雪坪煤业1005综采工作面防灭火设计

目录一、1005综采工作面概况2二、工作面煤层概述2三、外因火灾的防治2四、通风防火31、加强通风管理32、加强1005综采工作面浮煤的管理3五、利用人工检测、束管监测和安全监控系统进行监测31、人工检测42、束管监测系统分析预报火灾43、监测监控9六、1005综采工作面喷洒阻化剂防灭火9七、1005综采工作面注氮防灭火12八、1005综采面预防性灌浆防灭火18九、其它防灭火措施24十、避灾路线25同煤集团临汾宏大雪坪煤业公司1005综采工作面防灭火设计一、1005综采工作面概况1005综采工作面位于井田西部，北为井田边界煤柱，西为实体煤，南为总回风巷、轨道大巷、皮带大巷。工作面倾斜长度为120M。二、工作面煤层概述本工作面所采煤层为9、10、11煤层，根据上级文件批复结果，我矿煤层9、10、11煤层均属于自燃煤层，自燃倾向性为级，煤的自燃发火期为12个月，煤尘均具有爆炸性。三、外因火灾的防治1、加强井口管理，入井人员严禁携带烟草、点火物品及易燃、易爆物品下井，严禁穿化纤衣服入井。2、综采队要加强油脂及相关物品的管理。如机械油、乳化油、棉纱、布头和纸张等必须存放在盖严的铁桶中，定点存放。严禁随意泼洒剩油、废油，每次使用过的油脂、棉纱、布头和纸张等有专人收集并定期送到地面处理，不得乱扔乱放。3、1005综采工作面机巷皮带输送机头必须至少配备4台灭火器材，工作面人员必须熟悉灭火器材的使用方法及工作范围内灭火器材的存放地点。4、综采队要定期检查1005工作面运输顺槽胶带输送机的托辊和机尾滚筒，发现托辊不转或者机尾滚筒不转必须及时处理，防止胶带跑偏引起摩擦起火。5、井下供电必须做到“三无、四有、两齐、三全、三坚持”，综采队要保证1005工作面两顺槽电气设备的完好。严禁使用失爆电器和电缆，消灭电气火灾，机械设备不得带病运转或者超负荷运转，严禁甩掉机电设备的保护装置，防止产生电气火花或者引起电缆着火。6、井下任何人员发现井下有着火迹象或发生火灾时，应视火灾性质、灾区通风、瓦斯情况，立即采取一切可能的方法直接灭火，控制火势，并迅速报告矿调度室。矿调度室在接到井下火灾报告后，应立即按矿井火灾应急救援预案通知有关人员组织抢救灾区人员和实施灭火工作。四、通风防火1、加强通风管理1通风区要加强通风系统及通风设施的日常管理，确保通风系统稳定。采掘、机电、运输各区队必须加强本单位职工的教育，教育职工爱护井下通风设施，确保通风设施完好。2严格按照作业规程规定控制1005综采工作面风量，防止风量过大向采空区供氧，同时加强内部漏风管理，减小1005综采工作面进、回两巷的风压差。2、加强1005综采工作面浮煤的管理1005综采工作面开采过程中，严禁留顶煤，要及时清除液压支架间浮煤，采空区不得遗留浮煤。五、利用人工检测、束管监测和安全监控系统进行监测1、人工检测人工检测是煤层自燃火灾的重要监测手段，由人工直接在测点进行气体和温度检测，并定期利用气囊采集气样送地面进行气相色谱分析。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。检测时要做到“四定”，即定人、定点、定时、定仪器。为了检测全矿井CO情况，矿井配备便携CO检测报警仪数量不少于便携瓦检仪的1/3。观测地点工作面上下隅角、进回风顺槽、支架间、密闭观测孔、密闭墙四周等地点；观测时间每班三次，发现异常时，要加强检测次数；观测内容O2、CO、CH4和温度；观测仪器O2、CO、CH4便携仪、光学瓦斯检测仪和红外测温仪；观测人员瓦检员。2、束管监测系统分析预报火灾。1005综采工作面设置KSS200型火灾预报束管监测系统，束管监测系统用于矿井自然火灾预报和防治工作，可对井下任意点的O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2、C3H6、C4H10等10种气体的含量实现24H连续监测，经过对自燃火灾标志气体的确定和分析，及时预测预报发火点的温度变化，判断煤面的氧化情况，为煤矿自燃火灾和矿井瓦斯事故的防治工作提供科学依据。系统主要参数控制束管检测路数8路。运行时间4小时连续循环检测或人工设定。分析气体成份CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、O2、N2。分析精度色谱仪检测限1PPM；系统精度15。数据库记录个数无限制。运行环境电源220V5，单相50HZ交流电；总功率5KW；接地线接地电阻3；温度1035；相对湿度85。系统组成KSS200系统共有7部分组成束管部分由粉尘过滤器、单管、分路箱（含滤水器）、束管等组成，其作用是运载井下气体。采样控制部分由输出控制接口板、电磁阀驱动电路、抽气泵、自动进样器等组成，它们各自装在微机和控制柜内。其作用是按规定的顺序和时间将气体送入气相色谱仪中。气体分析部分由气相色谱分析仪、专用输入输出接口、载气等部分组成。其作用是将气体进行分析并送入采样接口板中。数据采样部分由数据采样接口板、采样程序组成，用以采集色谱仪传来的数据，并进行数据预处理。数据分析部分由测控软件内的数据分析、图形显示、谱图检测、计算结果等部分组成。通过分析将采样数据形成分析报告及谱图。打印输出部分由打印机及检测软件中的打印控制部分组成。用以输出所有的分析报告、图表等。联网调度部分（可选）由网卡及测控软件中的通讯服务部分组成。其作用是将有关的数据送往远端机，以便在远端机上观察及分析有关数据。系统工作原理KSS200煤矿束管色谱检测系统是在微机分析与控制、色谱高精度分析、束管负压运载气体这三项高新技术基础上开发出来产品。系统工作时，先启动抽气泵，使束管内形成负压，即井下外部的压力大于束管内的压力，使井下气体被吸入束管，到达井上的电磁阀前并处于等待检测状态。气相色谱仪达到稳定工作状态后，微机通过控制接口板输出一个开关量给驱动电路，驱动电路的继电器吸合，接通某一路束管的电磁阀，该路束管内的气体被送入色谱仪中，由色谱仪开始分析。色谱仪的分析结果被送到微机内的数据采样接口板上，经过信号放大，模数转换，将模拟量变成数字量，然后由分析软件进行处理，形成谱图和分析结果，分别在屏幕和打印机上表现出来，完成某一路束管气体的检测分析过程。在需要多路检测的时候，由微机按照用户设定的检测顺序和检测次数自动循环进行，无需人工干涉，可实现24小时连续在线检测与分析，所有分析数据均可保留。以便工作人员对数据的再利用。束管安装主束管的安装主束管规格尺寸12芯。主束管从监测室开始布设，布设到主斜井口约20M，沿主斜井向井下布设，一直布设到皮带大巷1880M处，在此处安装一个12路分路箱，然后将12芯主束管接入。从12路分路箱拉2路单管，两路沿着工作面进风巷、回风巷布设到工作面，一路单管接上粉尘过滤器挂在回风上、下隅角预埋入采空区。12路主分路箱的其余接口可以接单管到各个需要检测的密闭，多余的备用。井筒束管安装的质量标准井筒束管安装要牢固可靠无损伤、无严重挤压、无划伤、无堵塞、无折弯。分路箱的安装分路箱一定要选择顶板好、安全有保证不影响正常通行的位置，选适平整的井壁吊挂主分路箱1个，用膨胀螺丝固定在巷道壁上。根据现场情况也可使用其它方式固定将分路单管接到分路箱内滤水器上，将放水开关关闭以免漏气。井下巷道的束管安装束管从分路箱顺至回风隅角或者是其它需要的检测点上，安装粉尘过滤器进行采样，井下束管安装的质量标准必需达到如下要求在巷道中采用挂钩吊挂,同固定橡套电缆一样的方法固定；挂钩距离不大于5M，在水平或倾斜井巷中应有始当的弛度，但垂度不超过30CM；管缆安装要牢固、整齐、平直，并保证无打折、无划伤、无堵塞、无断裂；管缆过风门或墙壁时，应穿管保护；管缆如需弯曲,最小半径应大于6倍管缆的直径。滤尘器安装滤尘器安装在采煤面回风上、下隅角等监测点，应悬挂；系统主要功能束管负压采样、色谱分析，无需任何电化学传感器；自然火灾预报功能通过对气体的分析，及时准确的预测火源温度变化情况；系统自动控制24H在线监测，实现无人职守；输出功能齐全产生正常分析、束管分析、趋势分析报表及趋势图等11种图表；具有气体含量超限自动报警功能；数据库记录个数无限制，对历史数据进行分析比较；具有联网功能实现分析数据共享，为领导决策提供依据，并可实现与矿井安全监控系统联网；色谱仪自编程功能；火灾瓦斯爆炸危险程度的判别；观测点布置测点布置综采工作面布置2个测点，综采工作面测点位置是采空区进、回风侧各1个点。束管路数主干管路采用8路的束管。束管监测室布置在监控室内。3、监测监控。1005综采工作面选用KJ70N型安全监测监控系统，其中含有温度、一氧化碳、风量、烟雾、瓦斯等传感器和报警装置，对工作面气体等情况进行不间断监测。监控室人员发现异常时立即上报通风区领导，以便采取措施进行处理。六、1005综采工作面喷洒阻化剂防灭火。我矿采用移动式阻化剂喷洒系统，在采煤工作面向采空区的遗煤喷洒阻化液防止煤炭自燃。1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CAOH2、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；而卤块工业MGCL2来源广、供应稳定、成本低，故卤块工业MGCL2选用工作为阻化剂。2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1520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。3阻化剂防火装备阻化泵是阻化剂防火技术中的关键设备，BZ363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；配套电机3KW双电压（380/660V）防爆电机；外形尺寸长宽高900450600MM；重量65KG；转速700800R/MIN；最大射程15M（接20M管路，平射无风时）；最大流量3640L/MIN；额定压力125MPA；吸液高度3M；喷枪孔径4MM，长度350MM喷枪一根；四孔雾化喷头型式切向离心式孔径13MM流量65L/MIN润滑油牌号N10N32机械油带轮B121924阻化剂防火工艺在工作面顺槽巷适当位置尽量靠近工作面放置两个废油桶作为阻化剂药箱，交换使用，按需浓度将卤块工业MGCL2倒入1个废油桶内，用临时供水管路按比例加足清水，配成溶液搅拌均匀后，用BZ363型煤矿用液压泵置于皮带架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13MM高压胶管压至工作面，与喷枪相连。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1791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喷枪七、1005综采工作面注氮防灭火。采用西风井地面注氮系统对采空区进行注氮防灭火。矿井注氮工艺选择如下采煤工作面开采期间，采用开放式埋管注氮；工作面回采完毕两巷密闭后或矿井火区密闭后，利用密闭墙上的预留孔的注氮管向火灾隐患区域实施注氮。1、防灭火注氮流量的计算工作面防火注氮流量的大小主要取决于采空区的几何形状、氧化带空间大小、岩石冒落程度、漏风量大小及区内气体成分的变化等诸多因素。MT/T7011997标准中推荐的计算方法为按采空区氧化带氧含量计算，其余的计算方法仅作参考。（1）按采空区氧化带氧含量计算（MT/T7011997标准中推荐的计算方法）。此法计算的实质是将采空区氧化带内的原始氧含量降到防火惰化指标以下，按下式计算注氮流量。31200157663805/9NNCQKMH式中QN注氮流量，M3/H；Q0采空区氧化带内漏风量，M3/MIN，现取5M3/MIN；C1采空区氧化带内平均氧浓度，2010，取15；C2采空区惰化防火指标，取7。CN注入氮气中的氮气浓度，97。K备用系数，一般取1215，现取13。（2）按产量计算按产量计算的实质就是向采空区注入一定流量的氮气，以惰化每天采煤所形成的空间体积，使其氧气浓度降到惰化指标所需要的注氮流量，按下式计算。3112450028314/421937NCAQKMHT式中QN注氮流量，M3/H；A年产量，T，取450KT/A；T年工作日，取330D；煤的密度，T/M3，取145T/M3；N1管路输氮效率，一般取09；N2采空区注氮效率，一般为0307，暂取04；C1空气中的氧含量，取208；C2采空区防火惰化指标，规程定为7；K备用系数，一般1315，取13。（3）按吨煤注氮量计算此法计算是指综放面每采出一吨煤所需要的防火注氮量。根据国内外的经验每吨煤需5M3氮气量，按下式计算注氮流量。35093452906/24NAQMHT式中QN注氮流量，M3/H；A年产量，450KT。（4）按瓦斯量计算3068402186/1NQCMH式中QN注氮流量，M3/H；Q0工作面通风量，M3/MIN；取840M3/MIN；C综放面回风巷瓦斯浓度，按02计。（5）灭火注氮流量扑灭采空区火区或巷道发火点所需氮气量，主要取决于发火区域的几何形状、空间大小、漏风量、火源范围和燃烧时间的长短等因素。扑灭巷道火灾所需氮气量对于巷道火灾，可主要按空间量及漏风量计算，国内外试验表明，灭火用氮量为巷道空间的3倍。扑灭巷道火灾所需氮气量扑灭采空区火灾可按下式进行估算QNV021C1式中QN注氮量，M3；V0火区体积，M3；C1火区原始氧浓度，；C2注氮区欲达到的氧浓度，取3。一般按灭火时间510D确定灭火注氮流量，即为/105243HMQN本矿井防灭火注氮流量的确定，见表321。表321防灭火注氮流量的确定理论计算结果按采空区氧化带氧含量计算按工作面产量计算按吨煤注氮量计算按瓦斯量计算防灭火注氮流量的确定注氮流量（M3/H）803532342906102861200通过上述计算，依据国内外应用氮气防灭火的经验，结合雪坪煤业的实际情况以及矿井正常生产时综放工作面注氮防灭火的需要，将防灭火注氮流量确定为1200M3/H。2、输氮线路及管路（1）输氮线路（以1004首采工作面生产时为例）地面固定制氮机站制氮机回风斜井一采区轨道巷1004运输顺槽1004工作面采空区。输氮管路主管与支管均采用10840MM无缝钢管，长度约为1500M。（2）输送管路压力验算输氮管路的直径应能满足最大输氮流量和压力的要求，其供氮压力1522MAX01056047MPAIIQDPL式中P2管路末端的绝对压力，取02MPA；QMAX最大输氮流量，按1600M3/H计；D0基准管径，取150MM；DI实际输氮管径，取100MM；LI相同直径管径的长度，取15KM；0基准管径的阻力损失系数，查表取0026；I实际输氮管径的阻力损失系数，查表取0029。上述计算说明输氮管路选用10840MM无缝钢管，长度约为1500M时，管口末端压力为02MPA的情况下，制氮设备的供氮压力只需047MPA。（3）输氮管路铺设的要求1）管路的铺设应尽量减少拐弯，要求平、直、稳，接头不漏气。注氮管路可沿底板铺设也可沿巷帮吊挂，每节钢管的支点不少于3点，每节软管的吊挂不少于4点，不允许在管路上堆放他物，管路低洼处应设置放水阀或放水器。2）输氮管路的分岔处应设置三通、截止阀。3）定期对输氮管路进行试压检漏。3、制氮设备的选取目前工业上用的氮气是以空气为原料，将其中的O2和N2分离而获得，其方法主要有低温蒸馏法（深冷法）、变压吸附法、薄膜分离法和化学吸附法。近年来，随着我国空气分离技术的进步，矿用制氮设备的开发研制也有很大的发展，目前已被煤矿大量选用的变压吸附制氮设备和膜分离制氮设备也已系列化，能满足我国煤矿的需要。变压吸附制氮方法和膜分离制氮方法简述如下变压吸附分离法是利用吸附剂在不同的压力下，对吸附介质中的不同组分有不同的吸附容量，通过压力的变化进行吸附、解吸，从而获得目标组分的方法。先将经过滤、干燥等预处理的低压压缩空气通过优质碳分子筛。碳分子筛表层拥有大量而均匀的散孔，孔径控制在311010M104M。CO2、O2等直径小于302为28，在压力下会挤入孔隙中；而N2直径为32，不会挤入孔隙中，因而产出纯化的氮气。当碳分子筛内的气体分子达到饱和时，使之急速减压，O2分子即从孔隙中释放出来，以达到再生的目的，这就是所谓的变压吸附分离法的制氮法，一般产生氮气纯度为9799。薄膜分离法原理是根据气体的“溶解扩散理论”来分离氧气和氮气的。利用各种气体分子通过某种微孔材料表面其扩散速率不同而达到分离气体的目的。先将经过滤，干燥等预处理的压缩空气加温到4060，然后进入成束的中空纤维气体分离薄膜，因氧气和水分子扩散速率较快，而容易逸出膜外，这样，氮气就被纯化了。一般生产能力为2001000M3/H，纯度为9799。通过两种性能制氮机的比较可以看出两种设备各有所长，变压吸附制氮机从先期投入的经济性占有优势，且对制氮机工作面环境中空气洁净度要求低。膜分离制氮机先期投入大，维护成本低，对制氮机工作面环境中空气洁净度要求高，综合考虑，选用变压吸附碳分子筛制氮机。通过前面计算和确定的防灭火注氮流量，为便于制氮机房的修建，现选取2套同等制氮流量的地面固定式变压吸附碳分子筛制氮设备，制氮总能力为1600M3/H，每套制氮设备的主要技术性能指标为型号PSA98800氮气纯度98（O22）氮气产量800NM3/H氮气出口压力0106MPA启动时间30MIN冷却方式风冷空压机380/660V200KW冷干机电压380V10KW安装方式地面固定式安装场合室内对制氮设备的要求具备较高的自动化程度，必须实行集中监测和控制，流量和纯度自动调节，不纯氮气自动排空，设备运行工况和状态屏幕显示。制氮设备应具有远程开停，氮气流量、压力、纯度、净化部分的压差等信号输出为420MA或05V，并与雪坪煤业矿井自动控制系统联网。4、注氮工艺托管注氮在工作面的进风侧沿采空区埋设一定长度的无缝钢管作为注氮管，它的移动主要利用工作面的液压支架或进风巷的回柱绞车牵引。注氮管路随工作面的推进而移动，使其始终埋入采空区的一定深度。八、1005综采面预防性灌浆防灭火1、灌浆系统在矿井西风井工业场地设置灌浆站，为全矿灌浆服务。灌浆站工业场地建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。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2、灌浆方法打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用装载机将黄土加入搅拌池内，搅拌机将水与黄土混合、搅拌制成均匀浓度浆液，再经不锈钢滤网将浆液中大的颗粒滤出；合格浆液自流进入泥浆缓冲池，由通过管路输送，由钻孔自流至井下注浆地点。浆液到达注浆地点，然后通过预埋管路注入采空区。在放顶前沿回风巷道在采空区预埋好灌浆管（一般预埋58M钢管），预埋管一端通采空区，一端接高压胶管，胶管长一般为2030M，顶板垮落后立即开始灌浆。随回采工作面的推进，按放顶步距用回柱绞车逐渐牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆。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1）灌浆制度灌浆工作要与回采工作紧密配合进行，矿井回采为一采，故灌浆站一般考虑三班灌浆，纯灌浆时间为12H；若矿井自然发火严重，且所532146需灌浆的工作面较多，宜采用四班灌浆，每天纯灌浆时间为16H。2）灌浆量灌浆材料制浆材料选用黄土。灌浆所需土量QT2煤GK29831705M3/D式中QT2日灌浆所需土量，M3/D；G矿井日产量，2730T/D；煤煤的密度，139T/M3；K灌浆系数，取005。设计日所需土量取100M3。灌浆泥水比根据回采工作面灌浆的输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料，并参照我国其它矿井的经验，灌浆泥水比为13。每日制黄泥浆用水量QS1QT2300M3/D式中QS1制备黄泥浆用水量，M3/D；QT2日灌浆所需黄泥量，100M3/D；水与黄泥重量比31。每日灌浆用水量QS2KSQS1330M3/D式中QS2日灌浆用水量，M3/D；KS用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，取11；QS1日制备黄泥浆用水量，300M3/D；每日灌浆量QJ1QS1QT2M3703M3/D式中QJ1日灌浆量，M3/D；M泥浆制成率，取093；设计确定日灌浆量为400M3。每小时灌浆量计算QJ2QJ1/T333M3/H式中QJ2每小时灌浆量，M3/H；T每天纯灌浆时间，12H；QJ1日灌浆量，400M3/D。根据计算结果，设计采用40M3/H规模的灌浆站，每天工作12H可满足要求。4、灌浆系统工艺流程地面固定式胶体防灭火系统由浆料储存场地、搅拌池、搅拌机、缓冲池及管网系统等部分构成。5、灌浆系统及管路布置本灌浆系统由制浆车间（含制浆原料堆场）、灌浆管道及矿用移动式防灭火注浆装置构成。主要设备、仪表、控制柜等以固定形式安装在注浆车间内。地面灌浆管道一般选用铸铁管；井下灌浆管道采用钢管，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、主要设备及技术参数序号设备名称设备型号单位数量1潜水泵ZBA6B台22泥浆搅拌机自制台33减速器台34下液式泥浆泵80NYL5020J台25无缝钢管D10840米6无缝钢管D7540米74寸胶管DN100米8供水管软管30米7、管材及管道