防灭火设计Word文件下载.docx

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适宜采用人工取土，用岩石电钻打眼放炮，抓斗装载。

故灌浆材料采用主生产系统工业场地附近的粘土，对粘土要求如下：

a、颗粒要小于2mm，而且细小颗粒（粘土：

≤0.005mm者应占60％～70％）

b、主要物理性能指标密度为2.4～2.8；

塑性指数为9～11（亚粘土）；

胶体混合物（按MgO含量计）为25％～30％；

含砂量为25％～30％（粒径为0.5～0.25mm以下）；

容易脱水和具有一定的稳定性。

c、不含有（或少含有）可燃物。

③、地面制浆工艺流程采土场（推土机、装载机）→自卸汽车→泥浆搅拌池（搅拌机）→贮浆池（筛子）→泥浆泵→灌浆管（从回风斜井下井）。

④、灌浆参数地面灌浆站在正常情况下与矿井工作制度一致，年工作日为330d，每天三班灌浆，一班准备，每班纯灌浆时间为3h，每天纯灌浆时间为9h。

a、日灌浆所需土量灌浆所需土量主要根据灌浆区容积、采煤方法及地质情况等因素确定。

Qt1＝KmLHC

式中：

Qt1——日灌浆所需土量，m/d；

m——煤层采高，D煤层平均2.35m；

L——工作面日推进度，取3m/d；

H——灌浆区的倾斜长度50m；

K——灌浆系数，为灌浆、材料的固体积与需要灌浆的采空区容积之比，取0.05。

C——工作面回采率，取0.93

Qt1＝0.05×

2.35×

3×

50×

0.93＝163.91m3/d

b、日灌浆所需实际开采土量Qt2＝αQt1

Qt2——日灌浆所需实际开采土量，m/d；

α——取土系数（考虑土中杂质和开采运输损失，取α=1.1）；

Qt1——日灌浆所需土量，163.91m3/d。

Qt2＝1.1×

Qt1＝1.1×

163.91=180.30（m3/d）

c、每日制浆用水量Qs1＝Qt1δ

Qs1——制备泥浆用水量，m3/d；

δ——泥水比的倒数，根据经验泥水的比取1：

3，则δ=3；

泥浆密度为γj＝1.20；

Qt1——日灌浆所需土量，163.91m3/d

Qs1＝Qt1δ＝163.91×

3＝491.73m3/d

d、每日灌浆用水量Qs2＝KsQs1

Qs2——灌浆用水量，m/d；

Ks——用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，取1.10；

Qs2＝KsQs1=1.1×

491.73＝540.90m/d

e、每日灌浆量Qj1＝Qs1＋Qt1

Qj1——日灌浆量，m3/d；

Qj1＝491.73＋163.91＝655.64m3/d

f、每小时灌浆量Qj2＝Qj1/n×

t

Qj2——每小时灌浆量，m3/h；

n——每日灌浆班数，班/d；

n＝3班/d；

t——每班纯灌浆时间；

h/班，t＝3h/班；

Qj2=655.64/3×

3=72.85m3/h

g、每小时最大灌浆量考虑到今后生产能力增加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：

Qjmax＝1.5Qj2＝1.5×

72.84＝109.27m3/h

Qjmax——每小时最大灌浆量，m3/h。

特别需要说明的是：

黄泥灌浆系统的灌浆系数、泥水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。

灌浆站设施与设备见图-01。

（3）灌浆方法管路敷设：

总管由主斜井下至井底车场联巷，经北集中轨道上山进入采面回风顺槽。

灌浆方法采用埋管灌浆法，在采空区预先铺好灌浆管（一般预埋5～8m钢管），预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶管长一般为20～30m，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。

在灌浆区下部进行采掘时，要对上部灌浆区进行探放，探放积存浆水措施同探放水措施。

井下灌浆量为655.64m/d，每小时灌浆量为72.85m/h，黄泥灌浆管路的内直径d符合公式：

d=4Qj2/3600πv（其中Qj2为小时灌浆量，m3/h；

d为管道内直径；

v为管内泥浆的实际工作流速）

根据一般黄泥灌浆经验，选用土壤为粘土且在泥水比为1:

3的情况下管外径D168的管道临界流速1.412m/s计算，经计算，满足此流速的管内径为186mm，在实际工作中，要求实际流速略大于临界流速，故选用管道内径小于186mm的管道即可，管内径选用d152时，泥浆的实际工作流速为1.51m/s，大于1.412m/s，满足需要，故井下黄泥灌浆管道选用D168×

7的无缝钢管。

井下黄泥灌浆设施详见图01（后附）。

黄泥灌浆设备见表2-2。

黄泥灌浆设备一览表

表2-2

序号

设备名称

设备型号

单位

数量

1

泥浆泵

3PNL

台

2（其中一台备用）

2

泥浆搅拌机

ITT4630型

3

螺旋缝钢管

DN150

米

600

4

焊接钢管

DN50

250

5

输水胶管

米

200

6

闸阀

个

8

7

供水管

500

9

水泵

D152×

7.0

2、考虑到井下移动注氮的便捷性、氮气的隔爆作用强、防灭火速度快及可靠性高，它特别适用于有煤尘爆炸危险和煤的自燃发火期较短的矿井。

基于以上分析，针对矿井的实际情况，再采用氮气防灭火系统适当辅以阻化剂，发挥各种防灭火工艺各自的优点，确保矿井安全生产。

（1）氮气防灭火

1）氮气防灭火技术的要求本矿氮气防灭火主要作用是对采空区进行预防性注氮，当采空区发生火灾时可进行灭火注氮。

2）设计依据本矿井煤层均属容易自燃煤层。

3）注氮工艺系统及设备

①注氮系统由于本矿井田范围大，采用井下移动注氮系统。

②制氮装置选用MD-800型井下移动式膜分离制氮装置，功率290kW。

③注氮工艺埋管注氮：

在工作面进风顺槽一侧沿采空区埋设一趟注氮管路。

当埋入一定深度后开始注氮，同时埋设第二趟注氮管路。

当第二趟注氮管口埋入采空区氧化带于冷却带的交界部位时开始向采空区注氮，同时停止第一趟管路注氮，并重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。

④注氮方式注氮方式从空间上分为开放式注氮和封闭式注氮；

从时间上分为连续性注氮和间断性注氮。

工作面开采初期和停采撤架期间，或因遇地质破碎带、机电设备等原因造成工作面推进缓慢，宜采用连续性注氮；

工作面正常回采期间，可采用间断性注氮。

⑤注氮量按吨煤注氮量计算QN=5AK/330×

60×

24

QN——注氮流量，m3/min；

A——年产量，t；

K——工作面回采率。

则：

QN=5×

90000×

0.95/330×

24=0.9m3/min

⑥注氮堵漏凝胶堵漏剂（煤粉灰30%、水玻璃3%、铝酸钠1.5%、其余为水）。

⑦注氮气体监测采空区应同时预埋束管监测探头，在注氮管或支管分叉处必须设置观察点。

为了考察注氮的流向及分布，可借助施放SF6示踪气体加以检测。

4）安全管理

①在注氮过程中，工作场所的氧浓度不得低于18.5％），否则停止作业并撤除人员，同时降低注氮流量或停止注氮，或增大工作场所的通风量。

②制氮设备的管理人员和操作人员，须经理论培训和实际操作培训，考试合格，才能上岗。

③采空区进行注氮防火或对火区进行注氮灭火时，应编制相应的安全技术措施，并经矿总工程师审批后，方可实施。

④采用注氮防灭火的矿井，应建立制氮设备的操作规程，工种岗位责任制和注氮防灭火管理暂行规定等规章制度。

⑤应建立和健全注氮防灭火台账。

5）回采工作面采空区注氮当自然发火危险主要来自回采工作面的后部采空区时，应该采取向本工作面后部采空区注入氮气的防火方法。

应将注氮管铺设在进风顺槽中，注氮释放口设在采空区中，注氮管的埋设及氮气释放口的设置应符合以下要求：

①氮气释放口应高于底板，以90度弯拐向采空区，与工作面保持平行，并用石块或木垛等加以保护。

②氮气释放口之间的距离，应根据采空区“三带”宽度、注氮方式和注氮强度、氮气有效扩散半径、工作面通风量、氮气泄漏量、自然发火期、工作面推进度以及采空区冒落情况等因素综合确定。

第一个释放口设在起采线位置，其它释放口间距以30m为宜。

注氮口间距为50m。

③注氮管采用单管，管道中设置三通。

从三通上接出短管进行注氮。

在日常管理中，应注意下列问题。

④注氮量的多少，应根据采空区中的气体成分来确定，以距工作面20m处采空区中的氧浓度不大于10﹪作为确定的标准。

如果采空区中CO浓度较高（>

50ppm），或者工作面CO浓度超限，或出现高温、异味等自燃征兆，都应加大注氮强度。

⑤合理设置监测传感器，加强对采空区、工作面和回风槽中O2、N2和CO的监测；

同时，由瓦斯检查员随时对工作面及其回风顺槽的O2、CO和CH4浓度进行检查，要保证工作面风流中的氧气浓度。

发现工作面氧气浓度降低，应暂停注氮或减少注氮强度。

⑥注入氮气的纯度不得低于97﹪。

⑦第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排出注氮管内的空气，避免将空气注入采空区中。

6）、工作面相邻采空区注氮

工作面回采过程中，当自然发火的危险不是来自于本采空区，而是相邻回来工作面的采空区时，对其相邻采空区应采用旁路式注氮防火，以保证本工作面的安全回采。

旁路式注氮就是在工作面与采空区相邻的顺槽中打钻，然后向已封闭的采空区插管注氮，使之在靠近回采工作面的采空区侧形成一条与工作面推进方向平行的惰化带。

7）、防止采空区氮气泄漏的措施

采空区漏风状态决定了氮气在采空区内的滞留时间，同时也决定着间歇式注氮时的注氮周期。

采空区的漏风强度越小，两次注氮的间歇时间就越长，此时的注氮效果好且比较经济。

因此，采取措施减少采空区氮气泄漏也是提高采空区注氮效果的有效途径。

防止采空区漏风的主要措施有直接堵漏措施和均压措施。

采空区直接堵漏措施是每隔一定距离在采空区上隅角垒砂袋、注河砂或喷涂聚氨脂等。

均压措施是利用开区均压的原理，降低工作面两端（即进、回风侧）压差，从而减少漏风，这些起到防止或减少采空区氮气泄漏的作用。

3、阻化剂防灭火阻化剂防灭火是目前国内外正积极推广应用的一种防止煤层自燃的新方法，它对缺水、少土地区的煤矿井下防灭火具有重大意义。

阻化剂防灭火技术较先进、工艺系统简单、投资较少，且阻化剂来源广、阻化率高、价格低廉。

针对本井田水资源缺乏及减少环境污染等方面考虑，本矿井采用阻化剂防灭火系统是适宜的。

（1）设计依据

1）矿井交通便利，水源满足要求。

2）K5煤层的顶板岩性为砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩，底板岩性为泥岩、砂质泥岩、结构较简单。

3）煤的自燃倾向性为易自燃。

（2）、阻化剂选择考虑到货源充足，价格便宜，阻化率高（可达80%），对井下设备和金属构件腐蚀性小，对人体无害等因素，设计选用工业氯化钙作为矿井防灭火阻化剂。

（3）、喷洒压注工艺系统目前我国煤矿常用机动性、半永久和永久性三种喷洒压注系统。

1）机动性喷洒压注系统

这种系统是将喷洒压注设备和阻化剂溶液池安装在矿用平板车上，采用电动或气动方式喷洒压注阻化剂。

2）半永久性喷洒压注系统

这种系统是在盘区巷或硐室内设置贮液池和注液泵通过管道输送到喷洒地点进行喷洒。

3）永久性喷洒压注系统

在地面设置永久性贮液池通过管道输送到喷洒地点进行喷洒。

考虑到半永久和永久性喷洒压注系统需建贮液池且需要铺设较长的喷洒管路，且阻化剂防灭火属于辅助性防灭火，设计选用电动方式的机动性喷洒压注系统，该系统工艺简单，施工快，投资小，机动性大。

其工艺系统示意图见图2-3。

（4）参数计算

1）阻化剂溶液的浓度和密度

①阻化剂溶液的浓度

ρ=T×

100%CT=×

100%T+W

ρ－－阻化剂溶液浓度，%；

C――阻化剂溶液量，kg；

T――阻化剂用量，kg；

W――用水量，kg。

设计确定本矿阻化剂溶液的浓度为10%。

②、阻化剂溶液的密度此参数由实测取得。

拟取1.05t/m3。

2）原煤的吸药液量和松散煤（浮煤）的密度

①、原煤的吸药液量此参数由实测取得。

拟取47kg/t。

②、松散煤（浮煤）的密度此参数由实测取得。

拟取1.0t/m3。

3）工作面一次喷洒量

工作面每天喷洒两次，一次喷洒宽度为1.2m。

①、工作面底板浮煤喷洒量G=K1K2LBhA

G——按重量计算一次喷洒，kg；

K1——一次喷洒加量系数，取1.2；

K2——松散煤（浮煤）的密度，t/m3；

L——工作面长度，m；

B——一次喷洒宽度，m；

h——底板浮煤厚度，m，取0.02m；

A——原煤（浮煤）的吸药液量，kg/t；

煤工作面一次喷洒量为：

G综=K1K2LBhA=1.2×

1.0×

1.2×

0.02×

47=67.68Kg

工作面一次喷洒所需阻化剂用量为：

G阻=G×

ρ=67.68×

10%=6.77kg

②、工作面护顶煤喷洒量G=K3LBh2A2

G——按重量计算一次喷洒，kg；

K3——护顶煤（原煤）的密度，t/m3；

h2——护顶煤厚度，m；

A2——护顶煤的吸液量，一般为11kg/t；

由于本矿回采工作面不留顶煤，因此工作面护顶煤喷洒量为0。

2）巷道煤壁的喷洒量G0=KL0A0

G0——喷洒范围内巷道所需溶液的喷洒量，kg；

K——喷洒加量系数，取1.2；

L0——喷洒巷道的长度，取600m；

A0——巷道单位长度的吸液量，kg/m，取3kg/m；

（在实际操作时，需实测）

则顺槽巷道喷洒量为：

G0=KL0A0=1.2×

600×

3=2160Kg

顺槽巷道喷洒所需阻化剂用量为：

G阻=G0×

ρ=2160×

10%=216kg。

3）喷洒压注设备

喷射泵选用WJ－24型往复式拉杆泵1台，管材选用直径为38.1mm的普通钢管和直径为25.4mm的胶管。

三、火灾监测

（一）火灾监测管理建立防灭火管理和火情监测分析预报制度。

主要配置JSG6型型矿井束管采样系统、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。

（二）煤层自燃监测方面的措施

1、煤层火灾监测系统概况

煤层自燃火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。

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。

2、束管监测系统

火灾气体束管采样系统，可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。

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。

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；

（3）采样柜；

（4）气水分离器。

采样系统连接图，见图2-4。

采样系统连接图

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

2）KYSC-1型束管采样系统技术参数：

1）供电电压：

660V／380V；

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。

煤矿专用气相色谱分析系统配置简图，见图2-5；

煤矿专用色谱分析系统连接示意图，见2-6。

煤矿专用气相色谱分析系统配置简图图2-5

煤矿专用气相色谱分析系统配置简图

图2-6煤矿专用色谱分析系统连接示意图

主要特点：

①该仪器具有性能稳定、功能齐全、自动化程度高等优点；

②可以测定H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2共9种气体；

③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；

④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；

⑤CO、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，可以缩短总的分析时间，减轻分析人员的工作量；

⑥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；

⑦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；

⑧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①最小检测浓度：

H2≤5ppm；

CO、CO2≤2ppm；

烃类≤0.1ppm②尺寸：

宽606mm×

高450mm×

深450mm③重量：

～42Kg④电源：

200V、50HZ、2100W⑤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：

≥1500mV·

ml/mg（正十六烷）；

噪声：

≤0.03mV；

飘移：

≤0.1mV/30min⑥火焰离子化检测器（FID）结构：

圆筒形收集极、石英喷口；

检测限：

1×

10-11g/s（正十六烷）；

≤5×

10-13A；

≤5×

10-12A/30min⑦柱箱温度范围：

10～399℃（增量为1℃）；

控温精度：

±

0.1℃；

可由键盘设定过热保护值⑧检测器温度范围：

0.01℃（TCD）和±

0.1℃（其它）；

可由键盘设定过热保护值。

⑨工作站高精度：

USB接口，24位的高精度A/D，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（1μv为最小单位）积分灵敏度：

1μv·

sec（即面积的个位数）。

线性度：

<

0.1%重现性：

0.06％。

4）井下监测方案

⑴测点布置方案①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50m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2-7。

单巷布置工作面测点布置图

↗停采线

采样泵→采空区束管→束管采样点→采空区

↘开切眼

②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2-8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。

工作面封闭后测点布置图图2-8

采样泵→采样束管→采空区

⑵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、2、NCO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、H2正常情况下，每天早班检测一次，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20台。

（三）火灾监测设备配备

1、矿井配备便携式CO2气体检测仪yc-HL210，150台。

2、在集中胶带大巷