采煤工作面下隅角瓦斯管理规定Word格式.docx
- 文档编号:18740517
- 上传时间:2022-12-31
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:23.67KB
采煤工作面下隅角瓦斯管理规定Word格式.docx
《采煤工作面下隅角瓦斯管理规定Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《采煤工作面下隅角瓦斯管理规定Word格式.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
概况
W(9-15)101工作面为矿井西翼第一个工作面,位于(9-15)煤层中,走向长1147m,倾向长72m,煤层平均厚度34.1m,通风方式采用下行通风,自然发火期3~6个月,属自燃—易自燃煤层,采用综采放顶煤一次采全高采煤方法。
根据《煤矿安全规程》142条和《综合机械化放顶煤开采技术暂行规定》13条的规定:
采用放顶煤采煤方法开采容易自然和自然的厚及特厚煤层时,必须编制采空区自然发火设计,并遵守下列规定:
一、应选用注入惰性气体、灌注泥浆、压注阻化剂等综合防灭火措施;
二、有可靠的防止漏风和有害气体泄漏的措施;
三、建立完善的火灾监测系统。
结合本1矿井的实际情况,本设计采用氮气防灭火和喷洒阻化剂综合防灭火措施,以氮气防灭火为主。
氮气防灭火设计
第一节氮气防灭火原理
一、氮气的物理性质:
1、在空气中约占79%,无色、无嗅、无味、无毒,与同体积的空气重量比为0.97,在标准气压和273K时,气体密度为1025g/L。
2、不燃烧,也不助燃,溶水极微,性质稳定,不易与其它元素化合,无腐蚀性。
二、防灭火原理:
1、降低采空区或火区内氧气的含量,使采空区或火区内气体惰化,降低或阻止煤炭的氧化;
2、使采空区或火区形成正压,减少或杜绝空气进(漏)入采空区或火区,形成窒息区域;
3、降低采空区或火区气体温度和周围介质的温度,使煤炭氧化停止;
4、使采空区或火区有爆炸的混合气体转变为无爆炸性的惰性混合气体,消除爆炸危险性。
综合来讲,其防灭火原理为:
窒息作用、抑爆作用、冷却作用。
三、氮气防灭火的优点:
氮气可以充满任何形状的有限燃烧空间,便于对采空区深部、高冒处等难以接近的地点进行灭火,吸热降温,灭火快,不污染环境,且有利于防止瓦斯煤尘爆炸。
由于氮气来源广,制取容易,制氮工艺简单,易于实施,而且具有防火技术可靠、效果显著、成本低廉等优点。
因此本设计选用氮气防灭火作为主要措施。
第二节注氮工艺
一、注氮方式及其管路设置:
预防性注氮:
1、预防性注氮,即开放性注氮,回采期间,在不封闭工作面的情况下,向采空区间歇性注氮,必须严格控制注氮时间和注氮流量,确保采空区气体逸出不得造成回采工作面或回风流中有害气体超限,达到防止自燃的目的。
2、管路设置:
(1)、应尽量靠巷道非行人侧,安设牢固,不得影响过车或其它设施的安全;
(2)、根据通风负压作用方向,工作面氮气管路铺设在工作面进风巷非行人侧,离底板200~300mm,吊挂牢固;
(3)、从工作面上口到制氮机的氮气管路均采用Φ108钢管,沿工作面倾向铺设的氮气管路采用Φ50钢管,留有Φ20的小眼,每次等工作面后部运输机爬移完后,埋在后部运输机里侧,避免挂断;
(4)、当第一趟沿倾向铺设的氮气管路埋入采空区15米后,开始注氮,当第一趟沿倾向铺设的氮气管路埋入采空区30米后,开始铺设第二趟氮气管路,当第二趟沿倾向铺设的氮气管路埋入采空区15米后,开始铺设第三趟氮气管路,同时断开第一趟氮气管路,由第二趟氮气管路对采空区实施注氮;
(5)、以此类推,分别埋设第四趟、第五趟氮气管路,始终保持氮气释放口的距离为30米。
灭火注氮:
灭火注氮也即封闭注氮,工作面一旦发生自然发火事故或因故封闭时,因设备庞大繁重,不宜撤出,在上、下两巷适当位置设置密闭,对工作面实施封闭,顺风向对封闭区注氮,封闭区内空间承受注氮增加气体体积的能力,由密闭调节管上的阀门进行调节,并始终保持封闭区内正压状态。
二、注氮管理:
1、注氮量的多少,主要依据采空区内气体监测成份决定,与工作面推进度和煤的自然发火期有关。
本设计以距工作面30米处采空区内气体成份进行调整,确保O2浓度小于10%,CO浓度小于0.005%。
当工作面出现高温、异味等情况时,都应加大注氮量。
2、加强工作面及回风流的氧气检测,发现O2浓度小于18%,必须立即停止工作,减小注氮量,待O2浓度大于18%后,方可恢复工作。
3、氮气纯度不得低于97%。
4、注意检查工作面、回风流,特别是回风隅角的瓦斯浓度,发现上述地点瓦斯浓度超限时,可适当减小或停止注氮,并采取其它措施处理。
5、利用氮气管路第一次向采空区注氮,或停止注氮后恢复注氮,必须先排出管路中的空气,避免将空气注入采空区。
第三节氮气防灭火参数计算及确定
一、注氮量:
1、防火注氮量:
工作面防火注氮量的大小,主要取决于采空区的几何形状、氧化带空间大小、岩石冒落程度、漏风量大小及采空区内气体成份的变化等诸多因素。
由于煤矿条件各异,目前尚无公认的计算方法,可参考下列公式并按国内外实际参比而定。
(1)按产量计算〖《煤矿设计》1996年第四期11页〗
QN=〖A/r×
N1×
N2×
24〗÷
〖(C1/C2)-1〗m3/h
式中:
A------日产量。
取2000吨
r------煤的容重。
取1.29t/m3
N1----管路输氮效率。
一般取0.9
N2----采空区注氮效率。
0.3~0.7,取0.3
C1-----空气中的氧含量。
取20.9%
C2-------采空区防火惰化指标。
取7%
则QN=〖2000/1.29×
0.9×
0.3×
24〗×
〖(20.9/7)-1〗
=475m3/h
(2)、根据国内外经验估算(吨煤需5m3)
QN=5×
A/24
则QN=5×
2000/24=417m3/h
3、灭火注氮量:
扑灭采空区火灾的工艺比较复杂,且需氮量也大,主要取决于发火区域的几何形状、氧化带空间大小、漏风量大小、火源范围和燃烧时间的长短等诸多因素。
扑灭采空区火灾的注氮量可按下式估算:
〖《煤矿设计》1996年第4期12页〗
QN=V0×
〖(C1/C2)-1〗
QN-----注氮量。
m3
V0------火区体积。
c1--------火区原始氧含量。
c2--------注氮区欲达到的氧含量。
取3%
火区体积按下式估算:
〖《煤矿安全工程设计》391页〗
V0=LI〖h(a-1)+m〗
L------防火区的走向长度。
取66米
I--------防火区的倾向长度。
取70米
h-------顶板岩石冒落高度。
H=βm
β------采高倍数。
取平均值8
m-------采高。
取2.8米
则V0=66×
70×
〖8×
2.8×
(1.3-1)+2.8〗
=43982.4m3
其中封闭区内两巷的空间未计。
则QN=43982.4×
〖(7/3)-1〗
=58643.2m3
一般按5~7天扑灭火灾,则氮气流量如下:
5天时:
Q=QN/5×
24=489m3/h
7天时:
Q=QN/7×
24=349m3/h
3、防灭火注氮量的确定:
决定注氮量的多少主要依据采空区的惰化程度,即工作面的推进度以外,惰化带距离在煤的自然发火期内,也就是O2浓度小于10%,CO浓度小于0.005%,能够满足采煤工作面防火需要和一般灭火需要。
本矿井选用的制氮机能力为900m3/h,可单机启动,单机额定制氮能力为450m3/h,考虑到工作面的实际情况和制氮机在运行中的效率,(75%~80%)单机启动的流量最低应为337.5m3/h,双机启动的流量最低应为675m3/h。
根据灭火注氮量的计算结果,可确定以下原则:
(1)、工作面正常生产期间,双机启动,流量控制在475m3/h即可满足防火需要;
出现发火征兆时,由总工确定立即加大注氮量;
(2)、当工作面因故封闭但未发火期间,单机启动,对封闭区实施注氮,出现发火征兆时双机启动,由总工确定立即加大注氮量;
(3)、当工作面因自燃而被迫封闭后,立即双机启动对封闭区实施注氮,当封闭区内各项指标达到启封条件后,由总工确定改为单机启动,减小注氮量,防止复燃,如果复燃,由总工确定立即加大注氮量;
第四节制氮机设置方案的比较与选择
方案一、设在W(9-15)101上顺槽距工作面650米处,L1=650
优点:
1、离采空区距离较近,不用单独供风,
2、沿程和局部阻力较小,
3、冬季停机期间不必采取防冻措施,夏季开机期间不必采取降温措施,循环冷却水降温速度相对较快,
缺点:
1、随工作面的推进需进行移设和重新安装,
2、冷却水池的尺寸受空间限制相对较小,
3、专用电缆长度较大,约1000米,
具体方案:
将制氮机安设在W(9-15)101上顺槽距工作面650米处的车场内,然后根据现场尺寸设置一个循环冷却水池,一头与制氮机相连,一头与清水管相连,设阀门控制。
电源由井下变电所单设,不得因工作面停电而造成制氮机停运。
方案二:
安设在现制氮机硐室处,L2=1375
1、可利用现有制氮机硐室的设施及管路,安装方便,且不须移设,
2、开停机期间无须采取降温及防冻措施,
3、冷却水池不受条件限制,专用电缆短,约30米,
1、距工作面相对较远,且需单独供风,需铺设Φ108新管路1335米,
2、沿程和局部阻力较大,
3、受风门尺寸限制,制氮机到达硐室比较困难,
将制氮机设在现制氮机硐室,氮气管路经925调车线和主井联络巷沿主井筒至主井与皮带下山第一联络巷,然后经W(9-15)101上顺槽与轨道下山联络巷铺至工作面,可利原有设施,从井下变电所引专用电缆到制氮机。
方案三、安设在副井人车棚内,L3=1585
1、位置固定,不需移设和重新安装,
2、专用电缆短,从地面变电所到制氮机约100米,
3、场地宽敞,不受环境条件的制约,冷却水罐体积可达5m3,空气质量好,杂质少,对制氮机磨损小。
1、距工作面距离长,需铺设Φ108新管路1335米,
3、冬季停机期间需采取防冻措施,夏季开机期间需采取降温措施,
制氮机安设在副井人车棚内,氮气管路经钻孔沿筒至主井与皮带下山第一联络巷,然后经W(9-15)101上顺槽与轨道下山联络巷铺至工作面,循环冷却水接入副井清水管路,安设一个5m3循环水罐,专用电缆经地面变电所接到制氮机。
阻力计算:
如前所述,为满足基本灭火需要,工作面正常生产时,氮气流量为Q=450m3/h,氮气比重r=0.9672当管路直径D1=10.8㎝时,阻力系数为K1=0.62。
根据公式R阻=R摩+R局
R阻------管路阻力MPa
R摩------沿程摩擦阻力MPa
R局------局部阻力,如拐弯、阀门等处的阻力MPa
R局=0.1R摩
则R阻=1.1R摩=(9.8×
10-6×
Q2×
L×
r)÷
(KD5)
Q------氮气流量m3/h
L------氮气管路长度m
r------氮气比重0.9672
D-----氮气管路直径㎝
K-----阻力系数
则:
R摩1=(9.8×
4502×
650×
0.9672)÷
(0.62×
10.85)
=0.136MPa
R阻1=1.1R摩1=1.1×
0.136=0.15MPa
R摩2=(9.8×
1375×
=0.28MPa
R阻2=1.1R摩2=1.1×
0.28=0.31MPa
R摩3=(9.8×
1585×
=0.33MPa
R阻3=1.1R摩3=1.1×
0.33=0.36MPa
经比较选用第方案三
阻化剂防灭火设计
第一节阻化剂的防灭火原理
一、阻化剂吸附于煤的表面,形成稳定的抗氧化保护膜,降低煤的吸氧能力;
二、阻化剂溶液蒸发吸热降温;
三、降低煤在低温时的氧化活性;
四、某些阻化剂(如消石灰)与煤内一些容易自燃的成份(如腐植酸)化合,生成不易自燃的物质
阻化剂以其无毒、价廉、易于制取,加少量于水中就能有效而被广泛运用。
第二节阻化剂的种类及其选择
一、种类:
用于煤矿防灭火的阻化剂主要有
CaCl2MgCl2BaCl2AgCl3FeCl2NaClZnCl2
CaSO4MgSO4NaSO4CaSO4Ca(OH)2
二、选择:
阻化剂的选择遵循以下原则
1.阻化效率。
2.阻化剂衰退期长。
阻化剂衰退期即阻止氧化的有效日期,有称阻化剂的阻化寿命。
阻化率高,且阻化寿命长为良好阻化剂。
3.安全性好。
4.费用低,价格便宜。
5.来源可靠,供应充足,运输方便。
6.对井下设备、设施腐蚀性小。
鉴于有些阻化剂(如CaCl2MgCl2)溶液一旦失去水分,不但阻止氧化的作用停止,而且能转化为催化剂,促进煤的氧化与自燃,且对金属有一定的腐蚀性。
本设计选用消石灰〖Ca(OH)2〗作为阻化剂。
第三节喷洒阻化剂的参数计算
一、阻化剂溶液的浓度
ρ=(T/C)×
100%=(T/(T+V))×
100%
式中:
ρ-----阻化剂溶液浓度%
C------阻化剂溶液量㎏
T------阻化剂用量㎏
V------用水量㎏
目前我国喷洒阻化剂的最佳阻化效果浓度15%--20%,设计取值15%,在今后的实践中可根据情况调整。
二、松散煤(浮煤)的密度
本参煤应由实测取得,本设计取0.9t/m3(经验值)。
三、原煤吸液量
每立方米吸收阻化剂溶液量为吸液量,应实测取得,本设计根据经验值,当阻化剂溶液浓度取15%时,吸液量为50㎏/t(参见《煤矿安全工程设计》P383)。
四、阻化剂溶液的密度
本参数应由实测取得,当阻化剂溶液浓度取15%时,其密度为1.05t/m3
五、工作面一次喷洒量:
即工作面一次喷洒的范围内阻化剂的溶液量,包括顶板浮煤g1和护顶煤g2的喷洒量,本工作面采用一次采全高综放工艺,不留护顶煤,故只计算g1
1.g1P=KG1A1=KLBM1γA按浮煤重量计算G=Vγ
2.g1V=KV1A1=KLBM1A1γ按浮煤体积计算
3.工作量一次喷洒量为gg=g1P=g1V
式中g-----工作量一次喷洒量kg
g1P----按重量计算浮煤一次喷洒量
g1V----按体积计算浮煤一次喷洒量
K-----一次喷洒量系数一般取1.2
G-----一次喷洒范围内的浮煤重量㎏
V-----一次喷洒范围内的浮煤体积m3
L-----工作面长度米取72米
B-----一次喷洒宽度米取2.4
M1-----底板浮煤平均厚度米取0.3
A1--底板浮煤原煤吸液量的平均值取50㎏/t
γ-----松散煤的密度t/m3取0.9
则g=g1P=1.2×
72×
2.4×
50×
0.9=2799.36㎏
六、工作面一次喷洒所需的阻化剂用量
本设计只计算工作面浮煤一次喷洒所需的阻化剂用量
Q=g1P×
γ×
ρ
Q----工作面一次喷洒所需的阻化剂用量㎏
则Q=2799.36×
1.05×
15%≈440(㎏)
第四节阻化剂喷洒工艺及喷洒方法
根据目前我国常用的喷洒工艺,结合矿实际情况选用机动性工艺。
一、用两个普通汽油桶作为阻化剂溶液的容器,底部分别安设Φ40铁管连接头,一头与泥浆泵相联,一头与压注管相连,用水在压注地点就地获取。
当需要对某点喷洒阻化剂时,将油桶和泵安设在不影响安全和人员工作的地方,接通电源,配好阻化剂溶液,进行喷洒。
二、喷洒方法:
1.工作面主要对底板浮煤、两巷隅角处进行喷洒
2.易压碎煤柱、联络巷、停采线等处可采用打钻压注法,压注阻化剂前先测CO浓度和温度等情况,温度太高先降温,CO浓度太大先稀释,压注完后严密封堵。
3.巷道顶部及高冒处采用插管注入法。
自燃发火预测预报
为有效防止煤炭自燃,防范于未然,必须做到以防为主,以治为辅,防治结合,在开采期间,还要进行自燃发火预测预报,早期发现及时扑灭,确保工作面安全生产。
一、观测点的设置
根据本矿实际情况,本工作面观测点在下隅角,每个早班对下隅角气体进行检测,并根据检测结果进行采空区自燃发火预测预报。
二、煤层自燃发火特征及预报
利用CO进行自燃发火预测预报,它有两个参数H1、H2,发火系数H1是取样地点CO含量与风量的容积,即单位时间内CO绝对发生量。
H1=C×
Qm3/min
C-------检测点CO含量%
Q-------检测点风量m3/min
发火系数H2是单位时间内CO绝对发生量与氧气绝对消耗量的比值,即:
H2=H/(△O2×
△Q)=(C×
Q)/(△O2×
△Q)
式中△O2------氧气绝对消耗量%
△Q-------采面漏风量,即入排风量差m3/min
用发火系数H1、H2来预测火灾
H1>
0.0059m3/min视为井下火灾临界值
H1<
0.0049m3/min视为没有火灾,安全值
H1=0.0049----0.0059m3/min视为加强观察值
H2>
1.8视为发火灾预报值
H2<
1.0视为安全值
H2=1.0-----1.8视为加强观测值
(祥见赵宏珠石平五编《原煤层放顶煤开采设备与技术》P123)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 采煤 工作面 下隅角 瓦斯 管理 规定
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)