2101综采工作面防灭火安全技术措施.docx
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2101综采工作面防灭火安全技术措施
2101综采工作面防灭火安全技术措施
一2号煤层概述
我矿2号煤层位于山西组中部,上距K8砂岩底50.50米左右,下距4号煤层13.43米左右。
煤层厚度0-2.00米,平均1.62米。
仅在北部ZK2-4处尖灭。
结构简单,一般不含夹矸。
2号煤层顶板多为泥岩,局部为炭质泥岩、细砂岩或砂质泥岩,底板以泥岩为主,局部为炭质泥岩、粉砂岩、砂质泥岩,为厚度、层位稳定、结构简单的大部可采的较稳定煤层。
二、2101综采工作面概述
我矿2101综采工作面布置于一采区2号煤层内,位于一采区上组煤回风下山以东,东为矿井边界,南面为F4断层,西面为一采区上组煤回风下山,北面为实体煤。
煤层倾角11°~18°,设计运输顺槽长505m,回风顺槽长537m,工作面斜长120m,工作面面积62520m2,煤容重为1.45t/m3,最大采高2.0m,最小采高1.4m,预计回采煤量15.41万吨。
2010年国家煤及煤化工产品质量监督检验中心对我矿2号煤层所取煤样进行测试,检验结果为:
2号煤层自燃倾向为Ⅱ级,属自燃煤层。
2101综采工作面所在的一采区回采工作面采用条带布置,减少了煤柱留设,进而减少煤柱暴露面积,从而降低了煤柱发火的危险性。
2101综采工作面采用走向长壁后退式采煤法,一次采全高,全部垮落法管理顶板,一进一回U型通风系统,巷道布置比较简单,利于机械化生产,回采速度快,工作面回采率高,能有效减少采空区漏风和丢煤,进而减少采空区O2含量和残煤量,从而降低了采空区发火的危险性,回采结束后及时构筑密闭墙,并加强对采空区的密闭管理。
三、工作面防灭火措施
2101综采工作面防灭火措施主要有:
配置KYSC-1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燃发火进行采样监测;喷洒阻化剂防灭火、采空区灌浆防灭火。
(一)煤层自燃监测方面的措施
KYSC-1型束管采样系统由以下三部分组成:
(1)抽气束管;
(2)抽气泵;(3)采样柜;(4)气水分离器。
采样系统连接图
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
(1)KYSC-1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技术特点和参数
煤矿专用气相色谱分析系统配置简图
煤矿专用色谱分析系统连接示意图
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;
⑤CO、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。
技术参数
①最小检测浓度:
H2≤5ppm;CO、CO2≤2ppm;烃类≤0.1ppm
②尺寸:
宽606mm×高450mm×深450mm
③重量:
~42Kg
④电源:
200V、50HZ、2100W
⑤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/30min
⑥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/30min
⑦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
2101综采工作面在进、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,上下顺槽同时监测,待距工作面最远测点进入采空区150m后,即可结束监测,测点布置如下图所示:
单巷布置工作面测点布置图
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,测点布置如上图所示,对于与采空区相连的闭墙内也应设置测点进行监测。
(4)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。
工作面封闭后测点布置图
(二)对采空区进行预防性灌浆
(1)地面灌浆站布置
我矿在副井工业场地设KDZS-1型多功能煤矿防灭火灌浆系统一套,为全矿灌浆服务,灌浆材料为粉煤灰浆。
灌浆站建设:
风井旁建2个搅拌池和1个注浆池(注浆池设在较低的水平),池深和直径均为2m,池体用砖砌筑水泥抹面或用钢板焊接,其上固定搅拌器。
搅拌池底部留有出料口,在浆液流入注浆池前设双层过滤筛子(孔径为10mm),搅拌池及注浆池侧面设800mm×800mm×2000mm下液泵坑两个,各安设离心式液下泥砂泵2台。
灌浆站布置如图所示。
灌浆站布置示意图
(2)灌浆方法
预防性灌浆方法有多种,根据采煤与灌浆先后顺序关系可分为:
采前预灌、随采随灌和采后灌浆。
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;采后灌浆就等回采结束后,将整个采空区封闭起来后进行灌浆。
为了保证及时、简便处理处理自燃隐患,我矿采用埋管灌浆法。
采用埋管灌浆法,在放顶前沿回风巷在采空区预先铺好灌浆管(一般预埋10~20m钢管),预埋管一端通采空区,一端接胶管,胶管长一般为20~30m,灌浆随工作面的推进,用回柱绞车逐渐牵引灌浆管,牵引一定距离灌一次浆,要求工作面采空区能灌到足够的泥浆。
埋管灌浆示意图
1-预埋注浆管;2-高压胶管;3-灌浆管;4-回柱绞车;
5-钢丝绳;6-采空区
(3)灌浆参数的选择
①浆液的水固比选择
泥浆的水固比是反映泥浆浓度的指标,是指泥浆中水与固体浆材的体积之比。
水固比的大小影响着注浆的效果和泥浆的输送。
泥浆的水固比越小,则泥浆浓度越大,其粘度、稳定性和致密性也越大,包裹遗煤隔离氧气的效果也越好,但同时流散范围也越小,输浆管路容易堵塞;水固比大,则输送相同体积的土所用的水量大,包裹和隔绝效果不好,矿井涌水量增加,在工作面后方采空区灌浆时容易流出而恶化工作面环境。
浆液的水固比应根据泥浆的输送距离、煤层倾角,灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过试验确定,一般情况下为4:
1,冬季为5:
1。
②日灌浆所需浆材量
式中:
Q材——日灌浆所需浆材量,m3/d;
m——煤层采高,2101综采工作面平均采高1.7m;
L——工作面日推进度,5.4m;
H——灌浆区倾斜长度,120m;
C——回采率,95%;
K——灌浆系数,为灌浆材料的固体体积与需要灌浆的采空区容积之比,一般取0.05~0.15,取0.06。
则:
Q材=0.06×1.7×5.4×120×95%=62.79m3/d;
③日制浆用水量
Q水1=Q材δ
式中:
Q水1——制浆用水量,m3/d;
δ——水固比,取4。
Q水1=62.79×4=251.16m3/d;
④日灌浆用水量
式中:
Q水2——日灌浆用水量,m3/d;
K水——用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数.一般取1.10~1.25,设计取1.12。
Q水2=251.16×1.12=281.3m3/d;
⑤日灌浆量
Q浆1=(Q水2+Q材)M
式中:
Q浆1——日灌浆量,m3/d;
M——泥浆制成率,取0.88;
Q浆1=(281.3+62.79)×0.88=344.1m3/d;
⑥小时灌浆量
式中:
Q浆2——每小时灌浆量,m3/h;
n——每日灌浆班数,1班/d;
t——每班纯灌浆时间,5h/班。
Q浆2=344.1/5=68.82m3/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1.3倍设计,则每小时最大灌浆量为:
Q浆max=1.3Q浆2
式中:
Q浆max——每小时最大灌浆量,m3/h。
Q浆max=1.3×68.82=89.47m3/h
需要说明的是:
灌浆系统的灌浆系数、水土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。
⑧工作制度:
与矿井工作制度相匹配,但需注意以下原则:
灌浆工作是与回采工作紧密配合进行。
设计每3—5天灌浆一次,检修班灌浆,每班灌浆时间为5h,若矿井自燃发火严重,采用两班灌浆,每天灌浆时间为6h。
由于2号煤层属自燃煤层,同时煤层埋藏较浅,采空区容易与地面贯通,因此回采期间需加强监测,若发现煤层自燃发火征兆要及时灌浆灭火。
2101综采工作面结束后须及时砌筑永久性封闭,同时向采空区灌浆,防止煤层自燃。
(4)灌浆管路的选择
①灌浆管路布置
2101综采工作面采空区是灌浆重点区域,因此,灌浆主管路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。
从回风立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→回风立井→一采区回风下山→2101工采面回风顺槽→工作面
②灌浆管道
主要灌浆干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。
取108mm
v=4×89.47÷(3600×π×0.108²)=2.7m/s
由于泥浆钢管的临界流速通常为1~4m/s,故该实际工作流速处在泥浆钢管允许流速范围之内,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,其钢管直径取108mm;支管直径取75mm;;工作面管道直径取4寸胶管。
(6)灌浆系统布置示意图和灌浆的主要设备一览表:
注浆系统布置示意图
灌浆设备一览表
序号
设备名称
设备型号
单位
功率(kw)
数量
1
潜水泵
ZBA-6B
台
8
2
2
泥浆搅拌机
自制
台
3
3
减速器
台
3
4
下液式泥浆泵
8PNL
台
215
2
5
无缝钢管
D108×4.0
米
2500
6
无缝钢管
D75×4.0
米
1700
7
4寸胶管
DN100
米
150
8
供水管(软管)
φ30
米
150
(7)灌浆疏水系统
1、疏水系统
灌浆前后要严密观测采空区涌水量大小情况,如确定采空区内有较大积水区域或较大水量,可能威胁到工作面安全生产,则必须采用适当疏水措施。
疏水措施应根据煤层产状、工作面采煤方法及回采方式、采空区内积水区位置、预测水量大小、工作地点排泄水设施、设备能力综合考虑,并应符合井下防治水的有关要求。
对于采空区积水,可采用探水钻施工疏水钻孔或通过密闭上预留的放水孔疏放,也可以通过临近顺槽施工疏水钻孔排水。
从采空区疏放出的积水,通过顺槽内水沟流入顺槽采区临时水仓,通过水泵外排至井下水仓。
疏水系统设施设备主要有:
水沟、水仓、排水管路、探水钻机及配套设备、小水泵等。
2、灌浆后防止溃浆、透水事故的措施
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临时水仓,并配备小水泵,能够满足工作面回采时的涌水和浆液析水的排放要求。
③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。
④在灌浆区下部进行采掘前,必须对灌浆区进行检查,一旦发现有积水,必须打钻放水后,才能进行采掘工作。
⑤加强管路检修。
(三)阻化剂防火技术
(1)阻化剂防火原理
阻化剂大都是吸水性很强的溶液,当它们附着在易被氧化的煤体表面时,吸收了空气中的水分,在煤体表面形成了含水液膜,从而阻止了煤与氧的接触,起到了隔氧阻化作用;同时水在蒸发时吸收热量,使煤体降温,从而抑制煤的自热和自燃,延长自然发火期的作用。
(2)阻化剂选择
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、工业CaCl2及卤块(工业MgCl2)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;氢氧化钙溶解度较小,和水混合而成是混浊液,且碱性强,具有很强的腐蚀性,对注液设备的防腐蚀性要求高,又因为其溶液是颗粒悬浮状混浊液,颗粒大小对使用泵和封孔器的正常运行产生影响;而工业CaCl2来源广、供应稳定、成本低,故选用工业CaCl2作为阻化剂。
(3)阻化剂浓度确定
阻化剂浓度的合理性是降低成本、提高阻化效果的重要方面。
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15%~20%之间,一般不小于10%,可暂定把浓度控制在20%,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。
(4)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喷洒压注系统。
①永久式:
在地面建立永久性的储液池,从储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,适用于井下范围小,采煤工作面距地表较浅的矿井;
②半永久式:
在采区上下山或硐室内设置储液池和注液泵,从注液泵出口到采煤工作面上、下口铺设管道,阻化液从储液池经加压泵输送到工作面平巷,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,可为一个采区或一个区域服务;
③移动式:
储液箱、高压泵、电器开关等安装在两辆平板车上,放置在采煤工作面的平巷中,距工作面30m左右,经过高压泵、高压胶管将阻化剂输送到工作面进行雾化喷洒,该系统工艺简单、施工快、投资小、机动性大。
根据我矿实际条件,选用移动式阻化气雾防火工艺系统及设备,在采煤工作面向采空区的遗煤喷洒阻化液防止煤炭自燃。
(5)阻化剂防火装备
高压泵采用BRW40/20型高压泵,泵流量为40L/min,额定工作压力为12.5MPa,电机功率15kW。
由于该泵无回流装置,故在高压泵出口与储水箱之间连接一条管路,并加设调压球形阀,以保证泵压不超载,和防止泵被损坏。
高压泵的泵压:
根据试验,雾化器入口的压力达到3~4MPa才能达到雾化防火的要求。
根据2101综采工作面雾化器设备个数、管路长度、管路直径等参数,确定泵压为7.5MPa。
雾化器型号为抚顺分院研制的单系统Ⅱ型,过滤器为GL-1型,孔网为50目。
数量各为10个。
高压胶管干管为直径25mm,长度为250m。
支管为直径13mm。
长度为20m。
储液箱容积为2m3。
(6)阻化剂防火工艺
在工作面轨道巷适当位置(尽量靠近工作面)放置两辆矿车作为阻化剂药箱,交换使用,按需浓度(20%)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BRW40/20型高压泵(置于平板车上)将阻化液沿顺槽和刮板输送机电缆槽下方铺设(每20m安一三通和高压球阀)的φ25mm高压胶管压至工作面,与φ13mm的胶管和雾化器相连。
雾化器安装在液压支架后侧,靠近采空区侧。
从支架间隙向采空区喷洒。
正常回采生产办作业期间高压泵和雾化器处于长开状态,每个班开启时间不小于3小时,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。
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-高压泵;6-高压胶管;7-阀门;8-三通和高压球阀;9-雾化器
(7)阻化气雾日喷洒量
V=K1K2drLhl/R
式中:
V——采煤工作面日喷雾量,m3/d;
K1——喷雾加量系数,K1=1.2;
K2——每吨遗煤喷洒气雾量,阻化剂浓度为20%,K2为0.02m3/t;
d——工作面采空区丢煤率,5%;
r——煤的实体密度,1.45t/m3;
L——工作面长度,120m;
h——工作面采高,2101综采工作面平均采高1.7m;
l——工作面日推进度,5.4m;
R——气雾转化率,80%~90%,取85%。
则:
2101综采工作面日喷洒量为:
V=1.2×0.02×0.05×1.31×120×1.7×5.4/0.85
=2.04t
(8)喷洒阻化剂方法
喷洒阻化剂在准备班进行,主要是在运输和回风顺槽煤柱侧喷洒,同时在每次移架前对支架和运输机之间进行喷洒。
工作面底板如有底煤工作面应喷洒阻化剂。
如底板没有底煤,工作面浮煤应在回收之前全部清理干净,这样可以不喷洒。
(9)阻化剂防污染措施
(1)配制及喷洒阻化剂人员应采取个体防护,应配戴胶质手套。
(2)喷洒阻化剂要避开机械设备。
(3)选用的阻化剂不得污染井下空气和危害人体健康。
预先对机械设备、支架等金属构件做防腐处理,在支架等金属构件表面喷上防腐涂层,防止阻化剂腐蚀机械设备、支架等金属构件。
喷洒时应注意尽量不要喷漆到支架等金属构件上,严格控制喷洒范围和喷洒量。
(10)阻化剂喷洒压注雾化配套设备表
序号
设备、配件名称
技术特征及型号
单位
数量
备注
1
阻化剂喷射泵
BRW40/20,15kw
40L/min12.5MPa
台
2
工作面运输回风
顺槽喷雾用
2
无缝钢管
与泵配套Φ50mm
m
50
3
胶管
与喷枪配套Φ37mm
m
80
4
闸阀
JBH-160Ⅲ
个
4
5
高压泵
XRB-50/125压力12.5Mpa10KW
台
2
采空区喷雾用
6
雾化器
单系统Ⅱ型
个
4
7
过滤器
GL-1型50目
个
4
8
高压干管
Ф25mm
m
150
9
高压支管
Ф13mm
m
10
10
储液箱
2m3
个
2
11
压力表
15Mpa
个
6
12
流量仪
1m3/h
个
6
五、工作面带式输送机防灭火措施
1、2101综采工作面运输顺槽带式输送机巷道沿线敷设有消防洒水管路,每隔50m设置三通,便于消防洒水,每个三通配备阀门和接管,并配有25m的消防专用软管。
机头尾不得堆放任何易燃物。
2、2101综采工作面带式输送机机头前后20m的巷道采用不燃性材料支护。
3、在带式输送机机头设有DMH型自动洒水灭火装置,水源取自井下消防洒水供水系统。
4、在胶带机机头、机尾安装有洒水装置外,中部每50m设有洒水降温设施和烟雾防火保护;胶带选用了抗静电的阻燃输送带,选用的胶带输送机托辊及滚筒的非金属材料和橡胶衬垫,其阻燃性和抗静电性均满足MT147—95标准,此外胶带机机架刷防火油漆。
5、结合矿井安全生产监测系统,于带式输送机滚筒下风侧10-15m处设一氧化碳及烟雾传感器。
六、工作面综合防灭火措施
(1)内因火灾防治措施:
①提高工作面煤炭回收率,工作面浮煤要清理干净,不丢底煤。
②坚持正规循环作业,提高开机率,加快开采速度,减少煤壁暴露时间。
③坚持对工作面上下隅角、回风巷、巷道密闭处进行CO、温度检查监测,发现异常主即向矿调度室汇报,并采取相应措施。
④支护设施必须回收干净,使采空区冒落充分。
⑤工作面采完后,必须在45天内撤出所有设备,并及时封闭采空区。
⑥回采结束后,及时对采空区进行灌浆。
特别对开采线、停采线、上下煤柱线附近要加强灌浆。
(2)外因火灾防治措施:
①井下电缆架设符合规定并避免撞击和挤压,接线盒严禁挂在有淋水地点或反向吊挂,防止受潮产生短路和电火花。
②杜绝电器失爆,坚持使用检漏继电器,严禁带电检修、搬迁电气设备和电缆。
③下井人员严禁携带烟草和点火物品。
④严禁将剩油和废液泼洒在巷道和工作面,擦过油的棉纱、布头不得乱扔,要放在专用箱内定期带出井外。
⑤工作面需要爆破作业时,要严格执行有关规定。