42101综放工作面防灭火设计.docx

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42101综放工作面防灭火设计

42101综放工作面防灭火专项设计

一、概况

根据山西煤矿安全装备技术测试中心提供的煤层自燃倾向性鉴定，本矿井井田内4-2煤层的吸氧量为：

0.80cm³／g,煤的自燃倾向性等级为一级，属容易自燃煤层，且煤层具有爆炸性。

根据矿井煤层的自燃性相关指标的分析，井田地质报告提供的相关实验数据，并结合了邻近生产矿井的实际情况，基础资料可靠，可以作为本矿井42101采面制定采空区防灭火措施的依据。

在42101工作面回采期间，为了加强采空区防灭火管理，矿井利用KJ101N型安全监测监控系统，对矿井温度、一氧化炭、风速、负压、烟雾、瓦斯、粉尘等环境参数进行检测、监控。

同时，在42101工作面回风顺槽还设置了ZS15型火灾预报束管监测系统，随时对42101采空区进行采样分析，及时掌握采空区的气体变化情况，提前预测预报，把采空区的自燃危害消灭在萌芽状态。

二、防治工作面内因火灾的措施

（一）注氮防灭火技术

在42101采空区预埋注氮管道，进行预防性注氮，使采空区深部的氧含量降到防火惰化指标以下。

制氮装置安设在南辅运巷；从制氮装置引出输氮管路经过42101材料平巷、42101辅运顺槽进入采空区距工作面液压支架切顶线30米处，输氮管路长度约1264米。

这样氮气从采空区高压侧注入，向低压侧扩散，能够实现对采空区次氧化带和氧化带进行注氮防灭火，注氮效果会更好。

另外，考虑到输氮管路预埋太深不易回收，设计在第一路输氮管路进入采空区距工作面液压支架切顶线70米处，就开始预埋第二路输氮管路，当第一路输氮管路进入采空区距工作面液压支架切顶线100米时，从液压支架切顶线处截断第一路输氮管路，并连接好第二路输氮管路，开始启用第二路输氮管路进行注氮；同时进行下一路输氮管路的预埋工作。

这样每70米一个循环，保证注氮深度始终保持在距工作面液压支架切顶线30米到100米之间，能够实现对采空区次氧化带和氧化带进行最好的注氮防灭火效果。

1、注氮防灭火的技术要求

正常情况下将氮气用作预防性注氮，同时考虑灭火注氮。

日常根据需要进行预防性间歇式注氮，当发现有火灾征兆时，采用连续注氮直到征兆消除。

2、注氮工艺系统及设备

（1）注氮工艺系统及布置

膜分离式制氮具有流程简单、能耗低、可靠性高、增容简单、瞬时启动、供氮压力高等优点；而且体积小、重量轻、占地少，无需特别土建和基础，易于安装。

故本矿选用膜分离式制氮设备。

（2）注氮防灭火惰化指标

注氮防火惰化，即注氮后采空区域内氧气浓度不得大于7%。

注氮灭火惰化，即着火区域内氧气浓度不得大于4%。

（3）制氮设备选择和安装

根据本矿井的开拓布置、采区接替及矿井所需注氮量情况，结合国内采用注氮防灭火矿井的设计生产情况，考虑到矿井注氮实际效果及一定的安全系数，确定本矿井选用DM600型制氮装置，制氮装置主要技术参数如下：

制氮量　Q=600m3/h；

输出压力　P=0.8MPa；

氮气纯度　≥97%；

额定电压V=660V；

制氮装置主要由煤矿用螺杆式移动空气压缩机组（型号SM5185），压缩空气预处理系段和膜分离段三部分构成。

这三部分采用分体结构，外壳全部为钢制材料，分别装在平板车上，三部分由不锈钢软管连接。

制氮装置的各部件应进行各项参数测定，符合设计要求后，方可进行整机组装；组装前所有管路、部件都要经除绣、除尘处理；各部件组装后与膜分离段连接之前，开动空压机，用压缩空气清除焊渣和其它粉尘。

所有管路必须采用硬连接方式（螺纹连接或焊接），应由专业人员施工，以免发生泄露现象；成品氮气出口至用气点之间的管路采用不锈钢管，采用焊接方式连接。

（4）注氮地点的安全通风量

在输氮管路沿途或工作面，假设主干管600m3/h的氮气，全部泄漏，能否造成泄漏区域缺氧，按空气中氧含量为20%的要求，经计算，此时巷道的安全风量应为100m3/min，由压风注氮室沿管路途径巷道风量均大于100m3/min.

3、加强火灾预测、预报及监控

按照《煤矿安全规程》规定，氮气防灭火必须有能连续不断地监测气体成分变化的监测系统。

通过生产中不断地积累资料和经验，并加强各种检测，是可以预测、预报火灾的，使其在萌芽状态就能采取措施加以消灭。

4、注氮安全规定

（1）注氮管路系统投入使用前，必须进行压力测验，确保密封不漏气；

（2）注氮工必须携带瓦斯氧气两用仪、一氧化碳检测仪，进入工作地点，应首先检查瓦斯等气体以及巷道顶帮的情况，确认安全后，方可正常操作；

（3）井下注氮操作场所附近必须安设电话，能与调度室、制氮气机司机保持联系；

（4）注氮的操作，必须按照作业规程施工，不得擅自改变注氮量、注氮方式等。

5、注氮工上岗条件

（1）注氮工必须经过专业技术培训，考试合格后，方可上岗；

（2）注氮工需要掌握以下知识：

熟悉入井人员的有关安全规定；

熟悉制、注氮的工作原理；

掌握《煤矿安全规程》对制、注氮的有关规定；

熟悉注氮的正规流程、操作程序；

熟悉注氮设备的参数以及注氮的相关要求；

熟悉注氮设备的工作原理、结构、维护保养及排除故障的知识；

了解工作范围内的管路系统（包括管径、接头方式、阀门型号及安装地点等）；

熟悉《煤矿安全规程》中对防灭火的有关规定；

掌握煤矿自然发火的机理及防治知识；

了解井下各种气体超限的危害及预防知识.

6、注氮设备操作注意事项

（1）、注氮设备操作准备

①井下注氮检查：

检查工作场所附近的巷道顶帮及气体情况，检查管路及阀门的状况，确保安全、完好；

②地面注氮前的检查：

检查注氮机组的状况，包括检查机组油量、冷却水系统、仪器仪表、阀门、供电系统等是否满足要求。

（2）、注氮时的特殊操作

①处理漏气管路时，要首先关闭阀门，如果需要停气，还要通知制氮厂停供氮气，并向调度室、通防部门汇报；

②处理漏气管路时，要有3人以上，并有人检查氧气浓度，如果低于20%，不得操作；

③井下发现不适合注氮时，要立即打电话通知注氮机组操作人员进行停机，并向调度室和通防部门汇报；

④机组操作人员发现设备有异常现象时，要立即进行处理，必要时要停机。

（3）、注氮收尾工作

①交接班时，要将当班的注氮量、采空区注氮的情况进行详细交接；

②交接班时，制氮机组运行记录要一并交接。

7、注氮设备操作规程

（1）、准备

①工作人员进入机房之后，先检查各号车的连接管路是否处于正常，有没有螺丝松动和断开现象，各号车必须处于正常工作状态。

②检查一切正常后，打电话到变电所，通知送电。

③打开流量调节阀，启动开关，给制氮装置送电。

（2）、开机操作程序及注意事项：

①将1号车的磁力启动器隔离开关手柄推至“正转”位置，按动1号车电源开关，给1号车送电。

②打开冷却水阀门，给机器送冷却水。

③确定1号车的手动阀处于“卸载”状态，按1号车启动按钮，30秒后，将手动阀拨至“加载”位置。

④启动压缩机30秒后，运转声音正常。

⑤操作人员观察氮气流量仪表。

运行10分钟后，观察氮气是否为所需流量，否则调整3号车上的流量调节阀，使之稳定。

此时机器处于正常运转状态。

（3）、机器运转中的操作程序及注意事项：

①机器整体运转正常后，观察玻璃管流量计中的小球是否在中间，如不是，操作人员缓慢打开分析取气量旋钮，使流量为200~300ml/min。

②操作人员每半小时巡视一次。

③观察1号的排气压力是否为额定排气压力，排气温度是否在75℃~95℃之间。

④观察氮气流量、氧气含量<3%、氮气压力（≥0.8MPa）、空气压力（≥0.9MPa）、空气温度49℃左右，是否正常值和允许误差值范围之内。

⑤每半小时检查1号车观油镜上是否能够看见油位，如不能应立即停机。

⑥每半小时开动2号车中4台精密过滤器底部的自动排污阀是否工作正常。

⑦每半小时开动2号车中相应的各手动排污阀进行排污。

⑧当最后一级精密过滤器滤芯排污阀有油排出时，应在24小时内检查滤芯。

⑨当压缩机及制氮装置任何仪表有报警时，都应停机检查。

（4）、关机的操作及注意事项：

①停止压缩机工作：

将手动阀拨至“卸载”位置，60秒后，关闭压缩机电源。

②关闭制氮机电源。

③关闭总电源。

④10分钟后关闭冷却水水源阀门。

⑤五分钟后关闭停止阀。

（5）、操作人员必须认真正确的按上述程序正确无误进行的操作，严格按时间要求进行巡回检查，并认真填写各项表格和各项记录。

8、必须有专人负责检修注氮设备，发现问题、故障，及时处理，不能够处理的立即向矿调度汇报，必要时可以向厂家联系检修。

（二）、注阻化凝胶

利用阻化凝胶进行堵漏，减少采空区漏风，防止采空区遗煤自燃。

设计配备有二台胶体注浆泵及配套的系列注浆设备。

凝胶宜采用无氨味配方，以铝盐作为促凝集，添加成胶速度调节剂，制成成胶时间可调、强度较高的新型凝胶。

（三）、构筑黄土隔离墙

在42101工作面上、下隅角构筑黄土隔离墙，减少采空区漏风，防止采空区遗煤自燃。

在42101回采期间，每隔30米需要在上、下隅角构筑黄土隔离墙，其要求是紧靠巷帮、巷顶。

（四）黄泥灌浆防灭火系统

《煤矿安全规程》第232条规定：

“开采容易自燃和自燃的煤层时，必须对采空区、突出和冒落孔洞等空隙采取预防性灌浆……，防止自燃发火。

”预防性灌浆是防止自燃发火最有效、应用最广泛的一项措施。

根据我矿将要使用的灌浆系统，采用地面集中灌浆系统和随采随灌埋管灌浆的灌浆方案。

即在放顶前沿回风道在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，放顶后立即开始灌浆。

随工作面的推进，按放顶步距用回柱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”。

管道布置示意图如下：

图3-1管道敷设示意图

（2）灌浆参数设计

灌浆材料的选择

对灌浆材料要求如下：

①颗粒要小于2mm，而且细小颗粒（粘土：

≤0.005mm者应占60～70％）。

②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。

③不含有（或少含有）可燃物。

在煤矿里传统的灌浆材料是含砂量不超过25%～30%的地表黄土。

根据实际需要，也可就地取材采用适当的代用材料，如砂土、粉煤灰等。

矿井所处地区多为荒地，黄土资源丰富，故本设计灌浆材料选用黄土作为灌浆材料。

地面制浆工艺流程

常用的制浆工艺主要有两种：

水力取土机械制浆法和机械搅拌制浆。

水力取土机械制浆法，多采用于制备黄泥浆，可就地取材；机械搅拌制浆常用于制浆材料生产源距矿井较远的材料。

本设计采用机械搅拌制浆工艺。

工艺流程如下：

黄土采集→泥浆搅拌池（搅拌机）→沉淀池（滤网）→注浆池（砂浆泵）→灌浆管（从回风斜井进入井下）。

系统示意图详见图3-2：

图3-2灌浆系统示意图

①主要设备

该系统主要有搅拌池、减速器、搅拌器、沉淀池、滤网、下液式泥浆泵等设备组成。

系统参数及性能指标

制浆料输送量：

20t/h；

水量：

＞30m3/h；

灰水比：

1:

3-1:

10；

搅拌泵：

BLD2-43-3kW

离心式液下泥砂泵：

80NYL60－9GE，流量为60m3/h

搅拌器：

焊接件

减速器：

XL.XLD1-12/3kW

（3）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，其中2班灌浆，1班准备，每班纯灌浆时间为5h，每天纯灌浆时间为10h。

①灌浆所需材料量

式中：

Q—日灌浆所需土量，m3/d；

K—灌浆系数，取0.02；

γ—煤容重，1.46t/m3；

G—矿井日产量，4545t。

②日灌浆所需实际土量

Qt3＝αQt2

式中：

Qt3─日灌浆所需实际土量，m3/d；

α─取材料系数（考虑杂质和开采运输损失，取α=1.1）；

Qt2─意义同上。

Qt3＝1.1×62.3＝68.53（m3/d）

③每日制浆用水量

Qs1＝Qt2δ

式中：

Qs1─制备泥浆用水量，m3/d；

Δ─泥水比的倒数，根据经验泥水或浆灰水的比取1：

3，则

δ=3；泥浆密度为γj＝1.20；

Qs1＝62.3×3＝186.9（m3/d）

④每日灌浆用水量

Qs2＝KsQt2δ

式中：

Qs2─灌浆用水量，m3/d；

Ks─用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，取1.10；

Qs2＝1.1×186.9=205.59（m3/d）

⑤每日灌浆量

Qj1＝（Qs1＋Qt2）M

式中：

Qj1─日灌浆量，m3/d；

M─泥浆制成率，取0.88

Qj1＝219.3（m3/d）

⑥每小时灌浆量

式中：

Qj2─每小时灌浆量，m3/h；

n─每日灌浆班数，班/d；n＝2班/d；

t─每班纯灌浆时间；h/班，t＝5h/班；

Qj2＝21.93（m3/h）

⑦每小时最大灌浆量

考虑到今后生产规模扩大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＝1.5×21.93＝32.9（m3/h）

式中：

Qjmax─每小时最大灌浆量，m3/h。

特别需要说明的是：

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。

（4）灌浆设备选型

设计选用80NYL60-9GE型离心式液下泥砂泵2台，1台工作1台备用，该泵流量60m3/h。

灌浆管路选用Φ122×7mm无缝钢管，支管选用Φ89×7mmmm无缝钢管，工作面管道选用Φ50mm夹布胶管。

（5）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。

①编制灌浆设计

灌浆区域在进行灌浆之前应编制灌浆设计，设计内容包括：

灌浆区概况、防火墙要求、钻空布置、灌浆数量、水土比例、各钻孔灌浆量的分布、灌浆顺序、灌浆期限及安全措施等。

施工区要严格按照设计的要求及安全技术措施进行灌浆施工。

②合理确定灌浆量

灌浆质量的主要标志是泥浆的灌浆数量，应根据灌浆参数计算区域灌浆量及土量，各个钻孔的灌浆量要求分配均匀合理。

③加强对灌浆水灰比的控制

提高灌浆效果，就必须保持合适的泥浆浓度。

在灌浆期间要随时测量泥浆浓度，埋管灌浆的泥浆浓度以注浆管的出浆口到采煤工作面的距离确定，原则是距离小浓度大，反之要小些。

④加强气体采样分析和温度检测

⑤建立健全灌浆记录台帐

各项记录台帐是灌浆管理工作中的关键的原始资料，是分析灌浆工作的基础。

其中包括：

钻孔工程记录台帐；灌浆工程记录台帐；防火墙工程记录台帐；气体分析记录台帐等。

（6）防止工作面发生溃浆、透水事故,灌浆时采取以下安全措施:

①使用渗（透）水性强的材料做围堰壁;如果采用木板做围堰壁时,必须预留泄水孔。

②围堰的四周要同巷道的帮壁接实打牢。

③围堰构筑好后,背好套棚,打齐、打牢中心顶子。

④充填流量要均匀适度,切忌流量忽大忽小；接近充满时,要适当减小流量。

⑤充填灌浆时应设压力表并设专人检查,当发现管路压力较大时,要及时打开安全阀,释放压力,停止注浆。

⑥灌浆区内往往积存大量的浆水，如果在其下部进行采掘工作，由于地层压力和积水重力的作用以及采掘活动的影响，容易造成隔离煤柱破坏而诱发冒顶、浆水溃泄从而导致掩埋设备甚至人员伤亡的事故，所以在灌浆区下部进行采掘前，必须查明灌浆区内的浆水积存情况，在积存浆水未放出前，严禁在灌浆区下部进行采掘工作。

三、防治工作面外因火灾技术措施

1、严格执行矿井各项安全管理制度,井下严禁吸烟;使用安全炸药,要严格执行放炮规定,不准用明火或动力线放炮.

2、加强井下机电设备的管理和检查，各单位使用的开关、电缆、移变，各种保护装置必须按规定设置，严格按标准操作，定期派人检查，发现问题及时修复。

维修并使用好防爆及安全火花型电气设备,电缆敷设要符合要求,避免产生各种电火花.

3、杜绝设备漏油,合理使用液力联轴节,防止机械设备摩擦产生高温.

4、工作面配电点及容易发生火灾的现场要设置消防用砂及其他消防器材。

各使用单位必须配齐并有专人看管，定期检查，确保完好

5、入井人员严禁携带烟草和点火物品，严禁穿化纤衣服。

6、严格管理井下易燃物品，剩下的废旧油脂、棉纱必须收集在专用的容器内，并设专人负责，及时出井。

不得乱泼、乱扔、乱放。

7、严格控制井下烧焊，在工作面进行烧焊时，必须编制专项措施，由总工程师批准，瓦斯员检查，安监员监督执行。

9、加强火工品及放炮管理，严禁使用不合格的炸药雷管，规范操作，严禁放明炮糊炮。

10、所有入井人员都必须熟悉灭火器材的使用方法，熟悉本工作区域内灭火器材的存放地点。

11、井下作业要严格执行“一炮三检”和“三人联锁”放炮制度.

通风科

2013-6-1