81201综采工作面灌浆防灭火安全技术措施

81201综采工作面灌浆防灭火安全技术措施 一 工程概况 81201综采工作面为我矿12 层煤首采工作面 根据2010年山西 省煤炭地质研究所对我矿煤层自燃倾向性鉴定结果为 12号煤层自 燃倾向性煤的吸氧量0 80cm3 g 自燃倾向性等级 I 类 为容易自燃煤 层 由于工作面采用的是综采放顶煤开采 采空区遗留煤炭较多 为采空区遗煤自燃埋下了重大的安全隐患 为防止综采工作面采空 区发生煤炭自燃 特制定专项安全技术措施如下 二 施工方案 为防止采空区遗煤发生自燃现象 采取以下方案 1 配置 KSS 200 煤矿自然火灾矿井自然火灾束管监测系统 2 在回采过程 中采取灌浆为主 并辅以阻化剂防灭火等措施防止采空区浮煤自燃 3 在回采结束后将采空区永久封闭 三 预防自燃发火的措施 一 生产方面的措施 1 合理的采煤方法 回采工作面采用综采长壁后退式采煤 巷道布置形式简单 由 于采煤工艺简单 工人操作熟练 工作面推进速度快 工作面的回 收率高 煤壁的暴露时间短 面积小 对于防治自燃发火十分有利 2 控制矿山压力 减少煤体破碎 在采掘过程中尽量减少裸露巷道的时间 在部分顶底板来压较 大的地方加强支护 减少顶 底板来压对煤体的破碎 减少煤体与 空气接触面 3 坚持正常的回采顺序 工作面推进采用后退式 回采顺序合 理 减少了采空区漏风 有利于防止煤层自燃发火 4 在生产中 尽量提高回采率 工作面回采结束后立即砌筑密 闭防火墙 封闭采空区 回采工作面顺槽间尽量少留煤柱 二 通风方面的措施 本矿井通风方式为中央并列式 主 副斜井进风 回风斜井回 风 通风方法为机械抽出式 矿井通风容易时期和困难时期通风阻 力相对较小 有利于自燃发火的管理 1 回采工作面为后退式回采 采用 U 型通风布置 一进一 回 新鲜风流与乏风均不通过采空区 漏风量少 自燃发火机率低 2 随时检查进 回风两顺槽及采空区 煤柱和裂隙漏风 防止 向这些地方供氧 促使煤的氧化自燃 使之有良好的通风系统控制 自燃倾向性火灾的发生 3 同时 要加强矿井日常通风管理 对通风机经常进行性能测 定 掌握其特性 并随着季节变化及时调整主通风机工况 控制内 部漏风 降低通风阻力等综合措施 确保用风地点供风稳定 合理 四 外因火灾预防 1 加强电气设备管理 严防电气火灾发生 2 工作面严禁使用电 氧气焊 3 加强采煤机 转载机 刮板机 皮带机等设备所使用的齿轮 油等油类管理 工作面范围内不得存放1桶以上油类 4 各设备点应配备两台以上干粉灭火器 皮带机头 泵站等设 备集中点应配备沙箱等灭火器材 5 电气设备入井前 应检查其 产品合格证 煤矿矿用产 品安全标志 及安全性能 检查合格并签发合格证后 方准入井 6 工作面所有电气设备及接线都不得出现失爆 7 严禁工作面由于任何形式出现电火花 8 采煤机内外喷雾齐全 割煤时喷雾必须正常开启 防止割煤 时截齿撞击岩石产生火花 9 严禁用铁锤敲击设备 10 工作面前后刮板机及转载机必须运转良好 不得摩檫产生 火花 五 黄泥灌浆防灭火设计 一 灌浆机理 预防性灌浆 就是将水 浆材 粘土 砂等 按照适当比例 制成一定浓度的浆液 借助输浆管路送往可能发生自燃的采空区以 防止自燃火灾的发生 预防性灌浆的作用 一是隔绝氧气 二是散 热 浆液进入采空区之后 固体物沉淀下来 充填于煤壁裂隙中间 能够有效的封堵裂缝漏风 沉淀物包裹遗煤 隔绝了遗煤与氧气的 接触 切断了遗煤氧化的反应过程 而浆水能增加遗煤的外在水分 抑制氧化过程的放热 二 灌浆方法 一般情况下 煤矿所采用的灌浆方法有以下三种 采前灌浆 随采随注 采后灌浆 采前灌浆 即采煤之前对老空区采区的防 止自燃发火的措施 一般用于特厚 易燃煤层 随采随注 随着 工作面的回采向采空区灌浆 一般用于煤层自燃发火期短的工作面 采后灌浆 利用在密闭墙上预埋的灌浆管向采空区灌浆 为了保 证及时 简便处理处理自燃隐患 本工作面设计采用随采随注中的 埋管灌浆法 1 灌浆系统 在回风斜井地面场地设有灌浆站 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泥浆 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 在回风井场地建 2 个搅拌池和 1 个灌浆池 灌浆 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 流入灌浆池前设双层过滤筛子 孔径为 10mm 灌浆池侧面设 500mm 500mm 1800mm 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 6 2 1 所示 2 灌浆方法 采用埋管灌浆法 在放顶前沿回风巷于采空区预先铺好灌浆管 一般预埋10 20m 钢管 预埋管一端通采空区 一端接胶管 胶 管长一般为20 30m 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 3 灌浆参数的选择 1 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 液下式砂浆泵 搅拌池 搅拌器 电机 注浆池 出液口 滤网 减速器 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 2 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灌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 3 日灌浆所需浆材量 日灌浆所需浆材量 按下式计算 dmmLHCQ 8895 0 904 591 1 1 0K 3 材 式中 Q材 日灌浆所需浆材量 m3 d m 煤层采高 1 91m L 工作面日推进度 5 4m H 灌浆区倾斜长度 90m C 回采率 95 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 05 0 15 取 0 1 4 日制浆用水量 dmQQ 440588 3 1 土水 式中 Q水 1 制浆用水量 m3 d 水固比 取 5 5 日灌浆用水量 dmQ 5284402 1QK 3 12 水水水 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 10 1 25 取 1 2 6 日灌浆量 dm4250 8888 528MQQ 3 21 土水浆 Q 式中 Q浆 1 日灌浆量 m3 d M 泥浆制成率 取 0 88 7 小时灌浆量 dm nt Q 2 54 3 33 542 Q 31 2 浆 浆 式中 Q浆 2 每小时灌浆量 m3 h n 每日灌浆班数 3 班 d t 每班纯灌浆时间 3 3h 班 8 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 hmQQ 815 1 2 545 1 3 2max 浆浆 式中 Q浆 max 每小时最大灌浆量 m3 h 4 灌浆材料的选择 1 颗粒要小于 2mm 而且细小颗粒 粘土 0 005mm 者 应占 60 70 要占大部分 2 主要物理性能指标 比重为 2 4 2 8t m3 塑性指数为 9 11 亚粘土 胶体混合物 按 MgO 含量计 为 25 30 含砂量为 25 30 颗粒为 0 5 0 25mm 以下 容易脱水和具有一定的稳定性 3 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 就灌浆灭火而言 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 灌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 因此粉煤灰用于灌浆灭火 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 三 灌浆管路的选择 1 灌浆管路布置 回采面采空区是本矿灌浆重点区域 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 12 层回风绕道 12 层盘区回风大巷 81201 回采面回风顺槽 工作面 2 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 smdQv 27 0 108 0 14 3 3600 3 8143600 4 2 max 浆 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 1 4m 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 4 制浆的主要设备见下表 灌浆系统布置如下图所示 五 采后灌浆 工作面回采结束永久封闭后 采用密闭墙上插管灌浆法 即在 工作面两端的密闭墙上分别预设的措施孔 实行 连续足量 充分 灌注 大量向闭后灌灌浆液 灌浆量按充填20m 采空区计算 防 治最易自燃的停采线自燃和密闭漏风 此时 密闭墙的强度应满足 灌浆的要求 灌浆时应派专人监护 一旦发现有溃浆征兆时 应立 即停止灌浆 至钻孔 泥浆泵 滤网 搅拌池 搅拌器 水管 灌浆池 潜水泵 输浆管 料 场 至钻孔 灌浆系统布置示意图灌浆系统布置示意图 灌浆设备一览表灌浆设备一览表 序号设备名称设备型号单位数量 1 潜水泵 ZBA 6B 台 2 2 泥浆搅拌机自制台 3 3 减速器台 3 4 下液式泥浆泵 80NYl50 20J 台 2 5 无缝钢管 D108 4 0 米 1082 6 无缝钢管 D75 4 0 米 500 7 4 寸胶管 DN100 米 100 8 供水管 软管 30 米 500 六 阻化剂防火技术 一 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 二 阻化剂选择 1 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 2 对人 设备及正常生产无影响 3 具有较好的渗透性和附着性 4 阻化率高 阻化寿命长 目前 我国常使用的阻化剂有水玻璃 Na2O nSiO2 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 1 2 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 三 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 四 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 1 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 2 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 3 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 五 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 1500 360 450mm 转速 700 800r min 额定流量 40L min 工作压力 1 2 5MPa 电压 380 660V 功率 2 2kW 六 阻化剂防火工艺 在工作面运输巷适当位置 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 七 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 1 0t m3 L 工作面长度 90m S 一次喷洒宽带 m 按工作面循环进度考虑 取 0 6m H 遗煤厚度 m 取 0 02m 3 21 06 0 05 1 047 0 02 0 6 09012 1 m LSHAKKV A 遗煤吸药量 在采空区采取煤样 由试验确定 0 047t t 阻化液容重 1 05t m3 七 安全技术措施 一 地面部分 1 主要危险源 1 未按规定的比例配备泥浆 2 未按规定操作设备 3 井下检查管路时没有携带便携式报警仪 4 浆池防护设施不牢靠或操作不当掉入浆池 2 上岗条件 1 必须经过专业技术培训 考试合格上岗 2 应掌握以下知识 熟悉制 注 浆的工作原理 掌握 煤矿安全规程 对制 注 浆的有关规定 熟悉浆液制作的流程 操作程序 熟悉制浆设备的参数以及对浆液的要求 熟悉 煤矿安全规程 中对防灭火的有关规定 掌握煤矿自然发火的机理及防治知识 3 安全规定 1 泥浆中固体材料可以采用含砂量不超过25 的黄土 泥 页岩或粉煤灰 加入少量的水就能制成易于脱水 渗入性强 收缩 量小 不助燃 不可燃的浆液 2 灌浆人员要时刻注意设备运转情况 当设备运转出现异 常时 应立即停机 进行检查处理 4 操作准备 1 制浆前所用的各种设备应完好 各阀门应处在正确的开 关位置 供水系统应畅通 照明设备应齐全 各岗位人员应到齐上 岗 2 制黄泥浆前必须检查制浆材料是否符合质量要求 并且 不准有石子 草根等杂物 3 制浆前 首先将浆池底清理干净 将遗存的脏 杂物清 理好 关闭下浆孔 泄水孔阀门 5 正常操作 1 地面用固定机械搅拌制浆工艺应 人工采土 运至灌浆站 人工用水枪直接冲黄土 将泥浆冲入带有铁箅子的沟内 土水分别进入两个泥浆搅拌池 给土的同时要加适量的水 经1 2号搅拌机均匀搅拌 4 6min 搅拌好的泥浆 经过经管道进入泵站的泥浆泵 再经管道 送入副斜井至井下采煤工作面 石块及大块土块 排入矿车 运至弃石场 2 开动搅拌机进行搅拌的同时 用密度计检查泥浆浓度 并调整到要求的水土比 一般要求在进行洒浆时 水土比不低于 4 1 灌浆时 水土比定为5 1 3 下浆孔要提前按设好篦子 制浆过程中要随时清理草根 树皮 石子及其它杂物 防止下浆时堵孔 堵管 4 接到井下停浆电话后 停止冲浆 然后给水冲洗管路 冲洗时间一般不少于20分钟 清理 冲刷灌浆池 并把水枪和管 路中的水放干净 5 其它防火浆材的制取 必须按措施要求进行操作 6 收尾工作 1 工作结束后 要核实本班灌浆量 浆液浓度 土量 水 量 并将灌浆量及其它情况记入灌浆记录 将当班情况向调度室值 班人员汇报 2 下班前做好场地整理工作 并按要求管理好设备 保证 蓄水池里有足够的水量 二 井下部分 1 主要危险源 1 管路不畅通 2 未按规定检查管路 3 管路不完好或管路连接不严密造成迸浆伤人 2 上岗条件 1 必须经过专业技术培训 考试合格后 方可上岗 2 应掌握以下知识 熟悉制 注 浆的工作原理 掌握 煤矿安全规程 对制 注 浆的有关规定 熟悉浆液制作的流程 操作程序 熟悉制浆设备的参数以及对浆液的要求 熟悉 煤矿安全规程 中对防灭火的有关规定 掌握煤矿自然发火的机理及防治知识 3 安全规定 1 灌浆工要了解工作范围内的管路系统 包括管径 接头 方式 阀门型号及安装地点等 准备管钳 扳手 丝锥 钳子 铁丝等工具材料 2 灌浆工到达工作地点后 首先检查管路系统状况 发现 问题及时处理 然后检查灌浆地点的顶 帮支护情况 有不安全因 素要立即处理 处理不了的要汇报跟班安全员 禁止蛮干 3 应先由瓦斯检查员检查工作地点的瓦斯 二氧化碳 一 氧化碳 温度等 符合有关规定时 再进入工作地点 根据安全员 安排的灌浆孔号及每个钻孔应灌的浆量进行作业 4 操作准备 1 准备工作就绪后 打开闸门 用电话与制浆站联系 先 要清水 待管路畅通后 第二次打电话要浆 并根据本班工作量及 调度室布置的任务确定灌浆量 2 灌浆前 先进行冲孔 水量应逐渐加大 每孔冲水时间 一般不少于20分钟 进水畅通后安上灌浆管 将各处闸阀打开并记 下流量计的读数 然后向制浆站要浆 5 正常操作 1 灌浆期间 灌浆工应密切注意管路及各处阀门的情况 发现堵孔或管路漏浆时 应首先通知井上停止下浆 同时派人关闭 上一道阀门 然后进行处理 正在灌浆的钻孔 如发现进浆不正常 应暂停灌浆进行给水 2 灌浆时 不要在高压胶管附近停留 以防止管子崩坏伤 人 3 尽量在无浆水的情况下拆管子 特殊情况需在有浆水的 情况下拆管子时 平接的先松下方的螺丝 吊挂的管子先松靠帮的 螺丝 并用胶皮等盖住法兰盘 防止喷水伤人 4 灌浆过程中要做好下列检查 灌浆前 对清水的酸碱度 浆液的密度等参数进行测试 必须在符合要求的前提下才可以进行灌浆 对浆液的杂物 过滤网前杂物进行清理 充填灌浆时速度适中 切忌忽大忽小 接近充满时 适当 减小流量 灌浆时 根据所用灌浆管路长度适时安排人员巡查管路 是否有漏液处 灌浆地点前后50范围内除监护人员外 其余人员不 得逗留 检查泄水闸门完好情况 水沟的畅通情况等 每个工作班在下班前 必须先