产气更快（3min以内）、增容更方便等特点，但中空纤维膜对压缩空气清洁度要求更严，膜易老化而失效，难以修复，价格高。综上所述，变压吸附制氮装置具有设备少、投资省、操作方便、制氮时间短等优点，并在40余个局矿中应用，为我国煤矿安全生产，发挥着重要的作用，故朱家店煤矿第二坑口选用变压吸附法制氮。其原理在吸附平衡情况下，任何一种吸附剂在吸附同一气体时，气体压力越高，则吸附剂的吸附量越大。反之，压力越低，则吸附量越小。如图5.1所示： 图5.1 吸附量与吸附压力的关系曲线 碳分子筛对氧和氮吸附量有很大差异。碳分子筛是一种内部有很多微孔的物质，变压吸附的原理就是在一定的压力下，利用空气中的氧、氮在碳分子筛微孔的吸附量的差异，达到氧氮分离的目的。在压力升高时，碳分子筛吸氧产氮，压力降至常压时，碳分子筛脱附氧气再生。变压吸附制氮设备通常有两只吸附塔，一只吸氧产氮，另一只脱氧再生，如此交替循环不断产出氮气。4.4 注氮系统地面固定式和地面移动式制氮设备生产的氮气，经井上、下输氮管路送达采空区内。该系统制氮设备产氮能力大，但需专门铺设一趟输氮管路。井下移动式制氮设备安置于距需要防火的就近处，经供电、供水、管路连接，即可开机生产氮气，经输氮管送达防火区内。该系统不需铺设专用输氮管路，但制氮设备产氮能力较小。在用氮气进行防火时，由于XX煤矿现阶段井田面积较小，生产较为集中，制氮量需求不是特别大，故选用一套井下移动式制氮设备即可满足要求。4.5 注氮参数计算1、注氮防灭火惰化指标（1）注氮防火惰化，即注氮后采空区内氧气浓度不得大于7%；（2）注氮灭火惰化，即火区内氧气浓度不大于3%；（3）注氮抑制瓦斯爆炸，其采空区氧气浓度指标小于12%。由于XX矿为高瓦斯矿，开采煤层为容易自燃煤层，采空区防火惰化指标取7%，灭火惰化指标取3%。2、注氮量计算确定注氮量主要根据防灭火区的空间大小及自燃程度确定，目前尚无统一的计算方式，这里按产量进行计算，其实质是在单位时间内注氮充满采煤所形成的空间，使氧气浓度降到防灭火惰化指标以下，经验计算公式为：式中：QN注氮流量，m3/min； A年产量，t； t年工作日，取300d； 煤的密度； n1管路输氮效率，%，一般取0.9； n2采空区注氮效率，%，一般在0.30.7之间； C1空气中的氧气浓度，取20.8%； C2采空区防火惰化指标，可取7%；K安全备用系数，1.21.5。对于XX矿，防火时需注氮量为：m3/min灭火时需注氮量为m3/min3、注氮设备浙江瑞气公司生产的DT-800/8型煤矿用碳分子筛制氮装置，是采用变压吸附碳分子筛制氮新工艺，为煤矿氮气防灭火而研制的新型氮气源设备，具有结构合理，操作简单，维护容易，能耗低等优点，适用于煤层自然发火严重的工作面防灭火的井下氮气源设备，可满足朱家店煤矿第二坑口注氮防灭火系统的需要。该制氮装置主要由气源车、净化车、制氮车和缓冲车四个单元组成。气源车选用隔爆兼本安型矿用无油或微油螺杆空压机（安装在矿车底盘上）。净化车主要由除油净化器、精过滤器、超精过滤器、活性炭过滤器、除油器、矿用隔爆型电控箱、工具箱等组成，通过配管将其组装在槽钢底盘上。制氮车主要由四只卧式吸附塔（内装满进口碳分子筛，并在其吸附器顶部各设置两条气囊）、消声器及其10只ZSGP管道式气动阀和10只矿用浇封型电磁阀组成，通过配管将其组装在槽钢底盘上。缓冲车主要由氮气缓冲罐、粉尘过滤器、减压阀、流量计（金属管浮子或玻璃转子）、甲烷氧气两参数测定器、节流阀等通过配管将其组装在槽钢底盘上。主要性能指标：制氮工艺：碳分子筛变压吸附氮气产量：800m3/h；氮气纯度：97%；启动时间：30min；氮气出口压力：0.8MPa；电压：380/660V或660/1140V；冷却水耗：28t/h；外形尺寸（长m宽m高m）：41.52。4.6 注氮方式和防灭火方法1、注氮方式注氮方式分为开放式注氮和封闭式注氮。开放式注氮对正在开采的采空区进行注氮；封闭式注氮对已封闭的采空区或火区进行注氮。在不影响工作面的正常生产和人身安全时，可采用开放式注氮。火灾及其火灾隐患影响工作面的正常生产，或突然性外因火灾，或瓦斯积聚区域达到爆炸界限时，可采用封闭式注氮。2、注氮防灭火方法连续性注氮工作面开采初期和停采撤架期间，或因地质原因，或因机电设备原因造成工作面推进缓慢，宜采用连续性注氮。间断性注氮工作面正常回采期间，可采用间断性注氮。XX矿自然发火危险主要来自生产工作面后部采空区，因此，正常生产条件下注氮方式采用开放式注氮，注氮方法采用间断性注氮，当推进缓慢时改用连续性注氮。4.7 注氮工艺 根据XX