煤矿矿井预防自燃措施及工作面防灭火设计

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1、x煤矿开采的5号煤层，属易自然发火煤层，发火期为3-6个月，最短发火期为30天，为了有效地防止采区发生火灾，我矿采用对采区进行黄泥灌浆、采空区注氮、喷洒阻化剂、矿井火灾监测系统和观测预报等相结合的综合防灭火措施，为确保矿井安全生产，特编制x煤矿采区防治自然发火防灭火设计及防治采区自然发火措施。一、矿井概况x煤矿位于东胜煤田四道柳区找煤区，井田面积10.745km2，可采煤层为侏罗系中下统延安组的5-1号、6-1号和6-2号煤层，其中，5-1号煤为全区可采属于稳定煤层，属于较稳定煤层。主要可采的5-1号煤层矿井水文地质条件简单，煤层瓦斯含量低，为瓦斯矿井，煤尘有爆炸性，为易自燃煤层。矿井现开采5

2、-1号煤层，目前仅布置有5201一个综采工作面，本区有两个掘进工作面，分别是5202回风顺槽和5202运输顺槽。（一）、煤层自然发火危险性根据内蒙古安科安全生产检测检验有限公司，本次勘查样品进行测试，：据邻区（勃牛川普查区）鉴定结果：火焰长度均大于400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量为70%，区内煤层挥发分均在30%以上，煤尘具有爆炸危险性。详见表1煤尘爆炸性试验成果表表1煤层号爆 炸 性 实 验爆炸性结论火焰长度(mm)抑制煤尘爆炸最低岩粉量(%)5-140070有爆炸性（二）、煤的自燃分析预测1、煤岩成份本区煤岩类型为暗淡型和半暗淡型，煤岩成分以暗煤为主，含较多丝炭和少量亮煤。显微煤岩组分中

3、以镜质组和丝质组含量最高或较高，半镜质组次之，稳定组分大多数为零。2、煤的炭化程度从煤的炭化程度分析，煤层的自燃性随煤炭的变质程度的增高而降低。煤的炭化程度越低，挥发份含量越高，煤层自燃发火倾向越强。本矿井5号煤层挥发分为32.26%具有自燃倾向性。2017年矿井回采工作面为5202综采工作面。（三）、防治煤自燃灭火方法5202工作面防治煤炭自燃发火设计结合我矿现有防灭火手段，5202综采工作面主要采取以黄泥灌浆、采空区注氮、喷洒阻化剂、下隅角吊挂挡风帘，填埋采空区等手段防治煤炭自然。同时矿井设有火灾监测系统和观测预报等综合防灭火措施，确保矿井安全生产。二、煤层的自燃预防措施煤层自燃发展过程有

4、三个必要条件：煤层具有自燃倾向性；有连续的供氧条件；热量易于积聚。据此本设计从开拓开采、通风和监测方面制定了相应的预防措施，分别叙述如下：（一）开拓开采方面的措施1、合理的巷道布置系统本矿井主要开拓巷道均布置在煤层中，主要大巷全部采用锚杆喷桨支护方式，使煤壁与风流隔绝。2、控制矿山压力，减少煤体破碎在采掘过程中尽量减少巷道裸露时间，在部分顶底板来压较大的地方加强支护，减少顶底板来压对煤体的破碎，减少煤体与空气的接触面积。3、对巷道周边煤炭自燃防治采取如下措施：（1）在掘进过程中，加强巷道支护。（2）对巷道高冒区或空洞采取注凝胶充填措施。（3）对巷道围岩破碎区采取复合支护措施。（4）加强监测和预

5、测，发现异常，采用喷洒阻化剂等防灭火措施。4、回采顺序：回采工作面采煤方式为后退式，回采顺序合理，有利于防止煤层自燃发火。5、选择合理的采煤工艺采煤工作面采用后退式回采，减少了采空区漏风。在生产过程中，加强管理，尽量增加工作面推进速度，在时间和空间上减少煤的氧化；一次采全高，尽量提高回收率，做到架下无浮煤，减少采空区煤炭遗留量。采煤工作面采到停采线时，必须采取措施使顶板冒落严实，及时封闭采空区。6、采煤工作面正常生产时采用预防性灌浆、在工作面推进速度减慢时、工作面停采前、撤架期间及封闭后采取的具体措施如下：1）工作面的防火措施（1）对工作面附近煤壁喷洒阻化剂。（2）加快工作面设备安装速度和工作

6、面初始推进速度。（3）在工作面回风顺槽预埋束管监测系统取样分析采空区内的气体变化。2）工作面推进速度减慢时的防火措施（1）在工作面与运输顺槽连接处下隅角挂设挡风帘，上隅角处设导风帘，减少向采空区漏风。（2）在工作面喷洒阻化剂。（3）采空区预埋管路，根据火灾束管监测系统适时监测情况，监测到采空区有发火迹象时进行灌浆。3）工作面停采前、撤架期间和封闭后的防火措施（1）在工作面离设计停采线一段距离（可取5060m）时，即开始在工作面喷洒阻化剂。（2）在工作面停采期间，适当降低工作面风量。（3）在撤架过程中，加强停采线回风流气体、温度监测和自燃危险性预测。（4）在停采后45天内工作面设备要全部撤完，并

7、完成永久性密闭（5）定期检测闭合气体、温度状况。（二）通风方面的措施开采自燃煤层时，合理的通风系统可以大大减少或消除自燃发火的供氧因素，无供氧蓄热条件，煤是不会发生自燃的。所谓合理的通风系统是指：矿井通风网络结构简单，风网阻力适中，主扇与风网匹配，通风设施布置合理，通风压力分布适宜。1、本矿井通风方式为中央并列式，主斜井、副斜井进风，回风斜井回风，通风方法为机械抽出式，配备2台防爆对旋轴流式通风机，1台工作，1台备用，主通风机能力与矿井通风阻力匹配；工作面为后退式回采，采用U型通风方式，一进一回，新鲜风流与乏风均少量过采空区，漏风少。 2、风门、密闭、调节风门等通风构筑物按满足生产需要设置，要

8、求位置合理，砌筑严密，避免产生漏风。生产期间对采空区塌陷后的地表裂缝进行堵塞，减少漏风。3、采取措施降低进、回风巷两端的负压差，以减少漏风。4、矿井可实现全矿井反风，以防火灾事故扩大。综上所述，本矿井通风网络结构简单，通风设施布置合理，位置适当，矿井漏风率低，通风阻力适中，现有主通风机与风网匹配，通风压力分布适宜，大大减少或消除了煤炭自燃发火的供氧因素和蓄热条件，减少了煤炭发生自燃的可能性。（三）监测方面的措施矿井选用一套KJ83N矿用安全监测系统，监测系统中设有CO传感器、温度传感器和报警装置，监测预报火灾情况。矿井采用防治火灾预报束管监测系统，通过设置在矿井采空区、总回风大巷和回采工作面上

9、隅角采空区的监测探头，进行适时分析以上区域空气成分，监测发火迹象。三、防灭火方法设计本井田内各煤层均有自燃发火的倾向，同时，回采工作面存在多种发火因素，矿井能否安全回采，防灭火是关键之一。所以，生产期间必须采取行之有效的综合防火措施。本着预防为主的方针，设计考虑对煤层自燃发火进行综合防治。本矿井煤层自燃倾向性等级为易自燃，采煤工艺为综采。设计确定采用以灌浆为主，注氮和喷洒阻化剂为辅的综合防灭火措施。建立相应的防灭火系统和安全监测、监控系统。（一）黄泥灌浆防灭火1、我矿采用GMZ645/40-15型矿用防灭火注浆装置，设在回风斜井的井口处，距井口有25米。在回采期间，采空区如有发火迹象，立即启动

10、黄泥注浆设备进行注浆充满采空区间隙，达到灭火目标。管路距工作面采空区距离短、损失小、注浆效率高，注浆管路沿回风顺槽敷设至采空区。2、矿用黄泥注浆防灭火特点GMZ645/40-15型矿用防灭火注浆可在煤矿井下工作面及采空区具有煤炭自燃危险的附近现场作为喷注以水为输送介质的泥浆、石灰浆以及化学凝胶等浆液类物质（或更高的粘稠液体及含有机械杂质和固体颗粒的浓缩物）的防灭火设备。它利用廉价的无机矿物材料对井下自然发火的区域实施有效充填，具有吸收氧化煤体的热能，阻止煤体氧化，堵塞漏风通道等多种防灭火功能。a、适应煤矿井下环境及矿井防灭火需要，立即启动注浆设备。b、装备的配套性能好。整套装备中包括机械搅拌制

11、浆系统、加压输浆系统、压力及流量调节系统以及电力控制系统。c、配备两套较大容量的机械搅拌系统。两套机械搅拌系统既可交替使用，又可同时使用。d、注浆材料的多样性。在装备结构的设计上，充分适应了煤矿井下注浆防灭火的需要，使其可以喷注泥浆、石灰浆以及化学凝胶等浆液类物质，还可以压注高粘稠的液体及含有机械杂质和固体颗粒的泥浆，洒浆和埋管注浆时注浆管路采用108mm钢管。3、矿用防灭火注浆系统工艺注浆装置由搅拌制浆系统、加压输浆系统、压力及流量调节系统以及电力控制系统。搅拌制浆系统用来制备泥浆。把制浆料（黄土）和水按一定比例混合、加入到“矿用防灭火注浆装置”的储液箱中，搅拌制成一定浓度浆液。该装置适用于

12、输送介质温度080，粘度系数为(12)10-3Pa.S或更高的粘稠的液体及含有机械杂质和固体颗粒的浓缩物，加压输浆系统用来将泥浆输送至灌浆地点。设计采用随采随灌与采后灌浆相结合的灌浆方法。先随采随灌及时阻燃，然后在回采工作面采完后，立即打密闭墙，封闭采空区，根据先期灌浆效果情况再利用预埋管路和打钻孔补灌，确保在采空区四周形成的泥浆封闭带。煤矿要针对回采工作面的实际情况，进行专项灌浆设计。a、埋管注浆适合于随采随灌的方式，放顶前在采空区预先铺好灌浆管（一般预埋58m钢管），预埋管一端通采空区，出浆口距工作面的距离应不小于15m。一端接胶管，胶管长一般为2030m，放顶后立即开始灌浆。随着工作面的

13、推进，按放顶步距推移灌浆。4、巷道布置和灌浆安全措施（1）巷道布置设计灌浆区为采煤工作面采空区，工作面在大巷一侧后退式回采。工作面停采线距大巷30m，工作面开采完毕后在停采线砌筑密闭防火墙，墙体必须用防火、防水的材料砌筑。（2）灌浆区排水排水方式注入采空区的浆液经沉淀脱水，浆液中脱出的水一部分被围岩吸收，一部分滞留在注浆区下部空间，汇集后自流进入工作面，与工作面涌水汇集。工作面需设置排水设备排除积水。当采用采后密闭采空区注浆时，在注浆区密闭墙底部设置排水孔，浆液中脱出的水汇集后，从排水孔中自流排出，设置排水设备排除积水。设计采用随采随灌与采后灌浆相结合的灌浆方案，为避免灌浆水进入工作面影响正常

14、生产，设置排水设备排除工作面的积水。排水设备工作面配备水泵2台，1台备用，将积水排入井下采区水仓。（3）灌浆安全措施建立注浆防灭火专门机构，配备专业灌浆队伍，负责灌浆操作工作。所有人员必须经过培训合格后才能上岗。派专人定期检测注浆灭火区、注浆防火工作面及其采空区内的气温、煤温和出水温度。每个灌浆结束后必须用水清洗管路系统，防止堵塞管路。灌浆过程中应掌握好灌浆量，当发现工作面有灌浆水流出时，应停止灌浆作业。有火的采空区灌浆后，火区熄灭标准、注销和启封要求以及防火墙的管理，均应执行煤矿安全规程和矿井防灭火规范的规定。（二）氮气防灭火1、氮气防灭火的技术要求本矿井设计中氮气主要用作预防性注氮，同时兼

15、作为注氮灭火功能。按煤矿安全规程，采用氮气防灭火时，必须遵守下列规定：(1) 氮气源稳定可靠；(2) 注入的氮气浓度不小于97%；(3) 至少有一套专用的氮气输送管路系统及其附属安全设施；(4) 有能连续不断地监测采空区气体成分变化的监测系统；(5) 有固定或移动的温度观测站和监测手段；(6) 有专人定期进行检测、分析和整理有关记录、发现问题及时报告处理等规章制度。防火惰化指标：注氮后采空区内氧气浓度不得大于7%；灭火惰化指标：注氮后采空区内氧气浓度不大于3%。2、注氮工艺系统(1) 注氮方法 预防性注氮采用埋管注氮方法，在工作面的进风侧采空区埋设一条注氮管，当埋入一定长度后开始注氮，直至工作

16、面采完为止，注氮管埋设及释放口位置详见图1。注氮管的埋设及氮气释放口的设置应符合以下要求：a、氮气释放口应高于底板，以90弯拐向采空区，与工作面保持平行，并用石块等加以保护。b、氮气释放口之间的距离，应根据采空区“三带”宽度、注氮方式和注氮强度、氮气有效扩散半径、工作面通风量、氮气泄漏量、自然发火期、工作面推进度以及采空区冒落情况等因素综合确定。释放口间距一般在3050m之间。c、注氮管一般采用单管，管道中设置三通，从三通上接出短管进行注氮。 灭火性注氮采用钻孔注氮、插管注氮和墙内注氮。钻孔注氮：在施注地点附近巷道向井下火区或火灾隐患区域打钻孔，通过钻孔将氮气注入火区。插管注氮：工作面起采线，

17、停采线，或巷道高冒顶火灾，可采用向火源点直接插管进行注氮。墙内注氮：利用防火墙上预留的注氮管向火区或火灾隐患的区域实施注氮。(2) 注氮方式从空间上分为开放式注氮和封闭式注氮；从时间上分为连续性注氮和间断性注氮。工作面正常生产过程的预防性注氮采用开放式、间断性注氮；工作面开采初期和停采撤架期间，或因遇地质构造、机电设备等原因造成工作面推进缓慢，采用开放式、连续性注氮；对密闭的火区进行注氮为封闭式、连续性注氮。(3) 安全管理 在注氮过程中，工作场所的氧浓度不得低于18.5%，否则停止作业并撤除人员，同时降低注氮或停止注氮，或增大工作场所的通风量； 制氮设备的管理人员和操作人员，须经理论培训和实

18、际操作培训，考试合格，才能上岗； 采空区进行注氮防火或对火区进行注氮灭火时，应编制相应的安全技术措施，并经矿总工程师审批后，方可实施； 应建立制氮设备的操作规程，工种岗位责任制和注氮防灭火管理暂行规定等规章制度； 应建立和健全注氮防灭火台账。(4) 注氮管理 注氮量的多少，应根据采空区中的气体成分来确定，以距工作面20m处采空区中约氧浓度不大于10作为确定的标准。如果采空区中CO浓度较高(50ppm)，或者工作面CO浓度超限，或出现高温、异味等自燃征兆，都应加大注氮强度。 合理设置监测传感器，加强对采空区、工作面和回风槽中O2、N2和CO的监测；同时，由瓦斯检查员随时对工作面及其回风顺槽的O2

19、、CO和CH4浓度进行检查，要保证工作面风流中的氧气浓度。发现工作面氧气浓度降低，应暂停注氮或减少注氮强度。 注入氮气的纯度不得低于97。 注意检查工作面及回风顺槽风流中的瓦斯涌出情况，若发现采空区大量涌出瓦斯，风流瓦斯超限时，可适当降低注氮强度。 第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排出注氮管内的空气，避免将空气注入采空区中。(5) 注氮工艺系统设计采用井下移动式制氮注氮系统，其具有制氮设备井下布置方便、灵活，氮气输送距离短、节省管路，不占地等优点。3、注氮参数(1) 按产量计算按吨煤注氮量计算：QN =5AK/（3306024）=512000000.95/（3306024）=1

20、2m3/min式 中： QN注氮量， m3/min； A年产量，t； K工作面回采率。4、注氮设备本矿井注氮设备设计采用JXZD-400型移动式注氮机一台，产氮量为400Nm3/h，功率90kW。5、注氮设置布置和注氮管路注氮装置布置在5-1煤的运输大巷和辅运大巷之间的联络巷道硐室内，注氮管路经运输大巷运输顺槽铺设至工作面采空区。6、采空区漏风措施工作面需风量大，是向采空区漏风的主要来源，煤、氧接触又是煤层自燃的根本原因。根据本矿井综采工作采空区内的“三带”划分。设计采用在工作面上、下隅角挂设风帘，减少采空区的漏风。7、注氮气体监测采空区预埋束管监测探头，在注氮管或支管分叉处设置观察点。为了考

21、察注氮的流向及分布，可借助施放SF6示踪气体加以检测。8、注氮防灭火的安全措施（1）制氮设备的管理人员和操作人员，必须经过培训，考试合格后，方可上岗，严格按照制氮机操作规程进行操作。（2）在注氮时，为保证工作面安全生产，工作面进回风隅角必须悬挂便携式甲烷氧气检测仪。工作面进回风隅角在放顶线最后一排单体支柱处设置警戒牌，严禁人员入内。（3）注氮时，必须派专人巡查管路及回风隅角氧气含量，发现问题，立即进行处理，否则不准注氮。（4）注氮期间，通防科派专人盯现场，随时检测氧气、瓦斯、一氧化碳等气体浓度，发现气体浓度超标时，必须停止注氮。立即采取措施稀释氮气，确保氧气浓度不低于18%。并汇报调度室、通防

22、科。（5）束管检测工每天进行一次取样化验分析，及时上报检测数据。（注：如采空区有发火迹象采取采空区注氮方法）（三）阻化剂防灭火根据本矿的实际情况，矿井防灭火工艺选用机动性电动喷洒压注系统，系统设在井下的主运大巷和辅运大巷中间的联巷内，设置药液车（容量为2m3）和注液泵，由50.8mm铁管沿主运大巷运输顺槽铺设到工作面，由注液泵加压后向工作面喷洒阻化剂。防灭火工艺见图1。1 2 3 4 6 7 5 9 10 81供水管路；2药液车；3水泵上药液管；4往复拉杆泵；5压力表；650.8mm输药液管；738.1mm输液胶管；8喷洒管；9喷枪；10阀门图1 机动性电动喷洒系统示意图1、阻化剂选择考虑到货

23、源充足，价格便宜，阻化高率(可达80%)，对井下设备和金属构件腐蚀性小，对人体无害等因素，设计选用工业氯化钙作为矿井防灭火阻化剂。2、参数计算 阻化剂溶液的浓度和密度a、阻化剂溶液的浓度式 中： 阻化剂溶液浓度，%； C阻化剂溶液量，kg； T阻化剂用量，kg； W用水量，kg。设计确定本矿阻化剂溶液的浓度为10%。b、阻化剂溶液的密度此参数由实测取得，拟取1.05t/m3。 原煤的吸药液量和松散煤（浮煤）的密度a、原煤的吸药液量此参数由实测取得，拟取47kg/t。b、散松煤（浮煤）的密度此参数由实测取得，拟取1.0t/m3。3、工作面一次喷洒量G=K1K2LBhA式 中： G按重量计算一次喷

24、洒,kg； K1一次喷洒加量系数，取1.2； K2松散煤（浮煤）的密度，t/m3； L工作面长度，m； B一次喷洒宽度，m； H底板浮煤厚度，m,取0.02m; A原煤(浮煤)的吸药液量,kg/t；则工作面一次喷洒量为：G =K1K2LbhA=1.21.02001.00.0247=225.6kg工作面一次喷洒所需阻化剂用量为：G阻=G=225.610%=22.56kg4、喷洒设备喷射泵选用WJ-24型往复式拉杆泵,其技术特征见表2。WJ-24阻化剂喷射泵技术特征表表2型号流量m3/h压力MPa吸水高度m配套电机外形尺寸长宽高mm重量kg生产厂家型号功率kWWJ-242.43.0322.2150

25、0、490、60058煤科院。（四）安全监测、监控系统根据煤矿安全规程的规定，采用氮气防灭火时，必须有连续监测采空区气体成分变化的监测系统。束管监测技术是目前比较成熟的安全监测技术，可以在地面连续遥测井下发火处的O2、CO、CO2及CH4四种气体，是氮气、阻化剂灭火不可缺少的辅助系统，设计在选用束管监测系统，此外还配备KJF2000型安全监测系统，在地面中心站和井下分站，对井下各采掘工作面风速、温度、瓦斯及运输设备和开采信号等进行实时监测。（五）采空区管理根据本矿井的具体情况，设计在采空区的管理上采取以下措施：1、配备专人对采空区地表变形情况进行观测，发现有塌陷裂缝时进行填堵，保证不向采空区漏

26、风和漏水，预防采空区浮煤产生自燃和造成井下积水。2、加强5号煤层采空区密闭管理维护，发现破损及时维修。在密闭前设置瓦斯、一氧化碳检测点，定期检测瓦斯和一氧化碳等有毒有害气体情况。有选择的在密闭内布置束管传感器，检测采空区气体变化情况，分析采空区自燃情况。3、采煤工作面开采结束后，必须在采后45天内砌筑永久密闭封闭采空区。并了解采空区内的积水情况，根据情况采取切合实际的管理措施。4、生产过程中如有拆除旧密闭重新砌筑密闭的情况时，必须由矿山救护队完成，同时必须遵守有关的操作规程。三、通风系统防灭火的措施1、采煤工作面必须采用后退式开采，“U”形通风，风流少量过采空区，漏风少，不利于遗煤自燃，并根据采取防火措施后的煤层自然发火期确定采区开采期限。2、进风井口、井筒、主要进风巷和硐室发生火灾时，为抢救井下工作人员，应进行全矿井反风。指挥部下达反风命令前，必须将火源进风侧的人员撤出，并采取阻止火灾蔓延的措施；采取风流短路措施时，必须将受影响区域内的人员全部撤出。 准格尔旗神山煤炭有限责任公司敖家沟x煤矿 预防自燃发火措施及专项防灭火设计 生产经营单位：准格尔旗神山煤炭有限责任公司 编制单位：敖家沟x煤矿技术科