1505综采工作面防灭火专项措施课案.docx

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1505综采工作面防灭火专项措施课案

1505首采工作面防灭火专项措施

1.1505工作面基本概况

1.1工作面位置及井上下关系

工作面位置及井上下关系见表1

表1.1工作面位置及井上下关系表

水平名称

+390

采区名称

首采区

地面标高

707.85

井下标高

+365—+317

地面相

对位置

1505工作面地面位置为金水沟以东平原地带，地面广为黄土覆盖，多农田果园，无建筑物无河流溪水。

井下位置及

四邻关系

1505工作面位于首采区西部,北为西禹高速公路，南为南楼里村保安煤柱，西为刘家庄村保安煤柱，东为未开采的1508工作面。

走向长度／m

1594.8

倾斜长度／m

149.7

面积/㎡

238741.56

1.2煤层

工作面煤层情况见表1.2

表1.2煤层情况表

煤层厚度／m

0.5-7.0

4.50

煤层

结构

4.50

煤层倾角（°）

10－120

50

开采煤层

1

硬度

松软

煤种

贫瘦煤

稳定程度

稳定

煤层情况

描述

该面煤层赋存较稳定，平均厚度3.75米。

根据工作面开拓时两顺槽揭露资料，煤层断面呈大小不等的扁平透镜状及鳞片状，滑面发育，块度不好多呈粉末状，具玻璃-金刚光泽，参差状断口。

煤岩类型为半亮—半暗型，属贫煤。

1.3煤层顶底板

工作面煤层顶底板情况见表1.3

表1.3煤层顶底板情况表

顶底板名称

岩石名称

厚度∕m

岩石特性

老顶

细粒砂岩

15.3

灰色，成分以石英为主，长石次之，含大量黄铁矿结核，泥质胶结。

直接顶

粉砂岩、砂质泥岩（含4#煤）

5.3

灰黑色，薄层状，较坚硬，裂隙发育，层面可见云母碎片。

伪顶

炭质泥岩

0.25

灰色，缓波状层理。

直接底

砂质泥岩

0.30

黑灰色，较松软，遇水膨胀,含植物化石。

老底

粉砂岩或石英砂岩

4.06

石英砂岩，灰白色，致密坚硬。

粉砂岩，黑灰色，较坚硬。

1505工作面受控于微波状起伏的单斜构造，其间次级平台和隆起相对发育。

由北西向东南高程逐渐降低，工作面构造走向与工作面走向一致，比较平缓，进风顺槽一侧较低，回风顺槽一侧较高。

工作面中部次级褶曲构造相对发育，局部地段地层倾角较陡起伏较大。

根据三维地震报告该面在施工过程中将会揭露2条正断层和掘进中回风巷揭露HF1正断层，其中3DF5掘进时已进行了超前探，但是施工过程中提前做好断层超前探并加强顶板支护管理，做好过断层的准备工作。

1.4水文地质

1505工作面充水因素为上覆山西组底部K4砂岩含水层、下石盒子组底部K中砂岩含水层基岩裂隙水、太原群K2岩溶裂隙水和奥灰岩溶裂隙水，K4砂岩含水层岩性为浅灰—灰白色中粗粒砂岩，含大量云母片，钙质胶结，坚硬且裂隙发育，透水性好，厚度变化大。

K中砂岩含水层岩性为浅灰—灰白色中粗粒砂岩，有时呈灰褐色，裂隙较发育，透水性中等，厚度变化大。

施工过程中会有顶板裂隙水滴淋并汇聚在工作面低凹处和局部地段K2岩溶裂隙水与太原群下部岩层隔水性能不好遇到奥灰岩溶富水区时5煤底板出水对施工造成一定影响。

因此，施工过程中，提前做好超前探和奥灰岩溶富水区的底板注浆加固，同时在工作面安设满足需要的排水设施，及时将工作面积水排出，保证工作面正常生产。

1.5矿井及小窑

本井田位于渭北石炭二叠纪煤田澄合矿区，矿区煤炭资源开发程度较高，本井田南部有正在开发的合阳县煤炭开发有限责任公司煤矿，西北部有合阳县第二煤矿，西部有王村煤矿、王村斜井。

王村煤矿设计能力为年产150万吨，于88年12月建成投产，目前仅一个工作面生产，采5号煤层，年产量达100多万吨。

采用综合机械化采煤。

运输大巷位于标高390米水平。

有小型褶曲发育，一般为倾伏的背、向斜，幅度一般为6～8米。

使工作面起伏高差最大达31米。

并见到落差为0.5~5.0米的小断层，对煤层开采影响较大。

煤层厚度1~3.39米，一般为1.8~2.9米。

未发生过瓦斯、煤尘爆炸及坑道变形、破坏事故。

本区煤炭采、选、运条件良好，开发所需电力、道路条件成熟。

1.6瓦斯、煤尘和煤的自燃

根据《陕西澄合合阳煤炭开发有限公司1505工作面瓦斯基础参数测试及回采期间瓦斯涌出量研究》,5#煤层相对瓦斯涌出量为1.3866m3/t,鉴定结果为低瓦斯矿井。

根据陕西煤矿安全技术装备检测中心对5#煤层取样分析鉴,本矿井5#煤层具有煤尘爆炸性,其火焰长度为40mm,抑制煤尘爆炸最低岩粉量为65%，因此，在矿井工作面回采过程中，必须及时定期安排人员消尘。

5#煤层自燃倾向性等级为Ⅱ类,属自燃煤层，最短发火时间为26天,在回采、掘进过程中，应予以高度重视防灭火工作。

2.煤层自然发火危险性分析及预测预报

2.1煤层自然发火危险性分析

煤炭自燃的充分必要条件是：

（1）有自然倾向性的煤被开采后呈破损状态，堆积厚度一般大于0.4m。

（2）有较好的蓄热条件。

（3）有适量的通风供氧。

由于1505首采工作面采用综采放顶煤采煤方法，煤层平均厚度4.5米，放顶煤高度达2米左右，且4#煤距离5#煤距离较近。

随着放顶煤的开采和顶板垮落，采空区遗煤可能较多。

工作面U型通风方式，将使一部分风流进入采空区，使采空区遗煤处于供氧状态。

另外，经鉴定我公司开采的5#煤自燃倾向性等级虽为Ⅱ级，但最短发火周期只有26天，且煤质中富含硫元素。

综合考虑以上影响煤炭自燃因素，1505回采期间采空区遗煤有自然发火的危险性，应高度重视自然发火的预测预报与治理。

2.2煤层自然发火预测预报

2.2.1安全监测监控系统

我矿选用KJ66型安全监测系统可对井下采掘地点的瓦斯、温度、一氧化碳等参数进行实时监测,在1505工作面回采期间在巷道的回风侧及上隅角安设CO传感器,可以实时监控1505回风流中和上隅角的CO浓度,做到防患于未然。

2.2.2束管检测系统

考虑到煤层容易自燃，为确保矿井安全生产，1505首采工作面使用KSS-200自燃火灾束管监测系统。

系统通过束管取样分析矿井工作面、回风巷、采空区、巷道中的O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2等气体含量，系统可以实现24小时连续循环监测，经过对自然火灾标志气体的确定和分析，及时预测预报发火点的气体变化，为煤矿预防自然发火提供可靠地依据。

具体指标如下：

（1）、CO作为预测预报煤自然发火的指标气体，其出现温度在60℃左右，其预测的温度范围在220℃之前。

如出现CO浓度持续升高现象，说明采空区遗煤有氧化升温现象，应引起注意。

（2）、C2H4和C3H6气体出现的温度分别在165℃左右和200~220℃左右，C2H4气体的出现可以视为煤的氧化进入加速氧化阶段的标志，C3H6气体的出现可以视为煤的氧化进入激烈氧化阶段的标志。

（3）、 C2H2气体初始产生的煤温在400℃左右，C2H2气体的出现表明应视为已出现明火或阴燃，采取措施时要谨慎。

2.2.3人工预测

在1505工作面回采过程中,应安排专人每班对工作面上隅角、回风巷的CH4、CO2、CO等气体浓度和温度等观测一次。

每周用气囊采集工作面上隅角气样,用气象色谱仪进行分析化验,做到及时发现及时处理,防患于未然。

3.煤层自然发火预防措施

煤的自燃发展过程有三个必要条件：

煤层具有自燃倾向性、有连续供氧的条件、热量易于积聚。

所以设计防止煤的自燃主要从阻断上述三个必要条件入手。

3.1开拓开采方面的措施

（1）、加快工作面推进度，防止浮煤自燃。

采空区按煤层自燃条件分为散热带、自燃带和窒息带。

一般来说，在工作面外部条件不变的情况下，自燃带和窒息带的宽度只在一个有限范围内波动，并随工作面一起推进。

加快工作面推进度，可以缩短采空区浮煤在氧化带内的暴露时间，有效地防止煤层自燃。

（2）、提高顶煤回收率

综放工作面发火的主要部位是采空区浮煤氧化自燃。

因此，提高顶煤回收率，减少采空区浮煤量，对降低综放工作面采空区发火机率有较明显的功效。

5#煤采用的放顶煤液压支架型号为ZFY5000/17/28，加大了工作面割煤回采高度，有利于提高顶煤的回收率，因此，在生产过程中，应视顶煤的实际冒放情况，采取相适应的切实可行的技术措施，以提高顶煤的冒放效果，提高放煤口的放煤量，提高工作面的回采率，对预防采空区自燃将起到积极的作用。

3.2通风方面的措施

（1）、采用合理的工作面配风量，减少采空区漏风，缩短氧化带宽度

若采煤工作面风量过大，采空区氧化带宽度进一步增大，受采空区漏风影响，采空区浮煤在采空区氧化热量聚集而引起煤炭自燃。

根据有关资料统计，采空区漏风量与工作面供风量平方成正比关系。

本矿井工作面配风是根据本区瓦斯涌出的特点设计的。

因此，在实际生产中，根据工作面的实际瓦斯涌出量进行合理调整，在保证安全生产的前提下，尽量减少工作面配风量，降低工作面发火的危险性。

因此，回采工作面的合理配风是有效减少采空区漏风、缩短氧化带宽度、防止采空区煤层自然发火的主要措施之一。

（2）、堵漏风防灭火

工作面采空区进风侧是采空区漏风的主要通道，为减少此处漏风，在工作面前半部分吊挂风帘,上隅角打袋子墙，以减小漏风通道的漏风量。

3.3黄泥灌浆

3.3.1黄泥灌浆基础资料

1505工作面标高370.0～323m。

煤层走向近南北，倾角一般为1～9°。

5#煤厚度为3.6～6.4m，平均厚度4.5m，为巨厚层状的主要可采煤层，属自燃煤层，根据陕西煤矿安全技术装备检测中心对5#煤层取样分析鉴，最短发火时间为26天。

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，在矿井工业场地周围，地表堆积有丰富的黄土，土质疏松。

矿井生产规模1.2Mt/a，布置一个综放工作面，平均日产量为3149.4吨，

年产量为1.03Mt/a。

注浆路线：

地面制浆站→回风斜井→东翼回风大巷→1505回风顺→上隅角→1505工作面

3.3.2灌浆方法

目前使用的预防性灌浆方法有随采随灌和采后灌浆两种方式。

随采随灌是随采煤工作面的推进的同时向采空区灌注泥浆。

在灌浆工作中，灌浆与回采保持适当的距离，以免影响回采工作。

它适用于自然发火期短的煤层。

由于本矿井开采煤层发火期短，最短时间为26天，因此，选用随采随灌的方法，及埋管灌浆和工作面插管灌浆。

（1）埋管灌浆

把灌浆管铺设在工作面的回风道内。

工作面放顶前，在回风巷的灌浆支管上接一段预埋钢管（10-15m），预埋钢管和支管之间用高压胶管连接。

工作面放顶后始终保持预埋管压在采空区内5-8m，预埋管用回柱绞车拉着外移。

如图所示：

1505上隅角埋管灌浆示意图

（2）综采工作面插管灌浆

注浆主管路沿工作面倾斜铺设在支架的后立柱上，每隔20m左右留一个三通接头，并安装分支软管和插管。

将插管插入支架后尾梁后面的采空区，插入深度应不小于0.5m。

工作面每推进三个循环，注浆一次。

如图所示：

1505工作面插管灌浆示意图

工作面灌浆时，如果回风侧较高，上隅角埋管灌浆可以达到灌浆效果，可不考虑工作面插管灌浆；如果受地形影响较大，进风侧比回风侧高，考虑用工作面插管灌浆方法达到注浆要求。

3.3.3注浆参数

本矿井设计生产规模1.2Mt/a，布置一个综放工作面，平均日产量为3149.4吨，年产量为1.03Mt/a。

日纯灌浆时间为16小时。

设计按矿井达到1.03t/a计算灌浆量。

（1）矿井日灌浆所需黄土量为：

Q土1＝K

＝0.07×

＝165m3/d

式中：

Q土1——日灌浆所需土量，m3/d；

G——矿井日产量，t；

γ煤——煤的容重，t/m3；

K——灌浆系数，在0.03---0.1之间取值。

（2）矿井日灌浆实际开采土量为：

Q土2＝α·Q土1＝1.1×165＝181.5m3/d

式中：

Q土2——日灌浆所需实际开采土量，m3/d；

α——取土系数，取1.1；

Q土1——日灌浆所需土量，m3/d；

（3）矿井制泥浆每日用水量为（黄泥灌浆水土比确定为3：

1。

）：

Q水1＝Q土1·δ＝181.5×3＝544.5m3/d

式中：

Q水1——制备泥浆用水量，m3/d；

δ——制浆水土比，取3:

1。

（4）每日灌浆实际用水量为：

Q水2＝K水·Q水1＝1.1×544.5＝599m3/d

式中：

Q水2——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．取1.1

（5）矿井每日实际灌浆量为：

Q浆1＝（Q水2十Q土2）·M＝（599十181.5）×0.91＝710m3/d

式中：

Q浆1——日灌浆量，m3/d；

M——泥浆制成率，查表取值0.91；

Q水2，Q土2——符号注释同前。

（4）每小时注浆量

式中：

——每小时注浆量，m3/h；

n——每日注浆班数，班/日，取2；

t——每班纯注浆时间，h/班，取6。

Q浆=710/2×6=59m3/h

地面黄泥灌浆站由制浆机、泥浆泵、搅拌池等组成，制浆机型号为ZLJ-60/90,制浆量为60-90m3/h，排渣粒径8mm；泥浆泵型号为100ZW100-30，功率22kw,流量100m3/h，扬程30m。

以上设备能够满足小时灌浆量59m3/h的要求。

随采随灌时注意观察灌入水量与排水量比例，如果排出水量过少，则说明灌浆区可能有泥积存，应停止灌浆。

如果排出水里含泥量过大或过于集中，说明采空区已形成泥浆沟，灌浆不均匀，应移动管口位置。

灌浆后应再灌几分钟清水，清洗管道，以免泥浆在管道内沉淀。