煤矿井下消防洒水设计与安装.docx
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煤矿井下消防洒水设计与安装
煤矿井下消防、洒水设计与安装
井下消防、洒水是煤炭行业部延续多年使用的专业术语，实际就是煤矿井下给水系统。
主要容有：
消火栓给水系统、自动喷水灭火装置、井下防尘洒水系统以及各类设备用水等。
五十余年来煤炭战线上广大技术人员不断吸取国外先进经验和做法，形成了一套符合我国国情的井下消防、洒水的设计经验。
现概述如下。
一、井下消防给水系统
井下消防给水系统是煤矿井下安全的重要保证，是必须要建立的。
《煤炭工业矿井设计规》规定，井下必须建立完善的井下消防给水系统。
该规定是强制性的。
井下消防给水系统由以下部分组成：
水源及消防水池、井下输水管道、井下消防给水管网。
1、地面消防水池：
在地面副井井口房附近必须建立专用的井下消防水池，水池有效容积按井下一次火灾的全部用水量计算，但最小不能小于200m3，地面消防水池如果与其他用途水池合建，必须保证水池中的井下消防容积不被它用。
消防水池补水时间为48小时。
当采用井下消防与井下洒水为合一管网时，井下消防水池与井下调节水池可以合建。
2、井下输水管道：
主井井筒的井下输水管道，需按罐道梁的间距设活动支座，每隔100m需要设一个固定支座，固定支座需要单独设置管道梁，并把荷载引至井壁上。
在固定支座之间设伸缩节。
3、消火栓给水系统：
在井底车场、井下主要运输巷道，带式输送机斜井与平巷、上山与下山、采区运输巷与回风巷、采煤工作面运输巷与回风巷、掘进巷道等均应敷设井下消防洒水管道，并每隔100m设DN50支管阀门，阀门后加快速管接头。
加快速管接头的目的是能够与消防水龙带对接。
为了能够迅速扑灭井下火灾，在井下重要部位需要设置消火栓箱。
重要部位是：
主井与副井井底车场连接处、采区上山口与下山口、带式输送机机头、机电硐室、检修硐室、材料库等。
消火栓箱存放DN50长25m防腐水龙带2条，DN13水枪1只，消火栓应设在井壁的壁龛。
不论是支管阀门还是消火栓箱都不要影响井下人员正常通行。
井下消火栓给水系统用水量标准为5～10L/s。
一般按矿井生产能力来确定，矿井生产能力在0 .9Mt/a以下时，采用5L/s，矿井生产能力在1 .2～3 .0Mt/a时，采用7.5 L/s，矿井生产能力在4 .0Mt/a以上时，采用10.0 L/s，即中小型矿井采用下限值，大型矿井采用上限值。
井下消火栓用水量标准除与矿井生产能力有关外，还与矿井的火灾危险程度有关，设计人员可依据矿井火灾危险程度在5～10L/s围调整。
当消火栓出口水量为2.5L/s，配DN13水枪与100m水龙带，产生10m密集水柱，要求消火栓出口压力为 0.3MPa。
在计算消火栓出口压力时，一般选择在0.3～0.5MPa，火灾延续时间可按不小于6h计算。
在布置消火栓时，应保证有两支水枪的充实水柱同时到达失火点。
4、井下自动喷水灭火系统：
原煤炭工业部83年发文要求：
在井下带式输送机必须安装烟感或温度连续监测装备，当发生火灾时，能自动灭火。
88年原煤炭部又再一次提出这一要求，20余年过去了，由于种种原因这一基本政策未能得到很好落实。
据了解，美国煤矿在井下设置各种灭火系统中，应用最广最多的就是自动喷水灭火装置。
2005年版《煤炭工业矿井设计规》规定：
在带式输送机巷道易发生火点处，应设置由烟感或温感控制的自动喷水灭火装置。
自动喷水灭火装置主要设置在带式输送机机头机尾巷道处，在带式输送机中间段与其它巷道可不考虑设置自动喷水灭火装置。
井下自动喷水灭火装置系统组成主要有：
报警阀组、水流指示器、压力开关、末段试水装置、喷头以及各管段。
喷头作用面积应覆盖被保护巷道全部面积，采用中温级喷头即可。
井下自动喷水灭火装置设计基本参数为：
保护巷道长度14～18m，喷水强度：
8L/min·m2，喷头出口压力0.1～0.2MPa，火灾延续时间不小于2h，这些规定目前还不是强制性的。
5、水喷雾隔火装置：
水喷雾隔火装置主要设置在主井或斜井至井底车场连接处，即主井或斜井井底两侧。
井下与地面存在高差，一般在百米至千米之间，火灾时由于烟气影响，形成由温差而引起的负压，使井下火灾难以控制。
一般通过水喷雾降低烟气温度，达到控制火势的目的。
同时也可以隔断井上与井下之间的火灾联系。
水喷雾隔火装置一般要设置三层，层与层之间相隔3～5m。
水喷雾隔火装置用水量可按喷头数量累加计算，工作时间为6h，最低喷头出口压力不应小于0.2MPa。
二、井下洒水系统 本系统除洒水系统以外，还包括其它用水。
防尘洒水是井下生产的主要环节，它不但可预防尘肺病发生，还可以防止因明火而引发瓦斯爆炸事故或煤尘爆炸。
国家严令规定：
没有防尘供水管路的采掘工作面，不得生产。
可见防尘洒水在煤矿生产中的重要性。
1、喷雾降尘 在井下煤仓放煤口、溜煤眼、翻车机、破碎机、运输机、点和卸煤点都要安装若干喷头。
喷头前压力为0.3～0.5MPa，单个喷头出水量为0.03～0.08L/s，工作时间为10～12h。
炮采工作面供水点有：
湿式煤电钻、爆破前冲洗煤壁、爆破时强喷雾降尘、出煤时洒水。
单台湿式钻机用水量为0.08～0.10L/s，压力为0.15～0.3MPa，工作时间一般为8～10h。
爆破时强喷雾装置要求单个喷头出水量为0.1～0.3L/s，压力为0.3～0.5MPa，工作时间为1～2h。
有时0.5h就可以达到扑尘效果。
冲洗煤壁用水量为0.3～0.5L/s，工作压力为0.2～0.4MPa，工作时间一般为1～2h。
出煤洒水可借用煤壁冲洗水枪，工作时间为1～2h。
放顶煤时，在工作面放煤口处要设置强喷雾装置，要求单个喷头水量为0.1～0.15L/s，压力为1.0～2.0MPa，工作时间为4～8h。
掘进工作面供水点有：
湿式凿岩机、爆破时强喷雾、装岩机洒水、爆破时冲洗井壁岩帮。
其用水量、工作压力及工作时间可参照炮采工作面。
如果在掘进工作面使用煤巷或半煤巷掘进机时，其掘进机的用水量为1.3L/s，管道终端压力要求为0.1～0.5MPa，工作时间为8～10h，冲洗岩帮以及出煤防尘可参考前项。
2、井下风流净化水幕 井下巷道空气中存在着大量漂浮着的煤尘与岩尘，目前采取的净化手段主要是水喷雾。
风流净化水幕主要布置在采煤工作面的回风巷，掘进工作面装车点下风向20m处。
风流净化水幕由若干喷头组成，在巷道横断面上形成一层水幕，一只喷头出水量为0.03～0.08L/s，压力为0.3～0.5MPa，工作时间为10～12h。
3、煤壁注水 在采煤之前向被采煤层注水，增加煤的含水率，这样在采煤过程中就会减少煤尘。
当煤的含水率超过7%时煤尘就不会发生。
煤壁能否注水还取决于煤层的地质情况，这由主导专业决定。
煤壁注水一般由专用泵进行的，煤壁注水量可按吨煤20～35L计算，管道终端压力为0.1～0.5MPa，工作时间为8～16h。
当管道终端压力达到注水压力的情况下，也可以用静水压力直接向煤壁注水。
煤壁打孔使用的是湿式钻机，应向钻机供水。
4、冲洗巷道 在井下所有主要运输巷道、主要回风巷道、上山与下山和正在掘进的巷道都必须进行巷道冲洗，这些巷道一般都敷设有消防给水管道，可借用消防给水管道的支管阀门进行巷道冲洗。
冲洗巷道时可使用DN50/DN25变径快速管接头，一端接消防给水管，一端接DN25软性水管。
软性水管一端配有DN25小水枪，软性水管长度为50m。
冲洗水量为0.4～0.6L/s，压力为0.3～0.5MPa，工作时间为6～8h。
5、锚喷工作面用水 在掘进工作面，有些巷道要紧跟锚喷作业，主要是在巷道壁安装锚杆与混凝土喷射。
安装锚杆是通过锚杆打眼安装机进行的，是湿式作业，混凝土喷射前要冲洗岩帮，喷射时应向混凝土搅拌机供水。
冲洗岩帮用水量为0.3～0.5L/s，压力为0.2～0.4MPa，工作时间为1～2h；向混凝土搅拌机供水量为0.4～0.6L/s，压力为0.1MPa，工作时间为4～5h。
3、煤壁注水
在采煤之前向被采煤层注水，增加煤的含水率，这样在采煤过程中就会减少煤尘。
当煤的含水率超过7%时煤尘就不会发生。
煤壁能否注水还取决于煤层的地质情况，这由主导专业决定。
煤壁注水一般由专用泵进行的，煤壁注水量可按吨煤20～35L计算，管道终端压力为0.1～0.5MPa，工作时间为8～16h。
当管道终端压力达到注水压力的情况下，也可以用静水压力直接向煤壁注水。
煤壁打孔使用的是湿式钻机，应向钻机供水。
4、冲洗巷道
在井下所有主要运输巷道、主要回风巷道、上山与下山和正在掘进的巷道都必须进行巷道冲洗，这些巷道一般都敷设有消防给水管道，可借用消防给水管道的支管阀门进行巷道冲洗。
冲洗巷道时可使用DN50/DN25变径快速管接头，一端接消防给水管，一端接DN25软性水管。
软性水管一端配有DN25小水枪，软性水管长度为50m。
冲洗水量为0.4～0.6L/s，压力为0.3～0.5MPa，工作时间为6～8h。
5、锚喷工作面用水
在掘进工作面，有些巷道要紧跟锚喷作业，主要是在巷道壁安装锚杆与混凝土喷射。
安装锚杆是通过锚杆打眼安装机进行的，是湿式作业，混凝土喷射前要冲洗岩帮，喷射时应向混凝土搅拌机供水。
冲洗岩帮用水量为0.3～0.5L/s，压力为0.2～0.4MPa，工作时间为1～2h；向混凝土搅拌机供水量为0.4～0.6L/s，压力为0.1MPa，工作时间为4～5h。
三、井下用水量、剩余水头等方面计算
1、地面消防水池有效容积计算
W=3.6（Qa×6+Qb×6+Qc×2） m3
W:
地面消防水池有效容积 m3
Qa:
井下消火栓系统设计水量 L/s
Qb:
井下水喷雾隔火装置计算用水量 L/s
Qc:
井下自动喷水灭火装置计算用水量 L/s
2、消防水量计算
QS=Qa+Qb+Qc L/s
3、洒水日用水量计算
Qh=3.6K∑n0g0T0 m3/d
Qh:
全日用水量 m3/d
K:
系数 1.1～1.2
n0:
单台喷雾装置数量或喷头数量。
g0:
单台喷雾装置用水量或单个喷头用水量 L/s
T0:
单台喷雾装置日工作小时数或喷头日工作小时数 h
4、洒水设计秒流量计算：
Qg=∑n0g0 L/s
n0:
单台喷雾装置数量或单个喷头数量（只计入同一工作面中各设施中最大用水量者，同一工作面其它设施用水量可舍去不计）。
g0:
单台喷雾装置用水量或单个喷头用水量 L/s
5、井下洒水调节储水量计算：
井下洒水调节储水量也应储存在地面水池中，一般与地面消防水池合建。
洒水调节容量按洒水最大小时用水量2小时计算。
6、消防设施以及其它设施剩余水头计算：
H=H0-ZS m
H:
所处设施用水点出口段剩余水头 m
H0:
静压时，地面消防水池池底水位与所处用水点垂直高度；动压时，工作泵出口处压力值 m
Zs:
管道沿程水头损失与局部水头损失之和 m
四、井下消防洒水水质标准
井下消防洒水水质除考虑各点设施对水质要求外，还要考虑对环境卫生的影响。
井下消防洒水水质标准如下：
序号
项目
标准
1
悬浮物含量
≤30mg/L
2
悬浮物粒径
<0.3mm
3
PH值
6.5～8.5
4
总大肠菌群
每100ml水样中不得检出
5
粪大肠菌群
每100ml水样中不得检出
如有采煤机组冷却水时，其水的碳酸盐硬度不应超过300mg/l（碳酸钙计）
五、井下消防洒水管道敷设 井下消防洒水管道，宜采用消防与洒水合一的枝状管网，也可以通过联络巷组成局部环状管网。
宜使管道水流方向与巷道中风流方向相一致。
在井下消防洒水主干管上每隔500m左右安装一只检修阀。
环状管网上也要安装若干阀门，供转换切断与检修用。
从主干管上接出的支管，都要在支管上安装一只控制阀门。
各类用水设施前、消火栓前、其它消防装置前都要安装阀门，供设施检修更换用。
井下消防洒水管一般选用无缝钢管，其管壁厚度按下式计算：
mm
S=Sy+C mm
S:
钢管的计算壁厚 mm
Sy:
钢管承受压力所需壁厚 mm
P：
计算钢管压力 MPa
Dn:
钢管外径 mm
[δ]：
管材在工作温度下额定许用应力 MPa
普通钢为113MPa，优质钢为133MPa
φ:
钢管焊缝系数。
无缝钢管为1.0，焊接钢管为0.8
C:
钢管偏差附加值为0.5～0.8mm，腐蚀裕度为1.0～1.5mm。
C值为两项之和，其值为1.5～2.3mm
立井下井输水管宜采用套管式焊接或专用快装管接头。
井下管网宜采用专用快装管接头或法兰盘。
井下管网宜采用托架或吊架固定，如选用吊架固定时，每隔50m加设一只托架，根据强度与刚度计算，托、吊架间距如下表：
序号
管径（mm）
间距（m）
序号
管径（mm）
间距（m）
1
D32×3.5
3.2
6
D108×4.0
7.6
2
D45×3.5
3.9
7
D133×4.5
8.8
3
D57×3.5
4.9
8
D159×4.5
9.8
4
D73×4.0
4.6
9
D219×6.0
9.9
5
D89×4.0
6.7
立井输水管的降压宜采用降压水箱或减压阀。
各用水设施降压宜选择减压阀、减压孔板、节流管等。
降压水箱设在立井壁龛，在立井能否建造壁龛是由井壁岩性决定的。
水箱有效容积一般为10min洒水流量。
降压水箱应采用防腐材料，并留有检修空间。
管网升压可选用水泵，其工作泵与消防泵都要设置备用泵，局部升压时可采用管道泵，管道泵可直接与管道连接。
六、井下消防洒水管道防腐
管道、阀门、管件、支吊架等防腐预处理采用 ，底漆采用无机富锌底漆，防护涂料根据井下水酸、碱度而定，当为酸性水时或含盐量较高时采用氯化橡胶系列防腐涂料。
当为中性至碱性水时，可采用无机富锌底漆。
氯化橡胶系列防腐涂料可由其它橡胶类或乙烯类涂料代替。
底漆的最小厚度为30～70um，漆膜总厚度应不小于200um。
七、井下消防洒水水源
井下消防洒水水源是矿井总水源的一部分，一般不单独建立。
水源有以下几种类型：
1、矿井总水源直供；
2、处理后的井下排水；
3、在井下直接取用潜水。
最终采用何种水源由经济技术比较后确定。
井下消防用水与地面消防用水，从消防水池到消防给水管网都是分开的，其用水量应分开计算。
如采用巷道底板以下的承压潜水作为消防洒水水源时，一定要采取目前常用的安全成井方法，防止水害发生。
八、井下消防洒水自动化
井下消防洒水应进行自动化控制，将井下消防洒水动态情况传到地面，供值班员监控，使井下消防给水系统、洒水系统准确到位工作。
一旦有火灾发生，消防给水系统能够自动切换、自动启动。
监控人员及时掌握，领导可及时组织扑救。
地面监控站应设在矿井调度室。
井下消防洒水自动化应由以下各子项组成：
1、建立火灾自动报警系统：
该系统应有手动和自动两种触发装置。
2、消火栓给水系统、自动喷水灭火系统、水喷雾隔火装置能在地面显示，并能控制。
3、地面消防水池能显示水位，能控制阀门。
4、在井下消防管网上设置若干压力传感器，并传到地面集中显示。
5、管道泵的就地控制。
6、喷雾洒水装置与设施联动。
强喷雾装置与设施联动外，还能人工就地控制。
风流净化水幕应做到时控与自控相兼。
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