瓮安县银堂煤矿防止煤层自然发火设计.docx
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瓮安县银堂煤矿防止煤层自然发火设计
贵州省龙腾焦化有限责任公司
瓮安县银堂煤矿
防止煤层自然发火设计
2016年3月
瓮安县银堂煤矿防止煤层自然发火设计
一、煤的自燃倾向性类别、煤的自燃发火期
1、煤的自燃倾向性及自燃发火期
根据本矿井D煤层自燃倾向等级鉴定报告，D煤层属自燃煤层（自燃倾向分类为Ⅱ级），矿井揭煤后立即采样送有资质的单位补作鉴定。
在未作鉴定前，按容易自燃煤层进行管理。
煤炭自燃倾向等级鉴定结果表
煤层编号
全硫
St.d（%）
水分
Mad%
灰分
Ad%
挥发分
Vdaf%
焦渣等征
真相对密度
煤的吸氧量
（cm3/g）干煤
自燃倾
向分类
D
2.64
1.60
42.44
14.89
1.67
0.56
Ⅱ级
备注
一类：
容易自燃；二类：
自燃；三类：
不易自燃
二、煤层自燃预测及防治措施
（一）、煤的自燃的预测
一）、建立观测系统
为及时掌握自燃发火动向，必须做好观测站（点）的建设，气样的采集、分析、记录和火灾的判断，矿井应建立预防自燃发火观测系统，观测站（点）的布置如下图所示。
在采煤工作面设置共设7个观测点，其中：
固定观测点2个，设在靠近上山侧；移动观测点2个，设在靠采煤工作面侧，移动观测点3个，设在采煤工作面靠采空区侧。
观测站（点）的布置与观测应符合下列求：
1、在矿井的自燃危险区建立自燃发火观测站（点），进行系统的、定期的观测。
观测站（点）应设在矿压较小的地点，至少长10m的一段巷道支护规整、断面不变，巷内无一切风阻物，以便完成气样采集、气体成分、风速测定和风温测定。
井下观测站（点）分为固定观测点、移动观测点和临时观测点三种。
2、采区、工作面固定观测站（点）：
在采区、工作面的进回风流都必须各建立一个观测站（点），并符合井下测风站的要求。
其观测站（点）的位置应使进风观测点能控制全部进风流，回风观测点能控制全部回风流，即两个观测站（点）间不允许有其它的进风流和回风流。
3、移动观测点：
在工作面的进回风巷内距工作面10～20m处设置，并随工作面的推进而移动的观测点。
4、临时观测点：
发生有异常现象，为缩小火区范围以便准确查找火源点而增设的观测点。
5、各观测站每星期至少采取2次气进行分析。
6、一般防火监测探头的观测气样为：
一氧化碳、二氧化碳、瓦斯、氧气、风量、风温及氮气等。
7、在KJ70NA矿井安全监控系统中须配备温度传感器、CO传感器，随时监测采掘工作面风流中的温度和CO浓度，一旦超限，及时采取相应的措施，防止煤层自燃。
二）、建立自燃发火束管监测系统
本矿采用重庆煤科分院生产的JSG-8型束管监测系统，该系统主要安装在采区，可作为与分站与矿井环境监测系统联网运行，也可单独运行，监测采区或工作面气体成分和预报自燃发火；可用于矿井高产高效工作面采空区气体监测或中小型矿井自燃发火预报。
该系统由采样分析柜、电源控制箱、6路采样管组成；主要安装于采区进风巷硐室，6路采样管经顺槽敷设到工作面采空区，采集回风巷及气样进行分析。
该系统可联机运行，亦可单独运行。
单片机存贮15天分析数据。
束管监测系统示意图
1—取样点；2—粉尘过滤器；3—水份过滤器；4—抽气泵；5—束管
三）、其它
1、人的感官可以察觉的自然征兆
①巷道中出现雾汽或巷壁“挂汗；
②风流中出现火灾气味，如煤油味、松香味、臭味等；
③从煤炭自燃点流出的水和空气较正常的温度高；
④当空气中有毒有害气体浓度增加时，人们有不舒服的感觉，如头痛、头晕、精神疲乏等。
2．仪表检测
有下列情况之一者，定为自燃发火：
①煤炭自燃出现明火、火灾烟雾、煤油味等；
②煤炭自燃使环境空气、煤层围岩及其它介质温度升高并超过70℃；
③采空区或风流中出现一氧化碳（CO），其浓度已超过矿井实际统计的临界指标，并有上升趋势。
有下列情况之一者，定为自燃发火隐患：
①采空区或井巷风流中出现一氧化碳，其发生量呈上升趋势，但尚未达到矿井实际统计的临界指标。
②风流中出现二氧化碳（CO），其发生量呈上升趋势，但尚未达到矿井实际统计的临界指标。
③煤炭、围岩及空气和水的温度升高，并超过正常温度，但尚未达到70℃；
④风流中氧（O2）浓度降低，其消耗量呈上升趋势。
（二）巷道布置与开采顺序方面措施
1、主要巷道布置在岩石中
银堂煤矿采用斜井开拓，主斜井、副斜井、回风斜井布置在煤层的顶板岩石中，后期开采连接采区的运输大巷、回风大巷、行人大巷及采区轨道、行人、回风下山布置在煤层的底板岩石中，与煤层采用石门联系，石门揭穿煤层后，沿煤层走向布置采煤工作面形成系统后回采。
布置在有自燃、容易自燃煤层中的回采巷道，采用金属支护，煤壁采用锚喷隔绝空气。
2、开采顺序
根据划定的井田范围，本矿共划分为三个采区（一采区、二采区、三采区）。
采区开采顺序为一采区→二采区→三采区，采区内采取区段下行式开采。
（三）采煤工艺的措施
1、采煤方法
采煤工作面采用走向长壁式布置，采煤工作面采用放炮落煤，采面煤炭运输采用自溜，运输顺槽采矿车运输。
工作面采用单体柱配合金属铰接顶梁支护，3-4排控顶，最小控顶距3.8m，最大控顶距5m，密集支柱切顶、挡矸，全部陷落法管理顶板。
采煤工作面采用后退式的采煤方法。
2、采煤工作面采用走向长壁后退式采煤法，在回采过程中应尽量加快推进度。
不丢失浮煤和顶煤，采煤工作面采到停采线时，必须密闭采空区，且尽量采取措施使顶板冒落严实。
回采过程中不得任意留设设计外的煤柱。
3、在地质构造复杂、断层带、残留煤柱等区域开采时，应根据矿山地质和开采技术条件，在作业规程中另行确定采区开采方式和开采期限。
4、在煤巷掘进中出现冒顶区必须及时进行防火处理，并定期检查。
5、在采区开采设计中，必须预先选定构筑防火门的位置。
当采煤工作面投产和通风系统形成后，必须按设计选定的防火门位置构筑好防火门墙，并储备足够数量的封闭防火门的材料，采煤工作面回采结束后，必须及时进行永久性封闭。
6、在采区开采设计中，必须明确选定自然发火观测站或观测点的位置并建立监测系统、确定煤层自然发火的标志气体和建立自然发火预测预报制度。
所有检测分析结果必须记录在专用的防火记录簿内，并定期检查、分析整理，发现自然发火指标超过或达到临界值等异常变化时，立即发出自然发火预报，采取措施进行处理。
（四）通风方面的措施
1、采掘工作面均采用独立通风
矿井采煤工作面采用独立通风，采煤工作面采用“U”通风方式，采煤工作面回风巷与回风上山相连，为独立全负压通风；必须随采煤工作面的推进逐个封闭通至采空区的连通巷道。
采区开采结束后45天内，必须在所有与已采区相连通的巷道中设置防火墙，全部封闭采区。
掘进工作面采用压入式通风，其掘进工作面回风流与回风上山相连，为独立通风。
2、控制风流的风门、风桥、风墙、风窗等设施必须可靠。
3、通风设施应设置在围岩坚固、地压稳定地点。
还应避免引起采空区或附近煤柱裂隙漏风量的增大。
4、加强对封闭墙的检修与维护。
5、矿井在开采过程中要注意观察，加强煤层自燃征兆的早期识别工作。
三、防灭火系统
本矿所采D煤层按自燃煤层进行管理，其它未鉴定煤层按有容易煤层进行管理。
设计采用以灌浆为主的防灭火系统和预测预报系统，配备惰气灭火装置，并在采煤工作面回风巷和掘进工作面回风流中安设一氧化碳和温度传感器，防止煤层自燃的发生。
（一）灌浆
1．防火灌浆设计依据及基础资料
（1）采区巷道布置
根据矿井开拓系统巷道布置，全井田划分为一个水平，三个采区开采。
巷道布置：
采区巷道采用走向长壁式布置采煤工作面，主斜井、副斜井和回风井分别在+850m、855m和+840m标高揭穿D煤层，再沿D煤层走向掘11107运输巷和11107回风巷，并贯通形成采煤工作面。
（2）、煤柱留设尺寸
矿井边界、断层、钻孔、采区边界煤柱宽度为：
30m，隔离煤柱宽度为15m。
（3）灌浆材料的质量、数量
灌浆材料为粘土黄泥，颗粒小于2mm，而且细小颗粒要占大部分。
（4）灌浆站工作制度
地面灌浆站工作制度原则与矿井工作制度一致：
灌浆工作与回采工作面一致，回采工作面为边采边准，采用三班灌浆，每天灌浆时间为15小时。
（5）矿井开拓方式、矿井生产能力、日产量
本矿采用斜井开拓，矿井生产能力30万吨/年，日产量910吨。
2．灭火原理
将水、浆材按适当比例制成一定浓度的泥浆，通过管路灌进采空区。
泥浆可包住碎煤，使之与空气隔绝，防止氧化；泥浆可堵塞采空区中的空隙，减少漏风；泥浆水可使密闭区内冷却、降温，从而达到阻止自燃发火的目的。
3．系统组成
（1）灌浆系统
因该矿井型小需要的泥浆量不大，设计采用井下移动灌浆系统三套，采面一套，每个掘进头一套。
从地面将黄泥运往井下，在回风巷适当位置扩巷安装制浆池，采用防尘水管的压力水，用小型搅拌器就地制成泥浆，采用埋管方式，向采空区注浆。
灌浆防灭火系统由制浆池、过滤器、泥浆泵、电器开关、钢管、高压胶管等组成。
见图5—2—2。
灌浆系统所用设备型号参数表5—2—2
名称
型号
单位
数量
技术参数
泥浆泵
NB1—100/20
台
1
压力2MPa，流量100L/min
钢管
米
200
φ50mm
高压管
米
50
φ50mm
制浆池
套
1
搅拌器
台
1
3KW
（2）疏水系统
采煤工作面采用走向长壁式布置，灌浆管路布置在在采煤工作面的回风巷，灌浆产生水经采空区自流至采煤工作面运输巷经运输巷自流至井底水仓排出地面，为了防止灌浆后溃浆、透水，应采取灌浆前疏水、灌浆后防溃浆、透水的措施。
1）、要使用渗（透）水性强的材料（如荆条帘子或聚氯乙烯塑料帘子等）做围堰壁；如果采用木板围堰壁时，必须预留泄水孔（泄水孔的分布、直径或面积的大小及数量的多少等，应根据实际需要确定）；
2）、围堰的四周要同巷道帮壁接实打牢；
3）、围堰筑好后，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少流量；
5）、充填灌浆时要设压力表并设专人观察，当现管路压力较大（如管路跳动或管路接头跑漏水、砂浆等现象）时，要及时打开安全阀，释放压力，停止充填注浆。
6）、充填时，在充填地点前后两端各50m范围内，除监护人员外其他人员一律禁止在充填区内逗留。
7）在灌浆前疏通采煤工作面运输巷的下出口的水沟，保证其畅通无阻，及时将灌浆时的采空区的积水疏导后通过巷道水沟排到水仓。
8）灌浆前要检修好排水泵，清理好水仓，及时将涌水排到地面。
9）灌浆后，要及时清理采空区出口水沟，不要堵塞排水沟，及时将积水疏放，以免造成采空区积水发生透水事故。
4．泥浆
利用矿区的黄土运往井下，在使用地点用小型搅拌器就地制成泥浆，经过滤后使用，灌浆泥水比为1∶5。
5．每日灌浆量计算
（1）日灌浆所需土量可按下式计算：
Q=K·G/r
式中：
Q——日灌浆所需土量，m3/d
K——灌浆系数，取0.07
r——煤炭容重，1.4（t/m3）
G——矿井日产量，910t
Q=K·G/r
=0.07×455/1.4=4.56m3/d
（2）每日制泥浆用水量可按下式计算：
QS1=Q·δ
式中：
QS1——制备泥浆用水量，m3/d
δ——泥水比的倒数，为5
QS1=Q·δ
=4.56×5=22.76m3/d
（3）每日灌浆用水量可按下式计算：
QS2=KS·QS1
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1.1。
QS2=KS·QS1
=1.1×22.76=25.04m3/d
（4）每日灌浆量可按下式计算：
QJ=（QS1＋Q）·M
式中：
QJ——日灌浆量，m3/d
M——泥浆制成率，查表取0.93
QJ=（QS1＋Q）·M
=（25.04＋4.56）×0.93=27.53m3/d
6．预防性灌浆方法
本矿采用埋管方式随采随灌浆。
随着采煤工作面推进的同时向采空区灌注泥浆。
7．系统特点
机动灵活，灌浆距离短，管材消耗少，且发生堵管的机会小等特点。
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