新村煤业自燃发火及防灭火措施采空区.docx
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新村煤业自燃发火及防灭火措施采空区
山西新村煤业有限公司
15105综采工作面预防煤层自燃及
防灭火方案
编制单位:
通风科
编制人:
陈文波
编制日期:
2013-1-10
为保证我矿采掘生产正常进行,防止煤层自燃发火因素对采掘生产的制约,确保矿井安全生产,结合我矿2013年采掘生产情况,编制新村煤业2013年度防止煤层自燃发火及灭火措施,望有关单位遵照执行。
一、矿井概况
1、生产、布局情况
新村煤矿设计生产能力90万吨/年,矿井采用主斜井、副立井、回风斜井混合开拓方式,采煤方法走向长壁后退式开采,全部垮落法管理顶板,掘进工艺为综掘。
井田内可采煤层9号、15号,现开采15号煤层。
2、矿井通风、瓦斯情况
矿井通风方式为中央分列式,通风方法为抽出式,主扇型号为:
FBCDZ№22,电机功率为2×160Kw,叶片角度为43/36,运行风量为3560m3/min,负压为820Pa,矿井等积孔为2.68m2。
掘进工作面采用对旋式局扇压入式通风,回采工作面采用“U”型通风方式。
2011年度矿井瓦斯等级鉴定结果为:
全矿井绝对瓦斯涌出量1.52m3/min,相对瓦斯涌出量1.99m3/min,鉴定结果为低瓦斯矿井。
3、矿井煤层鉴定情况
根据2005年6月26日山西省煤炭工业局综合测试中心检验报告,本矿15号煤层燃烧时火焰长度为85㎜,加岩粉量为75%,爆炸指数为18.99%,煤尘具有爆炸性。
根据2012年4月29日河南理工大学检验报告,本矿15号煤层煤样吸氧量1.28cm3/g,自燃倾向为Ⅰ类,属容易自燃煤层,自然发火期大于3个月。
4、2013年度生产计划情况
2013年度,新村煤业计划生产原煤60万吨,2013年计划回采的工作面:
15105综采工作面,计划开拓巷道:
北翼回风大巷、北翼轨道大巷、北翼运输大巷,计划掘进的工作面有:
15107运输顺槽、15107回风顺槽。
二、15105工作面防灭火措施
1、矿井火灾监控系统
根据《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》(AQ1029-2007)的规定,矿井建立了KJ70N型安全监控系统一套,实现对工作面CO、温度、烟雾火灾参数的动态监控,设备满足《煤矿安全监控系统通用技术要求》(AQ6201-2006)的相关规定。
(1)CO传感器
15105采煤工作面回风巷(距回风口10m处)、15105采煤工作面回风隅角(距切顶线1.0m以内的上帮)、15105进风巷皮带机头下风侧15m处设置CO传感器,其型号为KGA3。
CO传感器应垂直悬挂在巷道的上方风流稳定的位置,距顶板(顶梁)不得大于300mm,距巷壁不得小于200mm,并应安装维护方便,不影响行人和行车。
CO传感器报警浓度为0.0024%。
(2)温度传感器
在15105采煤工作面回风顺槽设置温度传感器,型号为KGW5。
温度传感器垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置,距顶板(顶梁)不得大于300mm,距巷壁不得小于200mm,并应不影响行人和行车,安装维护方便。
采煤工作面温度传感器的报警值为30℃。
(3)烟雾传感器
在15105进风巷皮带机头下风侧15m处设置烟雾传感器,其型号为GQL0.1。
2、束管监测系统
《矿井通风安全装备标准》(GB/T50518-2010)中规定,开采容易自燃和自燃煤层的大、中型矿井,应设置配备有一氧化碳、氧气等各种气体测定管和便携式检测仪表及成套气体分析化验的地面实验室。
针对采空区、封闭火区等人员无法进入地点气样的采集,目前最常用的是矿井自燃火灾束管监测系统,该系统连续采集输送井下多处采煤工作面的气体,由地面监测控制,循环自动取样分析,经过对矿井火灾标志性气体的连续分析数据及趋势曲线,对火灾和瓦斯爆炸的可能性连续进行分析及发火点的预测预报,为矿井瓦斯事故和自然火灾的防治工作提供科学依据。
其中JSG-7型煤矿自然发火束管监测系统广泛应用于大、中、小型各类煤矿自燃火灾预报和防治工作。
(1)系统原理
系统在微机控制下可将井下监测地点的气体,通过束管连续不断的抽至井上气体分析仪中进行快速、精确的分析,实现对C0、C02、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、02等气体含量的在线监测,其分析结果用实时监测报告、分析日报表两种方式提供给有关人员的同时,自动存入数据库中,以便今后对某种气体含量的变化趋势进行分析,预报煤炭自燃的趋势和高温或发火点的温度变化趋势。
该系统具有红外线气体分析和气相色谱分析两种方法,可同步或单独运行
(2)系统功能
①微机自动控制,24小时在线检测,实现无人值守;
②自动设置参数,每次进入系统均按上一次修改的最新参数设置;
③可建立气样数据库,通过系统自动求出或输入的组份表,可按用户要求形成文件,组份名称可输入汉字;
④自动输出每路束管气体的分析结果。
在微机控制下,每一路数据分析完成后,可根据要求自动将结果输出到打印机;
⑤独特的数据库分析功能。
在束管检测下,系统自动将分析数据存入数据库,并可用数据库分析某一采样点的气体含量在一段时间内的变化趋势,可用图形方式表现,非常直观;
⑥具有气体含量超限自动报警功能;
⑦系统具有联网功能,实现分析数据共享,便于领导和调度人员对井下气体的变化情况进行直接检测。
(3)系统参数
①控制束管检测路数:
8路至32路(可扩充)。
②运行时间:
24小时连续循环检测或人工设定。
③每路气样的分析时间<3分钟。
④分析气体成份
红外线气体分析仪:
C0、C02、CH4、O2;气相色谱仪:
C2H4、C2H6、C2H2.
⑤分析精度
红外线气体分析仪:
量程:
CO:
(0~100~1000)×10-6;CO2:
(0~5~25)%;CH4:
(0~5~25)%;O2:
(0~25)%。
重复性:
1%FS;零点漂移:
1%FS/6M
量程漂移:
1%FS/6M;响应时间:
T90=60S
信号输出:
4~20mARS232/485
气相色谱仪:
C2H4、C2H6、C2H2,最小检知浓度:
0.1×10-6(0.1ppm)
(4)束管采样系统的布置
在副立井附近设置地面束管监测中心,井下主要监测点为回采工作面采空区,掘进头,其余地点根据需要从主管路接出,具体管路布置为:
①从地面束管监测机房布置12芯主管路一趟沿副立井进入井底车场,沿轨道大巷敷设至运输大巷中部,在此附近设立井下分路箱。
②从井下分路箱沿15105工作面回风顺槽布置3根单芯束管,并外套1.5寸无缝钢管,无缝钢管每3m固定吊挂一次。
其中一根单芯束管始终设置在工作面上隅角,其余两根单芯束管一直布置到开切眼,以间隔30m距离呈迈步式布置(此间距应根据实际监测结果进行调整确定),当一个采样点进入采空区后进行取样分析,随着工作面的推进,另一个采样点进行采空区后也进行取样分析。
当第一个测点埋入采空区60m后即可断开第一个测点,并重新布置采样头,依次类推,直至工作面回采结束。
③束管连接采用专用的束管连接头连接,做到连接处无漏气;束管采样点处要接上采样器,其端部应罩以铁丝网,并用坚硬的护栏保护好。
每天巡回检测一次,异常时每班巡回检测一次。
3、人工检测和取样分析
人工检测是煤层自燃火灾的重要监测手段,由人工直接在测点进行气体和温度检测。
该法适用性强、投入设备少、简单易行,但工作量大,间隔时间长。
并定期利用气囊采集气样送地面进行气相色谱分析。
根据《煤矿安全规程》第149条规定:
矿井必须建立瓦斯、二氧化碳和其他有害气体检查制度,所有采掘工作面、硐室、使用中的机电设备的设置地点、有人员作业的地点都应纳入检查范围。
根据矿井防灭火的需要,采煤工作面上下隅角、进回风顺槽、支架间等地点;重点检查CO、CH4、O2、温度,每班检测2次,如果任何一处CO或温度异常,可随时根据变化情况设置测点,且增加每班观测次数。
检测仪器可使用多种气体检测器、便携式CO报警仪,便携式O2检测仪、光学瓦斯检测仪、温度计及红外测温仪,具体由瓦斯检查员负责检测。
检测时要做到“四定”,即定人、定点、定时、定仪器。
4、灌浆系统
(1)对采空区进行预防性灌浆
《煤矿安全规程》规定,开采容易自燃和自燃的煤层时,必须对采空区、突出和冒落空洞等孔隙采取预防性灌浆等防灭火措施。
预防性灌浆就是将水、浆材按适当比例混合,配制成一定浓度的浆液,借助输浆管路输送到可能发生自燃的区域,用以防止煤炭自燃,是使用最为广泛、效果最好的一种技术。
灌浆系统及灌浆站设备
在回风斜井场地内布置灌浆厂房,内设XMZG-60型多功能煤矿防灭火灌浆系统一套,主要包括两个泥浆池,一个值班室,一个控制室和一个泵房(如图4-1所示)。
灌浆厂房占地面积约30m×10m=300m2。
系统的主要特点:
①具有搅拌、过滤等功能,可连续制浆;
②具有浆液自流、渣浆泵加压两种浆液灌注方式,可实现远距离运输;
③中控制搅拌机、渣浆泵、清水泵等设备的运行;
④可统计灌浆量;
主要灌浆设备一览表
名称
型号
单位
数量
主要参数
备注
搅拌机
XNJD—11
套
2
电压:
380V;
搅拌能力:
60m3/h;
搅拌方式:
立式搅拌
功率:
11KW
2台4套
渣浆泵
4/3C--AH
台
2
电压:
380V;
流量:
80m3/h;
扬程:
30m
功率:
22KW
清水泵
IS80---50—200
台
1
电压:
380V;
流量:
60m3/h;
扬程:
50m
功率:
15KW
潜污泵
WQ15—30—2.2
台
1
电压:
380V;
流量:
15m3/h;
扬程:
30m
功率:
2.2KW
水枪
100型
个
2
进水管径:
100mm;
工作压力:
5-10Kg
启闭机
0.8*0.95米铸铁闸门配套LQ—3T型启闭机
套
2
流量计
DN150
台
1
检测范围:
2.82~120m3/h
通径:
150mm
配套电控系统
GGD-1、GGD-2、GGD-3
套
1
PLC控制
(2)灌浆方法
我国煤矿现在使用的预防性灌浆方法有:
采前预灌、随采随灌和采后灌浆三种。
采前预灌就是在煤未开采之前即对煤层进行灌浆,适用于老空区过多、自然发火严重的矿井;随采随灌就是随着采煤工作面推进的同时向采空区灌浆,主要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆,能及时将顶板冒落后的采空区进行灌浆处理,防火效果较好;采后灌浆是等回采结束后,将整个采空区封闭起来后进行灌浆。
根据新村煤矿自然发火的实际情况,设计采用埋管灌浆、洒浆结合采后灌浆方法。
(3)埋管灌浆
采用埋管灌浆法,即在放顶前沿回风顺槽在采空区预先铺好预埋灌浆管(10~20m的钢丝缠绕管),预埋管一端通采空区,一端接高压胶管(长20~30m),胶管与灌浆支管相连,每天按放顶步距利用回柱绞车逐渐牵引灌浆管,从而使预埋管始终保持在采空区15m左右,牵引一定距离灌一次浆,以免灌浆影响回采工作,如下图所示。
为防止冒落岩石砸坏注浆管,埋管时应采取防护措施(如架设临时木垛)。
埋管灌浆示意图
1-预埋灌浆管(钢丝缠绕管);2-高压胶管;3-灌浆支管(无缝钢管);
4-回柱绞车;5-钢丝绳;6-采空区;7-回风顺槽;8-进风顺槽
(4)洒浆
当远离管口的地方灌浆效果不佳时,可采用洒浆方法,作为埋管灌浆的一种补充措施,即在回采工作面由输浆管路上接出耐压胶管,沿工作面方向向采空区均匀地洒上一层浆液。
洒浆时,洒浆量要充足,能均压将采空区遗煤包裹。
(5)采后灌浆
工作面回采结束永久封闭后,采用密闭墙上插管灌浆法,即在工作面两端的密闭墙上分别预设的措施孔,实行“连续足量,充分灌注”,大量向闭后灌注浆液,灌浆量按充填20m采空区计算,防治最易自燃的停采线自燃和密闭漏风。
此时,密闭墙的强度应满足注浆的要求,注浆时应派专人监护,一旦发现有溃浆征兆时,应立即停止注浆。
(6)灌浆时间
由于新村煤矿开采的15号煤层属容易自燃的厚煤层,加之采用放顶煤回采工艺,采空区“两道两线”自然发火严重,应坚持“随采随灌”的措施,即在工作面放顶后实施灌浆,采用三班灌浆,纯灌浆时间12小时,灌浆量为27m3/h;当工作面无法正常推进、出现自然发火隐患时实施连续灌浆,直至工作面恢复正常回采、自然发火征兆消失并持续稳定在3天以上后恢复正常灌浆。
(7)输浆管路布置
对于新村煤矿,15号煤层回采工作面采空区是自然发火最危险的区域,因此,灌浆主管路主要针对回采工作面采空区进行铺设,其它地点的灌浆,则根据需要从主管路上分叉连接。
①灌浆管路铺设为:
地面灌浆站——回风斜井——总回风巷——回风大巷——15105回风顺槽——15105工作面采空区敷设。
管路铺设时应避免“两头高中间低”的布置方式,并尽量减少拐弯,井下输浆管路应紧靠底部铺设,固定牢固,并涂以防锈漆。
管路通过低凹地段,应在管路的最低处设长0.5~1m的2吋支管,支管上设阀门,每次停浆后必须将低位管路的积水引出。
②管路直径
主要灌浆管直径是根据管内泥浆的流速来选择。
在设计中,泥浆给定后,先确定泥浆在管道中流动的临界流速,再求出泥浆的实际工作流速,使之大于临界流速即可。
实际工作流速:
式中:
v—管道内泥浆的实际工作流速,m/s;
Q浆max—小时灌浆量,m3/h,
d—管道内径,m。
干管直径取108×4mm,支管直径取75×4mm,
经计算干管中泥浆的实际工作流速V干=1.38m/s,支管中泥浆的实际工作流速V干=3.07m/s,
实际工作流速处于经济流速范围值内(泥浆钢管的临界流速通常为1~4m/s),可满足工程需要。
地面灌浆管道一般选用铸铁管;井下灌浆管道采用无缝钢管,其干管直径取108mm;工作面顺槽支管直径取75mm。
(8)灌浆操作规程
灌浆前的准备工作
①制浆前所用各种设备应完好,控制系统显示正常;
②供水系统应畅通,照明设备应齐全;
③注浆所需材料到位(黄土、悬浮剂);
④井下注浆区与注浆站通讯是否畅通;
⑤各阀门应处在正确的开关位置;
⑥各岗位人员应到齐上岗。
(9)注意事项
①灌浆时,不要在高压胶管附近停留,以防止管子崩坏伤人;
②灌浆过程中要做好下列检查:
检查泄水处出水的大小、水温的高低,有害气体等,并做好记录;检查泄水闸门完好情况、水沟的畅通情况等;
③每个工作班在下班前,必须先通知地面制浆站停止下浆,然后
将管内存浆全部灌入钻孔内。
钻孔停止灌浆时应用水冲孔,冲孔时间一般不少于20分钟(先小水后大水),冲孔后将各处管路、阀门等处理好;
④采煤工作面放顶后,灌浆人员用电话通知制浆站开始送浆;运输巷有水流出时,即认为采空区已灌好浆,这时方可停止灌浆。
(10)灌浆管理
为了使灌浆防灭火工作取得预期的效果,加强管理是不可缺少的重要环节。
5、采煤工作面喷洒阻化剂
(1)阻化剂的选择
阻化剂应满足以下要求:
①原料来源广泛,价格便宜,制备、使用方便,不会大幅增加采煤成本;
②对人、设备及正常生产无影响;
③具有较好的渗透性和附着性;
④阻化率高,阻化寿命长。
目前,我国常使用的阻化剂有水玻璃(Na2O·nSiO2)、氢氧化钙Ca(OH)2、CaCl2等。
其中水玻璃模数n严格要求在1~2之间,且其成本较高,吨煤成本高;氢氧化钙成本较低,阻化率较高,但其溶解度较小,和水混合后易形成固液混浊液,固体颗粒可对泵等产生破坏作用,且易出现堵塞现象,影响注液效果,另外,氢氧化钙碱性强,具有很强的腐蚀性,对注液设备的防腐蚀性要求高;而工业CaCl2具有来源广、供应稳定、成本低,对井下设备和金属构件腐蚀性小,对人体无害等优点,故选用工业CaCl2作为矿井防灭火阻化剂。
(2)阻化剂浓度的确定
阻化剂的浓度既决定防火效果,又影响吨煤成本。
阻化剂浓度越大,阻化效果越好,但吨煤防火成本也随着增大;阻化剂浓度过小,虽降低了吨煤防火成本,但防火效果较差。
根据国内矿井使用效果来看,20%的溶液阻化率较高,阻化效果较好;10%的阻化液也能防火,但阻化率有所下降,因此,阻化剂浓度控制在10%~20%之间,新村矿阻化剂暂定为5%,以后根据实际的阻化效果进行适当调整,并采用重量法进行浓度测定。
(3)阻化剂防火系统选择
目前我国煤矿常用永久式、半永久式和移动式三种防火系统。
①永久式:
在地面建立永久性的贮液池,从贮液池铺设一趟管道到采煤工作面上下口。
利用静压(或泵加压)进行喷洒或压注。
这种系统适用于井下范围小,采煤工作面距地面较浅的矿井。
②半永久式:
在采区上下山或硐室内设置贮液池和注液泵,从注液泵出口到采煤工作面上、下口铺设管道。
阻化液从贮液池经加压泵输送到工作面顺槽,经喷洒软管和喷枪,喷洒在采空区浮煤上;或经软管,注液钻孔,压注于煤体或发热区。
半永久式压注喷洒系统为一个采区或一个区域服务。
③移动式:
储液箱和阻化泵放置在采煤工作面的进风顺槽中,距工作面30m左右,经过输液管路将阻化剂输送到工作面进行雾化、喷洒或压注。
考虑到永久式和半永久式喷洒压注系统需建储液池且铺设管路较长,而移动式工艺简单、施工快、投资小、机动性大。
因此,设计选用移动式阻化剂防火系统。
(4)阻化剂防灭火工艺
在工作面回风顺槽超前支护外适当位置(尽量靠近工作面)放置两辆1吨矿车作为阻化剂药箱,交换使用,按需浓度(15%)将工业CaCl2倒入1吨矿车内,用临时供水管路按比例加足清水,配成溶液搅拌均匀后,用矿用液压泵将阻化液沿顺槽和大溜电缆槽下方铺设(每20m安设一个三通接一个截止阀)的φ25.4mm高压胶管压至工作面,与φ13mm的胶管和喷枪相连。
一台泵配一支喷枪,由专人手持喷枪,从支架间隙向采空区喷洒,喷洒时每间隔5组支架喷一次,每次喷洒至少6min,流量不小于35L/min。
如遇停产、过断层、收尾等情况时,必须对采空区加大喷洒频率。
喷洒系统工艺图如下图所示。
图5-1移动式喷洒系统工艺图
1-供水管路;2-药液箱;3-吸液管;4-压力表;
5-阻化多用泵;6-高压胶管;7-阀门;8-三通;9-喷枪
正常回采期间采空区阻化剂喷洒在检修班工作面放顶后进行。
工作面开采初期和停采撤架期间,或因地质原因,或因机电设备原因造成工作面推进缓慢,宜加大喷洒量和喷洒次数,并对工作面上下隅角等重点自然发火危险区域全面湿润浮煤,抑制遗煤自燃。
(5)工作面日喷洒量计算
工作面日喷洒药液量的计算:
式中:
G——按重量计算一次喷洒量,t;
K1——一次喷洒加量系数,取1.2;
K2——松散煤(浮煤)的密度,由实测取得,暂取1.0t/m3;
L——工作面长度,取130m;
B——一次喷洒宽度,m,取4.8m(工作面日推进度);
h——底板浮煤厚度,m,取0.4m;
A——原煤(浮煤)的吸药液量,t/t,由实测取得,暂取0.049t/t;
工作面一次喷洒体积V=G/γ
式中:
V——按体积计算一次喷洒量,m3;
γ——阻化剂溶液的密度,t/m3,由实测取得,暂取1.05t/m3。
经计算,可得工作面一次喷洒量为G=14.68t;喷洒体积V=14m3.
所需阻化剂用量为G0=G×ρ=14.68×15%=2.2t。
(6)阻化设备基本要求
①阻化设备必须符合中华人民共和国煤炭行业标准:
MT/T700-1997《煤矿防火用阻化剂通用技术条件》。
由于该矿投产时15号煤层有1个工作面生产,需配备阻化设备2台,一用一备。
②BH-40/2.5型(原WJ-24型)煤矿用阻化剂喷射泵体积小,重量轻,运输携带方便,尤其对于井下自然条件较差,设备和人员运行不方便,难以运进较大设备的地点最为合适。
该泵可用喷枪直接向残煤喷射阻化剂,又可利用雾化喷头喷雾,还可用于向煤体压注阻化剂。
因此,设计选用BH-40/2.5型(原WJ-24型)煤矿用阻化剂喷射泵。
(7)注意事项
①为保证阻化剂防灭火效果,必须严格按比例进行配制,确保阻化率达到设计要求,配制时对溶液先进行充分搅拌,待其完全溶于水后,方可进行喷射工作。
②喷洒雾化工作开始前,应预先打开阻化剂喷枪开关,使阻化剂喷枪处于常开状态。
在各项准备工作完成后方可接通电源开关,由低压力开始启动阻化泵,待系统运转正常后再把压力调至所需压力,开始正常喷洒雾化工作。
每天工作结束前,必须用清水继续喷洒数分钟,以便对阻化泵和管路以及喷枪进行清洗。
阻化泵运行中不可脱水空转,欲停止工作时,必须先将调压手柄扳到卸压位置,待压力降低后方可停机。
每天工作结束后,必须关闭开关、切断电源。
③工作面上、下隅角,开切眼和停采线附近等重点防火区域,或当工作面遇到复杂地质情况,推进度放慢时,要适当加大阻化液的喷洒量和次数,提高该处的阻化效果。
④由于阻化剂喷洒在煤体表面后,经过一段时间(阻化寿命)后阻化剂阻化效果失效,为节省费用,可以通过多次喷水保持环境具有较高的湿度来延长阻化寿命。
⑤阻化药液具有一定的腐蚀性,喷射工人需佩戴手套和雨衣,在喷洒过程应对机械设备及支架等金属构件进行遮盖或其它防护措施,喷洒完后应检查看是否有液体溅到金属构件上,若有应及时擦掉,可有效减少喷洒阻化剂带来的危害。
⑥当发现阻化泵压力表突然升高时,应考虑阻化剂管路是否堵塞,应根据具体情况及时卸压并关闭阻化泵,组织人员立即对管路进行检查处理,恢复正常后方可重新使用。
出现其它异常情况,也要立即将调压手柄扳到卸压位置,待压力降低后方可停机。
⑦为保证阻化防火的有效性,应结合气体监测系统,定期检查工作面及采空区气体成分,同时观测温度、湿度和漏风量。
⑧阻化剂喷洒雾化工作人员每班暂定位4人,设组长1人,全面负责阻化剂喷洒雾化工作、负责电气开关和阻化泵使用和管理;喷洒工1人,负责使用喷枪实施喷洒工作;药液配制工2人,负责药液配制。
四、附则
1、本措施未尽事宜,严格按《煤矿安全规程》及相关措施规定执行。