2101综采工作面防灭火安全技术措施资料.docx
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2101综采工作面防灭火安全技术措施资料
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。
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