9205 综采工作面防灭火安全技术方案.docx

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9205综采工作面防灭火安全技术方案

9205综采工作面防灭火安全技术方案

1.9205采煤工作面概况9205综采工作面位于北祖矿井田西北部，地面位于北祖村以西北。

井下标高1353~1400m；开采煤层4+9层，煤层均厚为11.07m，煤层倾角为2～8/4o，走向长度为620~756m，倾斜长度200m，面积为137600㎡，南部在井田边界9至10拐点之间的100到300m范围、距井田边界100m；北部以F7断层为界、F7断层以北为原教场坪和观音堂采空区；东西分别与设计开采的9207和9203工作面相邻，之间的阶段煤柱为30m。

4#煤层直接顶板厚度为5.81-11.26m白色砂岩；4#煤层与9#煤层在本工作面多为合并关系，煤层总11.9-14.06m。

4#煤层段其含2-3层夹矸，分别为0.40、0.25、0.30m；9#煤层段含夹矸0-3层，分别0.40、0.50、0.30m。

北部为分叉关系受F7断层及原教场坪采空影响工作面退至F7断层以里，9205工作面内9#煤层与4#煤层分叉时最大间距约为1.00m其岩性为细砂岩。

9#煤层底板为1.40-1.69m的灰黑色泥岩及10#煤层顶板。

10#煤层厚约0.80m其底板为中粒砂岩厚度为7.42-11.58m其底部为一层泥岩厚度0.60-1.60m；其下为11#煤层厚3.50-4.65m。

运输顺槽长800m，回风顺槽长760m运输顺槽断面：

宽5m*高3.3m；回风顺槽断面：

宽4.7m*高3.5m，切眼全长200m，由于受断层影响，切眼被断为两部分，断面：

宽8m*高3.3m。

先安装120米长的大切眼，大切眼开始回采后，安装80米小切眼。

2.防灭火概况根据2007年山西省煤炭工业局综合测试中心对整合前三矿井4号煤层自燃倾向性进行了检测，测试结果表明观音堂煤矿4号煤层吸氧量为0.4818ml/g，自燃倾向性为自燃煤层；北祖煤矿顺风煤煤矿4号煤层吸氧量为0.6454ml/g，自燃倾向性为自燃煤层；顺风煤煤矿4号煤层吸氧量为0.8482ml/g，自燃倾向性为容易自燃煤层。

煤尘和煤的自燃检测结果汇总表兼并矿尘组检测矿称称层长倾氧3加倾级质（cm/g）（mm）阴阴场联联矿阴业（%）40557075750.48180.64540.84820.820.6825ⅡⅡⅠⅠⅡ44观阴顺业公公阴顺风业公阴阴业4907.0807.1007.0630>400>400>400>400矿公11

（1）从煤的炭化程度分析因煤层的自燃性随煤炭的变质程度的增高而降低；煤的炭化程度越低，挥发份含量越高，煤层自然发火倾向越强。

一般说来，褐煤易于自燃，烟煤中长焰煤危险性最大，贫煤及挥发份含量在12%以下的无烟煤难以自燃。

本井田各煤均为气煤，4号煤层的浮煤可燃基挥发分平均39.72%；9号煤层的浮煤可燃基挥发分平均39.22%；10号煤层的浮煤可燃基挥发分平均49.69%；11号煤层的浮煤可燃基挥发分平均39.16%；自燃倾向性较大。

（2）从煤的含硫量分析煤的含硫分越多，吸氧能力愈大，越易自燃，统计资料表明，含硫大于3％的煤层均为自燃发火的煤层。

4号煤层硫分：

原煤0.42%～1.12%，平均0.80%；属中低硫～中硫煤。

9号煤层硫分：

原煤1.33%～1.78%，平均1.53%；属低硫～中高硫煤。

10号煤层硫分：

原煤2.54%～2.90%，平均2.72%；属中高硫～高硫煤。

11号煤层硫分：

原煤2.44%～3.20%，平均2.81%；属中高硫～高硫煤。

可见各煤层均有自燃倾向性。

2.煤的赋存条件分析矿井初期开采的4煤层平均厚度8.72m，9煤层平均厚度8.73m，合并层厚度14.06m，属厚煤层，煤层厚度大，易于局部储热，故自燃发火倾向大。

3.开采技术条件设计采用综采放顶煤采煤和综采采煤方法开采自燃厚煤层，采空区遗煤较多，增加自燃的可能性，易发生自燃的区域为工作面“两线～两道”，即工作面开采线，停采线，进风道与回风道。

根据检测结果，4、9、10、11号煤层均具有自燃倾向性。

必须采取综合防灭火措施。

9205综放工作面井下标高1353~1400m；开采煤层为4+9层，９２０５综放工作面防止煤层自燃应有相应防灭火设计。

3．成立组织机构及职责组长：

矿长副组长：

总工程师安全矿长成员：

通风队队员领导小组主要工作职责：

（1）在组长指挥下，负责确定矿井防灭火业务范围内的灾害预防工作和指挥决策工作；并专门制定年度防灭火实施意见，以矿正式文件下发。

（2）防灭火领导小组由矿总工程师牵头，全面负责组织实施防灭火工作。

（3）副组长负责制定防灭火方案和防灭火组织工作，；负责贯彻落实上级与防灭火相关的文件指令以及定期召开防灭火工作会议，研究制定防灭火工作实施措施，听取阶段性防灭火工作汇报，及时协调解决防灭火工程实施过程中遇到的重大难题，其中包括防灭火工作所需的人、财、物，全力保障这一工作的顺利进行。

（4）防灭火领导小组实行月度例会制度，每旬组织召开一次防灭火专题会议，分析灭火现状，听取各单位防灭火工程落实情况的汇报，并结合上级领导及主管部门有关批示，有针对性地制定防灭火实施措施方案，同时将会议内容形成纪要在矿长月度办公会议上由总工程师或分管副总工程师专题汇报。

（5）在通风科负责防灭火日常管理，其中包括井下高温点发火隐患点的定期排查、治理措施的初步拟定、组织实施和防灭火日常管理台账、图表的填制、记录和整理；协助领导追查、分析火灾事故和防范措施。

4．防灭火系统矿井应具有完善的自燃火灾防治系统及措施，主要有采空区灌浆防灭火、凝胶防灭火系统、喷洒阻化剂防灭火；配置JSG-7型矿井移动式束管采样系统、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。

（1）监测方面的措施监测方面的措施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。

目前，煤层火灾的监测主要有矿井火灾束管采样监测系统、煤矿安全监控系统和人工检测三种手段。

地面固定式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、安全监控系统可以连续监测CO、CO2、O2等环境参数，根据这些环境参数的变化进行煤层火灾的预报。

3人工检测一直作为煤层火灾的主要监测手段，人工气体监测主要采用O2、CO、CH4等便携式气体分析仪，由人工直接在各测点进行气体检测，并定期采用气袋取气样，送地面进气相色谱分析，给出气体的成分和浓度，以此判断煤层发火程度。

该法适用性强、投入设备少，简单易行，但人工取样工作量大，间隔时间长，不能连续实时进行检测。

针对目前地面固定式束管监测系统具有管路长，采样测定滞后时间长，管路积水和粉尘进入管路堵塞后难以处理，人为或其它原因破坏管路的可能性大，管路维护量较大；地面设备多，需专人管理，管理技术要求较高；全套设备所需费用高等缺点，山西省安全工程技术研究中心近年来开发的井下移动式火灾气体束管采样系统全部安装于井下，并可移动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。

目前，已在山西省大同、朔州、忻州、阳泉、太原、晋中等地区近200个中小型煤矿进行了应用，效果较好。

山西省安全工程技术研究中心还开发了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，该系统克服了目前煤矿所使用的东西电子生产的气相色谱仪O2和N2分离效果较差，且不能检测氢气、重复性差、分析时间长等缺点，采用日本岛津技术，具有仪器稳定、重复性好，灵敏度高、能检测所有火灾气体、分析时间短等优点，目前，在山西焦煤集团、潞安集团、晋煤集团、大同、朔州、忻州等多个单位使用，效果良好。

1、JSG-7型束管采样系统

（1）JSG-7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。

该系统由以下四部分组成：

（1）抽气束管；

（2）抽气泵；（3）采样柜；（4）气水分离器。

见图6-2-1和图6-2-2。

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。

图6-2-1采样系统连接图图6-2-2JSG-7系统外观图

（2）JSG-7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。

2、GC950型煤矿专用色谱分析系统GC950型煤矿专用色谱分析系统技术特点和参数（见图6-2-3）图6-2-3GC-950气相色谱系统

（1）主要特点1）该仪器采用日本岛津技术，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；5）CO、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。

（2）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：

小于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）；噪声：

≤5×10-13A；飘移：

≤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：

10～399℃（增量为1℃）；控温精度：

±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％3、井下监测方案

（1）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150m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6-2-4所示。

采空区束管停采线开采空区切眼采样泵图6-2-4单巷布置工作面测点布置图束管采样点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6-2-5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。

（2）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、N2、CO、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。

采样束管停采空区采线开切眼采样泵图6-2-5工作面封闭后测点布置图

（2）灌浆防灭火灌浆防灭火《煤矿安全规程》（2010版）第二百三十二条规定：

“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”

（1）灌浆系统在矿井风井场地回风斜井井口附近设置灌浆站，为全矿灌浆服务。

灌浆站：

矿井风井场地回风斜井井口附近建2个灌浆池，池深1.8m，直径2.0m，一侧设500mm×500mm×1800mm下液泵坑，池四周采用MU100机砖M75砂浆砌筑，墙体厚度370mm，池内壁采用3mm的钢板制作75×75角钢护角。

（2）灌浆方法根据我国各矿区使用的灌浆系统，基本上可归为两类：

集中灌浆、分散灌浆。

使用的预防性灌浆方法有：

采前预灌、随采随灌和采后灌浆3种。

根据该矿煤层自燃的特点及采煤方法，为保证防火效果，本设计采用在工作面束管监测下出现异常状况及有发火倾向时采用灌浆方案。

即在放顶前沿回风道采空区预先埋好灌浆管（一般预埋5～8m钢管，钻孔直径一般为75mm或100mm），预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶管长一般为20～30m，放顶后开始灌浆。

随工作面的推进，按放顶步距用调度绞车逐渐牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆。

工作面停采前一般实行“多轮适量，间隔进行”，停采后实行“连续足量，充分灌注”。

在没有发火倾向时，适量灌浆即可。

管理布置示意图如下：

（3）灌浆参数的选择1）灌浆制度每天2班灌浆，每班纯灌浆时间5h，年工作日为330d。

2）按日灌浆需土量计算Qt2=KGγ=0.05×3636=132.71.37（m3/日）式中：

Qt2——每日灌浆所需土量，3/日）（m；γ——煤容重，γ=1.37（t/m3）；G——日产量，t，G=1200000/330=3636t；K——灌浆系数，取K=0.05；3）日灌浆所需实际开采土量Qt3=αQt2=1.1×132.7=145.97（m3）式中：

Qt3——日灌浆所需实际开采土量，3）（m；α——取土系数，一般取α=1.1。

4）灌浆泥水比的确定根据泥浆的输送距离、煤层倾角，本矿选取泥水比为1：

3。

5）每日制泥浆用水量Q水1=Qt2δ=132.7×（3/1）=398.1（m3）式中：

Q水1——每日制泥浆用水量，3/日）（m；δ——泥水比倒数，3：

1。

6）每日灌浆用水量Q水2=K水Qt2δ=K水Q水1=1.1×398.1=481.7（m3）式中：

Q水2——每日制泥浆用水量，3/日）（m；K水——用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，取1.1。

7）每日灌浆量Q浆1=（Q水1+Qt2）M=（398.1+132.7）×0.94=498.98m3/日）式中：

Q浆1——每日灌浆量，3/日）（m；M——泥浆制成率，取0.94；8）每小时灌浆量Q浆2=Q浆1nt=498.95＝35.26（m3/h）3×5式中:

Q浆2——每小时灌浆量，3/h）（m；n——每日灌浆班数，取3；t——每班纯灌浆时间，取5小时/班。

（4）灌浆管路的选择1）灌浆管路布置回采面采空区是该矿灌浆重点区域，因此，灌浆主管路应针对回采面进行铺设，其它地点的灌浆，则根据需要从主管路上分叉连接。

从风井由地面灌浆站铺设一趟管路至回采面，管路铺设路线为：

地面灌浆站→回风斜井→总回风巷→回风巷→回风顺槽→工作面。

井下灌浆如图6-2-7。

2）灌浆管道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。

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。

下一工作面回采前，必须使用探水钻对上一工作面采空区进行探放，以防采空积水及灌浆液溃浆事故的产生，如发现上部有积水或灌浆液必须进行探放水作业后方可进行回采。

3）管径计算预选d89×6（内径为77mm）无缝钢管。

1.临界流速（依据初步设计选定）V临=1.329m/s2.泥浆实际工作流速：

V=4Qt24×132.7=≈7.9223600πd3600×3.14×（0.077）2（m/s）实际工作流速V>V临，灌浆管可以正常工作，故所选管径合适。

3.管壁厚度计算δ=Pd0.11×1.182×84.7×77+a=+2≈2mm140nRz140×0.9×800式中：

δ——管壁厚度，mm；d——管道直径（内径），mm；P——管内压力，kg/cm2，P=0.11γ浆×H；γ浆——泥浆容重，t/m3，γ浆=1.182;H——井深，m，H=84.70m；a附——考虑管壁不均等的附加厚度，无缝钢管a附=1～2mm，焊接钢管a附=7～9mm；n——管道质量与壁厚不均的变动系数，取n=0.9；Rz——许用应力，铸铁管Rz=200kg/cm2，无缝钢管Rz=800kg/cm2；4）泥浆泵选择2PN泥浆泵流量：

扬程：

2台（一用一备）；30（m3/h）；23（m）；配套电机型号：

JO252-4型；配套电机功率：

4.9kw。

（5）对灌浆材料的要求1）颗粒要小于2mm，而且细小颗粒（粘土：

≤0.005mm者应占60～70％）要占大部分。

2）主要物理性能指标比重为：

2.4～2.8t/m3，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％，（颗粒为0.5～0.25mm以下）容易脱水和具有一定的稳定性。

3）不含有可燃物（6）灌浆设备黄泥灌浆主要设备见表6-2-1，黄泥灌浆池布置现场图见图6-2-6。

表6－2－1序号123456名称黄泥灌浆设备表型号单位台2PN泥浆泵混凝土，池长20m，分两格规格500×500mm筛孔10×10mmD＝50mmd89×6台3数量1213021803000备注泥浆搅拌机泥浆泵泥浆搅拌池铁篦子胶管灌浆管路功率10kw功率4.9kw，一用一备m个mm自制图6-2-6黄泥灌浆池布置图（7）灌浆前疏水和灌浆后防止溃浆、透水的措施

（1）灌浆材料应满足相关规定的要求，严格控制浆液泥水比，并控制灌浆量不使过大。

（2）工作面顺槽内设有水沟和集水坑，并配备小水泵，能够满足工作面俯斜开采时的涌水和浆液析水的排放要求。

（3）本矿井下灌浆采用采一段距离灌一次的埋管灌浆法，一部分灌浆水会从采空区流入工作面运输机道或顺槽水沟内（俯斜开采时），这时最好在巷道内构筑滤浆密闭将泥浆滞留于采空区，使水放出。

（4）加强水情观测，对采空区的灌浆量与排水量进行观测记录。

排水量过少，灌浆区内可能有泥浆水积存；排水中含泥量较大，采空区可能形成了泥浆通路。

处理方法有：

a立即停止灌浆，采用间断灌浆。

b在泥浆中加入砂子填塞通路。

c提高泥浆浓度。

d移动灌浆管口位置，改变浆液流动路线。

e工作面下部运输机道见水即停止灌浆。

（5）本矿煤层采用综采一次采全高工艺，但6号煤、10号煤间距较小，开采6号煤时会影响10号煤层，为防止上下层巷道、工作面溃浆问题，两煤层开采时间要错开一定时间，保证一定距离，等6号煤层浆液水控出并稳定后方可安排顺10煤掘进及开采。

回采完毕的工作面与接替（相邻）工作面间留有20m保安煤柱，联络巷及时按要求密闭并在密闭上部安置放水管，可保证工作面回采时采空区积水不致溃入生产工作面顺槽。

如发现密闭内积水较多，必须制定措施，或进行放水。

（6）加强管路检修。

（3）凝胶防灭火凝胶防灭火技术是近几年发展起来的新型防灭火技术，该技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，较好地解决了灌浆、注水的泄漏流失问题；技术工艺及设备与井下有限作业空间等实际条件的适应性，使该技术在灭火过程中充分发挥其效能，快速有效地控制和扑灭火势。

已成为煤矿井下必不可少的防灭火技术之一。

该技术具有如下特点：

a.灭火速度快：

由于胶体独特的灭火性能，其灭火速度很快，通常巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭，工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。

b.安全性好：

胶体在松散煤体内胶凝固化、堵塞漏风通道，故有害气体消失快；在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽，不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。

c.火区启封时间短：

注胶灭火工程实施完，不需等待（《煤矿安全规程》规定各项指标达到启封条件后还需观察稳定一个月才能启封），即可启封火区。

d.火区复燃性低：

高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复燃。

（1）凝胶材料选择及配比凝胶由基料、促凝剂和水按比例混合而成。

主料为硅酸钠水溶液、促凝剂为碳酸氢钠。

设计比例：

基料：

促凝剂：

水=10：

4：

86（重量比）。

（2）注凝胶设备注胶设备：

NJB-1-80型凝胶泵，见图6-2-5。

该设备是一种用来输送凝胶（水+基料+促凝剂）的泵组。

它可自动地将水、基料、促凝剂按一定比例混合后，经三个出液口输送到用胶地点。

根据各种材料的配比不同，凝胶混合液可在十几秒至几十分钟内形成固态胶体，用于煤矿直接灭火和堵漏。

6-2-5凝胶泵及凝胶②凝胶泵性能参数主泵流量：

80L/min；辅泵流量：

3-8L/min，可无级调节；压力：

0.5-2.0MPa；电