矿井火灾防治课程设计.docx

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矿井火灾防治课程设计

摘要

矿井火灾是指发生在矿井地面和井下，威胁矿井安全生产，形成灾害的一切非控制燃烧。

矿井火灾是煤矿主要灾害之一，每一场火灾的发生，轻则影响生产，重者可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重者则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或火烟度化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。

此次的灌浆防火课程设计，就是针对该煤矿煤炭易自然的状况，采取灌浆的方法，达到防火的目的。

浆液灌入采空区之后，固体物沉淀，充填于浮煤缝隙之间，包裹媒体，杜绝漏风，防止氧化，而浆水所到之处，增加煤的外在水分，抑制自热氧化进程的发展。

同时，对已经自热的煤炭有散热冷却的作用，从而达到防火的目的，本次设计的内容主要包括灌浆系统及参数的确定，灌浆量的计算，浆管道系统设计，灌浆站主要措施，水枪的选择等。

关键词：

矿井火灾灌浆防火灌浆系统及参数

1.防火灌浆设计依据及基础资料

1.1矿井概况

下石节煤矿位于陕西省铜川市耀县北部，距铜川市区约54km，行政区划属于铜川市耀县瑶曲乡。

井田的中心地理坐标为东经108°51′，北纬35°13′。

下石节煤矿交通方便，咸铜铁路梅七支线（梅家坪至前河段）经过附近的瑶曲镇，矿井有运煤专用铁路接轨于瑶曲车站，全长2.5km。

另外，有公路至金锁关与西（安）包（头）线相接。

矿井1980年以60万吨/年的能力简易投产,现采用综放回采工艺回采,生产能力已达160万吨/年。

井田范围东至荒草湾—上石节一线，西到断头川北侧的4-2号煤层零点边界线，南与陈家山煤矿相毗邻（人为边界），北与崔家沟煤矿七木桥背斜相望。

井田走向长约3.5km，倾向宽约3.5km，总面积为13.2km2。

1.2煤层赋存条件

井田内煤层属于易自燃，自然发火期最短1个月，煤系地层属中侏罗纪直罗群及下侏罗纪延安群，共含煤五层：

1、2、3、4-1、4-2，焦坪矿区煤层特征如表2.4.1。

3煤和4-1煤局部可采，厚0～3m，埋藏极为不稳定，主要可采煤层为4-2号煤，平均厚度10～12m，最厚达34m。

煤层倾角浅部为18～20°，深部为5～10°。

煤系地层呈单斜构造，倾斜北西。

井田系长庆油田边缘浸染区，煤层顶板岩系中有3～4个含油层，底板岩中有两个含油层，油气的溢出对矿井瓦斯含量有极大的影响。

煤系地层岩性自下而上描述（含4-2号煤层）：

泥岩：

紫杂色、灰绿色（俗称花斑泥岩），含团块状，易碎，常有鲕状结核，遇水膨胀，一般厚8～10m，最厚达40m，厚度变化大。

根土岩：

粉砂质、灰～深褐色，含植物根部化石，较坚硬，一般厚2～6m。

炭质泥岩：

0～5m，为煤层直接底板。

4-2号煤：

中部有1～2层夹矸，局部地区加厚至2～5m，使煤层分为4-1煤。

灰黑色粉砂岩、砂质泥岩：

含植物化石及黄铁矿结核，水平层理，厚2～3m。

中粗砂岩：

厚度为0～30m，局部为砂岩，含植物化石、黄铁矿结核及煤屑。

细粉砂岩互层：

灰～灰黑色，厚度0～73m，缓波状、微波状层理，含黄铁矿结核及植物化石，中下部局部含油。

下石节矿煤系地层情况见煤系地层综合柱状图如图1-1所示：

图1-1下石节煤矿煤系地层综合柱状图

下石节井田位处黄陇侏罗系煤田焦坪矿区西部，鄂尔多斯台向斜的南缘。

井田总体构造为：

浅部为一向北西倾斜的波状单斜构造，深部水平以新民村向斜为主体，呈一向斜构造。

断裂构造不太发育。

总之井田构造较为简单。

褶皱构造主要有：

七木桥背斜：

位于本井田和杏树萍井田交界处，轴向N60°W，向NW倾没，轴部出露T3和J1地层，两翼为侏罗系地层，延展约2.5Km。

桦树渠背斜：

分布在井田一水平同陈家山井田交界处，为向NW倾没的鼻状背斜构造，井田内延展约1300m，轴部缺失。

延安组和直罗组下部地层，两翼倾角15°～20°，局部可达25°以上。

新民村向斜：

分布在井田二水平深部的1004—8940—8946钻孔一线，为深部水平主要的褶皱构造，轴向NE36°左右，两端呈弧型向东弯曲。

延展约3000m以上，西延进入陈家山井田，两翼倾角平缓，一般在5°以下，幅度约40m。

向斜轴部延安组，富县组沉积厚度较大，如8935号孔，延安组厚度162.43m，其中4-2号煤层以下沉积厚度为25.44m，并沉积了4－2下煤层。

8940号延安组厚度172.06m，其中4-2号煤层以下沉积度厚度21.98m，富县组厚度28.02m。

向斜两翼沉积厚度相对较薄，如8941号孔，延安组厚度114.8m，富县组厚3.9m。

8942号孔延安组厚度126.67m，富县组厚7m。

次要褶皱构造有：

王台背斜：

分布在井田二水平的8945－8949－8955号孔一线，其轴向为NE30°，向SW倾没，延展约1000m，两翼倾角在10°左右，幅度40～50m。

轴部沉积厚度小，向两翼厚度增大，如8955号钻孔，延安组厚仅58.57m，且缺失富县组沉积。

又如8949号孔，延安组厚度65.32m，富县组厚1.03m。

草滩向斜：

分布在二水平的8944孔－8950－8954孔一线，轴向NE65°，向东渐转NE20°，延展约1600m，幅度约20m。

上述褶皱构造的发生和发展，具有明显的继承性，对井田煤系、煤层的沉积起了控制作用。

一般向斜宽缓，含煤地层沉积厚度大。

背斜陡窄、含煤地层沉积厚度小，煤层厚度小，结构相对简单。

区内断裂构造不发育，未发现较大的断层。

据下石节煤矿和陈家山煤矿一水平开采揭露资料，一般只见到数量较少的落差仅0.3～3m断层，极个别断层落差在5～10m。

这些断层虽然落差小，对生产特别是回采工作仍会带来一定的影响。

小断层多为高角度正断层，常见为NE和NW向两组，且多成组出现，并具有一定的组合规律，常呈雁行式排列，有时成扫帚状分叉成数条0.5～2m的小断层（如陈家山煤矿一、二采区）。

预计深部水平断裂构造也将以小型断裂为主。

1.4煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火期

设计工作面,综采放顶煤开采工作面，工作面走向长度886m，倾斜长度148.5m，工作面开采参数如图1-1所示，通风系统平面图图如图1-3所示，顶、底板状况为：

1）直接顶为煤4的41-42段煤层，厚度2.19m，煤夹泥岩。

2）直接底为煤4的47-48段煤层，厚度3.3m，泥岩夹煤，泥岩易风化，遇水膨胀。

煤质以暗煤为主，丝碳化物物质含量高，加亮煤条带。

工作面煤尘具有爆炸性，属低瓦斯矿井。

工作面煤层易自燃，地温较高，一般在29-31℃左右。

各煤层均有煤尘爆炸危险性。

由于该区煤的燃点低，油页岩用火柴即可直接点燃。

煤层节理发育，褐煤及油页岩易自燃发火。

矿井各煤层自燃倾向性为一类容易自然发火煤层。

煤2最短自然发火期为22天，一般为1-3月。

目前使用的防灭火注浆材料主要是黄土和凝胶，黄土浆主要用于采空区。

预防性注浆，凝胶用于封闭密闭间、小联络巷及处理高温点时使用。

1.5浆材的质量、数量、开采条件

下石节煤矿采用的土水比为土源距煤矿风井5km，土质优良，容重1.3t/m3，属于亚粘土，塑性指数12，取土方便，矿井轻轨矿车可直接到达取土地点。

1：

3-5，灌浆系数0.1-0.2。

1.6矿井开拓方式和采区布置图

矿井采用平硐-斜井-暗斜井开拓，单采区分阶段布置。

采煤方法为走向长壁综采放顶煤垮落法回采工艺，顶板管理采用全部垮落法。

目前，采深350米，矿井采用一井一面的配置。

见图1-2所示：

1.7灌浆站工作制度

采用两班灌浆一班检修工作制度，每班灌浆8小时，各班都必须完整的做完本班工作，完成好交接班制度。

1、灌浆量：

日灌浆量1839.6m3

时灌浆量122.64m3

2、主要设备

集泥池、泥浆搅拌池、泥浆搅拌机、储土场、输送管道等。

图1-2下石节煤矿采掘通风系统图

图1-3通风系统平面图

2.防火灌浆系统与参数确定

2.1灌浆系统确定

由于黄土采制方便，价格低廉而且水源充足，参照以上条件所以选择黄泥灌浆随采随灌系统。

2.2灌浆材料的选择

土源距离煤矿风井5km，土质优良，容重1.3t/m3，属于亚黏土，塑性指数12，取土方便，矿井轻轨车可直接到达取土地点。

这里利用此土作为灌浆材料，由于土源较远，采用机械取土制浆，建立集中灌浆站、泥浆搅拌池制备泥浆。

为了提高泥浆质量，加大泥浆浓度，在制浆前将黄土充分浸泡使之粉化后再进行搅拌。

2.3地面制浆工艺流程（图）

当矿井灌浆量大，土源较远或者限于地形条件，灌浆点分散等，则可采用人工或机械取土，建立集中灌浆站、泥浆搅拌池制备泥浆。

如图2-1所示。

图2-1人工或机械取土机械制备泥浆站

1、取土矿车；2、轻便轨道；3、储土场及栈桥；4、水枪；5、输水管；6、自流泥浆沟；7、泥浆搅拌池及房屋；8、输浆管；9、风井；10、水源泵房，11、绞车房；12、取土场

采土场——矿车运输——储土场——搅拌池——泵站——管道入井

制备的泥浆在搅拌池内再放置半小时左右，使之沉淀，澄出清水，保持最大浓度，再灌入井下。

高浓度泥浆送入井下，隔绝供风，阻断煤炭自热、自燃过程。

2.4灌浆方式的确定

我国煤矿采用的预防性灌浆的方法多种多样，大体可分为：

采前灌浆、随采随灌、采后灌浆等三种类型。

1．采前灌浆

所谓采前灌浆即是尚未开采先行灌浆。

这种灌浆方法是针对开采老窑多、易自燃、特厚煤层发展起来的。

当岩石运巷和风巷掘出以后，分层航道尚未掘送之前，按设计的位置，由岩石区段巷道开钻窝向煤层打钻以探明古窑老虚的分布和位置，然后进行采前预灌。

2．随采随灌

随着回采工作面的推进，同时向采空区灌浆。

其作用一是防止遗留在采空区内的浮煤自燃；二是胶结顶板冒落的矸石，形成再生顶板，为下分层开采创造条件。

另外，它还具有防尘、降温的作用。

随采随灌的方法根据采区巷道布置方式的不同，顶板岩石冒落情况不同有多种多样。

如埋管灌浆、插管灌浆、洒浆、打钻灌浆等。

3．采后灌浆

开采自然发火不是十分严重的厚煤层时，可在工作面采完后，封闭停采线的上下出口，然后，在上部密闭墙上插管灌注泥浆。

其目的一是封闭采空区，其次是充填最易发生自燃火灾的停采线，以防止自燃火灾的发生。

因回风道埋管灌浆工艺最为简单，使用方便。

本设计利用随采随灌的方式进行灌浆。

如图2-2所示，埋管灌浆与工作面洒浆图。

当工作面向前推进时，沿回风巷临时构筑木垛以保护埋入冒落区的注浆管路，灌浆管埋入冒落区15~20m，随着工作面的推进，用回柱绞车向外牵引。

图2-2埋管灌浆及洒浆示意图

1、工作面运输巷2、回风巷3、输浆管路4、埋入采空区的注浆管

5、洒浆胶管6、工作面上隅角7、维护回风巷的临时木

2.5灌浆参数确定

2.5.1水土比

水土比大小取决于:

1）土质条件

土质粘度大，土质好，易成浆土水比可以大一些以取得较好的防火效果。

否则小一些，如采用页岩、矸石灌浆，土水比要小一些以防止堵管。

2）泥浆的输送距离

输送距离远，土水比可小一些防止堵管。

3）灌浆的方法

采空区埋管灌浆、打钻灌浆，土水比要小一些以免不能完全覆盖煤题；如果是工作面洒浆，土水比可以大一些以节省劳力，提高效率。

4）煤层倾角

煤层倾角越小，土水比要小一些以取得较好的流动性。

5）气候条件

夏季灌浆时，气候炎热，土水比可大一些；冬季寒冷易结冻，土水比要小一般土水比的变化范围为1：

2-1：

5。

依据本矿的实际情况，（煤层自燃发火严重），采用的水土比为1:

4。

2.5.2灌浆系数K

灌浆系数K：

泥浆的固体材料体积与需要灌浆的采空区空间容积之比。

即K=Qs/mLHC。

在K值中反映了顶板冒落岩石的松散系数，泥浆收缩系数和跑浆系数等综合影响，它只能根据现场的实际情况而定。

对于预防性灌浆，一般取0.1-0.2；对于封闭区内的灭火灌浆，可取0.1-0.2。

2.5.3取土系数—a

考虑土壤的杂质和运输的损失，取1.1

3.灌浆量计算

预防性灌浆量主要取