采区防灭火设计.docx

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采区防灭火设计

采区防灭火设计

矿井火灾防治技术是安全技术中的一个分支，其主要内容是，首先防止火灾发生，其次是防止火灾万一发生后造成扩大化，把火灾的损失降低到最低限度。

因此对火灾不能只考虑发生后的对策，而更重要的是着眼于发生前的预防对策，预防火灾于未然，是我矿防治火灾的方针。

煤层自然发火是许多因素综合作用的结果，而自然保护倾向性起着重要的作用，是自然发火的主要原因，其主要取决于如下因素：

1、煤化程度

2、煤岩成分

3、煤中含有的瓦斯

4、水分

5、煤中的硫及其他矿物质

事实证明，开采技术和管理水平是引起自燃火灾直接关键性的原因，它包括矿井的开拓方式、采区巷道布置、回采方法、和回采工艺、通风系统和管理因素。

即从开采设计到施工、生产和管理的各个环节中人们的一系列行为都对自燃火灾的发生起决定性的影响。

采矿技术对自燃火灾的影响主要表现为下列四个方面：

（一）矿井开拓准备方式和采区巷道布置

（二）回采方法和回采工艺

（三）漏风

（四）地质因素

利用我们拥有的开采技术知识，在矿井设计、建井施工和生产管理的各个环节之中，采取一系列的有效的技术措施，来控制自燃因素的产生和发展，借以达到增强矿井先天性的防火能力。

生产实践也证明，合理的开拓开采系统和开采方法，对防止自燃火灾起着决定性的作用。

开拓开采技术防火，就是根据煤层的自燃倾向性、发火期的长短、地质条件等客观因素，因地制宜、因时制宜的来考虑矿井的开拓布局，采区尺寸和巷道布置，应用合理的采煤方法和先进的回采工艺，提高回采率和工作面推进速度，增强矿井的先天性的防火能力，减少甚至避免矿井自燃火源的产生，以保证安全生产。

开拓开采防火，要从矿井设计着手，优先考虑放火要求，在施工、生产管理等各个环节中采取各种技术措施来限制部分乃至全部自燃条件的产生和滋长。

一、生产的过程中产生的，自燃的形成是伴随着生产过程而发展的。

因此只要我们在生产设计和生产管理的各个环节中，高度重视放火工作，并开拓开采技术防止自燃发火的机理在于，自燃的四个必要条件几乎都是在采取综合而有效的放火技术措施就可以防止自燃火源的产生。

提高开拓开采技术，可以达到以下目的：

1、提高回采率，减少丢煤，即减少或消除自燃的物质基础。

2、限制和阻止空气流入和渗透至疏松的煤体，消除自燃的供氧条件，防止空气流入可燃物。

可以从两个方面着手：

（1）消除漏风渠道，其方法是：

利用可靠的密闭隔绝漏风渠道；

改变巷道布置或通风系统；从而改变可燃物与风路之间的相对位置。

（2）减少漏风压差。

这以通过调节通风系统和通风系统来实现。

而通风系统又受开拓方式和采区巷道布置所决定。

3、使流向可燃物的漏风，在数量上限制在不燃风量之下，在时间上限制在自燃发火期以内。

二、合理地进行巷道布置

我矿是有自燃煤层的矿井，在进行矿井和采区设计时应针对煤层的赋存条件，选择有利于防火的巷道布置方式。

（一）采用岩石巷道

我矿开采的9#与10#煤都属于二类自燃煤层，采区设计时将运输大巷和回风巷道，采区上、下山、集中运输巷和集中回风巷等的服务时间较长的巷道，布置在煤层中。

巷道布置在煤层中时，对于服务年限较长的巷道，一方面要留足够尺寸的煤柱，另一方面巷道要用砌碹或锚喷支护，且碹体内的冒高和空隙处应用不燃和难燃的矸石等材料充填，靠近碹体的四周最好再充填500毫米厚的黄土。

经验证明，这样做不仅有利于巷道的耐压而且对堵漏防火大有好处。

（二）区段巷道分采分掘：

采区设计时，应尽量采取区段分采分掘的方法，即回采区段工作面的进、回风巷同时掘进，取消联络短巷。

（三）分层区段平巷采用垂直式布置：

这样设计煤柱小，还可以不留煤柱，提高回采率，有利于防火。

三、推广无煤柱开采技术：

实行无煤柱开采，是减少自燃发火的重要途径之一。

1、无煤柱开采的方式有：

（1）跨上（下）山回采，消除上（下）山煤柱。

（2）跨石门回采，取消石门煤柱。

（3）沿空送巷。

2、防火安全措施。

取消煤柱之后，虽然能够消除因煤柱发生的火灾，但也能带来其他问题，因此必须有效地解决采空区的隔离问题。

具体措施有：

（1）对于开采缓倾斜的厚煤层或顶板岩性比较坚硬而不易冒落、在短期内不易胶结的煤层，可以采用区段跳采。

（2）应用充填、喷涂和堵挂等密封材料，形成巷旁隔离带（层），是沿空掘进和留巷时防止向采空区漏风、发生自燃火灾的重要安全措施之一

（3）合理确定滞后时间。

（4）其他措施。

如把无煤拄开采与风压调节措施相结合，采用U——U或D型布置，对于减少采空区漏风，起到不可忽视的作用；另外，对采椌区进行良好的预防性灌浆，对于加速冒落岩石的胶结和压实防止漏风，也起到很好的效果。

三、选择合理的采煤方法和先进的回采工艺

合理的采煤方法和先进的回采工艺是减少采空区及其附近煤柱自燃发火的根本性措施之一。

除此外，在有条件的情况下，应尽量采用综采和高档普采等机械设备，实现机械化生产。

这种工艺优点是，生产集中、产量高，回采速度快，在相同的产量的情况下，煤柱受压时间短，采空区自热时间短，对于防止自燃发火极为有利。

从预防自燃发火的角度来说，对采煤方法和回采工艺的要求是：

（1）回采率高，即不丢煤和少丢煤，尤其是不使采空区及其附近有成堆碎煤堆积；

（2）有利于加快循环进度；

（3）有利于缩短采空区顶板冒落、充填、交接和压实时间，减少漏风；

（4）控制矿山压力，减少煤柱破坏（破碎）。

1、提高回采率

回采率的高低对发火频率起决定性的影响作用，而采煤方法是决定回采率高低的关键。

我矿开采緩倾斜煤层时，采用长壁式（走向式长壁和倾向长壁采煤方法回采率高）在回采的过程中，还应注意将采空区，特别是上下风巷的浮煤清净，不在万不得已的情况下，不要在采空区留煤柱。

2、加快循环进度

采用先进的回采工艺，设计合适的采区尺寸，为加快循环进度创造条件。

工作面的倾斜长对循环进度至关重要。

工作面的长度一定要与运输能力、技术管理水平、地质条件等主观因素相适应。

3、科学管理顶板和工作面，减少临面采空区漏风带宽度，除了加快循环进度之外，科学的顶板方法，可以改善采空区漏风带内的空气流动阻力特性，缩小

自热带或漏风带宽度，减少采空区漏风

顶板管理要因岩性而异，并要特别注意采空区与煤柱交界处顶板的放落。

对于顶板岩性松软，易冒落，碎张比大的，采用陷落法管理顶板，再配合良好的预防性灌浆，就会使采空区充填密实，具有较好的防火效果。

减少工作面的通风阻力也是减少采空区漏风量和漏风带宽度重要措施之一。

减少工作面风阻，可以通过加强工作面的质量管理，使支架纵横成排；条件允许时可以增加工作面的有效通风断面，即增加工作面的控顶距等。

减少工作面的风量，在保证工作面的瓦斯浓度不超限，满足改善气候条件要求的前提下，把风量降低到最低限度。

四、控制矿山压力，减少煤体破坏

实践证明，在巷道周边压力的集中与变化最易造成围岩的破碎，尤其在工作面的前方往往形成密集的裂隙网。

控制矿山压力集中，不仅有利于巷道的维护，而且可以减少煤体的破碎，减少粉、碎煤的存在，防止煤柱漏风供氧引起煤的自燃。

五、合理的通风系统

1、矿井通风系统与矿井自燃发火之关系密切。

通风系统的类型是影响采空区和煤柱漏风多少及时间长短的重要因素之一。

对开采有自燃倾向的煤层，从防火的角度来说，进回风井，进回风大巷等平行异向的新乏风流的距离及风阻越小，压差越大，对防火越不利。

在进行矿井设计和采区巷道布置应记住这一点。

开采有自燃危险的煤层的矿井必须实行分区通风系统，并在一定范围内具有可调性。

当一个采区发生火灾时，能够根据救灾的需要，做到随时调风、停风、减风或反风。

这样一来，一旦一个采区发生火灾，就有条件防止火灾气体侵入其他采区，避免扩大事故范围。

在巷道布置上，要采取分区通风或局部反风创造条件。

2、采区通风系统

对于一个采区和工作面来说，选择通风系统的原则也是尽量减少采空区的漏风范围和漏风大小，不要让新乏风从采空区边缘流过。

3、工作面通风系统

走向长壁式回采的工作面，最好选用“后U”型通风系统。

这种形式的风流不流经暴露的采空区。

4、通风设施安设合适

在风路中安设风门、调节门或密闭墙等通风设施后，会使其前（上风侧）后（下风侧）风流的压能分布改变，即其前方风流的压能比原来增加，后方比原来降低，风路两端压差增大。

因此，如在有漏风源或漏风汇附近的风路中安设调节门或风门时，应充分考虑这一点，减少采空区或其他漏风通道的压差，预防自燃发火。

为了预防自然发火，在漏风源或漏风汇附近的风路中安设调节风门或风门时，一般应遵循以下原则：

1）当一个漏风风路与某一风路并联时，不要在漏风的源与汇之间安设调节风门或其他通风设施。

2）如在漏风源或漏风汇附近的风路中设置调节风门等通风筑物时，则通风设施应在漏风源的上风侧或漏风汇的下风侧。

3）调节风门等通风设施设置后，应使采空区或其他自热区同处于进风系统或回风系统。

六、坚持正常的开采顺序

对于近距离煤层群来说，正常的层间开采顺序，应是由上而下进行开采。

七、合理确定近距离相邻煤层两工作面之间的距离

通过以上分析，开采技术与自燃发火的关系极为密切。

因此从设计开始，到施工、生产管理的各个环节都要有一个防火的观点，考虑到防火的要求，为防火工作创造必要的前提条件，以期达到防患于未然，作到“预防为主”。

八、调节风压（均压）防灭火

根据通风阻力定律，漏风的大小取决于漏风通道风阻及两端风流具有的能量差。

因此，欲要减少漏风只有两个途径：

一是增加漏风通道的风阻，如砌筑高质量的密闭墙；二是设法减少漏风压差。

在煤矿井下，由于受客观地质条件和采动矿山压力影响，使密闭墙的风阻变的无穷大，其密闭十分良好是很困难的。

更何况有些漏风通道是难以或不能达到的。

实践证明，只要存在较大的漏风压差，单纯采用增阻堵漏的措施，采空区的漏风往往难以控制到理想的程度，而采用通风技术措施减少漏风压差，则是消除或减少漏风加速火区熄灭，防止煤炭自燃的有效途径，这就是风压调节技术。

调节风压法防灭火，俗称均压防火。

其实质就是利用风墙、风窒和风机等调压装置、调整风流系统或通风设施的位置，改变局部通风系统的压力分布，降低采空区漏风压差，减少漏风，惰化采空区，从而达到抑制煤炭自热发生发展和火源的熄灭。

（一）开区均压防灭火

在生产工作面采空区即未封闭火源或自热源实施的调压技术叫开区均压防火。

其作法一般是在生产工作面建立均压系统，以减少采空区漏风，抑制遗煤自热和自燃发展，防止CO等有害气体超限聚集或向工作面涌出，从而保证工作面的正常回采。

开区均压防火多种多样，但其具体措施要根据工作面不同的漏风形式而异，查清主要漏风通道（漏风量最适宜煤炭自燃的漏风通道），漏风范围，千方百计降低或改变其漏风压差是实现开区均压防火的关键。

开区调压防火的特点是：

被抑制的漏风一般都与生产用风发生紧密的联系，而且调压是在保证安全生产的前提之下进行，这就要求调压时，既要保证安全生产的用风，又要减少漏风范围或消除漏风。

因此，这就对开区均压防火，提出了更高的要求。

调压方法的选择，主要取决于漏风的形式和现场的具体条件。

现根据漏风形式对调节方法加以阐叙。

1、临面采空区并联漏风的调节

临面采空区遗煤自燃与否主要取决于其并联漏风量和采空区漏风宽度。

漏风量和漏风带宽度越大，越容易自燃。

对于并联漏风，漏风量和漏风带宽度主要取决于工作面上下的压差（即工作面阻力）和采空区的空气阻力。

从调压的角度出发，减少临面采空区的并联漏风的唯一方法是减少工作面的压差。

属于调压方面常用的措施有：

（1）调节风窗调压

当工作面风量允许减少时，在工作面的回风巷内适当的位置安设调节风窗，减少工作面风量，降低工作面压差是抑制采空区自燃简单易行的均压措施。

降低工作面的压差，不仅可以减少采空区的漏风量而且可以减少漏风带宽度，使窒息带前移，再加快推进速度，则已发展起来的自热现象就会因缺氧而窒息。

（2）改变工作面通风系统

工作面的压差与工作面倾斜长度成正比，故减少长度则可减少压差。

工作面采用W型通风系统可以降低、减漏防火的道理就在于此。

（3）并联风路调节

当工作面的并联漏风范围内存在有自燃火源，且工作面存在有可利用的并联风路时，可以利用并联风路进行分风降压调节。

（4）减少采空区漏风长度。

这是现场广泛采用的简单而有效的方法。

它是在工作面下部靠近采空区的外侧设挡风幛或挡风帘。

（5）在工作面上安设风机。

2、对角漏风的调节

在角联通风网络中，对角巷道风流的方向和风量可以通过改变边缘临近分支的风阻从而改变的特性，即对角巷道风流的可变性，是调节对角漏风的理论依据。

为此可实施下列方案；

（1）改变风阻

（2）改变压能

（3）风窒风机联合调压

3、大面积采空区的调压防火技术

工作面回采结束后，由于风门的降压、专用调压巷道的分风和密闭的隔绝的综合作用，使得停采线和采空区内漏风大大减少，再配合对重点得进行灌浆，完全可以防止大面积的采空区自燃发火。

这为无煤柱开采的安全生产，创造了有利条件。

4、改变通风设施位置，进行风压调节。

通风设施位置正确与否，对自燃发火的产生与发展，有时起着重要影响。

（二）闭区均压防灭火

闭区均压防灭火是在采空区和火区封闭的条件下进行的。

其实质是，用通风的方法平衡密闭空间漏风的压差，减少漏风量，即降低火区内氧的浓度，达到防止采空区发生煤炭自燃或加速火区内或源熄灭之目的。

其主要方法有：

（一）、降低火区漏风的压差

火区漏风的压差，即是漏风进出口密闭间的压差。

其值取决于密闭墙的设置位置。

近似等于密闭墙外侧两点节间的压差。

途径有；一是减少新鲜空气补给；二是向采空区内注惰性气体。

可采用以下通风措施：

1）对主要漏风通道进行填堵，对密闭墙进行涂抹泥浆；

2）调整通风系统；

3）对位置不当的调节风门进行移动，使调节门同处于火区或采空区的进风或回风侧，减少漏风压差。

4）整修通风阻力大的巷道

（一）调压气室法

在井下封闭火区（或正在发生自燃的采空区）密闭墙的外侧，再建立一道

辅助密闭墙，并在这道密闭墙上安设风机和管道等调压装置，调节这两个密闭墙之间的空气压力，使其升高或降低，与火区内气体压力趋于平衡，以消除火区进、回侧之间的压差，达到完全消除或减少漏风、使燃烧或自燃因缺氧窒息而灭的目的。

总之，在实际应用中，采用哪种方式进行防灭火，要针对具体情况，在保证均压效果的情况下，应对几种方案作技术经济比较后，选择最简单易行，经济合理、安全可靠的方式。

但必须掌握以下几个基本参数：

1、掌握火区或可能发火区周围有关巷道的通风压力和风量分布情况，绘制出通风网络图（或压能图）。

2、找出通向火区或可能发火区的漏风通道，并确定主要漏风通道。

这一工作必须下井实地考察，有条件时应用SF6示踪气体检测。

3、对有关巷道内的通风设施（风门、调节风门、辅扇等）要有全面的了解。

4、设法测定作用于包括火区在内的所研究回路内的自然风压。

采区防灭火设计

通防科

2011年2月21日