煤矿防灭火设计

1、6.6.防灭火防灭火 6.16.1 煤层自然发火危险性及防灭火措施煤层自然发火危险性及防灭火措施 6.1.1 煤层自然发火危险性 根据山西省煤炭工业局综合测试中心测试 2007 年 12 月和 2008 年 1 月钻孔煤芯煤样化验结果及 2009 年 11 月检验报告，2、10 号 煤层均属自燃-容易自燃煤层。 6.1.2 煤的自燃分析预测 6.1.2.1 煤岩特性分析 1)从煤的炭化程度分析 因煤层的自燃性随煤炭的变质程度的增高而降低；煤的炭化程 度越低，挥发份含量越高，煤层自然发火倾向越强。一般说来，褐 煤易于自燃，烟煤中长焰煤危险性最大，贫煤及挥发份含量在 12% 以下的无烟煤难以自燃。

2、本井田 2 号煤为低灰中灰，平均为低灰、 特低硫、低挥发分中等挥发分，平均为低挥发分、高热值特高 热值，平均为特高热值瘦煤和焦煤；10 号煤为特低灰中灰，平均 为中灰、中高硫高硫，平均为中高硫、低挥发分中等挥发分， 平均为低挥发分、高热值特高热值，平均为特高热值瘦煤和贫瘦 煤。本井田各煤层均属自燃-容易自燃煤层。 2)从煤岩成分分析 因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，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的 煤，一般不易自燃。 2 号煤层宏观煤岩特征为黑色，上部为半暗型，中下部为半亮 型和光亮型煤，光泽为金属光泽，构造明显，煤质较硬，具深褐色 条痕。 镜

3、煤为光泽极强之狭长条带夹于亮煤之中，具明显的贝壳状断 口，但层的界限不显。暗煤光泽暗淡，呈角砾状断口，丝炭大多呈 小凸镜体夹于其他各种成分中。 10 号煤层宏观煤岩特征为黑色，属半亮及半暗煤型，弱金属光 泽。层状构造比较清晰。煤的光泽最亮部分为亮煤，内生裂隙发育， 层理中夹有极少量的扁豆状丝炭。光泽较暗的部分为暗煤，煤质坚 硬，灰分及丝炭的扁豆状夹层较多，断口呈角砾状，呈黑色条痕。 显微煤岩特征：2 号煤层自然分层一般为上、中、下三层。平 均有机组份含量在 80%以上。其次为无机物组份。 2 号煤层无机物组份含量不多，一般在 6.3%10%之间，矿物中 以粘土类为主，变化在 5.69.4%之间

4、，黄铁矿含量甚少，变化 在 0.21.1%之间，平均不超过 0.6%，方解石更为少见，一般在 0.20.5%之间，个别高达 1.7%。 无机矿物粘土分布状态大致为两种：一种是粗粒分布状态，一 种为透镜状、似层状出现，浸染状也有，但较少；黄铁矿也分为两 种：一种是同生黄铁矿以细晶状分布于凝胶化基质之中，此种较为 常见，一种是次生黄铁矿，充填于煤的裂隙之中；方解石主要为次 生，常充填于裂隙之中。 在 10 号煤层有机组分中，主要组分镜质组平均为 72.5%，其次 为丝质组为 22.8%，半镜质组为 4.7%。在无机组分中粘土类最多， 平均为 11.1%，硫化铁类占 0.87%，碳酸盐类为 0.4%

5、，无石英。油 浸最大反射率为 1.54%。 3)从煤的含硫量分析 煤的含硫分越多，吸氧能力愈大，越易自燃。2 号煤层原煤硫 分 0.28%0.36%,平均 0.31%;浮煤 0.36%0.62%,平均 0.47%。为特 低硫煤，煤层不易自燃。10 号煤层原煤硫分 2.01%3.12%,平均 2.81%;浮煤 1.87%2.96%,平均 2.62%。为中高硫高硫，平均为中 高硫，煤层容易自燃。 4)从煤的破碎程度分析 由于煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面积，使煤的氧化速 度加快，容易自燃。脆性与风化率较大的煤就易于自燃。本井田各 煤层比较疏松，据此分析煤层自燃危险性较大。 6.1.2.2 煤的

6、赋存条件分析 井田内可采的 2、10 号煤层赋存稳定，为主要可采煤层。井田 构造总体上为走向 NE，倾向 NW 的单斜构造。井田局部为缓波状起 伏背向斜，地层倾角 215，构造简单。井田内断层、陷落柱 不发育，无岩浆岩侵入。 6.1.2.3 开采技术条件 设计 2 号煤层采用长壁综采放顶煤一次采全高采煤法，全部垮 落法管理顶板。 2、10 号煤层自燃倾向均为-类级，属自燃-容易自燃煤层。 2 号煤层采用综采放顶煤采煤方法开采，容易造成采空区遗煤多， 漏风大，给煤层自燃造成良好条件，增加自燃的可能性；因此，容 易发生自燃的区域为工作面“两线两道” ，即工作面开采线，停采 线，进风道与回风道。 6

7、.1.3 煤层的自燃预防措施 1)开拓开采方面的措施 (1)运输下山、轨道下山、回风下山布置在煤层内，采用锚网喷、 锚索联合支护，机电硐室采用锚网喷、现浇混凝土支护。 (2)回采工作面条带布置，减少煤柱损失；回采工作面采用后退 式开采，加速回采进度；尽一切可能防止煤层自然发火。 (3)采用壁式采煤法回采率高，巷道布置比较简单，便于使用机 械化装备与加快回采进度，有较大的防火安全性。 2)通风方面的措施 (1)回采工作面采用后退式开采， “U”型通风系统，对防止自然 发火有利。 (2)回采工作面采完后及时构筑密闭墙，加强对采空区的密闭管 理。 3)监测方面的措施 (1)矿井配备 DMH 型胶带机

8、硐室自动灭火系统，系统通过地面总 站，对接收到的井下数据进行处理，显示测点报警信息。从而对主 要运输下山的带式输送机发火进行不同阶段监测预报。 (2)回采工作面上隅角、掘进工作面、瓦斯检查员、班长配备便 携式一氧化碳检测报警仪。 6.26.2 防灭火方法防灭火方法 该矿 2 号煤层属于自燃煤层，根据地方煤矿特点及防灭火经验， 矿井具有完善的自燃火灾防治系统及措施：主要配置 KYSC-1 型矿井 移动式束管采样系统、GC950 型火灾气体色谱分析系统对煤层自然 发火进行采样监测；建立阻化剂防灭火、采空区灌浆防灭火、凝胶 防灭火系统、氮气防灭火系统。 6.2.1 煤层自燃监测方面的措施 煤层自燃火

9、灾监测与早期预报是矿井火灾预防与处理的基础， 是矿井防灭火的关键。只要能够准确、及时地对煤层自燃火灾进行 早期预报，就能有的放矢地采取预防煤层自燃火灾的措施，从而避 免自燃事故的发生。对于煤层火灾的预测预报而言，采样监测技术 是至关重要的。目前，煤层火灾的监测主要有矿井火灾束管采样监 测系统、煤矿安全监控系统和人工检测三种手段。 地面固定式矿井火灾束管监测系统是借助束管将矿井井下各测 点的气体经抽气泵负压抽取、汇总到指定地点，在借助气相色谱检 测装置对束管采集的井下气样进行分析，实现对 CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2等气体含量的在线监测，其 监测结果在以实时监测

10、报告、分析日报等方式提供数据的同时，亦 可自动存入数据库中，以便今后对某种气体含量的变化趋势分析， 从而实现对矿井自燃火灾的早期预报。 安全监控系统可以连续监测 CO、CO2、O2等环境参数，根据这些 环境参数的变化进行煤层火灾的预报。 人工检测一直作为煤层火灾的主要监测手段，人工气体监测主 要采用 O2、CO、CH4等便携式气体分析仪，由人工直接在各测点进行 气体检测，并定期采用气袋取气样，送地面进气相色谱分析，给出 气体的成分和浓度，以此判断煤层发火程度。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，不能连续 实时进行检测。 针对目前地面固定式束管监测系统具有管路长

11、，采样测定滞后 时间长，管路积水和粉尘进入管路堵塞后难以处理，人为或其它原 因破坏管路的可能性大，管路维护量较大；地面设备多，需专人管 理，管理技术要求较高；全套设备所需费用高等缺点，山西省安全 工程技术研究中心近年来开发的井下移动式火灾气体束管采样系统 全部安装于井下，并可移动布置在不同的监测区域，体积小，重量 轻，束管管路短，操作、管理及维护方便。该套系统可用于在井下 对重点危险区域进行现场连续采样，多个密闭集中采样，现场和实 验室分析，监测火灾气体成份的变化，为煤层自燃预测预报提供了 有效的手段，为分析煤层发火情况及其变化趋势提供了依据。目前， 已在山西省大同、朔州、忻州、阳泉、太原、晋

12、中等地区近 200 个 中小型煤矿进行了应用，效果较好。 山西省安全工程技术研究中心还开发了与该采样系统配套的 GC950 型煤矿专用火灾气体色谱分析系统，该系统采用日本岛津技 术，具有性能稳定、功能齐全、自动化程度高、重复性好、灵敏度 高等优点，克服了传统的色谱仪氮气和氧气分离效果差，不能测氢 气等缺点；该系统能测定 H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和 C2H2 等 9 种气体，实现了测定氢气这一重要火灾气体，对于指导矿 井火灾的治理具有重要的参考价值；采用三气路六通阀定量管进样， 配 TCD、双 FID 及镍转化炉，四通道采样分析，一次进样 5 分钟内 完成所有气

13、体分析；检测器均采用单元化设计，先进制造工艺，具 有灵敏度高、噪声低、线性范围宽等特点；工作站功能强大、性能 稳定，直观、简单、易学。目前该系统已广泛装备到神华集团神东 煤炭公司、西山煤电集团、山西潞安集团、山西晋煤集团、中煤平 朔分公司等，为及时发现自燃隐患、处理火灾事故等提供了科学依 据。 1)KYSC-1 型束管采样系统组成 该系统既具有原束管系统的功能，又克服了原束管系统的一些 不足。系统经济适用，维护方便，适用于中小型矿井自然发火的预 测预报，也适用于大型矿井高产高效工作面的自然发火预测预报及 火灾治理过程中火灾信息的连续检测。该系统由以下三部分组成： (1)抽气束管；(2)抽气泵；

14、(3)采样柜；(4)气水分离器。 1.水位计 2.压力控制阀 3.出气口 4.压力表 5.连接法兰 6.连 接管道 7.皮管 8.水泵出气口 9.水泵进气口 10.皮管 11.负压表 12.流量计 13.八路控制开关 14.气体采样口 15.出水口 图 6-2-1 采样系统连接图 2)KYSC-1 型束管采样系统技术参数 1)供电电压：660V380V； 2)功率：4kW； 3)供水量：1m3/h； 4)抽气量：1.35m3/min； 5)负压：0.087MPa； 6)抽气距离：5000m。 3)GC950 型煤矿专用色谱分析系统技术特点和参数 图 6-2-3 煤矿专用气相色谱分析系统配置简图

15、 6-2-4 煤矿专用色谱分析系统连接示意图 主要特点 该仪器采用日本岛津技术，具有性能稳定、功能齐全、自动 化程度高等优点； 可以测定 H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2共 9 种 气体； 选用氩气作载气，实现了测定氢气这一重要火灾气体，对于 指导矿井火灾的治理具有重要的参考价值； 采用三气路六通阀定量管进样，配 TCD、FID 及镍转化炉，从 而排除了各组分之间的互相干扰，使重复性、灵敏性和准确性更好； CO、CO2及烃类测定采用分时进样，双柱并联共用 FID 的流程， 从而避免了分流进样造成最低检测浓度达不到煤矿安全要求的不足， 同时通过进样时间的控制，

16、可以缩短总的分析时间，减轻分析人员 的工作量； 内置不锈钢丝网过滤膜，从而避免了煤矿气体粉尘较多容易 堵塞管路的问题； 检测器均采用单元化设计，先进制造工艺，具有灵敏度高、 噪声低、线性范围宽等特点； 工作站功能强大、性能稳定，直观、简单、易学。设有六种 定量方法(归一法，内标，外标，修正归一法，带比例的修正归一法， 指数法)，可实现任意多点标样校准，任意多点校准平均，直观显示 校准曲线；灵活的峰识别和处理能力，适应各类色谱分析应用。 技术参数 最小检测浓度：H25ppm；CO、CO22ppm；烃类0.1ppm 尺寸：宽 606mm高 450mm深 450mm 重量：42 Kg 电源：200V

17、、50HZ、2100W 热导检测器(TCD) 结构：半扩散式、四臂铼钨丝；电源：恒流控制方式；灵敏度： 1500mVml/mg(正十六烷)；噪声：0.03mV；飘移： 0.1mV/30min 火焰离子化检测器(FID) 结构：圆筒形收集极、石英喷口；检测限：110-11g/s(正十六 烷)；噪声：510-13A；飘移：510-12A/30min 柱箱温度范围：10399(增量为 1)；控温精度： 0.1；可由键盘设定过热保护值 检测器温度范围：10399(增量为 1)；控温精度： 0.01(TCD)和0.1(其它)；可由键盘设定过热保护值 工作站 高精度：USB 接口，24 位的高精度 A/D

18、，分辨率1uv 输入通道电平范围：外置数据采集盒，输入通道 2 个。-1v 至 +1v(可扩展 2V) 采样频率：6、12、25、50 次/秒 动态范围：106(1v 为最小单位) 积分灵敏度：1vsec(即面积的个位数)。 线性度：0.1% 重现性：0.06 4)井下监测方案 测点布置方案 选定一工作面在进回风顺槽按一定间距布置束管采样器，测 定采空区范围大约距工作面 150m 左右，约 50m 设一个测点，保持采 空区内部进、回风侧各三个探头，上下顺槽同时观测，待距工作面 最远测点进入采空区 150m 后，即可结束观测，测点布置如图 6-2- 5、图 6-2-6 所示。 （两者根据情况选一

19、种） 图 6-2-5 单巷布置工作面测点布置图 采空区 开 切 眼 停 采 线 采空区束管 采样泵 束管采样点 采空区开 切 眼 停 采 线 联络巷 采样泵 束管采样点 采样束管 图 6-2-6 双巷布置工作面测点布置图 工作面正常封闭后，在进、回风侧密闭分别设观测孔，并在 密闭内各布置一个测点，测点布置如图 6-2-7 所示，对于与采空区 相连(尤其是与火区相通)的闭墙内也应设置测点进行监测。 图 6-2-7 工作面封闭后测点布置图 地面色谱分析 井下通过束管采样仪采样并送至地面色谱分析，分析参数主要 有 O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、H2正常情况下，每天早

20、 班检测一次，工作面异常时，每班检测二次。 为了检测全矿井的一氧化碳情况，矿井配备便携一氧化碳检测 报警仪，数量不少于便携瓦检仪的三分之一，共配备？台。 采空区 开 切 眼 停 采 线 采样束管 采样泵 6.2.26.2.2 防灭火方法防灭火方法 1.对采空区进行预防性灌浆 煤矿安全规程规定，开采容易自燃和自燃的煤层时，必须 对采空区、突出和冒落空洞等孔隙采取预防性灌浆等防灭火措施。 预防性灌浆就是将水、浆材按适当比例混合，配制成一定浓度 的浆液，借助输浆管路输送到可能发生自燃的区域，用以防止煤炭 自燃，是使用最为广泛、效果最好的一种技术。 (1) 灌浆系统 目前灌浆使用的浆液的制备主要有水力

21、制备和机械制备两种方 法。水力制备是利用高压水枪冲刷松散的粘土层使水土混合形成泥 浆，是一种操作较为简单的制浆方式，但浆液浓度难以保证，防火 效果差；机械制浆是按照一定的比例将制浆材料和水送入搅拌池， 经搅拌机搅拌，输入注浆管路送至井下，但目前的灌浆系统普遍存 在易堵管、输浆力度小、浆材要求高、投资大等不足。山西省安全 工程技术研究中心开发的 KDZS-1 型多功能煤矿防灭火灌浆系统选用 移动式轻型设备、多组浆池协同灌浆、远距离输浆等特点，经过滤 后有多个输浆出口，可用黄土、粉煤灰等多种灌浆材料，具有设备 简单、投资少、建设速度快、输浆力度大、防冻等优点。 本次设计在风井场地设 KDZS-1

22、型多功能煤矿防灭火灌浆系统一 套，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浆液。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：风井场地建 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)，搅拌池及注浆池侧面设 800mm800mm2000mm 下液泵坑两个，各安设离心式液下泥砂泵 2 台。灌浆站布置如图 6-2-8 所示。 下液式砂浆泵 沉淀池 注浆池 注浆池 灌浆注胶系

23、统连接示意图 出液口 滤网 出液口 下液式砂浆泵 出液口 出液口 出液口 电机 减速器 图 6-2-8 灌浆站布置示意图 (2) 灌浆方法 预防性灌浆方法有多种，根据采煤与灌浆先后顺序关系可分为： 采前预灌、随采随灌和采后灌浆。 采前预灌就是在煤未开采之前即对煤层进行灌浆，适用于老空 区过多、自然发火严重的矿井；随采随灌就是随着采煤工作面推进 的同时向采空区灌浆，主要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆，能及时 将顶板冒落后的采空区进行灌浆处理；采后灌浆就等回采结束后， 将整个采空区封闭起来后进行灌浆。为了保证及时、简便处理处理 自燃隐患，设计采用埋管灌浆法。 采用埋管灌浆法，在放顶前沿回风巷在采空区预

24、先铺好灌浆管 (一般预埋 1020m 钢管)，预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶 管长一般为 2030m，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。 5 321 4 6 图图 6-2-86-2-8 埋管灌浆示意图埋管灌浆示意图 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 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注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

25、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。 日灌浆所需浆材量 mLHCQK 材 式中 Q材日灌浆所需浆材量，m3/d； m煤层采高，m； L工作面日推进度，m； H灌浆区倾斜长度，m； C回采率，%； 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 0.050.15。 日制浆用水量 土水 QQ

26、 1 式中 Q水 1制浆用水量，m3/d； 水固比。 日灌浆用水量 12 QK 水水水 Q 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 1.101.25。 日灌浆量 MQQ 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； 小时灌浆量 nt Q 1 2 Q浆 浆 式中： Q浆 2每小时灌浆量，m3/h； n每日灌浆班数，班/d； t每班纯灌浆时间，h/班。 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： 2max 5 . 1

27、浆浆 QQ 式中：Q浆 max每小时最大灌浆量，m3/h。 需要说明的是：灌浆系统的灌浆系数、水土比等各项参数在实 际生产中必须根据煤层发火情况、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实验确定，以确保灌浆效果和生产的 安全。 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，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。 (4)灌浆材料的选择 颗粒要小于 2mm，而且细小颗粒(粘土：0.005mm 者应占 6070)要占大部分。 主要物理性能指标 比重为：

28、2.42.8t/m3 塑性指数为 911(亚粘土) 胶体混合物(按 MgO 含量计)为 2530： 含砂量为 2530，(颗粒为 0.50.25mm 以下) 容易脱水和具有一定的稳定性。 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。就注浆灭火而言，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，注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。因此粉煤灰用于注浆灭火， 可以起到隔绝、包裹、降温作用。另外，使用

29、粉煤灰，既处理了废 料，又有利于环保。 (5) 灌浆管路的选择 灌浆管路布置灌浆管路布置 回采面采空区是该矿灌浆重点区域，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： 地面灌浆站副斜井轨道下山20101 工采面回风顺槽工 作面 灌浆管道灌浆管道 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： 2 max 3600/4dQv 浆 式中：v管道内泥浆的实际工作流速，m/s； Q浆

30、 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 14m/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。 (6)制浆的主要设备见表 6-2-1，灌浆系统布置如下图 6-2-9 所 示： 至钻孔 注浆泵 滤网 搅拌池 搅拌器 水管 注浆池 潜水泵 输浆管 料 场 至钻孔 图图 6-2-86-2-8 灌浆系统布置示意图灌浆系统布置示意图 表表 6-2-16-2-1 灌浆设备一览表灌浆设备一览表 序号设备名称设备

31、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 6 5 无缝钢管 D1084.0 米 6 无缝钢管 D754.0 米 7 4 寸胶管 DN100 米 8 供水管(软管) 30 米 灌浆系统路径：地面灌浆站-回风斜井-井底大巷-10 煤轨道上 山-回采工作面轨道顺槽-工作面 黄泥灌浆系统见图 A1896-175-0102。 （七）灌浆疏水系统及预筑防火墙 1.疏水系统 灌浆前后要严密观测采空区涌水量大小情况，如确定采空区内 有较大积水区域或较大水量，可能威胁到工作面安全生产，则必须 采用适当疏水措施。疏水措

32、施应根据煤层产状、工作面采煤方法及 回采方式、采空区内积水区位置、预测水量大小、工作地点排泄水 设施、设备能力综合考虑，并应符合井下防治水的有关要求。 对于采空区积水，可采用探水钻施工疏水钻孔或通过密闭上预 留的放水孔疏放，也可以通过临近顺槽施工疏水钻孔或顺槽间联络 巷内密闭上的放水孔排水。从采空区疏放出的积水，通过顺槽内水 沟排到大巷水沟（或流入顺槽集水坑，通过水泵外排） ，后排入井下 水仓。 疏水系统设施设备主要有：水沟、集水坑、密闭墙、排水管路、 探水钻机及配套设备、小水泵等。 2.预筑防火墙 矿井为防止采掘工作面自然发火及采空区发火，需设置防火墙 及预留防火墙位置。采煤工作面回采结束后

33、，须及时砌筑永久性封 闭。井下发生火灾不能直接灭火时，必须砌筑防火墙，封闭火区。 井底设消防材料库，内有足量砌筑防火墙材料，并备有专用车辆， 材料可直接运往井下各使用地点；另外，也可在采区内适当地点设 临时材料储备硐室，内置砌筑防火墙的材料。 预筑防火墙的位置：回采工作面顺槽：进风顺槽内应设在工 作面停采线外部，距离不小于大巷保安煤柱尺寸，且需在各联络巷 与顺槽交叉地点以里；回风顺槽内除上述要求外，防火墙应位于通 风设施及构筑物以里工作面一侧；各进风顺槽间、各回风顺槽间不 使用的联络巷应密闭；所有与工作面连通的顺槽、巷道都应按要求 预留防火墙位置。掘进工作面：应参照回采工作面顺槽预留要求 因地

34、制宜选定防火墙预留位置，所选地点应在通风设施及构筑物、 交叉巷道以里；双巷（多巷）同时掘进时，各巷道都应分别预留防 火墙位置，巷道间不使用的联络巷道应及时密闭；与掘进工作面连 通的所有巷道内，都应预留防火墙位置。矿井的两翼，各生产水 平之间，井下相邻采区间，井下自燃煤层或区域与其它煤层或区域 连通的巷道间，其它可能发生煤炭自燃并可能蔓延危害到与其连通 地点的巷道内等。 3.灌浆后防止溃浆、透水事故的措施 （1）灌浆材料应满足相关规定的要求，严格控制浆液泥水比， 并控制灌浆量不使过大。 （2）工作面顺槽内设有水沟和集水坑，并配备小水泵，能够满 足工作面俯斜开采时的涌水和浆液析水的排放要求。 （3

35、）本矿井下灌浆采用随采随灌方式，一部分灌浆水会从采空 区流入工作面运输机道或顺槽水沟内（俯斜开采时） ，这时最好在巷 道内构筑滤浆密闭将泥浆滞留于采空区，使水放出。 （4）加强水情观测，对采空区的灌浆量与排水量进行观测记录。 排水量过少，灌浆区内可能有泥浆水积存；排水中含泥量较大，采 空区可能形成了泥浆通路。处理方法有： a 立即停止灌浆，采用间断灌浆。 b 在泥浆中加入砂子填塞通路。 c 提高泥浆浓度。 d 移动灌浆管口位置，改变浆液流动路线。 e 工作面下部运输机道见水即停止灌浆。 （5）本矿煤层采用综采一次采全高工艺，但 9 煤、10 煤间距 较小，开采上煤层 9 煤时会影响下层煤 10

36、 煤，为防止上下层巷道、 工作面溃浆问题，两煤层开采时间要错开一定时间，保证一定距离， 等 9 层煤浆液水控出并稳定后方可安排顺 10 煤掘进及开采。回采完 毕的工作面与接替（相邻）工作面间留有 20m 保安煤柱，联络巷及 时按要求密闭并在密闭上部安置放水管，可保证工作面回采时采空 区积水不致溃入生产工作面顺槽。如发现密闭内积水较多，必须制 定措施，或进行放水。 （6）加强管路检修。 6.2.2 阻化剂防火技术 (1)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

37、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。 (2)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 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 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

38、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。 (3)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。 (4)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。 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

39、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； 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； 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

40、液防止煤炭自燃。 (5)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)1500360450mm； 转速：700800r/min； 额定流量：40L/min； 工作压力：12.5MPa； 电压： 380/660V； 功率：2.2kW (6)阻化剂防火工艺 在工作面轨道巷适当位置(尽量靠近工

41、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

42、率。喷洒系统工艺图如下图所 示。 8 6 5 4 32 2 采 空 区 工 作 面 1 7 9 图图 6-2-106-2-10 移动式喷洒系统工艺图移动式喷洒系统工艺图 1-1-供水管路；供水管路；2-2-药液箱；药液箱；3-3-吸液管；吸液管；4-4-压力表；压力表； 5-5-阻化多用泵；阻化多用泵；6-6-高压胶管；高压胶管；7-7-阀门；阀门；8-8-三通；三通；9-9-喷枪喷枪 (7)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)，t/m3；

43、L工作面长度，m； S一次喷洒宽带，m； H遗煤厚度，m； A遗煤吸药量，(在采空区采取煤样，由试验确定)， t/t； 阻化液容重，t/m3。 6.2.3.凝胶防灭火 凝胶防灭火技术是近几年发展起来的新型防灭火技术，该技术 / 21 LSHAKKV 集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，较好地解决了灌浆、 注水的泄漏流失问题；技术工艺及设备与井下有限作业空间等实际 条件的适应性，使该技术在灭火过程中充分发挥其效能，快速有效 地控制和扑灭火势。已成为煤矿井下必不可少的防灭火技术之一。 该技术具有如下特点： a. 灭火速度快：由于胶体独特的灭火性能，其灭火速度很快， 通常巷道小范围的火仅需几小时

44、即可扑灭，工作面后方大范围的火 也只需几天即可扑灭。 b. 安全性好：胶体在松散煤体内胶凝固化、堵塞漏风通道，故 有害气体消失快；在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽，不存在水 煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。 c. 火区启封时间短：注胶灭火工程实施完，不需等待(煤矿 安全规程规定各项指标达到启封条件后还需观察稳定一个月才能 启封)，即可启封火区。 d. 火区复燃性低：高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复 燃。 (1)凝胶材料选择及配比 凝胶由基料、促凝剂和水按比例混合而成。主料为硅酸钠水溶 液、促凝剂为碳酸氢钠。 设计比例：基料：促凝剂：水=10：4：86(重量比)。 (2) 注凝胶设备 注胶设备：

45、NJB-1-80 型凝胶泵，见图 6-2-11。 该设备是一种用来输送凝胶(水+基料+促凝剂)的泵组，由山西 先导科技开发有限公司研制开发。它可自动地将水、基料、促凝剂 按一定比例混合后，经三个出液口输送到用胶地点。根据各种材料 的配比不同，凝胶混合液可在十几秒至几十分钟内形成固态胶体， 用于煤矿直接灭火和堵漏。 图图 6-2-116-2-11 凝胶泵及凝胶凝胶泵及凝胶 凝胶泵性能参数 主泵流量：80L/min； 辅泵流量：3-8L/min，可无级调节； 压 力：0.5-2.0MPa； 电机功率：5.5kW； 电机转速：1440rpm； 整机重量：220kg； 外形尺寸：长宽高=1100540

46、780(mm)。 输送胶管 输送胶管规格见表 6-2-2。 表表 6-2-26-2-2 输送胶管规格输送胶管规格 主泵井口胶管主泵井口胶管辅泵进口胶管辅泵进口胶管 内径 (mm) 长度 (m) 内径 (mm) 长度 (m) 内径 (mm) 长度 (m) 内径 (mm) 长度 (m) 1920 4 1920 300 3233 6 2426 300 图 6-2-12 设备连接图 图图 6-2-136-2-13 压注凝胶示意图压注凝胶示意图 (4) 操作步骤 起动操作 a. 首先检查机器各紧固螺丝，不得有松动现象。 b. 检查各泵和流量调节器(变速器)油箱内的润滑油，必要时加 入各自的润滑油。泵用润

47、滑油是 3040 号机油，变速器用专用的 UD 润滑油(不可用其它机油代替)。 c. 盘车检查各泵能否转动自如。 d. 检查电器开关、起动器。 e. 检查各输送胶管、接头和过滤网。 10m 停采线 采空区 火 消火道 70# 9#煤 夹矸 8#煤 火 5m 3.5m 消火道 A A C E 副巷 C E B D 基料泵 促凝剂泵 基料箱 促凝剂料箱 混合器 分流器 至钻孔 钻孔 阀门 泵入口 泵出口 泵入口 泵出口 f. 将主泵吸水管和溢流管放入配好促凝剂的水箱中；将胶管的 吸管和溢流管放入胶料箱(或胶料桶)中。 g. 打开混合器出口的 3 个阀门。待起动正常后再按需要关掉 12 个。任何情况

48、下必须保证有 1 个阀门全开且畅通。 h. 接通电源。 注胶过程中的操作 a. 待基料料箱内的基料注完后，可在不停机的情况下快速地把 吸料管和溢流管换进另一只基料料箱中，这样可保持连续注胶。 促凝剂箱只需不断地往料箱中补充材料，不需要来回移动吸料 胶管。 b. 胶料流量无级调节器(变速器)只能在泵运转的情况下调节， 严禁停机时调节。 c. 泵的调压器是用来限定注胶压力并防止电机过载的，供货时 已经调好，不要随意调节。注胶时若发现溢流管有溢流，首先要检 查输送管和混合器是否堵塞，混合器出口阀门是否打开。一般情况 下是不会有溢流的。 停泵操作 a. 注胶结束后，必须将主泵和胶泵都输送清水 3 分钟

49、以上，并 同时将混合器的 3 个出料阀门都打开，以保证泵内、管内和混合器 内没有混合液和胶料存在。 b. 将各泵的吸管从清水箱中拿出，将吸口放在无粉尘和杂物的 地方(最好用手拿着)，让泵继续运转吸水 5 分钟，这样可将泵内的 积水排出。 c. 断电。 d. 清洗混合器，确保畅通。 正常维护 a. 新机器运转一个月后，应全部更换泵内和变速器内的润滑油。 b. 阶段性注胶结束后，应将机器全部运上地面进行清洗、维护 和保养，以备下一阶段注胶时机器能及时、正常地投入使用，同时 也可延长机器使用寿命。 c. 发现流量偏小时，检查泵的密封圈和吸、排液阀，磨损严重 或损坏应即时更换。 d. 检查三角皮带是否

50、放松。过松是可首先用皮带张紧螺钉调节 拉紧。若仍不能拉紧，可考虑将泵垫高。只要皮带不损坏就不需更 换。若需要更换时，必须每泵的两根或两泵的四根皮带同时更换。 (5) 施工准备及步骤 施工准备 a. 准备两个 0.5m3的铁箱(0.8m，高度 1m)，用于储存基料； 并准备 1 个 0.6m3(0.9m，高度 1m)的铁箱，用于配制促凝剂溶液。 将 3 个铁箱放置于灭火巷道内的注胶设备附近； b. 配好设备入口管路，并配好设备出口的变头，使之能与混合 器通过 25mm 的高压软管相连； c. 配好混合器出口变头，使之能与 25mm 的注胶高压软管连接， 并准备 25mm 的注胶高压软管 10 根

51、(10m 长的 6 根，5m 长的 4 根)； d. 1 寸阀门 6 个(注胶时接在钻孔上，钻孔泄漏时可随时关闭 阀门)；准备 l 寸管(接钻孔口的 l 寸阀门)变 25mm 的高压接头(接 25mm 的注胶高压软管)的变头 6 个，连接设备出口和注胶钻孔； e. 根据其它矿的灭火经验，基料在井下的运输相当困难，为了 便于井下基料运输，可将基料用汽油桶运至巷道开口处，用泥浆泵 将基料通过管道输送到注胶设备的基料储存箱； f. 每班按注胶 6 小时计算，每班注胶量为 30m3。井下胶体材料 需保证 2 天的用量，基料量为 18t(54 桶)，促凝剂量为 7t(140 袋)。 地面需保证 5 天的

52、用量，基料量为 45t，促凝剂量为 18t； g. 基料的泥浆泵两台，流量为 3m3/h。并铺设输送基料的管路。 注胶顺序 先注终孔位置较低的钻孔，再注终孔位置较高的钻孔，防止因 注高位孔时，堵塞低位孔。 施工步骤 a. 将基料用泥浆泵输送到基料储存箱，每班需用泥浆泵输送基 料两次(共 3t)，第一次输送 4 桶(约 1m3，重 1.3t)，根据注胶设备 流量，可使用约 3 小时，第二次输送 5 桶。 b. 注胶前先接清水管冲冼每个钻孔 35 分钟。 c. 将注胶管路连接好(每次连接 3 个)，注胶泵入口管路放入相 应的料箱，启动注胶泵压注凝胶。待基料料箱内的基料注完后，可 在不停机的情况下快

53、速地把吸料管和溢流管换进另一只基料料箱中， 这样可保持连续注胶。促凝剂箱只需不断地往料箱中补充材料(每 3 分钟向料箱内添加 1 袋)，不需要来回移动吸料胶管。 d. 随时检查各钻孔的进胶情况，如发现有不进胶的钻孔，应及 时将其拆下，接上清水管冲冼。 e. 如有钻孔从钻孔周围向巷道返胶，应先将基料吸液管从料箱 中拿出，待注胶管冲冼过后，再关闭该钻孔的阀门，然后再将基料 吸液管放入料箱继续注胶。待将该钻孔处理好后，再打开阀门继续 注胶(或接至其它钻孔注胶)。 f. 停止注胶后，再用泵继续注清水 5 分钟，冲冼注胶管路，防 止凝胶堵塞高压软管。 g. 将每班注胶量及注胶情况及时填入现场记录本，以便

54、下一班 查询，并向防火办公室汇报。 (6) 其它安全技术问题 在施工过程中应制订各工序操作规程和安全技术措施。 预防水、电、机械等人身伤害事故。 对操作人员进行培训教育，确保工程质量。 材料要防雨、防风；包装带要收集，以免造成环境污染。 灌浆站及材料库要建立在洪水水位线以上。 各工程在施工过程中按各自行业规范操作。 施工期间要严格监控地面灌浆浆液是否流入井下工作面和巷 道，并加固所有与采空区联通的密闭。 (7) 凝胶防灭火系统设备选型 NJB-1-80 凝胶泵 2 台 5.5kW 混合器、分离器 1 套 现场加工 主泵进口胶管 20 4m 辅泵进口胶管 32 6m 主泵出口胶管 20 300m

55、 辅泵出口胶管 24 300m 0.75m3翻斗式矿车 5 辆 6.2.4.6.2.4.氮气防灭火技术氮气防灭火技术( (可选择可选择) ) 应用氮气防灭火技术防治矿井自燃火灾，是世界主要产煤国家 公认的行之有效的技术措施。氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒 的气体，其化学性质相对稳定，在常温、常压条件下氮气很难与其 它物质发生化学反应，所以它是一种良好的惰性气体，随着空气中 氮气含量的增加，氧气含量必然降低。据有关资料介绍：当氧气含 量低到 510时，可抑制煤炭的氧化自燃；氧气含量降至 3以下 时，可以完全抑制煤炭等可燃物的阴燃与复燃。基于上述氮气的性 质及煤的氧化机理，向采空区及遗煤带注入氮

56、气，使其渗入到采空 区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰 化带，可达到抑制采空区自燃，同时还能防止瓦斯爆炸事故的发生。 1)氮气防灭火的作用和特点 (1)氮气可以充满任何开形状的空间并将氧气排挤出去，使采空 区深部及其顶板高冒处因氧气含量不足而使遗煤不能氧化自燃； (2)注氮过程中，采空区经常保持正压状态，致使新鲜空气难以 漏入，有利于控制采空区遗煤自燃； (3)注入氮气后，可使采空区内和采空区周围介质的温度降低， 起到冷却降温作用； (4)在瓦斯和火共存的爆炸危险区内注入氮气能抑制火区内可燃 气体爆炸，提高灭火作业的安全性； (5)工艺简单，不污染环境； (6)氮气防灭

57、火存在的主要问题是在矿井负压作用下，如果采空 区漏风严重，则注入的氮气不易留存，易随漏风流向采面或邻近采 空区；加上氮气本身虽然无毒，但具有窒息性，对人体有害，因此 需与均压和其他堵漏风措施配合应用，使氮气泄露量控制在最低限 度。 2)注氮的要求 (1)氮气源稳定可靠； (2)注入的氮气浓度不小于 97%； (3)至少有一套专用的氮气输送管路及其附属安全设施； (4)有能连续不断地监测采空区气体成分变化的监测系统； (5)有固定或移动的温度观测站(点)和监测手段； (6)有专人定期进行监测、分析和整理有关记录，发现问题及时 报告处理等规章制度。 3)氮气的制取 氮气是空气中的主要成分，是一种取

58、之不尽、用之不竭的气体。 加上它具有无毒、无臭和易于与空气相混和等优良特性，所以是一 种理想的防灭火惰性气体。目前基本制取方法有深冷空分、变压吸 附和膜分离三种工艺技术。 深冷空分是一种传统的空分技术，已有九十余年的历史，它的 特点是产气量大，产品氮纯度高，但设备装机功率大，工艺流程复 杂，占地面积大，基建费用高，需专门的维修力量，操作人员较多， 产气周期长(1824h)，显然不适合煤矿选用。 变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳 分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性，运用变压吸附原理(加压 吸附，减压解吸并使分子筛再生)且在常温下使氧和氮分离制取氮气。 变压吸附制氮与深冷空分制氮相比，具有明显的优点：吸附分离是 在常温下进行，工艺简单，设备紧凑，占地面积小，开停方便，启 动迅速，产气快(一般在 30min 左右)，能耗小，运行成本低，自动