煤矿矿井防灭火专项设计汇编(完整版)资料

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煤矿矿井防灭火专项设计汇编（完整版）资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）煤矿矿井防灭火专项设计前言煤矿位于矿区的中部，距县城3.5km。其行政区域属县镇管辖，隶属于县煤炭工业局；由原煤矿和坝滩煤矿整合而成，为民营企业。煤矿井田面积为4.0857km²，矿井煤质较好。所采5#煤厚度0.35～1.05m，平均0.62m；3#煤厚度0.70～0.80m，平均0.77m。所采煤种均为气煤。矿井地质条件较好，煤层赋存稳定，埋藏浅，瓦斯含量低（为低瓦斯矿井），顶底板中等稳定，矿井涌水量较小。进风井为新开拓的主、副斜井，回风井为立井。即中央并列式布置方式。矿井实行双回路供电，供电系统安全可靠；矿井供、排水系统可靠，主斜井井底设有变电所、水泵房。设计生产能力300kt/a，服务年限12年。采用长壁采煤方法，普通机械化采煤工艺，分别在5#煤层、3#煤层布置回采工作面以保证矿井设计生产能力(300kt/a)。根据陕西煤矿安全装备检测中心2021年12月的检验报告，煤矿3#、5#煤层，按煤的自燃趋势等级分类，为Ⅰ类，3#、5#煤层属容易自燃煤层。矿井瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井。为了贯彻“安全第一，预防为主”的指导思想，提高矿井的防灭火能力，特进行矿井防灭火专项设计。一．设计目的1．为认真贯彻“安全第一，预防为主、综合治理”的安全生产方针，提高我矿的本质安全程度和安全管理水平，控制我矿生产中的危险、有害因素，降低煤矿生产安全风险，预防事故发生，保护煤矿从业人员的健康、生命安全及财产安全。2．为了能合理有效的控制自燃煤层发生自燃事故，降低事故的发生概率，提高职工的生命财产安全和煤矿安全的可持续发展。二．设计依据1．《煤矿安全规程》规定，开采有自燃倾向性煤层的矿井，在矿井和新水平的设计中必须采取综合（包括开拓开采，巷道布置，开采方法，回采工艺，通风方式和通风系统等）以及（包括灌浆或注沙、喷注阻化剂、注入惰性气体、均压技术等）预防煤层自燃发火措施，又规定：开采有自燃倾向性的煤层，必须对采空区、突出和冒落孔洞等空隙采用预防性灌浆或全部填充、喷洒阻化剂、注入阻化泥浆、惰性气体以及均压通风等措施，防止自燃发火。2．《设计规范》规定：一级自然矿井以建立注浆或注砂为主，以阻化剂或均压技术为辅的防灭火系统和预测预报系统并配备惰性气体装备。3．根据陕西煤矿安全装备检测中心2021年12月的检验报告，煤矿3#、5#煤层，按煤的自燃趋势等级分类，为Ⅰ类，3#、5#煤层属容易自燃煤层。矿井瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井。《矿井防灭火规范》及《煤矿注浆防灭火技术规范》等为依据进行设计。4．国家关于矿井防灭火的管理规定及要求。三．设计的主要任务1．对煤矿的地质条件以及矿井设计概况进行了综述。2．对生产过程中可能出现的自燃事故进行分析，并编制和选择了相应的防治措施和装备。做到“安全第一，预防为主”。3．根据矿井生产特点，对矿井煤层自燃，一氧化碳和温度进行实时监测，以便矿领导及有关人员及时了解情况，采取有效措施。四．依据的法律、条例、规程、规范、细则1．2021年国家安全监察总局、煤矿安全监督管理总局下发的《关于矿井防灭火的管理规定及要求》。2．《煤矿安全规程》；3．国家安全生产监督管理局发布的《矿井防灭火规范》及《煤矿注浆防灭火技术规范》；4．《煤矿一通三防安全知识》，煤炭工业部；5．《中华人民共和国煤炭法》；6．《中华人民共和国矿山安全法》；7．《中华人民共和国安全生产法》；8．《中华人民共和国消防法》；9．《中华人民共和国劳动保护法》；10．其他各种行业性规范。第一章矿井概况及安全条件第一节矿井概况一．地理概况煤矿位于矿区的中部，距县城3.5km。其行政区域属县瓦窑堡镇管辖，隶属于县煤炭工业局；由原煤矿和坝滩煤矿整合而成，为民营企业。煤矿井田面积为4.0857km²，矿井煤质较好。所采5#煤厚度0.35～1.05m，平均0.62m，主要为发电用煤；3#煤厚度0.70～0.80m，平均0.77m，主要为配焦煤。其中：5#煤储量264万吨，3#煤储量334万吨，矿井总地质储量598万吨；所采煤种均为气煤。矿井地质条件较好，煤层赋存稳定，埋藏浅，瓦斯含量低（为低瓦斯矿井），顶底板中等稳定，矿井涌水量较小。进风井为新开拓的主、副斜井，回风井为立井。即中央并列式布置方式。矿井实行双回路供电，供电系统安全可靠；矿井供、排水系统可靠，主斜井井底设有变电所、水泵房。设计生产能力300kt/a，服务年限12年。采用长壁采煤方法，普通机械化采煤工艺，分别在5#煤层、3#煤层布置回采工作面以保证矿井设计生产能力(300kt/a)。二．自然地理条件1．地形地貌煤矿位于矿区中部，矿区位于陕北黄土高原的中部，属典型的黄土高原地貌景观。矿内沟谷纵横，树枝状水系发育，水土流失严重。总趋势为南高北低。海拔1095～1310m，相对高差215m。2．水文⑴．水系:矿区内地表水系均属黄河水系，多属季节性河流。雨季暴涨且泥沙含量大，旱季断流。矿区内主要河流有秀延河、南河和羊马河。煤矿地表水归属羊马河流域，区内无羊马河流经，仅在羊马河流域东南方向发育一条湫陷沟。雨季涨水，旱季断流。°，PH值为7.1～8.0。⑵．气象:矿区属中温带大陆性暖温带干旱-半干旱季风气候。春季干燥多风沙，夏季火盆多雷雨，秋季晴朗降温快，冬季干冷雨量少。据县气象观测资源统计，该区年平均气温9℃，年极端最低气温-24.1℃（1984年12月18日），最高为37.6（1966年6月21日）℃，最热的7～8月份平均气温23℃，最冷的元～2月份平均气温-7℃。冻土期为11月底至翌年4月初，最大冻土深度103cm，一般冻土深度78cm。最大风速17m/s，一般1.7～1.8m/s，夏秋季多为东南风，一般为二级。据县气象局1991-2006年降水资料，年最大降水量742.3mm（2002年），年最小降水量237.0（1999年），年平均降水量为465.93mm。蒸发量一般为降雨量的三倍。降水期主要集中在7～9月份，占年降水总量的70%以上。年冰霜日数最多9天，平均3天，年无霜期175天。⑶．地震:陕北大地构造位置属相对稳定的鄂尔多斯地台中部，距南部秦岭、北部阴山构造活动带较远，属陕北弱震区。本区地震史载，延长(1951年)、宜川（1921年）、罗传（1633年）、黄陵（1599年）发生过5～5.5级地震；1556年华县8级地震波及本区可达Ⅵ度。本区百年末发生过破坏性地震。3．地质灾害矿区由于河流的切割，黄土高原被分割成支离破碎的塬梁沟壑地貌，土质松软，渗水性强，其边坡地带人工开挖的坡角、采空区塌陷均可破坏自然边坡的稳定状态，易发生中小型浅层或中层滑坡，为Ⅰ类滑坡易发区。区内未发生滑波、崩塌及泥流地质灾害，虽未发生，但应引起注意，严加防范。三．地层及构造1．地层矿区区域地层属华北地层区,陕甘宁盆地分区。其地层系统、地层厚度及地层间的接触关系见表2-3-1。煤矿地表多被上更新统马兰组（Q3m）地层覆盖。据钻孔揭露的地层由老到新依次为：中生界三叠系上统永坪组（T3y）、瓦窑堡组（T3w），新生界第三系上新统静乐组（N2j），第四系中更新统离石组（Q2l），上更新统马兰组（Q3m），全新统（Q4al+pl）。各地层岩性、厚度见表2-3-1。表2-3-1矿区区域地层分区系统表地层系统代号厚度(m)新生界第四系全新统Q41～5上更新统马兰组Q3m2～30中更新统离石组Q2l4～150下更新统午城组Q1w1～19.3第三系上新统静乐组N2j0.5～100中生界白垩系下统环河组K1hh+hc204～640华池组洛河组K1l241～399.1侏罗系中统安定组J2a58.1～159.7直罗组J2z88.4～208.9延安组J2y162～305.6下统富县组J1f0～141.9三叠系上统瓦窑堡组T3w>371.5永坪组T3y39～95胡家庙组T3h75～210表2-3-2煤矿地层简表地层系统厚度(m)岩性描述界系统组新生界第四系全新统（Q4al+pl）0～5.00冲积黄土及砂砾石层。上更新统马兰组（Q3m）2.00～103.00浅黄、灰黄色黄土。中更新统离石组（Q2l）10.50～54.80浅棕黄色亚砂质黄土。第三系上新统静乐组（N2j）0～91.50紫红、棕红色粘土，底部含砂砾石层。中生界三叠系上统瓦窑堡组（T3w）308.21一般由五个旋迴组成，每旋迴下部粗，上部细。共含煤层7层。永坪组（T3y）＞50灰绿、灰白色细～中粒厚层状砂岩，夹灰黑、灰兰色泥岩、粉砂质泥岩。由老至新分述如下：⑴．三叠系上统永坪组（T3y）:为三叠系含煤地层的基底，岩性以灰绿、灰白色中粒石英砂岩为主，夹细粒砂岩及粉砂岩薄层，局部含油。该组仅在钻孔中揭露，但无钻孔穿透，厚度不详。⑵．三叠系上统瓦窑堡组（T3w）:为矿区的主要含煤地层，区内地表仅出露其上部层位（T3w5）。据本次钻孔资料及以往钻孔资料，该组厚度308.21m，与下伏永坪组整合接触。该组一般由五个旋迴（五个段、T3w1-5）组成，每旋迴下部为灰黑色中—细粒砂岩、泥岩和粉砂岩交互出现，富含钙质结核和植物化石；中部为灰色中细粒砂岩、粉砂岩、深灰色泥岩和粉砂岩互成韵律；上部为主要含煤段，为黑色粉、细砂岩互层。该组共含煤层7层，其中5#煤层为局部可采煤层、3#煤层为全区可采煤层，为区内主要可采煤层。⑶．新生界上第三系上新统静乐组（N2j）:主要分布于沟谷边坡。该组厚度0～91.50m，平均41.60m。与下伏中生界不整合接触。岩性主要为紫红、棕红色粘土、砂质粘土，含多层钙质结核。底部有透镜状砂砾石层，砾石多为泥砾、砂砾，半固结状。⑷．第四系中更新统离石组（Q2l）:主要分布于沟谷边坡。在较大沟谷边坡呈不规则条状产出。该组厚度10.50～54.80m，不整合于其下所有老地层之上。岩性主要为褐黄色、浅棕黄色粉土、粉质粘土、砂质黄土，垂直节理发育，含成层分布的钙质结核；底部局部见灰白、褐黄色砂、砂卵石层。⑸．上更新统马兰组（Q3m）:该组是区内第四系主体沉积，地表出露范围大，遍布于各梁峁的顶部及沟坡地带，厚度2.00～103.00m，覆盖于所有老地层之上。岩性主要为土黄、褐黄色、浅黄色粉土、砂质黄土，偶见钙质结核。⑹．全新统（Q4eal+al）:主要沿沟谷呈条带状分布，厚0.00～5.00m。为近代河床冲、洪积物。下部为灰白、灰黄色砂卵石层，上部为褐黄色黄土状粉土、砾石、砂质粘土；砾石成分复杂，无分选性。2．构造：煤矿位于矿区中部，矿井构造为一由东向西倾伏的单斜构造伴有波状起伏，倾角1°～3°，未发现断层或褶皱，无岩浆活动迹象。煤矿为构造简单型矿井。3．含煤地层矿区含煤地层为三叠系上统瓦窑堡组。该组在区内大部伏于地下，仅在东部冯家庄、郭家坪、白家枣林、炭窑沟、强家峁、胡家塔一线以东出露上部层位（T3w4-5）并被剥蚀。该层厚度187.3～340.86m，与下伏永坪组整合接触。按其岩性特征、含煤性和沉积特征自下而上分为五段：⑴．第一段（T3w1）：该段仅在钻孔中揭露，厚92.20m。岩性为下部灰色中—细粒砂岩夹灰黑色泥岩、粉砂岩及薄煤线，具波状层理及水平层理；中上部为灰黑色砂质泥岩，灰色粉砂岩夹灰白色中—细粒砂岩、黑色泥岩及不可采的1#煤层。具水平层理和微波状层理，含植物化石碎片。⑵．第二段（T3w2）：该段仅在钻孔中揭露，地层厚71.20～81.63m，平均厚76.42m。岩性为下部一套巨厚层灰绿、灰白色中粒砂岩，具波状层理；中上部为灰色粉、细粒砂岩夹灰黑色砂质泥岩、泥岩，具微波状层理，含植物化石碎片。中部夹不可采的2#煤层。⑶．第三段（T3w3）：该段主体在钻孔中揭露，其顶部（包括3#煤层）在县城以东出露并遭受剥蚀。该段地层厚60.56～71.87m，平均厚66.22m。岩性底部为厚层状灰白色细粒砂岩,含黄铁矿结核；下部为灰黑色砂质泥岩、泥岩夹薄层灰色粉、细粒砂岩及薄煤层，具水平层理；中上部为灰色粉、细粒砂岩夹灰黑色砂质泥岩，泥岩具微波状层理，含黄铁矿结核及植物化石；上部为矿区，也是本煤矿主采3#煤层。⑷．第四段（T3w4）：该段地层厚46.30～61.10m，平均厚53.89m。岩性底部为灰白色中—细粒砂岩，分布稳定；下部为灰黑色砂质泥岩夹薄层灰色粉砂岩，具微波状层理及水平层理；中部为灰色粉砂岩、细粒砂岩夹灰黑色砂质泥岩、薄煤层（为不可采的4号煤层），砂、泥岩具波状层理，含植物化石碎片；上部为黑色泥岩、砂质泥岩，顶部为矿区也是本煤矿局部可采的5#煤层和不可采的5号上煤层、黑色泥岩、砂质泥岩，含大量植物化石。其中5#煤层在区内东部遭受不同程度的剥蚀。⑸．第五段（T3w5）：该段出露于煤矿西北部支流沟谷边坡，其面积很小，呈长条状零星出露。该段地层遭受不同程度剥蚀，据地表地质调查及本次钻孔揭露，地层厚3.90～38.50m，平均厚19.48m。岩性下部为黑色油页岩，层位稳定，岩性坚硬，具垂直节理，裂隙被方解石、黄铁矿薄膜充填，易风化成薄片状，风化后颜色呈灰白色。夹数层厚0.15～0.20m的粘土岩和菱铁质泥岩；中部为灰黑色砂质泥岩、泥岩夹薄层灰色粉砂岩和细粒砂岩，具波状层理及小型交错层理；上部为分布稳定的巨厚层状灰绿、灰白色中粒砂岩，夹粉砂岩薄层。4．含煤性据钻孔揭露结合以往资料，瓦窑堡组地层厚度308.21m，含煤层（煤线）7层，煤层总厚度平均2.65m，含煤系数平均0.86%。煤矿区内具对比意义的煤层有6层，自上而下编号为5号上、5号、4号、3号、2号和1号。其中5号煤层为局部可采、3号煤层全区可采，为区内主要可采煤层。5号上、4号、2号和1号煤层厚度全部在0.17～0.55m之间，均为不可采煤层。各煤层的厚度、结构等基本特征详见表2-3-3。表2-3-3煤层情况统计表煤层编号5号上5号4号3号2号1号赋存层位T3w4上T3w4上T3w4中T3w3上T3w2T3w1中煤层厚度最小-最大点数（2）（5）（3）（9）平均0.400.620.330.77煤层间距最小-最大点数（2）（3）（3）平均16.6023.4227.83煤层结构夹矸层数000000-1顶板岩性泥岩泥岩泥岩泥岩砂质泥岩粉砂岩泥岩底板岩性粉砂岩粉砂岩、泥岩泥岩泥岩砂质泥岩岩性复杂稳定性不稳定稳定较稳定稳定不稳定不稳定可采性不可采局部可采不可采全矿可采不可采不可采5．可采煤层据本次钻孔揭露结合以往资料，煤矿5#煤层局部可采、3#煤层全区可采，两煤层为区内主要可采煤层。可采煤层主要特征分述如下：⑴.5#煤层①．赋存层段：5#煤层赋存于瓦窑堡组第四段上部。②．特征及稳定性：5#煤层区内见煤点5个，煤层厚度0.35～1.05m，平均厚度0.62m，为局部可采薄煤层，可采区及厚度分布见图3-3-1。煤层不含夹矸，煤层结构简单。其顶板岩性为灰黑色泥岩，底板为黑色泥岩、粉砂岩。区内东部遭受不同程度的剥蚀，为煤层露头区，在露头区内东南部存在不可采区，可采区内剩余可采面积2.0771km2，5#煤层为局部可采的稳定薄煤层(据陕西省煤田地质局一三一地质队对煤矿整合区地质详查报告储量表5#煤厚度平均1.0m)。③．底板标高：5#煤层底板标高在1077～1092m之间，由东向西倾伏，地层倾角1-3°。④．埋深：5#煤层埋深在220～3m之间，最大埋深位于东南部山包处，最小埋深位于湫陷沟内。⑵.3#煤层①．赋存层段：3#煤层位于瓦窑堡组第三段上部。②．间距：与上部5#煤层间距45.20m。③．特征及稳定性：3#煤层区内见煤点9个，煤层厚度0.70～0.80m，平均厚度0.77m，全区可采薄煤层，厚度分布见图3-3-1。煤层结构简单。其顶板岩性为泥岩，底板为泥岩。全区面积4.11km2，采空区面积0.7667km2，剩余可采面积3.3433km2，3#煤层为全区可采的稳定煤层。④．底板标高：3#煤层底板标高在1020～1035m之间，基本由东向西倾伏，伴有波状起伏。地层倾角1～3°。⑤．埋深：3#煤埋深255～54m之间，最大埋深位于东南部山包处，最小埋深位于湫陷沟之下。煤层的盖层为基岩，煤层埋深主要受地形的控制，在沟谷区浅，在梁峁区深。第二节安全条件一．矿区水文地质矿区地处陕北黄土高原中部，属典型的黄土梁峁地景观，区内沟谷纵横，地形复杂，第四系松散沉积物广布，基岩沿沟谷出露。地下水的形成与分布受地质、地貌、构造及水文气象诸因素的综合控制。因该区地表坡降大，透水性差，大气降水主要形成地表径流流走，少量渗入补给地下水。区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙、裂隙潜水；基岩裂隙潜水及碎屑岩孔隙、裂隙承压水。厚层泥岩和粘土为主要隔水层。1.含（隔）水层特征⑴．第四系全新统冲、洪积层孔隙、裂隙潜水含水层（Q4al+pl）呈带状分布于秀延河、南河、羊马河等较大河流两岸一、二级阶地，岩性一般上为亚粘土、亚砂土，下为砂砾石层，其下为砂泥岩互层，风化裂隙较为发育，与上覆第四系松散层实为不同岩体的同一含水层。第四系松散层一般厚0～5m，基岩风化裂隙带厚30～50m。富水性中等的分布在秀延河一级阶地的县附近齐家湾至冯家屯一线之河道中，水位埋深7～17m，含水层为中细砂层及砂砾石层，厚1～5m，根据粮站水井抽水资料，降深0.9m，涌水量1.23l/s，单位涌水量1.37l/S.m。水化学类型HCO3.SO4—Na.Mg型水，矿化度0.45～0.9g/l。主要补给来源为大气降水和地表水。水量贫乏区分布于徐家洼—县稍柏子沟、石家老庄—县火电厂及徐家乡东部地段。水位埋深7～9m，含水层较薄，据钻孔及民井抽水试验资料，涌水量一般0.2～0.5l/s，最大涌水量0.637l/s。矿化度相对较高。水量极贫乏区分布于狭窄的沟谷之中，阶地延伸较短，宽度较窄，且多为基座式阶地，松散层多被疏干。⑵．第四系中上更新统离石组、马兰组孔隙裂隙潜水（Q2l+Q3m）广泛分布于矿区的梁峁地带，梁区厚，沟谷薄，岩性为粉砂质黄土，厚2～103m，富水性较差。水位埋深较浅，小于10m，靠近黄士梁峁区10～30m。单位涌水量0.065l/s•m，为弱富水区，水化学类型为HCO3·SO4—Na·Mg型水，矿化度0.26g/l。主要补给来源为大气降水，以面状渗出为主要排泄形式，泉流量0.014～0.610l/s，总流量2.268l/s。⑶．第三系上新统静乐组隔水层（N2j）出露于矿区的沟谷中，上覆于基岩之上，为紫红色、棕红色粘土，含钙质结核。厚0～100m，为上、下含水层的良好隔水层。⑷．侏罗系中统延安组裂隙含水岩组（J2y）分布于矿区西部，出露于沟谷一带，向东尖灭。岩性为细—中—粗粒砂岩，接受大气降水补给，富水性弱，据邻区贯屯井田《水文一队》施工的水1、水2孔抽水试验资料，划单位涌水量0.0013～0.00507l/s•m，渗透系数0.00248～0.00947m/d，水质多为HCO3·SO4—Na·Mg型水，矿化度低，为0.45～0.51g/l。接受大气降水及地表水下渗补给，在沟谷一带以侵蚀性泉的形式排出地表，泉流量0.01～1.00l/s，总流量7.886l/s。在有静乐组红土隔水层区呈现出承压性，据羊马河井田Y9孔抽水试验资料，单位涌水量0.000513l/s•m，渗透系数0.001487m/d，矿化度为0.482～0.684g/l。富水性弱，水质多为HCO3·SO4—Na·Mg和HCO3—Na·Mg·Ca型中硬淡水。⑸．三叠系上统瓦窑堡组裂隙承压含水岩组（T3w）出露于矿区东部沟谷中，西部被掩盖，岩性以细—中粒砂岩为主，厚>371.5m，富水性弱。据724部队水源普查施工的15、36、39、43号孔抽水试验资料，单位涌水量0.00035～0.01l/s•m，渗透系数0.0065～0.481m/d，矿化度为2.4～5.1g/l。水质多为HCO3—Na·Mg和Cl—Na型水。可分为上、中两个承压含水岩段：上段自5#煤底至瓦窑堡组顶面，厚度58.26～127.21m，平均87.38m，富水性弱。出露地表泉水流量0.039～0.454l/s，总流量2.565l/s。据羊马河井田Y11孔抽水试验资料，涌水量0.0274l/s•m，单位涌水量0.000443l/s•m，渗透系数0.0004387m/d，矿化度为0.480～2.979g/l，水质为Cl·HCO3—Na和HCO3·SO4—Mg·Na·Ca型水。中段自3#煤底至5#煤底，厚29.61～44.17m，平均36.60m，富水性弱。出露地表泉水流量0.039～0.454l/s，总流量2.565l/s。据羊马河井田Y11孔抽水试验资料，涌水量0.004l/s•m，单位涌水量0.0000764l/s•m，渗透系数0.0001176m/d，矿化度为5.83g/l，水质为Cl—Na型水。⑹．三叠系上统永坪组裂隙承压含水岩组（T3y）区内无出露。岩性为细—中粒砂岩，厚度大，埋藏深，富水性弱。据724部队水源普查施工的2号孔抽水试验资料，单位涌水量0.184l/sm，渗透系数0.456m/d，矿化度为9.56g/l。2.地下水的补给、径流、排泄条件及动态变化矿区地下水主要接受大气降水补给，各含水层因所处地貌单元不同各有差异。第四系冲、洪积层潜水主要沿沟谷分布，靠近地表水体，富水性较好，与大气降水和地表水关系密切，丰水期接受大气降水及河水渗入补给，枯水期反向补给河水。第四系离石组黄土层孔隙裂隙含水层大面积分布于梁峁地带，大气降水是唯一补给来源，地下水自分水岭处向沟谷方向迳流，以泉的形式渗出地表。第三系静乐组红土构成该含水层的隔水底板。侏罗系延安组裂隙含水岩组、三叠系瓦窑堡组裂隙承压含水岩组、三叠系永坪组裂隙承压含水岩组等基岩含水岩层在裸露区接受大气降水补给，总体从东向西缓缓迳流，水力坡度仅0.26/1000，受上覆泥岩、粉砂岩隔水层影响，形成承压水，其富水性弱，迳流速度缓慢，愈向深部矿化度愈高，可达5.83g/l，水质类型也由HCO3·SO4—Na·Mg型转化为Cl—Na型。矿区地表水主要有秀延河、南河和羊马河，平水期汇集了矿区的小溪流和泉水，水量较小，有时会断流，七、八月雨季时，降水量增大，河水水量聚增，呈明显的季节变化规律。总之，矿区大气降水补给地下水，地下水补给地表水；基岩构造裂隙在风化作用下扩大加深，为地下水提供赋存空间；浅层地下水补给条件好，水量较大，动态变化也大，降水补给滞后期约2个月；深层地下水补给条件差，水量小，动态变化不明显，地下水随埋深增大矿化度逐渐升高，反映出地下水交替速度十分缓慢，几乎到滞流状态。二．煤矿水文地质煤矿位于矿区的中部，地貌单元属黄土沟壑区，梁窄沟密，植被稀少，水土流失十分严重。1.含（隔）水层（组）的划分及其水文地质特征煤矿内水文地质条件与矿区条件基本一致，根据地下水的埋藏条件、含水层的岩性、分布范围、富（透）水性，可将区内地下水分为第四系全新统冲、洪积层孔隙弱富水含水层、第四系中上更新统黄土孔隙极弱富水含水层、第三系上新统静乐组红土隔水层、三叠系上统瓦窑堡组上部裂隙承压含水岩组、三叠系上统瓦窑堡组中部裂隙承压含水岩组等五个含、隔水层（组），现分述如下：⑴．第四系全新统冲、洪积层孔隙弱富水含水层（Q4al+pl）为现代河床冲、洪积物。岩性主要由砾石、砂质粘土组成，砾石成份复杂，磨园度差，未胶结。出露于沟谷，该层呈带状及串珠状沿沟谷分布，厚度0～5.0m，因岩层空隙度大，导水性强，靠近地表水体，便于接受地表水体以及大气降水入渗补给，富水性中等，该层所处地势较低，未有泉水出露，地下水化学成份与河水相近，属HCO3-Na.Mg型中硬淡水。⑵．第四系中上更新统黄土孔隙极弱富水含水层（Q2l+3m）全煤矿广泛分布，为浅黄色，浅棕黄色含砂质粘土，夹钙质结核层，垂直节理发育，疏松、易垮落，受流水侵蚀切割构成黄土地区特有的地貌景观，厚度2～157.80m不等，一般梁区厚，沟谷薄。该层接受大气降水入渗补给，向沟谷方向迳流，以面状渗出为主要排泄形式，泉流量0.014-0.610L/s，水位标高1089.16～1170.80m，富水性弱。据邻区泉水水质化验资料，矿化度0.470g/L，为HCO3-Na.Mg型中硬淡水，水温9.5～24℃。⑶．第三系上新统静乐组红土，隔水层（N2j）分布广泛，出露沟谷中，岩性为棕红色粘土，含多层钙质结核，夹有透镜状砂砾石层，砾石多为泥砾、砂砾，磨园中等，最大砾径3.0cm，半固结状，厚0～91.50m，平均41.60m，粘土致密，持水性好，透水性弱，该层无泉水、水井分布，为上下含水层的良好隔水层。⑷．三叠系上统瓦窑堡组上部裂隙承压含水岩组（T3w4）该段自5号煤底板砂岩至瓦窑堡顶面，全煤矿分布，沟谷出露。岩性为厚层中粒砂岩及细粒砂岩，灰-灰黒色粉砂岩、砂质泥岩夹泥岩薄层，砂岩胶结类型为孔隙式，下部为全煤矿可采的5#煤层，厚度46.30～61.10m。该层裂隙不发育，富水性弱，据野外测绘调查泉流量0.039-0.454L/s，据邻区羊马河井田Y11抽水资料，涌水量0.0274L/s，单位涌水量0.00443L/s·m，渗透系数0.0004387m/d，水质化验结果，矿化度0.480-0.979g/L，属CI·HCO3-Na及HCO3·SO4-Mg·Na·Ca型，水温9-16.5℃。⑸．三叠系上统瓦窑堡组中部裂隙承压含水岩组（T3w3）自3#煤底至5#煤层底板砂岩，全煤矿分布，埋藏较深，煤矿内未出露。岩性为灰白-灰黒色中细粒砂岩，粉砂岩、泥岩及煤层，砂岩胶结类型为孔隙式，具水平及波状层理，厚度60.56～71.87m，该层裂隙稀疏，岩芯完整，采取率一般大于80%，富水性弱，因埋藏较深，无井泉出露。据邻区羊马河井田Y11抽水资料，涌水量0.004L/s，单位涌水量0.0000764L/s·m，渗透系数0.0001176m/d，水质化验结果，矿化度5.83g/L，属CI-Na型中等矿化水，水温15.5℃。2.地下水补给、迳流、排泄条件及动态变化井田地下水主要接受大气降水补给，因各含水层所处地貌单元不同而各有差异。第四系冲、洪积层潜水主要沿沟谷分布，靠近地表水体，富水性较好，与大气降水和地表水关系密切，丰水期接受大气降水及河水入渗补给，枯水期反向补给河水。第四系黄土孔隙潜水含水层大面积分布于梁峁带，大气降水是唯一补给来源，地下水自分水峰向沟谷方向迳流，以泉的形式渗出地表，第三系红土构成该含水层的隔水底板。基岩含水岩层在裸露区接受大气降水补给，总体由东向西缓慢迳流，水力坡度仅0.28/10000，因受上覆泥岩、粉砂岩隔水层影响，形成承压水，该层富水性弱，迳流速度缓慢，愈向深部矿化度愈高，可达5.83g/L，水质类型也由HCO3·SO4-Na·Mg型转化为CL-Na型。据长观资料大气降水补给地下水，地下水补给地表水，基岩构造裂隙在风化作用下扩大加深，为地下水提供一定的赋存空间。浅层地下水补给条件好，水量较大，动态变化也较大，降水补给滞后期约2个月；深层水补给条件差，水量小，动态变化不明显，地下水随深度增加矿化度逐渐升高，反映出地下水交替速度十分缓慢，几乎到滞流状态。3.水文地质勘探类型煤矿位于东西缓倾斜的单斜构造内，未见较大断裂存在，构造简单，煤层直接充水含水层为瓦窑堡组中上段裂隙承压含水组，因裂隙不发育，迳流条件差，富水性弱（q＜0.01l／s·m）。因此煤矿水文地质类型为以裂隙充水为主的水文地质条件简单型，即Ⅱ类Ⅰ型。三．工程地质1.岩（土）体工程地质分类及特征⑴．松散砂石层组分布于煤矿河谷地带，岩性主要为河流冲洪积砂砾土、沙土，厚度变化较大，空隙率高，承载力低，稳定性差。⑵．土层组包括马兰黄土、离石黄土和三趾马红土。黄土分布广，厚度大，一般厚30～76m，钻孔揭露厚度150余米。岩性一般以亚砂土、砂土、亚粘土为主。黄土中粉粒含量一般为60%左右，级配均一，碳酸岩含量高达6～8%。黄土在干燥情况下，强度较高，壁立性好；浸水时则易发生变形及崩解，抗剪强度大幅度降低。黄土孔隙度大，结构疏松，易被地表水流冲蚀而引起坍塌，浸水易失稳。红土较致密，可塑性强，承载力低，稳定性差。加之其上，下界面常有地下水活动，附近土体吸水膨胀，塑性增强，结构减弱，力学强度降低，成为软弱面，若分布在边坡地段，则更易发生变形。⑶．风化岩组风化岩组指基岩顶部0～20m深度范围内具有已风化特点的岩石。风化岩层内部由上到下风化程度逐渐减弱，强风化带原岩结构破坏，疏松破碎，孔隙率大，含水率增高，强度减小，多数岩石遇水短时间内全部崩解或沿裂隙离析，其干燥状态抗压强度52.6～56.8mPa，饱和抗压强度仅为3.8～10.4mPa，软化系数为0.07～0.16，充分表现了稳定性差的特点。岩石属劣质的软弱岩石，岩体完整性差。据有关资料，一些处于风化带中的结构致密的粉砂岩、细砂岩和钙质、硅质胶结砂岩的物理力学性质没有明显变化，仍有较好的工程地质特征。⑷．煤岩组据有关资料，5#煤层饱和抗压强度16.9Mpa，干燥状态抗压强度38.3Mpa，软化系数0.44。饱和抗拉强度0.9Mpa，干燥状态抗拉强度2.5Mpa。饱和抗剪断强度C=0.90Mpa，φ=3.54度；3#煤层饱和抗压强度6.7～9.2Mpa，干燥状态下抗压强度14.7～18.3Mpa，软化系数0.44～0.50。饱和抗拉强度1.2Mpa，干燥状态下抗拉强度2.9Mpa。饱和抗剪断强度C=1.97Mpa，φ=35.9。地层岩石力学性质见表3-5-1。⑸．砂岩、泥岩及互层岩组本岩组是煤系地层的主要岩组，它与煤层开采有直接关系，由粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩及薄煤层等组成。多出现于煤层顶底板。岩石含有较高的粘土矿物和有机质，以发育较多的水平层理、小型交错层理、节理裂隙和滑面等结构面为特点。干燥状态下单轴抗压强度为33.2～106.9Mpa，平均值为69.75Mpa，属半坚硬岩石。浸水或长时间暴露于空气中岩石多沿层理方向离析成薄片。饱和抗压强度0.9～61.7Mpa，平均值为15.28Mpa，软化系数平均值0.24，表现出稳定性较差的特点。RQD值平均为73.38%，说明岩石质量较好（III），岩体中等完整。表3-3-1测井解释矿区地层岩石力学性质汇总表地层岩性体积模量MPa最小—最大平均切变模量MPa最小—最大平均杨氏模量MPa最小—最大平均强度指数MPa最小—最大平均泥岩2.4—3.42.912.0—16.414.26.4—10.88.616.0—20.818.4砂质泥岩2.8—4.13.514.2—19.116.78.1—11.810.018.1—26.622.4粉砂岩3.6—5.14.416.6－―20.618.68.8—14.411.622.1—27.224.7细粒砂岩4.1—6.85.517.2—24.420.39.4—18.814.123.1—33.428.3中粒砂岩4.4—7.45.918.8—32.425.112.1—25.118.624.6—44.433.5粗粒砂岩9.1—13.210.234.2—39.436.824.8—31.228.045.2—51.648.35号煤0.31—0.740.516.41—9.828.120.90—2.141.526.80—10.848.823号煤0.29—0.440.378.24—9.088.660.96—1.181.078.64—9.569.10⑹．砂岩岩组本岩组以中粒砂岩和细粒砂岩为主，局部为粗粒砂岩，多形成煤层的基本顶或老底。原生结构面一般有平行层理，块状层理，大型板状交错层理，单层厚度大，构造结构面不太发育，主要为节理。干燥状态下抗压强度54.70～64.45Mpa，饱和抗压强度20.2～28.7Mpa，软化系数0.5左右，为抗水抗风化和抗冻性较好的岩石，工程地质性质较好。RQD值78.5～89.9%，岩石质量属中等至好，岩体质量中等。2.煤层顶底板稳定性初步评价⑴．煤层顶板稳定性5#煤层顶板多以泥岩为主，抗压强度一般为16.0～20.8Mpa，平均18.4Mpa。属较稳定型（Ⅱ）。3#煤层顶板多为泥岩，抗压强度一般为16.0～20.8Mpa，平均18.4Mpa。属较稳定（Ⅱ）。⑵．煤层底板稳定性5、3#煤层底板均以泥岩、粉砂质泥岩为主，抗压强度一般为16.0～20.8Mpa，平均18.4Mpa。属较稳定（Ⅱ）。⑶．勘查区工程地质类型煤矿地质构造较简单，地层岩性较单一，岩体结构多为厚层状，可采煤层顶、底板多属坚硬、半坚硬的层状岩类，稳定性较好。工程地质勘探类型为Ⅲ类Ⅰ型，即层状岩类简单型矿床。四．环境地质1.自然因素形成的环境地质问题⑴．水土流失本矿处于陕北黄土高原黄土梁峁沟壑区。黄土厚度大，土质较疏松，粉粒含量高，沟谷密集，地形破碎，植被稀少，降水集中，流水侵蚀强烈。水土流失强度，主要受地形、地表土质、降水强度、降雨方式及植被覆盖情况等储多因素影响。其危害形式主要表现为冲毁土地，割裂地形，破坏各种建筑设施等。⑵．滑坡滑坡在区内不甚发育。滑坡体一般为更新统马兰黄土、离石黄土，滑动面为黄土与上新统红土接触处及黄土节理发育部位，规模大小均有，常单个或集中发生，常在雨季沿黄土的柱状节理急剧发生，短促及猛烈，常摧毁建筑，破坏道路，堵塞河流，埋没村民窑洞、矿井、厂房，危害极大。对人民生命财产安全、基础设施安全构成了严重威胁。⑶．崩塌崩塌也是区内常见的环境地质问题。突发性强，多与滑坡相伴生，区内不甚发育，一般发生在沟谷中上游及其支沟中。黄土崩塌规模较小，但较普遍，常在雨季沿黄土的柱状节理发生，崩塌发生急剧，短促及猛烈，常摧毁建筑，破坏道路，堵塞河流，危害极大。⑷．不稳定斜坡本区为丘陵地区，沟谷发育。区内不甚发育，地形地貌复杂，自然条件差，沟壑密度5.9km/km2，生态环境脆弱，林地覆盖率5.85%。斜坡体前缘因自然或人为因素造成斜坡高陡前缘临空面较多。由于黄土区节理、裂隙发育，易于地表水下渗，黄土与水湿陷、崩解等原因，造成斜坡体黄土原有结构、稳定性遭到破坏，易形成不稳定斜坡。⑸．泥流泥流也是区内常见的环境地质问题。本区充分具备泥流发生所需的三个条件：a、地形地貌条件；b、水源条件；c、丰富的固体物源。泥流往往因暴雨诱发，来势迅猛，致灾力强。⑹．沙尘暴本区属大陆性气候，冬春两季干燥，且西北季风强烈，最大风速达12～23m/s。年沙尘暴日数近5天，浮尘日数8天，五级以上大风30天。尤其近几年来，沙尘暴日数与日俱增，常给农业、水利、交通以及矿井建设和人民生活造成困难。其次，沙尘天气中有几十种化学元素，大大增加了大气中固态污染物的浓度，大风使地面表层蒸发强烈，空气温度降低，沙土及尾矿粉尘遮天蔽日，对空气、水源造成严重污染。2.人为因素形成的环境地质问题⑴．水环境①地表水本区地表水主要为河水，据以往采样化验资料，地表河水中细菌总数（210～260个/ml）和大肠杆菌（1～2个/100ml）数均超标，不能饮用；而且，本区油井、小煤矿（井）密布，石油、煤炭对地表水已造成一定污染。②地下水经采样化验结果表明，地下水均符合饮用水标准。本区泉水均属淡水，矿化度较低，PH值一般在7～8之间。在该县环保局调查，未发现因地下水中微量元素的富集或缺乏而引起的地方病。确定调查区地下水质量为中等—良好。⑵．采煤引起的环境地质问题①地面塌陷煤层的大面积开采，将会引起顶板冒落带及导水裂隙带的形成，随之也将引起地面下沉和塌陷。本区煤炭开采至今，因煤层薄，且留有保安煤柱及矸石回填，虽采空区面积日趋增加，但采空区地面塌陷现象没有发生，但随着开采面积增大，埋深小于70m区域的地表可能出现裂隙和沉陷。②煤矸石及煤炭发电烟雾对土壤的污染采煤过程中所形成的大量煤矸石，其中含硫量为0.36%，并含有P、F、Cl、As、Ge、Ga、U、Th、V等有毒有害元素和放射性元素，会因雨水的淋滤作用对土壤和地下水造成一定的污染。3.矿区环境地质类型本区按《中国烈度区划图》基本烈度值为Ⅵ度，数百年来未发生较大的地震，区域稳定性好，采矿可产生局部地表变形，但对地质环境破坏不大，区内无重大的污染；煤和矸石化学成份基本稳定，无其它环境地质隐患，故本区地质环境类型应为Ⅱ类，即本区属地质环境中等区。五．开采条件1.瓦斯：区内XW-3号钻孔采集瓦斯样2个，分别为5号煤层1个，3号煤层1个。成分和含量的测试结果为可采煤层每克可燃物含量分别为0.18、0.58ml。自然瓦斯成分CH411.03%、16.05%；CO22.10%、2.42%；N286.87%、81.53%；H2、C2-C8成分均为零。据“瓦斯分带标准”，属二氧化碳－氮气或氮气－甲烷带。虽然区内瓦斯测定值较低，但瓦斯分布聚集，无规律性，如本矿西北部的南家咀煤矿，曾因瓦斯聚集，电火花引起瓦斯爆炸。鉴于该区老窑多，老窑积存瓦斯丰富，在未来生产中应认真对待。2.煤尘：根据陕西煤矿安全装备检测中心2021年7月的检验报告，煤矿5#煤层火焰长度大于400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量大于90%，具有煤尘爆炸危险。陕西煤矿安全装备检测中心2021年8月的检验报告，煤矿3#煤层火焰长度大于5mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量大于15%，具有煤尘爆炸危险。未来矿井开采时应引起足够重视，作好防护措施。3.煤的自燃:根据陕西煤矿安全装备检测中心2021年7月的检验报告，煤矿5#煤层，按煤的自燃趋势等级分类，为Ⅱ类，5#煤层属自燃煤。陕西煤矿安全装备检测中心2021年8月的检验报告，煤矿3#煤层，按煤的自燃趋势等级分类，为Ⅲ类，3#煤层属不易自燃煤。4.地温：以往钻孔简易测温资料表明，区内最大地温梯度≤3℃/100m，属地温正常区，孔内煤层部位温度一般≤18℃，对煤层开采无影响。以上资料表明，区内地温正常，故本区无地热灾害。5.矿井涌水量预测：在地质勘探过程中对未来矿井涌水量釆用了“产量比拟法”、“大井法”进行了预算，其结果为：产量比拟法全煤矿正常涌水量22.60m3/h、最大涌水量33.56m3/h，大井法全煤矿涌水量18.19m3/h。第二章矿井通风、监测系统第一节矿井瓦斯、煤尘、自燃、地温一．瓦斯：根据陕西省煤炭生产安全监督管理局2021年矿井瓦斯等级鉴定报告的批复”，煤矿为低瓦斯矿井，矿井绝对瓦斯涌出量为2.20m3/min，相对瓦斯涌出量为4.3m3/t。二．煤尘2021年12月8日煤矿委托陕西煤矿安全装备检测中心别对3#、5#煤层进行了煤尘爆炸性测试，结果为：3#煤层的火焰长度＞400mm，煤尘有爆炸性。5#煤层的火焰长度＞400mm，煤尘有爆炸性。三．自燃2021年12月8日煤矿委托陕西煤矿安全装备检测中心别对3#、5#煤层进行了煤层鉴定结果，煤层自燃等级为Ⅰ级，容易自燃。四．地温据调查，本区煤矿在开采过程中，地温一般为15℃-16℃，区内地温梯度小于2℃/100m，无地热异常，属地温正常区。第二节矿井通风一．通风方式和通风系统1．通风方式根据矿井开拓部署，该矿为斜井开拓方式，主斜井和副斜井进风，回风立井(专用)回风，构成中央并列式通风系统。2．通风系统5#煤通风线路为：主斜井→主斜井5#煤绕道→5#煤集中皮带运输巷→5102工作面运输巷→5102采煤工作面→5102采煤工作面回风巷→5#煤集中回风巷→总回风巷→风井→地面。3#煤通风线路为：一部分风经主斜井→主斜井底3#绕道→3#煤层集中运输巷另一部分风经副斜井→井底车场→中央变电所→3#煤主斜井底绕道→3#煤层集中运输巷3#煤层集中运输巷→3109采煤工作面运输巷→3109采煤工作面→3109采煤工作面回风巷→3#煤集中回风巷→总回风巷→风井→地面。掘进工作面采用局部扇风机压入式通风。矿井主要通风机型号选用FBCDZNo16型防爆抽出式对旋轴流通风机二台，一台工作、一台备用。风机配套电机功率75×2KW，风量范围30.69～48.01m³/s,风压范围1258.79～2270.24Pa。根据矿井通风阻力测定报告，矿井总风量为2880.6m3/min。二．采掘工作面及洞室通风本矿井年生产能力为30万t，以两个煤层，分别一个回采工作面和两个掘进工作面达到生产能力。根据采区巷道布置和开采方法，回采工作面和掘进工作面均采用独立的回风系统；采煤工作面采用后退式开采方式、“U”通风方式。掘进工作面采用FBDN06-2×11型局部通风机供风。井下机电硐室设在进风流中，采用全负压通风，硐室两侧口设置铁门，门上设调节风窗进行风量调节。三．通风设备及反风1．矿井主要通风机的安装和使用应符合下列要求：⑴．主要通风机必须安装在地面；装有通风机的井口必须封闭严密，其外部漏风率无提升设备不得超过5％。⑵．主要通风机和电动机的机座必须牢固耐用。必须保证主要通风机连续运转。⑶．必须安装2套同等能力的主要通风机及装置，其中一套运转，一套作备用，备用的一套风机必须能在10min内启动并运行正常。⑷．严禁采用局部通风机或风机群作为主要通风机使用。⑸．装有主要通风机的出风井应安装防爆门，防爆门每6个月检查维修一次。⑹．至少每月检查一次主要通风机，主要通风机与备用风机每月要交替运行。⑺．新安装的主要通风机投入使用前，必须进行一次通风机性能测定和运转工作，以后按期每5年进行一次性能测定。⑻．矿井主要通风机要有两路直接由变电所馈出的供电线路，线路不分接任何负荷。2．反风方式、反风系统及设施矿井主扇为轴流式风机，因此采用风机电机直接反转进行反风，在反风时调转电动机电源的两相，可以改变扇风机动轮的旋转方向，使井下风流反向。反风特点为反风时风流方向由抽出改变为压入。主要通风机必须装有反风设施及防爆门反锁装置，同时根据反风风流经过路线，通风系统中在构筑正向风门的同时应构筑有反向风门，以形成矿井的反风系统。需要反风时，主扇必须能在10min内改变巷道中的风流方向；同时主要通风机反风风量不应小于正常供风量的40％。反风风流方向：新鲜风→通风机→回风立井→总回风巷→采区集中回风巷→采煤工作面回风巷→采煤工作面→采煤工作面运输巷→采区集中运输及轨道运输→主斜井及副斜井→地面。每季度应至少检查一次反风设施，每年应进行一次反风演习。3．为保证采、掘工作面的风量，并使风流按规定流动，在风流流动的路线中设置有风门等通风构筑物。为防止爆炸性气体冲击主扇，在回风斜井井口设置防爆门，引风道与回风斜井之间的夹角为30～45°，防爆门至井筒内引风道开口位置长10～15m。4．防止漏风措施风门密闭等通风构筑物应设在围岩坚固、地压稳定地段，并加强管理，经常检查和维修。5．降低风阻措施⑴．砌碹巷道应尽可能光滑，力求使巷道光滑平整，以降低风阻。⑵．在容易产生局部阻力地点，应尽量减少局部阻力系数。巷道连接边缘应作成斜线或圆弧形，巷道转弯处应尽量避免直角转弯或小于90°转弯，并将转弯处内、外侧按斜线或圆弧形施工，必要时设置导风板。⑶．在日常通风管理中，应避免在主要巷道堆放矿车、堆杂物，巷道应随时修复，保证完整，并有足够的有效通风断面，以利风流畅通。第三节矿井监测系统煤矿选用KJ110N型煤矿监测监控系统，对井下各地点的瓦斯、风速、风量、CO、温度、负压、多参数、设备开停、风门开闭等传感器进行集中监测。KJ110N型煤矿监测监控系统融计算机网络系统、监测监控系统、工业电视系统于一体，可用作为整个矿井网络信息管理系统的一部分，主要监控矿井上下各类安全、生产参数，汇接管理多个安全与生产环节子系统。该系统具有报表、曲线、图形等屏幕显示、模拟盘显示、打印和绘图、数据存储调用、参数超限报警、控制等多种功能，各分站既能与监控中心汇接，又可独立工作。系统具有传输故障、设备故障、供/断电状况和软件运行故障等的自诊断功能，还具有远程维护功能。系统主要由监测主机及其外设、传输接口、传输电缆、分站和各种传感器组成。一．监控设备1．地面中心站型号：KJ110N一体化监控主机2台(1台备用)。2．分站5台。3．传输安全监测、监控设备之间的输入输出信号必须为本质安全型信号，设备之间必须使用专用阻燃电缆连接，严禁与调度线和动力电缆等共用。二．传感器设置1．设计依据⑴．执行AQ1029-2007标准。⑵．3＃、5＃煤层均具有煤尘爆炸性，按有爆炸性设计；⑶．3＃、5＃煤层均属一类容易自燃，即为容易自燃煤层。按容易自燃煤层设计；⑷．矿井采用斜井开拓，井下设水仓及水泵房、采区煤仓等硐室；⑸．采煤工作面为高档普采，掘进工作面为炮掘。2．传感器设置⑴．瓦斯传感器井下在风井、主要回风巷、工作面回风巷、掘进工作面及回风流、水泵房、变电所、煤仓、机电硐室等巷道内设置瓦斯传感器。用于连续监测井下气体中甲烷含量，当甲烷含量超限时，应具有声光报警功能，同时由有关设备切断相应范围的电源。采煤工作面和掘进工作面传感器布置分别见图1，图2。图1回采工作面CH4传感器布置图图2煤巷掘进工作面CH4传感器布置图T1—回采工作面风流中的CH4传感器T1—掘进工作面风流中的CH4传感器T2—回采工作面回风流中的CH4传感器T2—掘进工作面回流中的CH4传感器T3—回采工作面进风巷中的CH4传感器⑵．风速传感器在采区回风、总回风巷的侧风站设置风速传感器。测量其风速，以保证井下各井巷中的风流速度符合规程要求，同时还可依据所测点巷道的断面计算出其风量及t煤风量。⑶．负压传感器负压传感器安装在通风机的进风口(引风道内)，用于连续监测矿井风机的负压。⑷．CO传感器本矿3#、5#煤层自燃倾向均为Ⅰ类，属容易自燃煤层，因此在总回巷、采区回风巷、采煤工作面回风巷、带式输送机滚筒下风侧10～15m安设CO、温度传感器。主要用于监测监控煤的自燃发火。⑸．烟雾传感器在有皮带输送机的巷道设置烟雾传感器用以监测皮带着火。⑹．开停传感器安装在井下各电机设备设置处，用以监测各电机设备的开、停状态，保证机电设备的正常运行。对本矿而言井下局部通风机设置设备开停传感器。⑺．开闭传感器井下各风门设置开闭传感器，用以监测井下通风系统各风门的开闭状态，保正通风系统的稳定性。⑻．温度传感器采煤工作面设置温度传感器；机电设备硐室设置温度传感器。⑼．液位传感器在水仓中设备液位传感器用于对水仓中水位的监测。KJ110N煤矿安全监测系显示数据准确、断电灵敏、可靠，性能良好。实现了对井下所有采掘工作面及装煤点、变电所硐室的瓦斯实时监测，当瓦斯超限时能实现自动切断相应范围的电气设备的电源。分别对重点风门、巷道风速、自燃煤层温度、一氧化碳及采面机组、局扇实现了实时监测。第四节井下人员定位系统煤矿选用KJ271K人员定位系统。通过KJ271K型读卡分站和KJ271K型动态目标识别器实现矿井人员跟踪定位，清楚掌握每个井下人员的位置，为事故抢险提供科学依据。本系统最大的特点是采用读卡分站加识别器的模式，一个读卡分站可接多台识别器，对布点非常有利。设备适应性强、无阻碍通过：能对煤矿巷道远距离移动目标进行非接触式信息采集，识别无"盲区"、信号穿透力强、安全保密性能高、对人体无电磁污染、环境适应性强、可同时识别多人，通行方式无限制，允许多人“成群接队”通过，通过时不用作任何操作，无阻碍通过，不影响井下人员的正常通行和正常作业。结构简单、可扩展性强、维护方便。可实时查询当前井下人员的数量及分布情况、任一指定井下人员在当前或指定时刻所处的区域；选定某一区域可以获得当前该区域的人员信息；选定某一分站接收探头可以获得经过该分站探头所有人员的时间信息(包括历史信息)。具有事故后搜寻和定位功能，便于及时救护。第三章自燃防灭火预测第一节概述一．资料来源1．据陕西煤矿安全装备检测中心2021年12月8日提交的煤矿《煤层自燃倾向性鉴定报告》。2．国家关于矿井防灭火的管理规定及要求。二．煤的自燃倾向性类别据陕西煤矿安全装备检测中心2021年12月8日对煤矿井田内3#、5#煤层鉴定结果，煤层自燃等级为Ⅰ级，有自燃倾向性，属容易自燃煤层。三．资料可靠性分析陕西煤矿安全装备检测中心是具有相关鉴定资质的单位，其鉴定结果是可靠的。第二节煤的自燃机理及煤的自热影响因素一．煤的自燃机理1．概述关于煤的自燃问题，长期以来，一般都认为煤中黄铁矿的存在是自燃的原因，由于黄铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫时能放出热量，在有水分参加的情况下，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的氧化，促进煤的自燃。需要指出，有的含有黄铁矿的煤，虽然经过长斯放置，并不一定发生燃，而不含或少含黄铁矿的煤也有自燃现象。因此，煤的自燃并非完全因含有黄铁矿而引起。其主要原因是由于吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，就放出更多的湿润热，也会加速煤的自燃。此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关。如煤的品级；煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙；煤层埋藏深度和煤层厚度；开采方法和通风方式等。煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。2．煤自燃的不同阶段⑴．水吸附阶段。与其他阶段不同，这个阶段只是个物理过程，煤与氧不会发生反应，煤吸附水虽不是煤自燃的根本原因，但他对煤自热，特别是低品级的煤自热有重要影响。当水被煤吸附时会放出大量热，即润湿热。所以，多数情况下该阶段对煤的自燃都起着关键作用。⑵．化学吸附阶段。煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反应。该阶段的反应温度为环境温度至70℃。该过程中煤吸附氧气会产生过氧化物，因而叫做化学吸附阶段。化学吸附阶段煤重略有增加，并产生气体，其中的CO可作为标准气体，通过监测CO浓度可对煤的自燃进行早期预报，化学吸附阶段需要少量水参加反应。根据煤的品级和类型不同，化学吸附的放热量在5.04～6.72J/g之间变化。若煤温达到70℃时会分解，煤重随之大幅度下降，甚至比原始煤重还要轻。煤中水分的蒸发可带走一些热量，该过程产热量在16.8～75.6J/g间变化。若煤氧化进行到这个阶段，想使其不自燃是非常困难的。⑶．煤氧复合物生成阶段。该阶段生成一种稳定的化合物，即煤氧复合物。其反应温度范围为150～230℃。产生的热量25.2～003.4J/g。这个阶段煤重又有所增加，煤氧化进行到这个阶段必然发生自燃。⑷．燃烧初始阶段。这是煤氧复合物生成阶段到煤快速燃烧阶段的过渡时期，煤温达230℃时，煤的反应热为42～243.6J/g，这些热量使煤迅速上升促进了煤的快速燃烧。⑸．快速燃烧阶段。这是煤自热的最后阶段，它描述了煤的实际燃烧过程。依氧气供应充足与否，这个阶段可能发生干馏、不完全燃烧或安全燃烧。如果燃烧充分，其反应热等于煤的发热值。二．煤的自热影响因素1．煤质煤质本身对煤自热敏感性有显著的影响。⑴．煤的品级煤的品级表明了煤的变质程度，常用挥发分含量和含煤量表示。品级低的纯煤自热热敏感性高，而且，随着煤的品能升高其自热敏感性下降。⑵．煤的水分含量煤中水分的含量对煤的自燃性有很大影响。水分含量达饱和的煤，特别是在水分含量高的褐煤和次烟煤被开采和干燥前，煤体不再吸附水分，因而不能放出润湿热。煤氧化放出的热量通常使内在水分温度升高。另一方面，自热时的化学反应需要有少量的水分参加。低品级煤水分含量远远大于化学反应的需要量。因而，对低品级煤来说，水分实际上是煤自热的阻化剂。⑶．矿物质煤中的矿物成分也叫灰分。它可与氧反应放热增加煤温，而且使煤分解以增加煤与空气接触的表面积，如黄铁矿，它可以吸收氧化反应放出的部分热量降低煤的氧化反应进程；煤的高灰分使单位质量的氧化热降低。2．开采和贮运的环境因素环境因素对煤自热的影响为：可使煤的水分含量发生变化；改变煤氧接触条件：使生产成的热量扩散。可分为：⑴．地质因素断层和裂隙有利于空气和水分与煤接触。因而散热没有明显增加，却增加了煤发生氧化的机会和水的吸附。也就是说断层和裂隙增加了煤自燃的危险性。埋藏深的煤层地面漏风较少。采空区遗煤（特别对于厚煤层）因不能完全回采而增中了煤的自燃危险性。⑵．开采因素开采因素对煤自燃的影响主要有2个方面，即通风和煤破碎，没有通风或通风充分的地方，煤自燃的可能性较低。而通风不充分地方煤自燃的可能性较大。裂隙漏风是不充分漏分，它创造了煤进一步氧化的条件，而散热条件并未被改善。所以，任何漏风对煤炭自燃来说都是很危险的。⑶．贮运因素在贮存和运输过程中，影响煤自燃的因素要为通风不充分和干燥的低品级煤因雨淋和喷洒水产生润湿热。第三节开采煤层自燃预测一．煤的自燃分析预测1．煤质：本矿开采煤种为气肥煤，煤质指标见煤质分析结果表。2．煤的自燃预测分析据陕西煤矿安全装备检测中心2021年12月8日对煤矿井田内3#、5#煤层鉴定结果，煤层自燃等级为Ⅰ级，有自燃倾向性，属容易自燃煤层。煤的自燃分析预测见下表：煤的自燃分析预测表自燃因素基本特征本矿条件分析及说明煤的炭化程度煤的自燃倾向性随煤炭的变质程度增高而降低。挥发份含量越高，煤层自燃发火倾向越强。一般说来，褐煤易于自燃，烟煤中长焰煤危险性最大，贫煤及挥发分含量在12%以下的无烟煤难以自燃本矿煤质牌号QM/FM，各煤层挥发分为3#：38.58%。5#：39.48%。各煤层自燃的可能性大煤岩成分煤岩成分包括有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自燃倾向性就大；而暗煤多的煤，一般不容易自燃未提供煤的组分及各煤岩成分含量及比例煤的含硫量含硫成分越多，吸氧能力愈大，越易自燃；本矿各煤层的硫份有的为3#：0.74%。5#：0.47%。煤层自燃可能性不大煤的破碎程度煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面积，煤的氧化速度加快，容易自燃。脆性与风化率大的煤易于自燃未提供煤的破碎程度指标煤层硬度大，脆性与风化率大，自燃可能性大煤的水分水分能加速煤的氧化过程，同时使煤体疏松，造成细微裂缝，加大吸氧能力，并降低着火温度，但过多水分则可抑制煤的氧化作用各煤层的水份：3＃：2.44％5＃：2.86％水分对煤炭自燃影响较大，自燃倾向小。温度随着温度的升高，氧化作用加剧。温度由30℃升高至60℃时，吸氧能力要增加3～10倍，如果温度升高达到临界值(70～80℃)，则开始迅速氧化，并积极增高温度，导致燃烧本井田属正常地温影响不大，控制作业、设备等发热引起升温地质构造煤层厚度与倾角较小，开采时煤炭损失、破碎程度小，而煤层较薄不易于局部储热，矿自燃危险性较小本矿煤层为近水平薄煤层，矿区内不存在断层自燃可能性不大，开采时减少煤损开拓开采条件及通风方式矿井开拓方式和开采方法及通风方式选择不合理，往往造成丢煤多，煤柱破碎，漏风严重，增加自燃的可能性本矿斜井开拓、长壁采煤法，中央并列式通风尽量少丢煤及破坏煤柱，防止采空区漏风2．煤的自燃条件⑴．内因火灾的形成必须具备以下四个条件：①．具有自燃倾向性的煤，呈破碎状态，并集中堆积；②．通风供氧；③．蓄热环境；④．维持煤的氧化过程不断发展的时间。要形成自燃，以上四个条件缺一不可，若采取措施破坏其中一个或两个，乃至全部条件，便可有效的防止自燃。⑵．煤层自燃发展过程的三个必要条件：①．煤层具有自燃倾向性；②．有连续的供氧条件；③．热量易于积聚。3．煤的自燃预兆煤的自燃通常经历：潜伏阶段(低温氧化阶段)、自燃阶段、着火阶段、燃烧阶段和熄灭阶段，见下表煤的自燃阶段及征兆阶段征兆潜伏阶段(低温氧化阶段)其特征比较隐蔽，煤重略有增加，煤被活化(化学活泼性增加)，着火温度降低。潜伏阶段的长短取决于煤的变质程度和外部条件。自然阶段其特征是巷道内或老塘及密闭内空气中氧含量降低，一氧化碳、二氧化碳含量逐渐增加，空气湿度增大并成雾状，在支架及巷道壁上有水珠，在自然阶段末期温度达100℃出现煤焦油味。着火阶段其特征是放出大量一氧化碳、沼气及其它碳氢化合物与水分等。由于这个阶段还没有完全燃烧，所以二氧化碳还不明显，火区温度及岩石温度显著升高，在巷道还可以出现特殊的火灾气味、烟雾燃烧阶段其特征是生成大量二氧化碳，在高温下，分解生成更多的一氧化碳，巷道中出现强烈的火灾气体，烟及明火。火源附近温度高达1000℃左右熄灭阶段其特征是二氧化碳的浓度继续增高，氧气和一氧化碳则急骤降低，烟及火焰消失，灾区空气及岩石温度逐渐降低4．煤矿应重视自热时期的征兆：⑴．煤炭自热期的初期阶段煤炭自燃过程的准备期结束之后便进入了自热期的初期阶段。在此阶段的征兆有：①．煤温有所上升但在临界温度60～80℃以下；②．空气中的氧浓度降低；③．空气中的相对湿度增大；④．出现CO2，CO气体。⑵．煤炭自热期的后期阶段煤炭自热超过临界温度(60～80℃)，但尚未达到着火温度出现明火的期间，为自热后期阶段。在此阶段内，煤温可升高到100℃以上，火源点附近煤炭水份蒸发，开始了干馏现象，生成多种碳氢化合物，出现的征兆：①．火源点附近的空气湿度增大，出现雾气，煤壁挂水珠，挂汗；②．出现煤炭氧化和干馏的产物，如CO、CO2、CH4、C2H4、C2H5等；③．煤温、水温、空气的温度都有所升高；④．出水酸度增大。芳香族的碳氢化合物气味(煤油味)是井下自然发火最可靠的征兆。这种气味在距火源一定距离之外更为显著，因为芳香族气体在冷却之后才会发生浓郁的香味。二．煤炭自燃的综合防治措施1．煤层自燃的预测预报⑴．鉴于煤在低温氧化阶段产生CO，因此，CO是早期揭露火灾的敏感指标。在矿井的采煤工作面回风巷、掘进煤巷等有自然发火的地点设置CO传感器，若发现CO浓度超限，便可采用便携式CO检测仪追踪监测确定高温点。⑵．采用红外探测法判断高温点的位置，红外探测法其基本原理是根据红外辐射场的理论，建立火源与火源温度场的对应关系，从而推断出火源点的位置。2．预防措施⑴．均压通风控制漏风供氧。均压通风是控制煤层开采中采空区等漏风的有效措施。首先，要在保证冲淡CH4、风速、气温和人均风量的前提下，全面施行区域性均压通风，其调压措施包括单项调压和多项措施联合调压，具体实施中，首先形成工作面均压，而后逐步扩大到邻近工作面采空区的区域性均压。⑵．由于该矿3#煤层平均厚度仅为0.77m、5#煤层平均厚度仅为0.62m，采用直径1m滚筒割煤机连带伪顶一次采全高，提高回收率，减少浮煤。掘进巷道均为半煤岩巷道，巷道跟煤层顶板掘进，连同顶板的伪顶处理掉，然后支护，煤层仅占巷道断面的1/3。因此，该矿不需要采取喷浆堵漏、钻孔灌浆及注凝胶防灭火措施。第四章矿井防灭火措施第一节开拓开采措施一．选择合理的巷道布置与开采程序1．运输大巷均布置在薄煤层的半煤岩层中时，采用锚喷支护或工字钢架棚支护，支架后的空隙处无可燃性材料充填。2．开采顺序：根据矿区范围和矿井的开拓方式，全矿区为二个煤层开采，煤层的开采顺序：先开采同坐标系内的5#煤层，然后开采其下的3#煤层。二．选择合理的采煤方法1．本矿采用长壁后退式采煤法，回采率高，巷道布置简单，回采速度较快，有较好的防火性。煤层倾角平均在0~3°，布置为走向长壁工作面，有利于提高工作面生产能力；全部垮落法管理顶板，回采中采用1m直径的滚筒割煤机一次采全高，采空区遗煤较少，利于防止采空区煤炭自燃。开采时，要注意工作面两端头隅角的浮煤清理，发现可疑情况及时采取措施，每个工作面回采结束后及时进行采空区及巷道密闭。2．回采后顶板容易冒落，回采工作面采用全部冒落法管理顶板，单体液压支柱配合金属长板梁支护控制顶板。本矿3＃、5＃煤层自燃倾向为Ⅰ级，即容易自燃煤层。一般来说开采煤层为自燃煤层易发生采空区的自燃。在回采过程中，一次采全高，不留顶底煤，减少工作面上下隅角采空区遗煤。3．控制矿山压力，减少煤柱破裂。三．提高回采率，加快回采进度1．工作面采用采煤机落煤、装煤，工作面可用刮板输送机运煤，生产中需加强管理，确保每月不少于40m的回采进度，可在空间上、时间上减少煤炭的氧化。2．及时清理运输巷道中因运输过程的撒落的煤炭，工作面不要留顶煤或底煤，清干净回采下来的煤炭，不让其留滞在采空区，提高回采率。总之，合理的采煤方法能够提高矿井先天的抗自燃发火能力，实践表明，降低煤层自燃发火的可能性要从以下几个方面着手：⑴．少丢煤或不丢煤；⑵．控制矿山压力，减少煤柱破裂；⑶．合理布置采区；⑷．回采时应尽量避免过分破碎煤体；⑸．加快工作面的回采速度，使采空区自热源难于形成；⑹．及时密闭已采区和废弃的旧巷；⑺．注意选择回采方向，不使采区回风巷过分受压或长时间维护在煤柱里。第二节通风系统措施一．选择合理的通风系统、通风方法煤层自燃发火期是指在开采过程中暴露的煤炭，从接触空气到发生自通风因素的影响主要表现在采空区、煤柱和煤壁裂缝漏风。自发火期，是自燃发火危险程度在时间上的量度，发火期愈短的煤层自燃发火危险程度愈大。统计确定煤层最短自燃发火期，对矿井开采以及生产管理都有重要意义。1．实行独立通风。这样可降低矿井总风阻，增大矿井通风能力，减少漏风，易于调节风量；且在发生火灾时便于控制风流，隔绝火区。2．本矿采用中央并列式通风方式，各采掘面有独立的进、回风系统。3．矿井采用抽出式通风方法，工作面采用长壁后退式回采“U”形通风方式，采空区漏风小，有利于防止煤层自燃。4．准备采区时，必须在采区构成通风系统后，方可开掘其他巷道。采煤工作面必须在采区构成完整的通风、排水系统后，方可回采。二．正确选择通风构筑物的设置地点1．调节风门、风门、风墙等通风设施，应设置在围岩坚固、矿压较稳定的地点，还应避免引起采空区或附近煤柱裂隙漏风量的增大。2．回风巷中的调节风门应尽量设置在离回风侧较近的一端，进风巷中的调节风门应尽量安设在离进风侧较近的一端。第三节自燃发火观测点设置对开采具有自燃倾向性的煤层时，应及时掌握自燃发火动向，必须作好观测点的建设，气样采集、分析、记录和火灾的判断。主要有以下原则：1．在全矿井的自燃危险区建立自燃发火观测点，进行系统定期的观测。观测点应设在矿压较小的地点，至少长10m一段支护规整、断面不变，巷道内无风阻物。井下观测点分为固定观测点、移动观测点和临时观测点。2．采煤工作面固定观测点：在采煤工作面的回风流建立一个观测点，并符合井下测风站的要求。其观测站的位置应使回风观测点能控制全部回风流。3．移动观测点：在工作面的进回风巷内距工作面10～20m处设置，并随工作面推动而移动的观测点。4．临时观测点：发现异常现象，为缩小火区范围以便准确查找火源点而增设的观测点。5．本矿井监测点设置：⑴．本矿井自燃发火观测点设置在工作面回风巷距集中回风巷20m处，采用CO监测，工作面回风巷至少每天检测一次。⑵．当矿井有自燃发火区时，自燃发火观测点设置于密闭墙侧，每班至少检测一次。另外必须对井下工人进行相关培训，加强预测预报工作，做到预防为主。第五章矿井防灭火系统第一节注浆系统本矿在注浆系统设计及管理方面必须严格按照《煤矿安全规程》2021版的有关规定和《矿井防灭火规范》的相关内容及《煤矿注浆防灭火技术规范》进行设计。该矿井为薄煤层，3#煤平均厚度仅为0.77m，5#煤平均厚度仅0.62m，煤层倾角仅为0~3°；开采设备为滚筒割煤机，选用直径1m的滚筒，一次采全高，工作面不留顶底煤和浮煤；掘进巷道均为半煤岩巷道，煤层厚度仅为巷道断面的1/3，且跟煤层顶板掘进，不留顶煤。因此，本矿井防灭火设备选用移动防灭火装置，仅需对采煤工作面两出口巷道内的浮煤清理加以管理，必要时采取喷洒黄泥浆或喷洒阻化剂进行防、灭火；在采煤工作面终采45天内对两巷进行永久封闭，当密闭后发现墙内发生变化，疑似自燃发火时，通过墙体的措施孔进行注黄泥浆进行封堵灭火。一．注浆设备：本矿选用ZHJ-5/1.8G矿用移动式防灭火注浆设备，其技术参数：⑴．防爆电机：输入功率7.5kw；输出转速740r/min；电压660v；⑵．螺杆泵：输出流量5m3/h；出口工作压力1.8MPa；输出转速740r/min。⑶．定量送料总成输送量：40~2000kg/h；灭火剂或阻化剂30~150kg/h；⑷．无级调速机调速范围：60~300r/min；⑸．外形尺寸：长×宽×高=2000mm×600mm×780mm；⑹．重量：540kg。二．注浆材料1．注浆材料的种类：黄土、页岩、矿井矸石、粉煤灰、尾矿等。2．注浆材料成浆性能指标(0.1mm以下级别的样品)应达到如下规定：⑴．沉降速度1～10mm／min；⑵．临界稳定时间为20～60min；⑶．塑性指数7～14(粉煤灰可小于7)；⑷．粘度系数(1～2)×10-3Pa．S；⑸．氧化镁胶体混合物含量20％～35％；⑹．含砂量10％～30％(粉煤灰可小于10％)。3．用矸石、粉煤灰、尾矿作注浆材料时，须进行氧化性能实验，其指标应达到如下规定：⑴．氧化交叉温度在300℃以上；⑵．恒温吸氧量小于0．1mL／g；⑶．固定碳含量不大于8％，含硫量不大于1．5％，烧失减量不大于20％，发热量不大于2000J／g。4．页岩、矸石必须经破碎，其粒度要求在5mm以下，其中大于0.5mm的粒料应占10％以下，小于0.1mm的粒料应占60％以上。三．主要注浆参数1．灌浆系数防火灌浆系数为3％～12％，灭火灌浆系数相应加大。采用粉煤灰浆防火时，灌浆系数为5％～15％。2．土水比矿井防灭火注浆浆液的土水比应为1：2～1：5。在回采工作面洒浆防火时