防灭火设计.docx

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防灭火设计

自然发火防治

初步设计方案

1、矿井概况：

xxxx煤矿设计年产原煤90万t，所采煤层为石炭系上统太原组9#、10#、11#煤层，其中10#、11#煤层在该井田内合并为一层，俗称丈八煤。

9#煤层平均厚度为1.57m，丈八煤层平均厚度为7.97m，与丈八煤层之间有一层厚0.8m左右的灰褐色泥岩。

9#煤直接顶为K2石灰岩，平均厚度6.42m，丈八煤底板为结构致密的铝土质粘土泥岩，遇水会膨胀。

xxxx目前矿井通风量为3200m3/min，通风负压为1040Pa—1100Pa，矿井等积孔为1.8m2。

所采煤层为9#和10—11#煤，煤层倾角3゜—5゜。

全矿现有2个综采放顶煤面，采煤方法是倾斜长壁后退式，煤层厚度7m—8m，采高2.2m，放顶煤高度5m—6m，工作面长130m，走向长为600m—650m，工作面设计风量为462m3/min，实际风量为694m3/min，工作面温度11℃—12℃，回风瓦斯浓度最高为0.024%。

该矿井属低瓦斯矿井，煤尘具有爆炸危险性，9#煤层自燃倾向性为I类，10—11#煤层自燃倾向等级为Ⅱ类，自燃煤层，煤层自燃发火期为4到6个月（来源于地质报告）。

综上所述，该矿井目前开采煤层的自然发火倾向性均为Ⅰ、Ⅱ类，为容易自燃和自燃煤层，有自然发火危险，如2003年7月7日，31119运输顺槽发生火灾，用时16h建了5道永久性密闭，注入凝胶150m3灭火，影响生产32小时，影响产量5400t。

根据《煤矿安全规程》的相关规定和公司推广综采放顶煤开采的需要，有必要建立完善的自然发火防治系统。

2设计原则

本方案仅对xxxx下自然发火防治进行方案设计。

外因火灾防治、消防管理和消防材料库、回采工作面及回收管理等不在本方案设计之列。

本方案设计结合我国自然发火防治研究新成果，在确保技术先进、产品成熟的基础上，根据矿井的实际条件，尽可能采用新技术、新工艺、新材料及新装备。

在完善和建立自然发火防治系统的基础上，矿需认真组织实施，并加强管理，充分发挥其效能，才能取得预期的防火效果。

3设计依据

煤矿安全规程2004年版

矿井防灭火技术规范1996年

MT/T701-1997煤矿用氮气防灭火技术规范

MT/T699-1997煤矿采空区阻化气雾防火技术规范

MT/T698-1997矿井密闭防灭火技术规范

MT/T700-1997煤矿防火用阻化剂通用技术条件

4总体技术方案

4.1自然发火预测预报

根据该实际情况，本方案采用人工井下定期取气样，地面实验室气相色谱仪分析的自然发火预测预报方式。

根据人工取样分析结果，可以了解和掌握井下工作面及采空区和密闭区域内的煤自然发火状况及趋势，为采取合理的防灭火措施提供依据。

对实验室气相色谱仪，要求能对H2、N2、O2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H8和H2S等组份进行常量或微量分析。

数据处理系统具有图表自动生成、打印结果的功能。

为提高自然发火预测预报的可靠性和有效性，矿井应对所采煤层取煤样进行实验室分析，进行工业分析、煤层自燃倾向性、煤尘爆炸指数和煤层最短自然发火期的试验鉴定和测定。

确定各矿所采煤层火灾预测预报标志性气体及其指标值，为火灾预测预报提供理论依据。

应分别对9#和10—11#煤层煤样需进行实验室鉴定和测定工作。

4.2工作面防火措施

对综采放顶煤工作面，工作面采空区的“两道两线”都是自然发火防治工作的重点，本方案针对不同的部位在开采过程中的防灭火要求提出对应的自然发火防治措施。

工作面“两道两线”的自然发火防治主要采用喷洒阻化剂的方法。

⑴阻化剂选择

用于防灭火的阻化剂应选择阻化率高、防火效果好、生产量大、来源广泛、运输方便、价格便宜、对人体无毒害、对设备腐蚀性小的材料。

目前煤自然发火防治普遍采用氯化钙、氯化镁、工业废盐、氧化钙，这几种材料的水溶液在相同浓度下对同一煤样的阻化率相差不大。

对于吕梁地区，氧化钙来源更为广泛，因此本设计主要选用氧化钙。

⑵喷洒溶液浓度确定

喷洒浓度是决定防火效果和影响工作面吨煤防灭火成本的一个重要指标。

根据试验，20%浓度的氯化钙、氯化镁、工业废盐、氧化钙，溶液的阻化率最高，但吨煤防灭火成本也高。

如果使用10%的阻化剂溶液喷洒，吨煤成本就能降低一倍。

因此，为保证自然发火防治效果并降低防灭火成本，设计选用15%的氢氧化钙溶液进行喷洒。

⑶喷洒设备和工艺

采用KBJ-50/1.5型井下注浆泵成套设备中的储液箱（0.4m3）、计量泵和汽雾发生器，通过高压橡胶管连接，组成阻化剂溶液喷洒系统。

配制阻化剂时先对0.4m3的储液箱加水到总高度的80%（便于人工搅拌），再加入45kg阻化剂，人工搅拌均匀后开启计量泵实施喷洒。

⑷喷洒量计算

根据开切眼或巷道顶底板浮煤量计算喷洒量。

所谓浮煤就是掘进巷道时落于巷道底板未装出的残煤。

这部分煤较为容易引起自燃。

其喷洒量按下式计算：

V=K1•K2•L•S•h1•A1/g

式中：

V——喷洒量，m3；

K1——巷道上下口帮壁的加量系数，取1.2；

K2——单位体积松散煤的重量，0.9t/m3；

L——工作面开切眼或巷道长度，m；

S——一次喷洒宽度，m；

h1——工作面开切眼或巷道浮煤厚度，m；

A1——原煤吸药液量的平均值，0.058t/t；

g——15%氯化钙或氯化镁溶液的平均重量，1.05t/m3。

4.3工作面采空区防火措施

根据煤自然发火的规律，长壁工作面采空区均存在自燃“三带”，即冷却带、氧化带和窒息带。

实践证明，采空区的遗煤在漏风风速适宜时，最容易发生自然发火，且发火部位大都发生在氧化带内。

在进风隅角向采空区内喷洒气雾阻化剂，阻化剂溶液形成气雾后，随着漏风风流将气雾阻化剂带入采空区内，实现采空区自然发火防治的目的。

采空区喷洒气雾阻化剂工艺和“两道两线”喷洒阻化剂类似。

4.4工作面采空区出现自然发火征兆或隐患时的防灭火技术

国内外煤矿应用氮气防灭火的实践表明：

采用氮气灭火具有速度快，既能防火，也能灭火，还能抑制瓦斯爆炸，不会污染环境和机电设备等优点。

氮气的防灭火作用有消除瓦斯爆炸危险、防止煤的自然发热和自燃、降低燃烧强度、防止密闭漏风等，缺点是氮气容易随漏风流失。

因此，在注氮防灭火的同时，必须加强堵漏措施，才能取得满意的效果。

注氮防灭火的实质是向采空区氧化带内或火区内注入一定流量的氮气，使采空区内气体氧含量降到10%或3%以下，达到防灭火的目的。

结合实际情况，设计选取井下移动式制氮设备，按目前xxxx工作面实际情况：

采煤方法是倾斜长壁后退式，煤层厚度7m—8m，采高2.2m，放顶煤高度5m—6m，工作面长130m，走向长600m—650m，工作面设计通风量462m3/min，实际通风量为694m3/min，并以此为依据。

经计算，选用xxxx与温州瑞气空分设备有限公司合作制造的JXZD-300型井下移动式碳分子筛制氮设备，主要技术参数为：

氮气产量300m3/h，氮气纯度97%，起动时间小于30min，装机功率75kw，电源电压660V。

由气源车、净化车、制氮车和缓冲车组成，每辆车的尺寸为长3.2m，宽1.3m，高1.6m（含矿用平板车高度）。

应用工艺按《MT/T701-1997煤矿用氮气防灭火技术规范》要求实施。

4.5巷道高冒顶防火措施

巷道掘进过程中经常发生高冒顶，巷道风流在各种动力作用下渗透进入煤体，使煤体氧化放热；松散煤体通过传导、对流等过程向周围环境散热，当煤体放热速率大于周围环境散热速率时，巷道煤体即升温，达到煤的着火点温度时，即会导致煤体自燃。

据资料统计，目前综采巷道在掘进过程中发生的高冒顶，煤柱裂隙其发火概率大，火灾发生快，来势猛，严重威胁矿工的人身安全，影响矿井安全生产，因此，必须加以解决。

对局部地点如压裂煤柱、巷道高冒、巷旁丢煤带等自然发火的防治，国内各煤矿普遍使用的方法是压注凝胶或罗克休泡沫。

凝胶或罗克休泡沫均由基料和促凝剂两种材料组成，使用时将基料、促凝剂按一定比例加入水中搅拌均匀，经混合后输送到注浆点。

⑴注凝胶

在储液箱内按一定比例将水和铝酸钠混合，用往复泵通过管路将混合液输送入混合器，和用计量泵输送来的按凝胶配比要求需要一定量的水玻璃原液混合，两种液体在混合器混合后经管路和钻孔注入火区形成凝胶，实现防火或灭火目的，

⑵注泡沫

罗克休泡沫是由树脂和催化剂两种不同的胶体聚合材料，通过电动或起动双液螺杆泵自不同的两个容器通过软管吸入泵中，同时以2.0MPa的压力压入混合器，两种液体经过混合器混合、发泡，注入需要堵漏的地点，瞬间发泡。

罗克休泡沫具有高膨胀性，为原体积的25—30倍，所以充填用量小，减轻作业劳动强度；泡沫反应迅速，在常温下20s—30s即可反应完毕，10℃—15℃时3min—5min内膨胀结束，并在20min内硬化，具有良好的抗压性能（0.2MPa左右）。

⑶应用工艺

在需要密闭的地点首先打上木板密闭，然后用双液螺杆泵将树脂和催化剂分别以4:

1的比例送入混合器，两种原料在混合器混合后迅速发泡，通过管路注入使用地点20min左右硬化。

⑷注胶泵的选型

根据应用工艺要求，现选用xxxx生产的KBJ-24（6）/2型井下注浆泵，该泵由两个单螺杆泵组成双液泵，其主要技术参数为：

流量：

3m3/h（大泵输送流量2m3/h，小泵输送1.0m3/h）

压力：

2.0MPa

功率：

4.0KW

电压：

660/380V

4.6工作面的合理通风量确定

为了减少工作面采空区氧化带的漏入新鲜风流量，除按煤矿安全规程规定管理外，只要工作面的通风量能满足机电设备散热要求和工作人员的需氧量外，尽可能降低通风量。

但是风量降低后，必须加强工作面的瓦斯及CO、CO2和煤温的监测。

4.7快速注浆密闭防漏风技术

建造防灭火永久密闭，是将井下需要防火或灭火的区域进行封闭后断绝氧气来源，防止火灾发生或阻止火灾持续与蔓延，达到防火或灭火的目的。

密闭防灭火技术主要适用于采煤工作面回采结束后的采空区、报废的煤巷、煤巷高冒或空洞的自燃火灾防治和直接灭火缺乏条件或有危险或不奏效的外因火灾灭火。

传统的永久密闭的建造是建立前后两道砖墙或料石强，中间用黄土或黄土袋充填。

由于其间的充填不严密，抗压能力差，导致密闭漏风，极易引发煤自然发火。

目前公司所属矿井构筑的密闭墙断面大多为5.0m2-7.0m2，采用双墙构建，其间用黄土堆成，即不能承压，又密闭不严。

同时黄土靠人力搬运，工人劳动强度大，效率低。

结合该公司所属矿井均处山西吕梁地区，具有丰富的黄土资源，因此本方案确定采用以黄土胶浆替代密闭间的黄土堆砌方式，以增加密闭的严密性，提高密闭抗压能力，有利于隔绝氧气，窒息火区，达到防灭火的目的。

采用黄泥胶体，组分为黄土、水泥（或粉煤灰）与水搅拌混合，在主管路的出口处（混合器）加入速凝剂（水玻璃），因此，选用xxxx生产的KBJ－50/3井下注浆设备。

本成套设备由螺杆泵、搅拌机（2台）、计量泵组成。

其技术参数如下：

⑴螺杆泵技术参数：

流量：

3m3/h

压力：

3.0MPa

电机功率：

7.5KW

电压：

660/380V

⑵搅拌机技术参数：

容积：

0.25m3

电机功率：

2.2KW

电压：

660/380V

⑶计量泵技术参数：

最大流量：

0.4m3/h

压力：

5.0MPa

电机功率：

2.2KW

电压：

660/380V

4.8密闭区管理

当工作面开采结束，应尽快构建永久密闭，并按《煤矿安全规程》和《MT/T698-1997矿井密闭防灭火技术规范》要求施工和管理。

5投资概算

5.1所需材料（矿方自备）

表1所列防灭火材料为矿方需常备的数量，应视具体防灭火需要进行购买。

表1所需材料

序号

材料名称

规格型号

单位

数量

备注

1

空调

3匹

台

4

4个矿的试验室用

2

取气筒

只

4

井下取气用

3

高压胶管

DN10

米

100

各矿25米

4

高压胶管

DN13

米

100

各矿25米

5

高压胶管

DN50

米

100

各矿25米

5

无缝钢管

DN50

米

4000

各矿1000米

6

氧化钙

吨

40

各矿10吨

7

树脂

Kg

400

各矿100Kg

8

催化剂

Kg

100

各矿25Kg

9

水玻璃

波比度40゜

吨

4

各矿1吨

10

液体铝酸钠*

吨

4

各矿1吨

11

水泥

吨

40

各矿10吨

12

取气袋

个

200

各矿50个

*替代碳酸氢铵，无氨味凝胶材料，也可用高分子凝胶材料替代。

5.2所需设备

选用设备除气相色谱仪为北京东西电子研究所生产外，其余均为xxxx产品。

气相色谱仪由集团公司直接向北京东西电子研究所购买,井下移动式制氮设备由集团公司直接向我院的合作厂家温州瑞气空分设备有限公司购买。

表2所需设备清单（单位：

万元）

序号

设备名称

规格型号

单位

数量

单价

金额

备注

一

集团直接购买部分

1

气相色谱仪

GC4008B

套

4

15

60

各矿1套

2

井下移动式制氮设备

JXZD-300

套

1

95

95

四个矿共用

小计

155

二

煤科总院重庆分院产品

3

井下注浆泵

KBJ-50/3

套

4

21

84

各矿1套

4

井下注浆泵

KBJ-50/1.5

套

4

11.2

44.8

各矿1套

5

井下注浆泵

KBJ-24（6）/2

套

4

6.4

25.6

各矿1套

6

便携一氧化碳检测仪

CTH600

台

8

0.48

3.84

各矿2台

7

便携式红外线测温仪

MST60

台

8

0.68

5.44

各矿2台

8

便携甲烷/氧气测定仪

AZY-1

台

8

0.198

1.584

各矿2台

小计

165.264

9

技术服务费

煤样鉴定

个

5

0.8

4.0

对每个煤样进行煤尘爆炸、工业分析、自燃倾向性鉴定，煤最短自然发火期的鉴定

10

技术咨询费

33.05

按165.264万元的20%计。

合计

357.314

6其它

⑴本初步设计方案由xxxx提出，实施方案将对各单项技术进行细化。

⑵由xxxx提供的产品，我院负责对其现场使用人员进行技术培训，确保正确使用和维护。

⑶本初步设计方案中所涉及工艺技术的应用，我院负责现场指导实施，保证现场人员掌握，并正确应用。