大同煤矿集团王村煤业防灭火设计之欧阳化创编Word下载.docx
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一、编制设计的依据
1、山西省煤炭工业局综合测试中心2013年出具的《晋华宫矿煤层自燃倾向性鉴定报告》；
2、《煤矿安全规程》2011版；
3、《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005；
4、《煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法》GB/T20104-2006；
5、《煤矿自然发火束管监测系统通用技术条件》MT/T757-1997；
6、《煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法》AQ/T1019-2006；
7、《煤矿灌浆防灭火技术规范》MT/T702-1997；
8、《煤矿用氮气防灭火技术规范》MT/T701-1997；
9、《煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范》AQ1055-2008；
10、《煤矿采空区阻化汽雾防灭火技术规范》MT/T699-1997；
11、《矿井均压防灭火技术规范》MT/T627-1996；
12、《矿井密闭防灭火技术规范》AQ1044-2007；
13、《矿山救护规程》AQ1008-2007；
14、《矿井防灭火规范》煤安字（1988）第237号。
二、设计的指导思想：
以“预防为主、防治结合”的方针为指导，结合晋华宫矿和当地的实际情况，积极采用新技术、新设备、新工艺，开拓思路，借鉴国内外先进的设计思想，针对煤矿火灾危害，认真分析研究该矿井的可能引起火灾的各种因素，从提高矿井的防灭火技术、装备水平及抗灾能力出发，完善安全技措工程，建立、健全矿井安全及监测监控系统，从而保障煤矿生产和职工人身安全，防止煤矿火灾事故的发生。
煤是以碳质为主的复合物，在成煤的过程中，随着成煤年代、成煤沉积环境的不同和受到的地质作用不同，派生出不同的煤种，同时也使它具有各不相同的物理、化学特性。
矿井火灾是指发生在矿井井下或地面井口附近、威胁矿井安全生产、形成灾害的一切非控制燃烧。
根据发生火灾的原因可以将矿井火灾分为内因火灾和外因火灾。
内因火灾是矿井火灾的主要形式，它约占矿井火灾总数的90%。
矿井火灾会烧毁大量的煤炭资源和设备，产生大量的高温烟流和有害气体，严重危及井下人员的生命安全，常诱发瓦斯、煤尘爆炸，进一步扩大其灾难性。
煤炭能够自然发火的特性是其具有的通性之一，但煤炭自然发火的难易程度取决于煤的物理化学性质。
这不仅需要掌握煤的自燃性，并且需要早期发现煤的自燃火灾，掌握表征煤自然发火过程中与火灾相关参数的各项指标，从而全面系统地对煤层的自燃特性进行研究。
为了做到防患于未然，矿井需要建立一套相对完善的火灾综合防治技术体系，来全面提升火灾防治技术水平。
结合目前矿井井下实际开采技术条件和生产布局，以“预防为主、综合治理”为矿井火灾防治工作的指导方针，建立一套适用于晋华宫矿的矿井自然发火综合防治技术体系。
为此，提出了在回采初期，采取以喷洒阻化剂为主的防灭火措施；
在正常回采期
间，采取以灌浆为主，同时结合注氮、堵漏、均压、喷洒阻化剂等综合防灭火措施。
1矿井概况
1.1井田概况
晋华宫矿是同煤集团一个历史悠久的矿井，是同煤集团特大型矿井之一，至今已有将近六十年的开采历史，同时晋华宫又是一个高瓦斯矿井，井口多、战线长、区域散、管理难是晋华宫矿的一个显著特征。
井田含煤全部为侏罗纪煤层，是集团公司为数不多的仅有侏罗纪煤炭资源的矿井之一。
井田面积为28.5302Km²
。
井田煤质为弱粘结煤，低灰、低硫、高发热量，每千克煤炭的发热量达31～35兆焦，是优质的动力用煤，尤其“大友”煤炭品牌，是集团公司煤炭精粉中的精粉。
晋华宫矿是同煤集团主力生产矿井之一，矿井建于1957年，全矿原来由大井和南山井两对生产井口组成，曾是同煤集团唯一的一个多井口矿井。
2012年6月底，按照晋华宫国家矿山公园建设规划，南山井主井实施关闭措施。
建矿50多年以来，累计生产煤炭近1.5亿吨，为集团公司的发展壮大做出了重要贡献。
矿先后获得“全国煤炭工业双十佳煤矿”、“全国煤炭系统文明煤矿”、“全国煤炭工业部级高产高效矿井”、“煤矿安全质量标准化国标一级矿井”、“煤炭工业质量管理先进企业”、“矿产资源开发利用先进单位”、“特级安全高效矿井”、“山西省‘五一’表彰集体二等功”等多项荣誉，同时通过了国家ISO9001质量体系认证和职业健康安全管理体系认证。
1.2位置与交通
晋华宫井田位于山西省大同市西12.5km，居大同煤田东北端,地域为大同市南郊区所辖,举世闻名的云岗石窟位于本井田中部界外，井田地理坐标为东经113º
06′17″-113º
10′49″，北纬40º
04′49″-40º
10′12″（其中主井口地理坐标为东经113º
09′01″，北纬40º
05′55″，副井口地理坐标东经113º
08′58″，北纬40º
05′56″）。
井田北为甘庄乡镇联营煤矿，东界北段为青磁窑逆断层，东界中段与大同市青磁窑煤矿毗邻，东界南段与马武山矿相邻，西界北段、南段与云岗矿相邻，中段与大同市吴官屯煤矿及云岗石窟保护煤柱相接，南界与同煤集团忻州窑矿及大同市乡镇煤矿相邻。
本井田交通方便，旧高山至大同的铁路专线及109国道公路沿十里河通过本井田，在大同北可接京包线，南可连北同蒲线，东去大秦线可通往全国各地，且井田内各村庄之间均有简易公路相通（见交通示意图1-1所示）。
图1-1矿井交通位置图
1.3地形地貌
晋华宫井田位于大同煤田北部，为低山丘陵区，井田内大部为黄土覆盖，植被稀少，十里河从井田中部通过，支沟呈羽状分布。
十里河以北分水岭位于甘庄一带，其南部支沟流向十里河，以北支沟汇入淤泥河。
十里河南部分水岭位于荣华皂一带，以北支沟汇入十里河，以南沟谷汇入忻州窑沟。
井田内最高点位于北部甘庄三角点，标高1339.10m，最低点位于十里河下游1140.10m，相对高差199m。
1.4地质构造
1、区域构造
晋华宫井田受大同向斜的控制，在东部边缘地带地层倾角变大，甚至直立倒转，但范围有限，向内约在500m则变为平缓，倾角有10º
左右。
井田北邻大同市南郊区甘庄井田；
东以青磁窑断层、青磁窑煤矿和煤层露头为界，西与云岗井田、吴官屯井田毗邻，南与忻州窑井田和拖皮井田毗邻。
井田内构造简单，褶曲、断层均很少，未发现岩浆岩活动。
但已揭露的较大的构造有：
（1）断层
青磁窑逆断层：
为井田东部边界，出露于红崖沟、竹林寺、青磁窑一带。
断层走向北10-30º
西，倾向北东，倾角70-85º
，呈弯曲形，北起夏家庄炭窑沟，经竹林寺、青磁窑至站西，长约10km以上。
据现有资料证实，地层由于在青磁窑以北、中生代地层相继被剥蚀变薄尖灭，因此东盘太古界片麻岩相继与寒武系下统、本溪组、永定庄组、大同组接触构成了大同煤田东北端和井田北部的东屏界。
（2）褶曲
大同向斜：
轴向南起井田西南端51381孔附近，沿北45-55º
东方向经主井西侧过十里河至张士窑村西（55411孔）附近进入青磁窑井田。
以北10-15º
西方向至北二斜井处至榆涧（55451孔）处再进入井田北部，到54473孔附近，又改为北20-30º
西，直至甘庄煤矿（53842孔），然后往西北出井田。
由此可见，大同向斜在本井田南部呈北东向，在青磁窑井田呈近南北向，在井田北部变为北西向。
2、井田构造
（1）小褶曲：
在井田南部从主要煤层底板等高线图上反映出以一级的小型褶曲有四条，从构造形态上看，近于垂直于大同向斜轴向，现分述如下：
①1号背斜：
大致在54396、53394孔一线，轴向约北50º
西，延伸长约600m，整个背斜形态宽缓，不甚明显。
②2号背斜：
大致在84、54、56395、56391孔一线，呈北65-70º
西方向，延伸长度约2500m，背斜形态清晰，轴向明显。
③1号向斜：
大致在57397、56396、55395孔一线，与2号背斜平行，延伸长度2400m。
至东南端形态变缓已不明显。
④2号向斜：
大致在57407、56402孔之间，呈北60º
西方向，延长1200m。
整个向斜形态皆不明显。
（2）小断层和陷落柱
据多年井下实际开采揭露证实，井田内共发育落差在0.2-6.11m的小型断层142条，主要以走向为NE向为主，次为NW向。
井下共揭露陷落柱19个。
本区位于聚财塔地堑以南，区内构造简单，为一自东向西倾斜的单斜构造。
地层走向南北，倾角5～10°
褶曲不发育，断层稀少，靠近聚财塔大断层附近时，地层受断层影响，产状多变化，伴生次级羽状小断层和短轴褶曲。
聚财塔地堑：
由聚财塔北断层（F1）与聚财塔南断层（F2）组成，二者相距450m左右。
断层延伸方向呈东西向，相向倾斜，均属正断层。
F1向南倾斜，倾角60～75°
，断层150～260m，多在200～250°
之间，该断层地表及邻区坑下均有断点资料证实。
F2平行于F1延伸，倾向北，由两条正断层组成，倾角70～75°
，断距为100～120m，沟谷出露明显，断距可靠。
F2断层从井田北边缘经过，井田内延伸长度100m左右。
区内未见陷落柱与其它的地质构造。
1.5煤层赋存情况
本区主要可采煤层及局部可采、零星可采煤层18层，煤层特征如表1-1所示。
现将区内各煤层自上而下分述如下：
（1）2-1号煤层：
全区分布，河北区大部可采。
只有西部和东南角不可采。
过河除北端外，多与2-3号煤层合并。
煤厚：
北区0.15-5.74m，平均1.89m。
r=85.02%，Km=0.72；
南区0-4.28m，平均1.32m，r=88.30%，Km=0.64。
均属不稳定煤层。
河南西北角与2-3合并层厚度0.85-3.63m，平均2.22m，r=36.40%，Km=1.00，除东部和东南部不可采外，井田内大部可采，属较稳定煤层。
井田内煤层厚0.07-5.74m，平均1.05m。
（2）2-2号煤层：
厚0.15-1.60m，平均0.11m。
分布于河南东部、中西部零星孤立。
其中东部划归小煤窑开采，与2-1号煤层间距0.65-7.05m，平均3.52m。
属不稳定煤层。
（3）2-3号煤层：
全区分布，结构单一。
河北除西北角外，全部可采。
合并区厚度1.34-7.66m，平均5.08m，r=30.80%，Km=1.00，属稳定煤层；
分叉区厚度0.55-4.33m，平均2.33m，r=50.20%，Km=0.94。
属较稳定煤层。
河南仅东南边缘不可采，厚度0-1.67m，平均1.17m，r=21.30%，Km=0.97，属较稳定煤层。
上距2-2号0.97-15.58m，平均8.44m，井田内煤层厚0-7.66m，平均2.18m。
（4）3号煤层：
上距2-3号13.12-48.67m，平均24.33m，河北区全部可采。
1.63-4.22m，平均3.22m。
r=18.80%，Km=1.00，稳定煤层。
河南区从栗庄新村与石头村连线呈南西-北东条带状不可采外，其余均可采。
河南北部厚0.85-7.70m，平均2.24m，r=37.16%，Km=1.00。
河南南部厚度0.90-2.60m，平均2.01，r=28.90%，Km=1.00，属稳定煤层。
井田内煤层厚0-7.70m，平均1.74m。
（5）4号煤层：
孤立分布于井田北部，结构简单，厚度0-1.67m，平均0.10m。
上距3号煤7.20-26.05m，平均12.34m。
4号煤层下3米为5号煤层，煤厚0.20m。
（6）7-1号煤层：
上距4号煤11.03-35.31m，平均22.72m，全区分布。
河北除北部与7-3号煤层合并外，均不可采。
仅在河北西南角与走廊连片为可采范围。
厚度0.35-1.32m，平均0.91m，r=36.2%，Km=0.6，不稳定。
河南中西部与7-3号煤层合并。
表1-1煤层特征一览表
西南角兴旺庄北呈北西-南西向可采范围。
厚度0.12-2.65m，平均1.36m，r=51.3%，Km=0.81，不稳定。
井田内煤层厚0-2.65m，平均0.86m。
（7）7-2号煤层：
上距7-1号煤0.26-3.27m，平均1.40m，煤厚0-2.10m，平均0.03m，仅分布于河北最北部，不可采。
（8）7-3号煤层：
上距7-2号煤0.68-14.08m，平均5.02m，全区分布。
河北除54475孔为零点外，全部可采。
走廊地带不可采，只在南端与河南相接处可采。
河北合并区厚度1.76-2.82m，平均2.19m，r=16.0%，Km=1.00，属稳定煤层。
分叉区厚度0.82-2.11m，平均1.40m。
r=25.77%，Km=1.00，较稳定。
河南合并区厚度1.96-4.84m，平均3.11m，r=20.10%，Km=1.00,煤层稳定。
分叉区厚度0.85-1.70m，平均1.27m，r=16.84%，Km=1.00，亦属稳定煤层。
井田内煤层厚度0-4.84m，平均1.50m。
下距4.00m为7-4号煤层，厚度一般0.30m，层位较稳定。
（9）8号煤层：
上距7-3号煤5.61-27.87m，平均14.54m，分布于井田河南东部，河北北部。
河北除水泉村南及走廊不可采外，均达可采。
厚度0.86-2.10m，平均1.41m，r=21.08%，Km=1.00。
河南西北角仅有3个零星点达到可采厚度。
石头村北及东部除东北边缘外，均为可采区。
厚度0.86-1.86m，平均1.42m，r=19.29%，Km=1.00。
全井田均属稳定煤层。
井田内煤层厚度0-2.10m，平均0.64m。
（10）9号煤层：
上距8号煤层7.13-39.24m，平均18.49m，全区大多分布。
河北除走廊南部外，均不可采。
厚度0.77-1.43m，平均1.11m，r=17.66%，Km=0.94，较稳定。
河南中部与西部可采。
东部只有两个零星点达到可采。
厚度0.92-1.64m，平均1.35m，r=11.59%，Km=1.00，稳定。
井田内煤层厚0-1.64m，平均0.75m。
（11）10号煤层：
上距9号煤层8.74-25.03m，平均14.78m，主要分布于河南的中部地带。
除西北角、西南角呈零星部分不可采，均达可采。
厚度0-3.25m，平均0.93m，r=19.45%，Km=1.00，稳定。
（12）11-1号煤层：
上距10号煤层1.09-21.03m，平均8.29m，河北全部可采，厚度0.91-5.63m，平均2.98m，r=34.62%，Km=1.0，较稳定。
河南分布在西部及东南部。
中部石头村及西南兴旺庄和东北角均不可采。
西部栗庄以北块段，厚度0.81-2.15m，平均1.11m，r=23.82%，Km=1.00，稳定。
东南区段厚度1.08-1.75m，平均1.44m，Km=1。
00，亦属稳定煤层。
井田内煤层厚0-5.63m，平均1.27m。
（13）11-2号煤层：
上距11-1号煤层1.40-18.31m，平均7.55m，仅赋存于河南东南部石头村一带。
厚度0-2.20m，平均0.30m，r=31.20%，Km=0.70，不稳定。
此煤层在河南大部分与121-2合并。
（14）12-1号煤层：
上距11-2号煤层2.00-24.59m，平均10.65m，分布于河南东部石头村的东南部，厚度0.66-3.05m平均1.25m，r=51.88%，Km=0.69。
其西北区段煤厚0.22-2.45m，平均1.14m，均为不稳定煤层。
河北仅走廊北端局部可采，厚度0-1.55m，平均0.90m，r=49.72%，Km=0.70，不稳定。
井田内煤层厚0-3.06m，平均0.35m。
（15）12-2号煤层：
上距12-1号煤层0.30-13.98m，平均3.17m，全区分布，中部和东南部发育。
河南除东部边缘不可采外，均可采。
与11-2-12-1合并区厚度1.20-8.88m，平均5.87m，r=29.60%，Km=1.00，稳定。
分叉区厚度0.88-3.90m，平均1.98m，r=40.93%，Km=1.00，其西北部厚度1.50-3.67m，平均2.29m，r=29.83%，Km=1.00，均属较稳定煤层。
河北除东北角走廊中部不可采外，均可采。
合并区厚度0.80-7.60m，平均4.30m，r=44.15%，Km=1.00，稳定。
分叉区走廊区段厚度0.80-2.62m，平均1.55m，r=37.63%，Km=1.00；
北部厚度1.16-5.65m，平均2.48m，r=51.91%，Km=1.00；
均属较稳定煤层。
与12-1号煤层合并后厚度增大，一般为5.53m。
井田内煤层厚0.10-8.88m，平均2.65m。
（16）14-2号煤层：
上距12-2号煤层0.80-18.03m，平均5.20m全区大多分布。
河北仅在走廊局部可采。
北走廊煤厚0-3.15m，平均1.53m，r=60.97%，Km=0.82；
南走廊厚度0-3.45m，平均1.71m，r=69.98%，Km=0.70；
均不稳定。
河南可采范围分布在中部石头村以西及北角。
东部只有零星点达到可采。
西北块段厚度0.81-4.41m，平均1.61m，r=74.11%，Km=0.70；
中部块段厚度0.09-2.73m，平均1.10m，r=54.65%，Km=0.60；
东部厚度0.42-1.98m，平均0.92m，r=49.44%，Km=0.63。
井田内煤层厚0-4.41m，平均0.57m。
（17）14-3号煤层：
上距14-2号煤层0.80-10.64m，平均5.35m可采范围主要分布在河南的东北角、西北角及过河走廊，三块孤立范围呈三角形。
其中西北块段厚度0.26-1.55m，平均0.75m，r=57.17%，Km=0.43；
东北块段厚度0-1.00m，平均0.98m，r=67.16%，Km=0.56，均不稳定。
河北仅在过河走廊发育。
厚度0-1.54m，平均1.02m，r=52.12%，Km=0.67，不稳定。
井田内煤厚0-1.55m，平均0.15m。
煤层呈全井田均零星孤立分布，不易布置采区，系不可采煤层。
单一结构，一般不含夹石。
（18）15-1号煤层：
上距14-3号煤一般2.87m，仅分布于河南中部，厚度0-2.38m，平均0.06m，r=63.65%，Km=0.67，不稳定。
（19）15-2号煤层：
只赋存于河南石头村东部及南部，但东南边缘不可采。
厚度0-7.79m，平均0.55m，r=57.28%，Km=1.00，该层煤据全煤田沉积特征、厚度、结构、煤质变化极大，因此应为极不稳定。
结构单一，偶含夹石2层。
与15-1煤层间距0.90-2.77m，平均1.45m。
1.6矿井生产能力及储量
截至2013年底，矿井核定生产能力为450吨/年，通风能力为540吨/年。
矿井保有储量为308.944Mt，剩余可采储量为160.043Mt。
1.7矿井开拓方式及生产采掘情况
1、开拓方式
开拓方式为主斜井副立井混合开拓，现在870二水平生产，采煤方法全部为走向（倾向）长壁下行垮落综合机械化开采，顶板管理方法为全部垮落法。
放顶方法为自然垮落和人工强制放顶。
2、生产采掘情况
矿井回采工艺为普通综采，掘进方式为综掘。
全矿目前有4个综采队，6个机掘队，采掘机械化程度达到了100%。
生产盘区包括3个盘区，分别为301盘区、402盘区、307盘区。
1.8矿井通风系统情况
晋华宫矿为高瓦斯矿井，采用混合分区抽出式通风，通风能力核定为540万t/a。
全矿井共有十个进风井，四个回风井，四个回风井各装有两台同等能力的主要通风机，一台运转一台备用。
矿井总进风量为32093m³
/min，矿井总回风量为32549m³
/min，主扇总排风量为33743m³
/min。
各主扇情况列表1-2。
表1-2四个回风井主扇情况
风井名称
主扇型号
轮叶角度
风井排风量
m³
/min
主扇排风量
主扇风压
Pa
中央风井
AGF606-2.82-1.58-2
-13°
7608
7813
2163
麻村风井
2K58II-NO.24
45°
3690
3824
1715
榆涧风井
10961
11376
2783
马营沟风井
-2.5°
10290
10730
2499
1.9瓦斯、煤层自燃倾向性及煤尘防治情况
1、瓦斯、煤层自燃倾向性及煤尘爆炸性
2013年9月，晋华宫煤矿在7-4#层、9#层、11#层、12#层煤层取样送山西省煤炭工业局综合测试中心进行测试，结果如表1-3。
表1-3山西省煤炭工业厅综合测试中心鉴定结果
煤层
编号
煤吸
氧量
自燃倾向
性等级
自燃
倾向性
煤尘
爆炸性
火焰长度（mm）
抑制煤尘爆炸最低岩粉用量（%）
7-4#
0.77
Ⅰ类
容易自燃
有爆炸性
320
60
9#
0.81
＞400
75
11#
0.83
260
55
12#
50
45
2、煤尘防治情况
2矿井内因火灾危险性评价及总体设计方案
2.1矿井内因火灾危险性评价
晋华宫矿各煤层均属II类自燃煤层。
煤炭的自燃能否发生除了取决于煤炭本身内存的物理、化学、力学等性质外，还与地质条件、开拓条件、通风条件等因素密切相关，采空区煤层自燃是由众多因素共同影响、相互作用的结果。
随着工作面逐渐推进，采空区的范围越来越大，井下风量和负压也会进一步增大，造成更多遗煤与空气进行接触，容易形成煤自然发火隐患。
根据矿井开采规划，我们认为矿井煤自燃火灾危险因素主要存在以下几点。
（1）工作面“进回风巷道”的自燃危险性
回采工作面进回风巷一次性掘出，服务时间长，顶煤受采动压力影响，易于离层、压裂冒落，经长时间氧化蓄热升温，容易引起巷道顶部浮煤自燃。
（2）采煤工作面上下隅角在回柱时，上巷下帮、下巷上帮塌落不实，易形成三角区漏风通道，丢下大量遗煤，为煤炭自然发火提供了物质条件。
2.2矿井综合防灭火技术简介
经山西省煤炭工业局综合测试中心鉴
2.3矿井内因火灾防治技术对策
“预防为主、综合治理”是矿井火灾防治工作的指导方针，目前防治自燃火灾的技术主要包括堵漏、灌浆、喷洒阻化剂、注惰气、注凝胶和泡沫材料等。
根据《煤矿安全规程》第二百二十八条规定，开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自然发火的措施。
晋华宫矿设计主要采用以灌浆为主与注氮、喷洒阻化剂相结合的综合防火措施。
（1）灌浆系统选择
灌浆防灭火就是将不燃性灌浆原料（粘土、粉煤灰、矸石以及砂等固体材料）细粒化后与水按一定配比制成悬浮液（泥浆），利用静压或动压，通过钻孔或输浆管路水力输送至矿井防灭火区域，以阻止煤炭氧化或扑灭已自燃的煤体。
灌浆的主要作用就是隔氧与降温，即通过浆体材料包裹煤体，隔绝氧气与煤体的接触，防止煤的氧化；
同时对于已自
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