矿井防灭火专项设计

精品文档 1欢迎下载 某某煤矿矿井防灭火专项设计某某煤矿矿井防灭火专项设计 目录目录 第一章第一章 矿井概况矿井概况 1 1 第二章第二章 矿井火灾隐患性分析矿井火灾隐患性分析 3 3 第三章第三章 矿井煤层自然发火预测预报指标体系矿井煤层自然发火预测预报指标体系 6 6 第四章第四章 矿井自燃火灾监测系统矿井自燃火灾监测系统 9 9 第五章第五章 矿井防灭火系统矿井防灭火系统 1313 第六章第六章 矿井工作面重点区域防灭火技术方案矿井工作面重点区域防灭火技术方案 3232 第七章第七章 矿井外因火灾防治措施及装备矿井外因火灾防治措施及装备 3434 第八章第八章 矿井井下消防洒水系统矿井井下消防洒水系统 3737 第九章第九章 防火构筑物及井上 下消防材料库防火构筑物及井上 下消防材料库 3838 第十章第十章 矿井火区管理矿井火区管理 3838 第十一章第十一章 矿井防灭火技术管理制度矿井防灭火技术管理制度 4040 精品文档 1欢迎下载 某某煤矿矿井防灭火专项设计某某煤矿矿井防灭火专项设计 为认真贯彻国家的安全生产方针 进一步加强矿井防灭火管理工作 有效预防矿井火灾事故 保障煤矿职工的安全和健康 保护国家资源和财 产不受损失 保证矿井生产正常进行 根据 煤矿安全规程 第 260 条的 规定 结合我矿实际 编制了矿井防灭火专项设计 第一章第一章 矿井概况矿井概况 一 井田位置及交通 某某井田位于国家规划的 的 部 地处 处 行政区划 隶属 管辖 地理坐标为 东经 井田交通十分便利 对外交通和内部运输条件均较便利 井田向东南距 约 32km 城区距各大城市或火车站距离为 井田交通位置详见图 1 1 1 井田在矿区中的位置见图 1 1 2 二 地形地貌 井田地处 接壤地带 井田东部地势较平缓 多被沙漠覆盖 分布沙丘 沙梁 其余全部为第四系黄土覆盖 呈现沟壑纵横的黄土梁峁地貌景观 井田地势总体南高北低 一般标高 1290 1320m 黄土梁峁区地势较高 精品文档 2欢迎下载 一般标高 100 160m 井田内最高点位于 高程 m 最低点位于 井田北部的冲沟沟谷 高程 m 相对高差 m 三 地表水系 井田地表无大的水系 但冲沟较发育 主要为秃尾河支流红柳沟之上游支 沟 其中贺家沟沿井田中部自东南向西北流过 流水受降雨影响非常大 虽流量有限 常断流 但下蚀作用强烈 切割深 造成地形破碎 四 地震情况 根据国家地震局和建设部 2010 年颁发的 GB50011 2010 建筑抗震设计规 范 规定 本区地震烈度为 度 设计基本地震加速度值为 0 05g 图 1 1 1 井田交通位置图 图 1 1 2 井田在矿区中的位置示意图 五 气象特征 井田属温带大陆性干旱 半干旱季风气候 天气多变 春季干旱而多风沙 夏季炎热多雷雨 秋季凉爽而短促 冬季干冷而漫长 日照充足 雨热同 季 年平均气温 8 1 7 8 月最高气温 36 7 元月份最低气温 29 7 日温差 15 20 年平均降水量 414mm 年平均蒸发量 1907 2mm 7 9 月份为雨季 10 月中旬降雪 翌年 2 月解冻 无霜期 155 天 冬季至春末夏初多风 最大风速可达 18 7m s 风向多为北西 最大 冻土深度 1460mm 六 矿井通风概况 1 通风方法 精品文档 3欢迎下载 矿井通风方法为机械抽出式 巷道掘进采用局部通风机压入式通风 每个掘进工作面配备 2 台局部通风 机 一用一备 其风流直接进入回风巷 井下爆破材料发放硐室及盘区变电所等采用独立通风系统 其它硐室采用 并联或串联通风 风流混入矿井进风风流中 个别硐室深度不超过 6m 入 口宽度不小于 1 5m 而无瓦斯涌出 可采用扩散通风 2 通风方式 矿井初期移交时通风方式为中央并列式 共布置 3 个风井 即主斜井 副 斜井进风 回风立井回风 主斜井及副斜井井筒位于矿井工业场地内 回 风立井位于风井场地内 三条井筒服务全矿井 后期回采西部区域时利用 西部回风立井进行回风 采用分区式通风方式 前后均采用抽出式通风方 法 3 通风系统 投产时期矿井通风主要线路为 主 副斜井 带式输送机大巷 辅助运输 大巷 工作面带式输送机巷 工作面辅助运输巷 回采工作面 工作面回 风巷 回风大巷 回风立井排至地面 回风立井回风矿井通风容易时期为矿井开采 3 号煤移交时期 通风方式为 中央并列式 共布置 3 个风井 即主斜井 副斜井进风 回风立井回风 回风立井回风矿井通风困难时期为开采 9 号煤层 91 盘区西部边界时 通 风方式为仍为中央并列式 共布置 3 个风井 即主斜井 副斜井进风 回 风立井回风 精品文档 4欢迎下载 第二章第二章 矿井火灾隐患性分析矿井火灾隐患性分析 一 矿井井下外因火灾隐患分析 产生外因火灾的条件是 有易燃物存在 有足够的氧气和足以引起火 灾的热源 一 我矿井下易燃物有 坑木 竹笆 变压器油 液压油 润滑油 等液体燃料 胶带 胶质风筒等橡胶制品 棉纱 布头 纸等擦试材料 瓦斯 氢气等可燃性气体 煤和煤尘等 二 易发生外因火灾的场所主要有 机电硐室 皮带巷 检修硐室 单轨吊充电室 材料库 工具房及存放胶带的巷道 采掘工作面附近的巷 道内等地点 机电硐室 充电硐室等地点要配备足够数量的消防器材 三 引起外因火灾的热源有 机械能转化的热 如皮带与托辊磨擦 采掘机械运转冲击或磨擦产生的热 电能转化的热 如电流短路 电气设 备超载运转 静电放电 电焊 灯泡和电炉放热等 化学反应产生的热 如不合格的炸药爆破 瓦斯 煤尘爆炸 煤炭自燃 气焊 喷灯焊接和吸 烟等 二 提升机房及井口附近火灾隐患分析 一 人的不安全行为造成的隐患 管理不严 提升机司机 维修工 或其他外来人员抽烟 乱仍烟头造成火灾 提升机司机取暖或乱接线不规 范造成电缆发热 短路 明火 引燃可燃物 造成火灾 二 检修人员操作不规范造成火灾 不使用绝缘用具操作电气设 精品文档 5欢迎下载 备 带负荷拉刀闸 发生短路 带接地线送电 不验电误挂接地线 或不验电放电接触电气设备 出现短路故障 不查明原因 强行送电 三 物的不安全因素造成隐患 1 电气故障引起火灾 主要有以下几种 电气设备电缆过负荷发热 引起短路 造成火灾 电气设备电缆绝缘损坏漏电 且接地电阻大于 2 欧姆 造成火灾 电 气设备故障 引起短路 炸裂 造成火灾 2 机械摩设备故障造成火灾 主要有以下几种 滚筒和护罩摩擦发热 造成火灾 轴承或轴瓦 等转动部位损坏造成热量积聚 产生火灾 机械设备漏油 遇热着火 3 卫生清理不彻底造成火灾 主要有以下几种 升钢丝绳油泥 清理不及时 积聚发热燃烧 机械设备漏油 润滑站 液压站等 积聚 遇火燃烧 司机生活垃圾不 及时清理 积聚造成火灾 三 矿井井下内因火灾隐患分析 某某煤矿煤层自燃倾向等级为 类 煤层自燃倾向性为自燃煤层 针 对目前开采煤层特性 开采方法 对矿井开采过程中煤层自燃隐患分析如 下 一 勘探报告对各煤层均采集测试了煤的着火点样品 测试成果如 表 2 1 表 2 1 煤的自燃倾向测试成果表 精品文档 6欢迎下载 自燃倾向 煤 层 编 号 氧化 样 燃点 T3 还原 样 燃点 T1 原煤 样 燃点 T2 氧化程 度 T2 3 等级 3 310 320 316 4 343 349 347 4 332 343 340 4 19 33 24 7 24 易自 燃 43103433352425 易自 燃 6 290 310 299 4 340 348 344 4 332 342 337 4 10 23 23 4 38 易自 燃 9 290 300 293 4 345 349 346 4 335 342 337 4 10 23 23 4 44 易自 燃 煤质分析结果表明 3 号煤层为长焰煤 4 6 9 号煤层以长焰煤为 主 不粘煤次之 在煤质分析中 利用原煤样着火点和氧化样着火点的差 精品文档 7欢迎下载 值来推测煤的自燃倾向 即 T2 3 40 为易自燃煤 T2 3 20 的 煤除褐煤和长焰煤外都是不易自燃的煤 由此可划定各煤层均为易自燃煤 另外 区域上的 3 号煤层露头及井田东南部的 3 号煤层均已自燃 榆横矿 区中的小煤矿堆煤及巷道中的煤柱也有自燃现象发生 亦能说明该煤层易 自燃发火 故在煤层开采和煤的长时间堆放时应注意防范 因此本矿井的各煤层自燃等级为 级 自燃倾向性为容易自燃 二 井田 3 煤煤层厚度一般在 10 8 左右 采用综采放顶煤采煤和 一次采全高方法 综采放顶煤采高一般在 4 8m 放煤高度约 6m 放顶煤 工艺造成采空区遗煤多 一旦有良好漏风条件 会增加煤层自燃的可能性 三 我矿采用区队隔离煤柱工艺 煤体本身不漏风 但各施工联络 巷密闭容易导通 造成采空区漏风联系 四 矿井煤层自然发火阶段 煤炭的自燃过程按其温度和物理化学变化特征 分为潜伏 或准备 自热 自燃和熄灭四个阶段 如图 1 所示 图中虚线为风化进程线 潜伏 期与自热期之和为煤的自然发火期 一 潜伏 自燃准备 期 自燃煤层被开采 接触空气起至煤温开始升高止的时间区间称之为潜 伏期 在潜伏期 煤与氧的作用是以物理吸附为主 放热很小 无宏观效 应 经过潜伏期后煤的燃点降低 表面的颜色变暗 潜伏期长短取决于煤 的分子结构 物化性质 煤的破碎和堆积状态 散热和通风供氧条件等对 精品文档 8欢迎下载 潜伏期的长短也有一定影响 改善这些条件可以延长潜伏期 图 1 烟煤自燃过程温度与时间关系 二 自热阶段 温度开始升高起至其温度达到燃点的过程叫自热阶段 自热过程是煤 精品文档 9欢迎下载 氧化反应自动加速 氧化生成热量逐渐积累 温度自动升高的过程 其特 点是 1 氧化放热较大 煤温及其环境 风 水 煤壁 温度升高 产生 CO CO2和碳氢 CmHn 类气体产物 并散发出煤油味和其它芳香 气味 有水蒸水汽生成 火源附近出现雾气 遇冷会在巷道壁面上凝 结成水珠 即出现所谓 挂汗 现象 微观构发生变化 在自热阶段 若改变了散热条件 使散热大于生热 或限制供风 使氧浓度降低至不能 满足氧化需要 则自热的煤温度降低到常温 称之为风化 风化后煤的物 理化学性质发生变化 失去活性 不会再发生自燃 三 燃烧阶段 煤温达到其自燃点后 若能得到充分的供氧 风 则发生燃烧 出现 明火 这时会生成大量的高温烟雾 其中含有 CO CO2以及碳氢类化合物 若煤温达到自燃点 但供风不足 则只有烟雾而无明火 此即为干馏或阴 燃 煤炭干馏或阴燃与明火燃烧稍有不同 CO 多于 CO2 温度也较明火燃 烧要低 四 熄灭 及时发现 采取有效的灭火措施 煤温降至燃点以下 燃烧熄灭火 第三章第三章 矿井煤层自然发火预测预报指标体系矿井煤层自然发火预测预报指标体系 一 火灾预测预报概述 外因火灾预测可遵循如下程序 调查井下可能出现火源 包括潜 在火源 的类型及其分布 调查井下可燃物的类型及其分布 划 精品文档 10欢迎下载 分发火危险区 井下可燃物和火源 包括潜在火源 同时存在的地区视为 危险区 准确地发现煤炭自燃初始阶段的特征 对防止煤层自然发火十分重要 人们利用自然发火形成过程中的特征可以早期发现和预报煤层自然发火 识别方法为 人体感官的直接感觉 矿内空气成分的分析 测量井下发热 体温度预测自然发火 利用束管监测系统或人工取样对重点防火地点进行 监测 二 常用火灾的预报方法 矿井火灾预报的方法 按其原理可分为 一 利用人体生理感觉预报自然发火 依靠人体生理感觉预报矿井火灾的主要方法有 1 嗅觉 可燃物受高温或火源作用 会分解生成一些正常时大气中所 没有的 异常气味的火灾气体 2 视觉 人体视觉发现可燃物起火时产生的烟雾 煤在氧化过程中产 生的水蒸汽 及其在附近煤岩体表面凝结成水珠 俗称为 挂汗 进行报 警 3 感 触 觉 煤炭自燃或自热 可燃物燃烧会使环境温度升高 并 可能使附近空气中的氧浓度降低 CO2等有害气体增加 所以当人们接近 火源时 会有头痛 闷热 精神疲乏等不适之感 二 气体成分分析法 用仪器分析和检测煤在自燃和可燃物在燃烧过程中释放出的烟气或其 精品文档 11欢迎下载 它气体产物 预报火灾 1 指标气体及其临界指标 能反映煤炭自热或可燃物燃烧初期阶段特征的 并可用来作为火灾早 期预报的气体叫指标气体 指标气体必须具备如下条件 灵敏性 即正 常大气中不含有 或虽含有但数量很少且比较稳定 一旦发生煤炭自热或 可燃物燃烧 则该种气体浓度就会发生较明显的变化 规律性 即生成 量或变化趋势与自热温度之间呈现一定的规律和对应关系 可测性 可 利用现有的仪器进行检测 2 常用的指标气体 1 一氧化碳 CO 一氧化碳生成温度低 生成量大 其生成量随温度升高按指数规律增 加 是预报煤炭自燃火灾的较灵敏的指标之一 在正常时若大气中含有 CO 则采用 CO 作为指标气体时 要确定预报的临界值 确定临界值时一 般要考虑下列因素 各采样地点在正常时风流中 CO 的本底浓度 临 界值时所对应的煤温适当 即留有充分的时间寻找和处理自热源 应该指出的是 应用 CO 作为指标气体预报自然发火时 要同时满足 以下两点 CO 的浓度或绝对值要大于临界值 CO 的浓度或绝对值要有稳定 增加的趋势 2 Graham 系数 CO J J Graham 提出了用流经火源或自热源风流中的 CO 浓度增加量与氧 精品文档 12欢迎下载 浓度减少量之比作为自然发火的早期预报指标 其计算式如下 I COCO NO CO 100100 0265 22 O2 式中 CO O2 N2 分别为回风侧采样点气样中的一氧化碳 氧气和氮 气的体积浓度 如果进风侧气样中氧氮之比不是 0 265 则应计算出进 风侧氧氮浓度之比值代替 0 265 根据 Graham 指数预报矿井火灾时 不同的矿井有不同的临界指标 抚顺老虎台矿 气煤 总结多年的经验 从 万多个气样中筛选出 431 个 有发火隐患的气样 得出煤在自燃的发生 发展过程中不同阶段的 Graham 指数为 预警值 ICO 0 0 45 临界值 ICO 0 46 4 报警值 ICO 4 1 9 3 乙烯 实验发现 煤温升高到 80 120 后 会解析出乙烯 丙烯等烯烃 类气体产物 而这些气体的生成量与煤温成指数关系 一般矿井的大气中 是不含有乙烯的 因此 只要井下空气中检测出乙烯 则说明已有煤炭在 自燃了 同时根据乙烯和丙烯出现的时间还可推测出煤的自热温度 4 其它 其它指标气体 国外有的煤矿采用烯炔比 乙烯和乙炔 C2H2 之比 和链烷比 C2H6 CH4 来预测煤的自热与自燃 3 测定煤的自燃倾向性及煤层自燃特性模拟实验 煤炭的自燃倾向性是煤炭自燃的固有特性 是煤炭自燃的内在因素 煤矿安全规程 规定 煤的自燃倾向性分为三类 类为容易自燃 精品文档 13欢迎下载 类为自燃 类为不易自燃 新建矿井的所有煤层的自燃倾向性由地质勘 探部门提供煤样和资料 送国家授权单位作出鉴定 生产矿井延深新水平 时 也必须对所有煤层的自燃倾向性进行鉴定 一般是采用吸氧法测定煤 炭的自燃倾向性 但由于煤炭的自燃倾向性鉴定使用煤样量小 且井下现场煤炭自燃受 多种因素影响 因此 近年来又开始用煤层自燃特性的模拟实验来反映煤 炭自燃过程 以指导现场的煤层自然发火早期预报工作 煤层自燃特性的 模拟实验内容包括煤层最短自然发火期的测试和煤层自燃的各阶段的的测 试氧化升温速度 模拟实验的目的 一是使防止煤层自燃的技术措施在煤 层最短自然发火期内完成 二是在由隐患发展到着火温度最短需要的时间 内完成治理措施 从而起到防患于未燃的目的 煤层自然发火模拟实验台是模拟现场最佳的自然发火条件 测试出煤层 自燃的最短发火期和煤层自燃的各阶段的的测试氧化升温速度 从而为确 定防火措施的实施时间提供较科学的依据 4 测量井下发热体温度预测自然发火 煤炭自燃的过程中 在自热期后阶段 由于氧化加剧 产生热量增加 使煤体及其周围温度升高 因此 测量发热体及其周围的温度变化是确定 煤炭自燃状态的重要参数 1 直接测温法 就是在不破坏现有温度场的情况下把温度传感器布置在煤炭的易自燃 区域 如两道一线及采空区 观测自燃温度随时间的变化趋势 从而判断 精品文档 14欢迎下载 煤炭自燃的发展阶段和发展趋势 煤的自燃发火 一般经过潜伏期 自热 期和燃烧期 潜伏期煤的氧化过程发展缓慢 温度一般不超过 70 经过 潜伏期之后 煤的氧化速度增加 氧化产主的热量使煤温升高 氧化产生 的热量使温上升急剧加速 即自热期 煤温可达到 120 150 自热期的 发展使煤温上升到着火温度而导致自燃 煤的着火温度因煤种不同而异 无烟煤为 400 烟煤 320 380 褐煤小于 300 而预测预报的关键 是煤的自燃不能超过自热期 因此 温度传感器应根据这一要求选择 即 在 0 150 之间 温度传感器的精度要高 并且稳定可靠 达到测温要求 目前 用于煤炭自燃测温的传感器主要有热电偶 铂电阻 半导体传感器 等 2 红外线探测火源 红外探测技术的原理 发光物体在发出可见光的同时 还发出一系列 不可见的其它电磁波 如红外电磁波等 火源也是如此 在隐蔽地点 当 煤自燃的条件形成后 煤层温度逐渐增高的同时 其红外辐射场的强度也 在逐渐增大 自然界任何物体在处于绝对零度以上时 都会产生分子振动和晶格振 动 向外发射红外电磁波 形成红外辐射场 物体的辐射能量与其温度的四次方成正比 自燃的煤体的温度升高时 其辐射的能量会大辐度增加 煤层在向外辐射红外电磁波的同时 就把隐 蔽煤体内部自燃的信息以场的变化的形式告诉给我们 因此我们可以利用 红外电磁波探测技术探测隐蔽火源 精品文档 15欢迎下载 需要说明的是 红外测温技术与红外探测技术有本质的区别 红外测 温是测取某个物体或某个环境的表面温度 是测量动温 是测量物体的 动热密度 必须直接接触才能测量 而红外探测技术是根据场的变化规律 以确定不可见物体或环境温度的变化情况及密实情况 是非接触性测量 依据红外探测技术的原理研制出来的仪器不同于一般的直读式仪器 它不能够直接读出某一测定的温度 只能读出该测点的红外辐射场强度 还必须对根据各探测点的位置和测得的红外场强度画出曲线 并对之进行 分析和解释 三 火灾预报采样点设置 测点设置的总要求是 既要保证一切火灾隐患都要在控制范围之内 并有利于准确地判断火源的位置 同时要求安装传感器少 测点布置一般 原则是 在已封闭火区的出风侧密闭墙内设置测点 取样管伸入墙内 1 以上 2 有发火危险的工作面的回风巷内设测点 潜在火源的下 风侧 距火源的距离应适当 4 温度测点设置要保证在传感器的有效控 制范围之内 5 测点应随采场变化和火情的变化而调整 某某煤矿选择 305 工作面作为采样地点 自然倾向性为 类 根据 Graham 指数预报矿井火灾 采用 CO 作为指标气体 浓度大于 30ppm 且 Graham 指数超过临界值 ICO 0 46 时 作为矿井自然发火的临界预警指 标 第四章第四章 矿井自燃火灾监测系统矿井自燃火灾监测系统 精品文档 16欢迎下载 为做好矿井自然发火监测监控 某某煤矿建立束管监测系统 矿井 安全监控系统 人工监测体系 一 束管监测系统 一 系统概述 矿井设立专门的气体分析室 装备 JSG8 型束管监测火灾预测预报系 统 该系统主要由粉尘过滤器 气缆 束管 分路箱 抽气泵 气体采样 控制柜 监控微机 束管专用色谱仪 打印输出设备 系统软件等组成 对井下任意地点的 O2 N2 CO CH4 C2H4 C2H6 C2H2等气体含量实现 24 小时连续监测 利用该系统 对井下密闭 回采工作面隅角 自然发火隐 患点等处的甲烷 二氧化碳 一氧化碳 乙烷 乙烯等进行预测预报 另 外 根据工作需要 对特殊地点设置的监测点 也可实施人工取样 利用 气相色谱仪 把采集的样品的气体组分进行分析 经过对自然火灾标志气 体的分析和确定 为矿井自然火灾和瓦斯事故的防治工作提供科学依据 二 束管敷设和监测点的布置 1 束管敷设的要求主要有以下几个方面 1 巷道内的束管敷设高度一般不低于 1 8m 束管用吊台挂钩吊挂 2 束管的敷设应平 直 稳 3 束管管线与动力电缆线路之间的距离一般不小于 0 5m 同时要 避免同其他缆线交叉 精品文档 17欢迎下载 4 束管入口处必须安设滤尘器 5 整条束管一般至少安设 3 个贮 放水器 2 束管监测点的布置应满足以下原则 1 总回风道和集中回风巷应设置监测点 监测点应选择围岩稳定 前后 5m 范围内无分支巷道并靠近巷道末端的位置 监测点应设置在距巷 道顶板 0 5m 处的巷道中心线上 采煤工作面回采结束后进行永久性封闭 每周 1 次抽取封闭采空区气 样进行分析 2 分层开采工作面的监测点 应设在上分层回风侧的停采线处 回采巷道的上分层出现过高温点的地点 要靠顶板设监测点 3 采空区内丢煤处 巷道内错 外错处 丢顶煤处 留三角煤处 分层巷道的盲巷及溜煤眼上方均应设置监测点 4 采掘工作面有明显升温征兆的区域必须设监测点 5 火区密闭必须设监测点 6 测点应布置在高负压区 从全负压角度考虑 只要漏风风流 经过易自然发火处 则负压最高处最容易反映煤自然发火隐患处的的真实 情况 7 测点处应能够有效排除炮烟的影响 井下放炮产生的炮烟含有 大量的 CO 若其流经测点 则会对监测结果造成很大影响 8 测点处应具有恒定的漏风量 防止风流变化对气体分析造成影 响 精品文档 18欢迎下载 3 束管监测系统管理 1 束管堵塞的主要原因是矿尘和冷凝水的积聚 为防止堵管情况 的发生 应在井下取样点进气口 传感器或分析器气样入口等处安设过滤 器 从吸气口至井底的束管管路中还需设置吸湿器 安装数量应根据吸气 口和束管沿途的温度差而定 一般不能少于 3 个 2 由于束管接头和抽气负压的影响 束管系统往往存在漏气的隐 患 为防止束管与束管或束管与分束管连接处漏气 束管与束管间可用直 径为 10mm 的铜管连接 所有接口均用环氧树脂封闭 此外 应采取措施 防止从井口 或钻孔 到分析室的束管因冬季地面气温低造成结露冻结 二 矿井安全监控系统 一 系统概述 煤矿配备 KJ95N 矿井安全监测监控系统 按照 煤矿安全监控系 统通用技术要求 AQ6201 2006 和 煤矿安全监控系统检测仪器使用管 理规范 AQ1029 2007 规定 设置甲烷 一氧化碳 温度 局扇开停 风门开关 负压 风速 馈电状态等传感器 其中矿井在总回风巷 采区 回风巷 采煤工作面回风巷回风口 10 15m 处 采煤工作面进回风隅角 掘进中的煤巷回风口 10 15m 处 带式输送机滚筒下风侧 10 15m 处 封 闭火区闭墙观测孔 防火墙栅栏等处必须设置 CO 传感器 采煤工作面回 风巷回风口 10 15m 处 掘进中的煤巷回风口 10 15m 处 必须设置温度 传感器 CO 传感器和温度传感器必须与矿井安全监测监控系统联网 CO 传感器的报警值为 24ppm 温度传感器的报警值为 30 传感器应垂 精品文档 19欢迎下载 直悬挂在巷道上方风流稳定的位置 距顶板不得大于 300mm 距壁不得小 于 200mm 并应安装维护方便 不影响行人和行车 此外严格按要求对安 全监测设备进行了调试 校正 安全监测监控系统实行划分区域巡查 实 行承包管理 安全监控人员每天对安全监控设备及线路进行巡查维修 发 现隐患立即汇报并进行处理 对矿井甲烷传感器标校周期规定 15 天一次 并建立了系统检查 维护 调校记录 三 人工检测体系 人工检测是煤层自然发火的重要监测手段 主要采用 CO O2 CO2 CH4等便携式检测仪和温度计 由人工直接在测点进行气体 和温度检测 并定期采集气样送地面进行气相色谱分析 此方法实用性较 强 投入设备少 简单易行 但人工取样工作量大 间隔时间长 1 人的感官可以察觉的自燃征兆 1 巷道中出现雾汽或巷壁 挂汗 2 风流中出现火灾气味 如煤油味 松香味 臭味等 3 从煤炭自燃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 人们有不舒服的感觉 如 头痛 头晕 精神疲乏等 2 仪表检测检测出的自燃征兆 1 有下列情况之一者 定为自然发火 煤炭自燃出现明火 火灾烟雾 煤油味等 煤炭自燃使环境空气 煤层围岩及其它介质温度升高并超过 70 精品文档 20欢迎下载 采空区或风流中出现一氧化碳 CO 其浓度已超过矿井实际统计的 临界指标 并有上升趋势 2 有下列情况之一者 定为自然发火隐患 采空区或巷道风流中出现一氧化碳 其发生量呈上升趋势 但尚未 达到矿井实际统计的临界指标 风流中出现二氧化碳 CO2 其发生量呈上升趋势 但尚未达到矿 井实际统计的临界指标 煤炭 围岩及空气和水的温度升高 并超过正常温度 但尚未达到 70 风流中氧 O2 浓度降低 其消耗量呈上升趋势 3 检测方法 1 采煤工作面进回风隅角 进回风顺槽 支架间和煤巷掘进工作 面 瓦检员每班两次检查气体情况 发现 CO O2 CO2或温度出现异常 增加检测频次 并及时汇报 2 闭墙观测孔和防火墙外 瓦检员每周检查一次气体情况 并采 集气样送地面进行化验分析 3 采区回风巷 总回风巷 瓦检员每周检查一次 若发现异常 采集气样送地面进行化验分析 4 沿空巷道观测孔 严格按专项防灭火技术措施执行 但至少每 周检查一次 5 其他临时观测地点 如巷道高冒区 断层带附近等 严格按专 精品文档 21欢迎下载 项防灭火技术措施执行 第五章第五章 矿井防灭火系统矿井防灭火系统 根据 煤矿安全规程 要求 结合我矿生产实际 我矿防灭火系统主 要包括 注浆系统 注氮系统 压注阻化剂 一 灌浆防灭火系统 1 设计依据及主要技术资料 预防性灌浆是一种行之有效的预防煤炭自燃的方法 其灌浆材料主要 为黄土 粘土 砂质粘土 其成本低 工艺简单 在我国土源丰富 水 源充足的地区应优先使用黄泥灌浆 但黄泥灌浆的黄土耗量大 且存在破 环耕地和环境污染等问题 页岩浆液 矸石浆液 尾矿浆液 粉煤灰浆液 等其灌浆效果不亚于粘土 可作为灌浆的代用材料 但成本相对较高 本 矿井周边有大量的黄土 故设计灌浆材料为黄土 2 灌浆系统的选择 根据本矿井情况 设计对传统灌浆与多功能灌浆注胶等方案进行比较 方案一 传统灌浆系统 传统灌浆初期投入较低 但是其水土比较大 浆液浓度较低 一般土 水比为 1 3 1 8 致使灌浆需用水量大 浆液流失量大 灌浆效率低 而 且 灌注浆时还存在 拉沟 现象 在较大空间内不易有效地堆积 下部 精品文档 22欢迎下载 煤层开采时容易发生 溃浆 事故 在注浆过程中 有时会出现漏 跑浆 情况 一般情况下漏浆 跑浆问题要靠工人巡视灌浆管线来检查 劳动强 度很大 发现漏浆 跑浆时也很难及时通知井上的灌浆站 至于井下的漏 浆 跑浆更不易被发现 影响工作生产 方案二 灌浆注胶系统 灌浆注胶系统是在浆液中加入胶体添加剂 可对粉煤灰或细砂土浆液 进行改性 提高浆液浓度 一般可使土水比为 1 1 1 4 改善了传统灌浆 不足 提高浆液的利用率 并改善其防灭火效能 避免 溃水 溃浆 等 次生事故的发生 灌浆注胶的胶体防灭火技术具有 灭火速度快 安全性 好 火区启封时间短 火区复燃性低等优点 经上述方案比选 设计选用泥水比相对较小 灌浆效果好 防灭火性 能可靠 可有效避免 溃水 溃浆 等次生事故发生的方案二 灌浆注胶 系统 作为本矿井的灌浆防灭火方案 为了便于调用大量浆液对有发火危 险区域进行高强度灌注 将自然发火危险消灭在萌芽状态 并方便管理 提高自动化程度 本矿井设计选用地面固定集中式多功能灌浆注胶防灭火 系统 3 灌浆方法 结合本矿井实际情况 设计采用埋管灌浆 进行随采随灌注的方法 这种方法具有简便 省管材等优点 具体操作为 沿回风顺槽在采空区预 先铺好约 8m 的灌浆管 预埋管一端通向采空区 一端接 80m 长的胶管 工作面采空区放顶后立即开始灌浆 随着工作面的推进 用回柱绞车逐渐 精品文档 23欢迎下载 牵引灌浆管进行下一次灌浆 另外 在采空区封闭前 应进行封闭灌浆 4 灌浆参数的计算 根据最新的 煤矿防灭火规范 本矿井井下灌浆量可采用以下公式 进行计算 1 t Wi C GWh M Q HLN 式中 Qwi 第 i 个工作面日灌浆量 m3 d G 工作面日产煤量 取 3636t d W 沿工作面布置方向灌浆宽度 取 140m h 浆液覆盖厚度 取 0 25m 土水比 根据本矿井开拓 开采系统 地理条件 运输距离等因 素 灌浆水土比确定为 4 1 M 浆液制成率 0 9 c 煤的密度 取 1 32t m3 H 工作面回采高度 取 10 0m L 工作面长度 200m N 灌浆添加剂防灭火效率因子的数值 一般取 1 2 设计取 1 0 t 灌注时间 单位 h d 设计每天灌浆 8 小时 则 27 1 m 3 d 3636 140 0 25410 9 1 32 10 0 200 1 0 8 Wi Q 本矿井井下共布置一个综放工作面 按照每天灌浆 8 小时计算 矿井 计算灌浆量为 214 7m3 d 设计灌浆量按 240m3 d 考虑 精品文档 24欢迎下载 5 灌浆工艺 1 打开供水阀门 开启清水泵 根据计划注浆的流量和浓度调整水 量 给胶体制备机与滤浆机通水一段时间 2 使用装载机 推土机 把黄土从堆场加入到定量送料机料箱内 3 定量送料机会按已设定的输送量把黄土均匀送上带式输送机 4 带式输送机把粉煤灰转运至胶体制备机上料架 5 水与黄土均由上料架的导料漏斗处进入胶体制备机 胶体制备机 把水与黄土混合 搅拌均匀制成浆液 并将浆液中大于 15mm 的颗粒通过 刮渣板刮出 颗粒落入接渣池内 积攒一定程度后由人工统一清运 在 胶体制备机出口管上方的悬浮剂添加装置内加入悬浮剂 浆液与悬浮剂通 过出浆管自流进入滤浆机 6 滤浆机将浆液与悬浮剂搅拌混合形成稠化胶体浆液 并将浆液中 大于 8mm 的颗粒过滤后通过刮渣板刮出 颗粒落入接渣池内 积攒一定程 度后由人工统一清运 以免其在输浆管路中沉淀堵塞 其余合格浆液通 过出浆管自流进入缓冲池 7 缓冲池内稠化胶体浆液由渣浆泵送至井下注胶地点 灌浆注胶防灭火系统工艺详见图 6 2 1 精品文档 25欢迎下载 图 6 2 1 灌浆注胶防灭火系统工艺系统图 6 灌浆主要设备 根据矿井小时灌浆量 及现有成熟的灌浆设备 设计选用 1 套 MDC 30 60 地面固动式灌浆注胶防灭火系统 每套制备及灌浆能力为 30 60m3 h 在风井场地设有灌浆站 处理后的井下排水由加压泵自井下水处理站 调节沉淀间集水池压力供至灌浆站 与来土在胶体制备机内混合 经过混 合搅拌的泥浆达到设计水土比后 经灌浆管道由回风立井加压供至井下进 行灌浆灭火 灌浆站内设有灌浆车间一座 矩形 尺寸为 L B H 24m 18 0m 7 0m 地上布置 灌浆储料场挡雨棚一座 矩形 尺寸为 L B H 27m 18 0m 5 0m 地上布置 精品文档 26欢迎下载 主要设备及技术参数 1 定量送料机 型号 GD65 300 数量 1 台 最大送料量 40m3 h 功率 5 5kW 电压 380V 2 皮带输送机 配电子皮带秤 型号 DT75 数量 1 套 输送量 30 60m3 h 功率 5 5kW 电压 380V 3 胶体制备机 型号 ZLJ 30 60 数量 1 台 制胶量 30 60 m3 h 功率 18 5kW 电压 380V 4 滤浆机 型号 LJ 30 60C 数量 1 台 滤浆量 60m3 h 功率 8 5kW 电压 380V 5 排污泵 型号 WQ15 30 3 数量 2 台 流量 15m3 h 功率 3 0kW 扬程 30m 精品文档 27欢迎下载 电压 380V 6 矿用移动式防灭火注浆装置 井下使用 型号 ZHJ 5 1 8G 数量 2 台 供水量 5m3 h 功率 7 5kW 压力 1 8Mpa 电压 380V 660V 注胶量 5m3 h 7 渣浆泵 2 台 一用一备 流量 30 60m3 h 功率 55kW 扬程 120 210m 电压 380V 7 灌浆管路选择 井下灌浆取土方式采用机械取土 由取土场采土后 经汽车运至灌浆 站的储料场 并用铲土车送至胶体制备机内与水混合 搅拌 制成设计水 土比后经滤浆机流入缓浆池 由渣浆泵通过 D159 8 无缝钢管沿回风立井 送至井下灌浆点 管路采用 L 形 布置方式 灌浆管采用无缝钢管 卡 箍式柔性管接头连接方式 8 安全措施 生产过程中 在灌浆前疏水和灌浆后防治溃浆 透水时 应采取以下 措施 1 灌浆前应查明可能积水的地质构造 及时探放水 防止突水伤人 2 灌浆时 都会有部分水脱出 可能会出现溃水 溃浆现象 应预 精品文档 28欢迎下载 留水或浆流淌的通道 防止采空区等部位大量积水 危及工作面安全生产 3 灌浆地点应预备好排水设施 一旦有大量涌水现象可及时排水 4 做好大量突水时人员安全撤离和堵水等应急措施 做到防患未然 万无一失 5 俯采灌浆时要做好防止灌浆淅出水量涌入回采工作面的措施 6 为配合井下灌浆防灭火的具体实施 在井下大巷两侧各留设了 100m 的隔离煤柱 在回采工作面巷道之间留设了 15 20m 的隔离煤柱 保 证灌浆系统的顺利实施 7 回采工作面应设置灌浆输水系统 灌浆析出水不能通过自流至井 下主水仓时 应通过设置的排水泵及时排至井下主水仓内 确保施工和生 产安全 8 设计在回采工作面停采线内布置了预筑防火墙 同时设有工作面 防火门等相关设置 二 注氮防灭火系统 一 氮气防灭火 氮气是一种既不自燃 也不助燃的惰性气体 近年来 随着国产制氮 设备的不断完善 氮气防灭火技术得到了迅猛发展 逐渐成为大型现代化 矿井的主要防灭火措施 并取得了良好的防灭火效果 故设计配备注氮防 灭火系统 二 氮气防灭火系统主要技术参数 精品文档 29欢迎下载 1 防灭火惰化指标 根据 煤矿安全规程 的有关规定和我国制氮设备能力及其它矿井氮 气防灭火的成功经验 本矿井注氮防灭火惰化指标选取为 注氮防火惰化 即注氮后采空区内氧气浓度不得大于 7 注氮灭火惰化 即火区内氧气浓度不大于 3 注氮抑制瓦斯爆炸 其采空区氧气浓度指标小于 12 注入的氮气浓度不小于 97 且气源稳定可靠 2 防火注氮流量计算 设计采用 矿井防灭火规范 GB51078 2015 中回采工作面注氮量 计算公式进行计算 公式如下 12 0 2 60 1 N N CC QQ CC 式中 Qn 注氮流量 m3 min Q0 采空区氧化带内的漏风量 取 5m3 min 20m3 min 设计取值 5m3 min C1 采空区氧化带内的原始氧浓度 可取 10 15 设计取值 15 C2 采空区防火惰化指标 可取 7 CN 注入氮气中的氮气纯度 97 则 m3 h 0 150 07 60 5 0600 0 970 07 1 N Q 3 防灭火注氮流量的选择 精品文档 30欢迎下载 根据 矿井防灭火规范 GB51078 2015 制氮设备的选择宜按制 氮总量乘以 1 2 1 5 的富裕系数 本矿井井田内煤层均为容易自燃煤层 因此富裕系数按 1 5 考虑 则综放工作面的防灭火注氮流量为 900 0m3 h 氮气纯度为 97 三 氮气防灭火方式 1 单纯灭火注氮 矿井发生火灾后 将火区迅速封闭 再进行注氮灭火 这种方式由于 平常不注氮 可节约大量氮气 这种方式仅适用于发火次数少的矿井 本 矿井不宜采用这种方式 2 以防火为主的连续注氮 这种方式以注氮防火为主 平常需对工作面进行连续注氮 当工作面 发生火灾时 还可将工作面进行封闭 然后注氮灭火 这种方式防火可靠 性大 适用于火区下采煤或发火特别严重的工作面 采用连续注氮 将大 大提高注氮成本 本矿井不宜采用连续注氮方式 3 有发火征兆间歇注氮 这种方式防 灭火兼顾 平常不注氮 当工作面有发火征兆时才开始 注氮 采用间歇方式注氮 既可保证工作面安全回采 又可降低注氮成本 减少投资 根据本矿井的特点 设计选用有发火征兆时的间歇注氮方式 四 氮气防灭火系统 目前国内煤矿氮气防灭火系统主要有三种方式 地面集中式 地面移 动式和井下移动式 井下移动式具有机动灵活 投资少等优点 故设计采 精品文档 31欢迎下载 用井下移动式氮气防灭火系统 五 制氮设备 目前国内生产厂家的制氮设备 按其配置方式可分为地面固定式 或 地面移动式 和井下移动式两大类 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 按照制氮机组空气压缩机的冷却方式又可 分为水冷式和风冷式 制氮设备设置在矿井工业场地制氮站内时 由于制氮设备工作环境空 气比较洁净 冷却方式即可采用水冷 也可采用风冷 相对于放置在井下 来说 散热条件好 维护检修方便 有利于设备的使用寿命 碳分子筛变 压吸附型制氮设备由于作为空气分离材料的碳分子筛价格比较便宜 制氮 设备价格较低 对工作环境要求较为宽松 相对于膜分离而言较为适于井 下条件 碳分子筛分离装置压力损失小 耗电量较低 但占地面积较大 膜分离制氮装置 分离膜价格贵 制氮设备价格较高 对工作环境要求比 较严格 耗电量较碳分子筛装置大 但占地面积较小 考虑到本矿井实际条件 为减少输送氮气管路漏气损失和管路沿程阻 力损失 设计确定选用井下移动式碳分子筛变压吸附制氮设备 并且为不 增加井下供水量 节省制氮机组冷却用水的供给费用 冷却方式选用风冷 式 根据计算所需制氮设备氮气产量 井下共选用 3 套 DT 600 6 型井下 移动式 PSA 碳分子筛变压吸附制氮装置 两台工作 一台备用 每套制氮 装置技术参数 精品文档 32欢迎下载 氮气产量 600Nm3 h 氮气纯度 97 输出压力 0 6Mpa 装机功率 185kW 额定电压 660V 冷却方式 风冷 机组外型尺寸 4 0 4 1 4 1 95m 制氮设备放置于靠近回采工作面运输巷道口的带式输送机大巷和回风 大巷的联络巷内 通过输氮管路将氮气送至采煤工作面 制氮设备按每服 务 3 个工作面后移动一次考虑 六 氮气输送管路 回采工作面氮气输送管路管径按照其输送距离最远点压力损失不超过 0 1MPa 计算确定 计算氮气输送管路内径 93 56mm 氮气输送管路选用 108 4 无缝钢管 沿工作面辅助运输巷底板铺设一趟 氮气输送管路及 管件均应做防腐处理 七 其它注意事项 根据现行 煤矿安全规程 第 271 条规定 有能连续监测采空区气体 成分变化的监测系统 采用氮气防灭火时 必须有固定或移动的温度观测 站 点 和检测手段 三 阻化剂防灭火 设计综合考虑 确定采用阻化剂雾化方式 根据目前一些生产矿井的 精品文档 33欢迎下载 试验分析及实际使用情况 MgCI2 和 CaCI2 阻化的效果相差不大 数值接 近 故设计确定药剂采用 MgCI2 或者 CaCI2 阻化剂灭火的雾化系统 根 据其贮液形式与阻化剂发射泵位置 通常分为移动式 半永久式和永久式 三种 设计根据井下辅助运输方式 回采工艺等 采用移动式系统 将药液 箱与发射泵放在平板车上与工作面移动变电站 泵站一块布置 排液干管 采用高压胶管到工作面 然后接三通和高压软胶管与雾化器相联接 该系 统由贮液箱 吸液管 发射泵 排液管 输液干管和毛细支管 压力表 阀门开关 三通及雾化器和喷嘴组成 一 阻化剂溶液浓度 根据目前一些矿井调研及实验结果证明 药剂浓度越大 防灭火效果 越好 但吨煤成本也将提高 一般使用浓度为 10 20 能满足防灭火的要 求 超过 20 阻化效果提高不大 而成本将大幅度增高 设计综合本矿 井煤层特点和开采方法等 初始选用 15 的浓度 根据使用实际效果 最 后选定经济合理的浓度参数 二 阻化剂溶液用量 设计采用 矿井防灭火规范 GB51078 2015 中阻化剂喷施量计算 公式进行计算 公式如下 V Qy c L H S 式中 V 日喷雾量 m3 d 精品文档 34欢迎下载 Qy 吨煤用液量 可取 0 04 m3 0 06 m3 设计取值 0 05 m3 工作面丢煤率 S 工作面日进度 m 取值 2 4m L 工作面长度 m 取值 200m H 工作面采高 m 取值 3 5m 经计算得 工作面 V 8 4m3 d 本矿井井下布置一个综采放顶煤工作面 井下阻化剂溶液用量计算为 8 4m3 d 根据雾化 喷洒 工艺设计 全矿每天均在检修班雾化 喷洒 一次 故矿井每天消耗阻化剂溶液 18 9m3 约 19 8t 当采用浓度为 15 溶液时 药剂量 4 0t d 当采用 MgC 2 时 卤块 卤液 中结晶水含量达 l 到 50 以上时 需药剂原料 8t d 三 设备选择 根据阻化剂用量及开采条件 每个回采工作面设备选型如下 贮液箱 选用 1 个 5 0m3 贮液箱 发射泵 选用 1 台 XRB 50 12 5 型高压泵 流量为 50L min 工作压 力 12 5MPa 排液管 干管设计选用 50mm 高压胶管 毛细支管设计选用 25mm 高压软胶管连接干管和雾化器或喷嘴 胶管耐压要求不小于 7MPa 三通 设计选用 K 型三通 分别与干管和支管相配套 阀门开关 设计在干管与支管中分别配置阀门开关控制系统中的每个 雾化器和喷嘴 精品文档 35欢迎下载 压力表 设计在系统中安装压力表 压力范围 0 100kg m3 雾化喷嘴 设计选用 III 型雾化喷嘴 四 其它预防措施 1 服务年限长的煤巷均采用喷砼 铺底全封闭支护 2 工作面采完后立即进行封闭 3 在井下所有进回风相交处均设有双向双道风门 在需调节风量处 设有调节风门 4 巷道布置考虑了全矿井反风及局部反风 5 井下按有关规定设置温度和 CO 探头 对火灾进行预测 第六章第六章 矿井工作面重点区域防灭火技术方案矿井工作面重点区域防灭火技术方案 一 工作面开切眼防灭火方案 一 对切眼附近煤壁压注阻化剂 二 加快工作面设备安装速度和工作面初始推进速度 三 开切眼埋管注氮气 四 开切眼埋管采后注浆 五 在工作面回风顺槽预埋束管取样分析采空区内的气体变化和采 空区浮煤自燃性预测 二 工作面推进速度减慢时的防灭火方案 一 在工作面进回风隅角挂设风帘 减少采空区漏风 二 在顺槽隅角堆积砂袋 建立防火隔离墙 间距应小于 100m 精品文档 36欢迎下载 三 在工作面喷洒汽雾阻化剂 四 采空区埋管注氮气 五 有条件时 可从相邻巷道向采空区打钻注浆处理 三 工作面停采前 撤架期间及封闭后的防灭火方案 一 工作面离设计停采线 60m 时 即开始在工作面喷洒汽雾阻化剂 二 工作面离设计停采线 40m 时 沿顺槽在采空区中预埋注氮气管 路 三 工作面停采时 对采空区实施注氮防火 四 工作面停采期间 降低工作面风量 约正常风量的一半 五 加快工作面设备撤出速度 应在停采后一个半月内工作面设备 全部撤完 并完成封闭 六 在撤架的过程中 加强停采线回风流气体 温度监测和自燃危 险性预测 七 经检查或预测 确有自燃危险性时 在危险区域架间布置钻孔 注胶防火处理 八 工作面停采设备全部撤出后 在停采线以外的顺槽合适位置建 立主密闭 并留设观测孔和注浆管路 九 对封闭区进行注浆处理 十 定期检测密闭内的气体 温度状况 至少每周检测一次密闭内 的气体情况 发现一氧化碳气体时 要取样进行色谱分析 精品文档 37欢迎下载 十一 采取均压措施 减少停采线漏风 防止停采线浮煤自燃 第七章