急倾斜回采工作面防灭火设计.doc

急倾斜回采工作面防灭火设计xxxxxxx有限公司二一四年六月目 录目 录- 3 -1 概 况- 4 -1.1 煤层自然发火危险性分析- 4 -1.2 xxxxxx工作面基本情况- 4 -2 防治煤层自燃方法- 4 -2.1 煤层自燃预测及防治- 4 -2.2 煤的自燃预防- 5 -2.3 优化采区通风方法- 5 -2.4 加强监测监控- 8 -2.5 取样分析- 8 -2.6 防治煤层自然发火主要措施- 9 -3 xxxxxx采面主要防灭火方案- 9 -3.1 注氮抑制煤层自然发火- 9 -3.2 采取灌浆、洒阻化剂防灭火- 11 -3.3 注二氧化碳防灭火措施- 14 -4 防灭火的效果考察- 18 -5 加强防灭火管理- 19 -6 外因火灾防治- 20 -6.1 电气事故引发的火灾防治措施- 20 -6.2 其他外因火灾防治措施- 21 -7 xxxxxx采煤工作面防灭火系统布置示意图- 22 -1 概 况1.1 煤层自然发火危险性分析根据xxxx勘探区详查地质报告富安井田内K2 煤层为自燃煤层；据2011年10月23日四川省煤炭产品质量监督检验站检测报告K2 煤层属不易自燃发火煤层，但区内被整合矿井xxx煤矿在2004 年采煤过程中发生过煤的自燃，导致矿井封闭；因此，我矿在xxxxxx首采工作面形成系统前，必须对xxxxxx采煤面进行专项防灭火设计。1.2 xxxxxx工作面基本情况xxxxxx首采工作面位于我矿技改整合工程12区西翼边界，由xxxxxx轨道运输巷、xxxxxx回风巷、xxxxxx开切眼相连通形成xxxxxx首采工作面回采系统，该工作面走向长约530m，倾斜长90m，煤层平均厚度2.8m，煤层倾角60。东为本矿1111备采工作面（已布置），西为边界岩石上山，南为本矿采空区，北为22和21区（未布置）。2 防治煤层自燃方法2.1 煤层自燃预测及防治矿井防灭火是个系统过程，煤层发火的原因是多方面的，必须采取综合性的防治措施。根据矿井煤层自然发火倾向性鉴定资料，K2 煤层为不易自燃煤层，但根据xxxx勘探区详查地质报告富安井田内K2 煤层为自燃煤层，且被整合矿井金星煤矿在2004 年采煤过程中发生过煤的自燃，导致矿井封闭。矿井所采K2 煤层为高灰高硫中热值无烟煤，其挥发分平均8.45%较高，全硫平均3.39%也较高，水分1.13%较低，从化学成分分析，该煤层自然发火倾向性较大。2.2 煤的自燃预防1、合理开拓开采（1）合理的开拓布置对煤的自燃主要以防为主，合理地选择开拓布置方式，尽量简化采区巷道布置，减少辅助性巷道。矿井采用平硐+暗斜井开拓的方式。暗斜井和主要平巷均布置在煤层底板岩层中，不受采动影响。（2）合理的开采顺序煤层分区段开采，水平和区段开采顺序为由上至下进行开采，采区内采用后退式开采，避免了先采下阶段破坏上阶段，空气进入煤层逐渐氧化自燃。（3）合理的采煤方法本矿井设计采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法，全部垮落法管理顶板，一次性采全高，便于加快回采速度，缩短采空区暴露时间。采区和回采工作面回采结束后，一个月内必须全部撤出设备，进行永久封闭。针对煤层运输机巷溜煤小眼，回采通过后应切实做好密闭工作，确保密闭质量，防止煤层自燃。2.3 优化采区通风方法矿井通风也是防灭火的一个重要措施，风与火是一对矛盾，矿井通风等积孔过小，负压太大，会造成井下漏风严重，引起煤层自燃。所以合理的通风设计，尽量降低主要通风机负压，减少漏风，可以达到以风防火的目的。设计采取如下措施：（1）本矿井在开采过程中，采煤工作面为后退式开采，工作面采用“U”型通风方式，一进一回。新风和乏风均不通过采空区，漏风少。（2）对井下瓦斯采取综合抽采的方式，对回采工作面配风以满足安全生产需要为主，尽量减少供风量，降低风阻。（3）为了减少向xxxxxx工作面采空区漏风，使采空区浮煤最小限度地与氧气接触，从而降低煤层自然发火的机率，可在xxxxxx采煤工作面上下隅角使用风筒布进行遮挡，遮挡长度5m。（4）采用预防性均压通风方式，回采工作面和相邻巷道之间，尽量减少压差，实现均压，减少漏风。（5）调节风门设置。风门设置在围岩坚固、地压稳定的地点，避免引起采空区或煤柱裂隙漏风量的增大。（6）设置正反向风门，矿井可实现反风，以防火灾事故扩大。（7）实现风门闭锁，使一组风门不能同时敞开，确保风流稳定。（8）加强通风管理，根据瓦斯涌出量，保证风流畅通，有害气体不超限以及风量满足的情况下，合理控制有效风量，以减少自燃氧化带宽度，防止氧化自燃；（9）考察采空区“三带”，确定“自燃带”的范围，考察煤层自然发火期，并据此确定回采工作面最佳防火推进度，加快工作面推进速度，提高回采效率，确保采空区的煤在自然发火之前直接进入窒息期；（10）加强工作面端头管理，在每班拉架放顶后，对放下的煤进行洒水降温；在进风巷刮板运输机头处，设一道水幕，增加切眼风流的湿度，延长煤的自然发火期；（11）在采煤工作面轨道运输巷、回风巷靠近、运输石门和回风石门处预先留设构筑防火门的位置，并构筑防火门门墙（套），门套厚度600mm，采用不燃性材料建筑，并在构筑地点备足封闭防火门的材料，登记编号，随时检查，发现变形或丢失及时更换和补充；（12）在工作面上下拐头处挂风帘，减少老塘漏风；（13）回采后，加快工作面支架的回撤速度；（14）工作面不留浮煤，特别是开采边、结束边、上下两巷煤柱边；（15）经常检查风量小的有煤炭堆积的巷道中煤炭附近、冒高处的气体温度情况，防止煤层自燃；（16）建立健全内因火灾预防检查制度，定期检查密闭内外及采煤工作面回风气体和温度情况，并对井下全部密闭建立台帐，发现问题及时处理；（17）采煤工作面上隅角定期取样化验，CH4、CO、CO2情况，发现问题采取针对性措施；（18）回采过程中，应及时对抽放钻孔瓦斯浓度进行检测和对负压进行调整，防止抽燃采空区，随着工作面的推进及时封堵抽放钻孔；（19）未通风的巷道必须在24 小时内封闭，对封闭的盲巷和通风微弱的巷道应定期进行防火检查；2.4 加强监测监控（1）监测系统针对矿井的实际情况，结合邻近矿区生产矿井的实践经验，通过矿井安全监测监控系统，采煤工作面回风巷及采区回风巷、回风斜井配备CO、温度等传感器探头，对井下煤层自燃进行预测预报，以便采取相应的预防措施。（2）煤层自然发火的征兆：1）巷道中出现雾气或巷壁挂汗；2）风流中出现如煤油味、松香味、臭味等火灾气味；3）从煤炭自燃地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，人们有头痛、头晕、精神疲乏等不舒服的感觉；5）CO 浓度显著升高，矿井监测监控系统CO传感器报警浓度按0.0024%设置。2.5 取样分析我矿在开采xxxxxx首采工作面过程中，可与xxx集团救援基地加强业务合作，采用其ZJC车载系统AgiIent3000微型色谱分析仪随时对xxxxxx采空区、回风巷气体取样进行分析化验，它能够实时、直观，准确地把工作面及其采空区是否发生煤层自然发火情况信息提供给我矿安全生产管理层，并通过分析矿山可燃气体的组分构成与比例，可以对火灾的发生发展态势或熄灭程度做出预测，并具有快速（约5分钟可分析出He、H2、O2、N2、CH4、CO、CO2、C2H2、C2H6、C2 H2等10种气体浓度）、准确、便捷等优点，特别是对C2H2、C2H6、C2H4气体的准确分析，可为我矿的采煤工作面是否发生煤层自燃提供可靠依据。2.6 防治煤层自然发火主要措施（1）向采空区注氮抑制煤层自然发火；（2）在xxxxxx回风巷上安全出口向采空区预防性注浆；（3）当工作面有自燃预兆时注入二氧化碳气体惰化火区。3 xxxxxx采面主要防灭火方案3.1 注氮抑制煤层自然发火（1）注氮防灭火原理注氮防灭火的实质是向采空区氧化带内或火区内注入一定流量的氮气，使其氧含量降到10%或3%以下，达到防灭火的目的。其作用有防止煤的自热、自燃；降低燃烧强度；抑制瓦斯爆炸的作用。（2）注氮防灭火设备我矿已购买了浙江瑞德气体设备有限公司PSA变压吸附制氮机，安装在矿井工业广场。PSA变压吸附制氮机制氮量600m/h，可随时源源不断向采煤工作面采空区注入氮气。我矿注氮管路现已安装到了各采区，主管路100mm，采煤工作面安装50mm管路。（3）采用的注氮防灭火惰化指标 采空区惰化氧浓度指标不大于煤自燃临界氧浓度。 惰化灭火氧浓度指标不大于3%。 惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标小于12%。（4）注氮防灭火具体措施开区注氮方式开区注氮，即我矿在xxxxxx首采工作面开始开采时，就采取预防性抑制煤层自然发火注氮措施，预防性注氮自开采起直到工作面开采结束。具体方案：开采前，注氮管路沿+60m水平岩石底板道一直安装到工作面煤层运输巷；开采时，注氮管路埋入工作面下隅角，预留管道孔口，工作面一边推进，一边注氮，每天注氮时长不低于4小时，制氮机制氮浓度不低于97%。针对性注氮如已出现煤层自然发火预兆，可采取钻孔注氮、插管注氮、密闭注氮等综合注氮工艺：向井下可能存在火灾隐患区域或火灾区域打钻孔注氮，通过相邻的巷道打钻孔插套管（全套管）将氮气注入防灭火区。工作面开停采线，巷道高冒顶发火，向火源点直接插管的注氮方式进行注氮（插管注氮）。利用密闭墙上预留的注氮管向火灾或火灾隐患的区域实施注氮（密闭注氮，我矿在以往部分密闭已安设好注氮专用管路）。 3.2 采取灌浆、洒阻化剂防灭火（1）灌浆防灭火灌浆防灭火是将水、浆材按适当的比例混合，制成一定浓度的浆液，借助输浆管路送往需要防治的地区，以防止自燃火灾的发生。其作用一是浆液中的固定物沉淀，充填于浮煤缝隙之间，包裹浮煤，隔绝氧气与煤体的接触，杜绝漏风，防止氧化；二是浆液中的水分有助于增加煤的外在水分，抑制煤自热氧化的发展，同时有利于已自热煤体的散热。灌浆材料采用石灰、黄泥、粉煤灰等材料作为灌浆原材料。矿井地处山区，石灰、黄泥、粉煤灰较易取得。灌浆系统的选择根据矿井开拓开采情况，可选择在地面设灌浆站的集中灌浆系统或在采区设移动灌浆站的分散灌浆系统，因本矿采用平硐+暗斜井开拓，工作面采用后退式开采，如采用集中灌浆系统，需要投入较多输浆管路，管理难度较大，而且管路较长后浆液质量不易保证；采用分散灌浆系统，只需要在采区设移动灌浆泵，安设泥浆泵和制浆设备，采用管路输送至需要灌浆的地点，系统较简单，易管理。矿井选用分散灌浆系统。灌浆方法的选择选择分散灌浆系统，工作面推进度较快，因此，选择随采随灌、采后灌浆、埋管灌浆的综合灌浆方法。1）随采随灌（埋管灌浆）。随着采煤工作面的推进，及时向采空区灌浆。在回风巷每隔20米埋管向采空区灌浆。为防止泥浆流窜到工作面而影响生产，灌浆处与工作面下出口平齐，进风巷见浆停止。2）工作面洒浆。在准备班，从灌浆管接出一段胶管，沿倾斜向采空区均匀洒浆，撤架前和撤架后各洒一次，洒浆均匀。3）对以前形成的熄灭火区，要定期灌浆，消灭高温火点的存在，每次灌浆后，用清水清洗管路。4）xxxxxx采煤工作面回采期间，要随时注意采空区和采煤工作面上部的浆液情况，对积存浆水，及时放出，有大量浆水存在时，应立即停止作业，放出积存浆水，检查工作面及上下安全出口顶、底板和支护情况，确保安全后，方可继续作业。5）采后封闭灌浆（钻孔灌浆）。对于已有自燃征兆的采空区，工作面采完并封闭，然后在岩石回风巷打钻，钻孔倾角3040度；钻孔间距30米，钻孔中下套管，封孔后即可向采空区灌浆。灌浆原材料比例选择灌注黄泥浆时在回采工作面注浆水土比选择料1：2；石灰：水=1：4。泥浆制备矿井采用分散灌浆系统，矿车运输至灌浆处（计划灌浆地点选择在+120m人行车场或提升车场），灌浆处设水箱、制浆桶、泥浆泵，制浆桶采用两个，一个作注浆用，一个进行搅拌制浆，交替使用，采用人工配浆后储备，由泥浆泵压排经输浆管路向灌浆地点输浆。泥浆泵和注浆管道选择1）选择2NB（BW）50/1.5-2.2煤矿用泥浆泵。泥浆泵技术参数：工作压力：1.5MPa排量：50L/min（3m3/h）柱塞直径：60mm输入功率：2.2kW重量：200外形尺寸：1054353645mm2）注浆管道：选择50mm无缝钢管沿井巷侧铺设，管路与泥浆泵接头处设筛网过滤，孔径15mm，防止堵塞，每次灌浆后，用清水进行管路冲洗。输浆管路由泥浆泵向灌浆点逐步下放，避免出现两头高中间低的情况，管路紧靠井巷壁铺设，固定牢固。（2）洒阻化剂防灭火阻化剂选择阻化剂的种类很多，设计考虑采用国内常用的，使用效果较好的熟石灰Ca（OH）2阻化剂。喷洒压注工艺系统及喷注对象Ca(OH)2是是对含硫较高易自燃煤层阻化效果最好的阻化剂，其阻化作用有化学阻化、物理阻化和负催化作用三重防治自燃的阻化用。采用人工洒熟石灰工艺系统，对采空区、煤层巷道冒落孔洞、开采线、停采线和工作面上下端头10m范围内按每循环洒0.2m3喷洒压注阻化剂，覆盖或包裹碎煤，封堵裂隙致密，阻止煤的氧化，降低煤的氧化能力，起到防火作用。计算每循环洒熟石灰量：201.00.010.2m3式中：20工作面上下端头10m范围内洒熟石灰。1.0循环进度1.0m。0.01洒熟石灰厚度0.01m。洒熟石灰时，应注意保护机械设备、金属支护材料等，及时清理，防止对设备造成腐蚀损伤。（3）汽雾阻化防灭火对于柔性掩护支架采煤法，采用汽雾阻化防火技术，向采空区、柔性掩护支架后喷射高压气雾阻化剂（可用熟石灰浆液），使支架背后堆积的浮煤受到阻化剂作用，防止和延迟其自然发火。3.3 注二氧化碳防灭火措施（1）二氧化碳的性质 二氧化碳无色，略带有酸味，不自燃也不助燃，易溶于水。分子量为44，容重1.9769kg/m3，比重为1.529。二氧化碳加热到70个大气压即可液化。液态二氧化碳密度随温度的变化而变化较大。二氧化碳有一个特点可形成固态(称为干冰)，在-56和0.527Mpa时有三相共存点。1m3液体二氧化碳可汽化为640 m3 气体（15，1个大气压）。（ 2）液体二氧化碳防灭火原理使用液态二氧化碳防治煤层自然发火,就是借助液态二氧化碳汽化后产生的压力通过管路和钻孔将其注入需防灭火区域，利用惰气的防灭火性能对火区进行降温和惰化的技术（见下图）。它是一种新型高效适用的防灭火技术和手段。 液态CO2槽车汽化器储气罐 地面 发火征兆区井下 注液管 管道（3）液体二氧化碳防灭火特点和优势气体纯度高,达100%CO2,不含氧气，有利于火区气体的惰化。气体温度低,可控制在0-（-20）,能大量吸收用气地点的热量,降低其环境温度。气体比重大,能有效的隔离煤体的氧气,使发火征兆区消除自燃（火源熄灭）或阻止其进一步氧化。气体产量多,每方液态CO2，变成气态后，可增加600倍，并且灌注液态CO2可达1000-6000m/h以上,能快速发挥防治自然发火作用。（4）系统工作流程从运送二氧化碳槽车上压出的液体经过压力调节，流量控制后进入汽化器，汽化器置入水箱内，水箱内的水由电加热器或其他方法加热，汽化器吸收热量以后，将其管内流动的液体变成气体，经过储气罐和流量、压力、温度等控制装置通过注浆管路送到用气地点。（5）我矿注二氧化碳系统注二氧化碳设备我矿已安装了向火区注入液态二氧化碳专用管路一套，管路32-50mm，管路已安装至+60m水平西岩石底板道，xxxxxx工作面开采前，注液态二氧化碳管路可安装至xxxxxx煤层运输巷下安全出口处。液态二氧化碳来源xxxxxx工作面开采前，我矿可与液态二氧化碳生产厂家取得联系，一旦需要，可在3-8小时送到矿上供给使用。现场设施xxxxxx煤层运输巷、回风巷离工作面约10-50m施工一道向外开启的风门（风门门扇能够全部嵌入门框中，一旦需注入二氧化碳时，关闭风门、抵牢，粉抹严密后，方可实施注入液态二氧化碳）。正常回采时，风门处于开启状态（并固定牢固，不得关闭），并采取防止风门无计划关闭措施。（6）注液态二氧化碳xxxxxx采煤工作面如发生煤层自然征兆，我矿立即与液态二氧化碳生产厂家取得联系，采用车载式注液态二氧化碳槽车提供液态二氧化碳源，3-8小时进入我矿。注液态二氧化碳前，关闭好xxxxxx采煤工作面进回风巷预先设置好的风门（视其情况，可在进回风巷外端施工密闭，确保注二氧化碳灭火效果）。1m液体二氧化碳可汽化为600 m 气体（15，1个大气压），流量可达1000-6000m/h以上,预计注入二氧化碳在1-2个小时可全部充填xxxxxx采面工作面及其采空区，快速达到惰化自然征兆（发火）区的目的。（7）注液态二氧化碳注意事项检查系统各连接正常,电力线路供电正常。启动循环水泵，使汽化器水箱内的水位符合要求。进液高压胶管连接槽车接口。接到往井下供气的指令后，开始液态二氧化碳的汽化操作。避免形成干冰（冰堵）的关键是系统压力不低于临界点0.517Mpa。要避免干冰的产生，系统出口处的稳压阀必须调整在0.5Mpa以上。一旦形成冰堵，要立即关闭阀门，进行处理。（8）注液态二氧化碳安全措施二氧化碳常温常压下是无色略带酸味的窒息性气体。要保证操作人员的安全，就要确保系统密封性好，有检验系统泄露的方法和手段。要切实做到以下几方面：二氧化碳释放前，要对管路系统进行打压实验，确保无泄露。配备必要的检测仪器仪表。如地面使用测氧仪，井下使用便携式光学瓦斯检定器和测氧仪。二氧化碳释放点附近使用氧气传感器连续测量。在释放过程中，操作人员要经常检查压力、温度、流量等数据是否正常。安装汽化系统的房间要保证通风良好。向采空区注入液态二氧化碳时，有可能将采空区与原老采空区的有毒有害气体压出。因此，对每个漏风处都要检测其氧气浓度和气体情况。注入液态二氧化碳任务完成后，要关闭好液态二氧化碳管路系统。一旦出现紧急情况，应立即切断液态二氧化碳的供应，对管路系统进行检查，排除故障。操作液态二氧化碳至汽化器段的有关阀门，必须带防冻手套。井下注入液态二氧化碳前，必须制定液态二氧化碳注入专项措施、贯彻落实责任，待撤出井下所有作业人员后，经调度室同意才能进行液态二氧化碳注入工作。当需要恢复xxxxxx工作面正常作业时，必须制定专项排除xxxxxx工作面及进回风巷气体的安全技术措施。4 防灭火的效果考察防灭火期间，应派专人定期检测防灭火区、灌防火工作面及其采空区的气温、煤温和出水温度。定期采集回风巷、上隅角、采空区回风侧的气体，根据气体分析防灭火的效果，并调整参数，提高效果。5 加强防灭火管理（1）井上、下建有消防材料库，配有一定的灭火、消防设备器材等。（2）开切眼防灭火。开切眼为工作面易发火地点，必须重点预防；掘进时应对冒顶区进行及时充填，开切眼掘完后应先喷洒阻化剂，再用泥浆进行全断面喷涂，并加强监测。（3）工作面不留浮煤，特别是开采边、结束边、上下两巷煤柱边。（4）经常检查风量小的有煤炭堆积的巷道中煤炭附近、冒高处的气体温度情况，防止煤层自燃。（5）建立健全内因火灾预防检查制度，定期检查密闭内外及采煤工作面回风气体和温度情况，并对井下全部密闭建立台帐，发现问题及时处理。（6）井下瓦斯检查员配备CO及其它检测仪，对各区气体进行检测；采煤工作面上隅角定期取样化验CH4、CO、CO2、温度情况，发现问题及时采取针对性措施。（7）设立集中监测系统，及时发现火灾征兆和进行处理。（8）定期对采空区密闭、冒高点检查。（9）合理安排时间，加快推进度。6 外因火灾防治6.1 电气事故引发的火灾防治措施（1）井下机电设备硐室防火措施井下机电硐室布置及支护水泵房、采区变电所、消防材料库，这些硐室均布置于煤层底板的围岩中，围岩坚固稳定。同时均采用不燃性材料支护。防火门：在采区变电所、水泵房进出两端各设置一道防火栅栏两用门