课程设计任务及现场资料王晔.docx

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课程设计任务及现场资料王晔

《矿井火灾防治》课程设计任务书

一课程设计的目的

《矿井火灾防治》课程设计是学生学习该课程理论结束后进行的一项实践性教学环节，是课程体系的重要组成部分。

使学生了解设计工作的基本步骤和工作流程，初步锻炼运用所学基础知识解决实际问题的能力，重点帮助学生掌握设计工作的基本程序和实施方法，培养学生计算、绘图和设计的能力，实现对学生从事技术工作的训练

二进行灌浆/注氮防灭火系统设计的法律依据

《煤矿安全规程》第232条：

开采容易自燃和自燃的煤层时，必须对采空区、突出和冒落孔洞等空隙采取预防性灌浆或全部充填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体、均压等措施，编制相应的防灭火设计，防止自然发火。

在自然发火期内能采完、并能及时予以封闭的工作面和采区，可不采取上述防止自然发火的措施。

三课程设计的任务

（一）根据课程设计大纲的要求，对XX矿业集团公司XX煤矿矿井进行灌浆防火设计，具体内容包括：

前言-课设的目的、依据等

1、说明防火灌浆设计依据及基础资料

2、确定灌浆系统与灌浆参数

3、防火灌浆设计计算

4、灌浆管道系统设计

5、灌浆泵设计

6、水枪设计

7、灌浆站及主要设施设计

8、矿井灌浆安全措施与管理

9、课程设计总结

绘制注浆系统布置图。

（二）根据课程设计大纲的要求，对XX矿业集团公司XX煤矿矿井进行注氮防火设计，具体内容包括：

前言-课设的目的、依据等

1、说明防火注氮设计依据及基础资料

2、确定注氮系统与注氮参数

尤其是矿井注氮量计算

3、矿井制氮设备设置及选型

4、矿井输氮管路系统布置

（1）管材选取

（2）确定管径和供氮压力是否满足要求

（3）输氮管路系统布置

5、矿井注氮工艺及方法选择

6、矿井注氮安全措施与管理

7、课设总结

1.手写

2.字数不低于1万字

3.必须有目录和页码

4.设计内容后附参考文献和相关图

四备选煤矿基础资料

（一）龙口矿业集团公司梁家煤矿

1梁家煤矿

1.1矿井概况

龙口矿业集团公司梁家煤矿设计生产能力180万t／a，位于山东省龙口市黄县煤田西北隅，井田范围由国土资源部以国地资矿通字20001130号文批复，由1-41号矿界坐标点顺序圈定，西至龙口渤海，北以1-10号矿界坐标点与梁家煤矿相邻，东北以10-17号矿界坐标点与桑园煤矿分界，至20号勘探线，南以F13、F14，F40，F43、F59，断层及煤2-800m等高线为界。

井田面积：

东西长约9-9.5km，南北宽约3-6.1km，面积约48km。

烟（台）潍（坊）公路横贯井田中部，西南至潍坊167km，东至烟台1l4.5km，分别与胶济铁路、蓝烟铁路相接，可通达全国各地。

井田西端龙口港可通烟台、天津、大连等城市，水陆交通十分便利。

井田内为山前冲积平原，地形平坦，地面标高0～+27m，由西北向东南逐渐增高，地形的自然坡度一般为千分之三左右。

1.2煤层赋存条件

1.2.1煤系地层及煤层数

梁家煤矿下第三系煤系地层总厚度为1095m，含煤地层平均总厚216m，含煤6层，即煤上2、煤上l、煤1、煤2、煤3，及煤4。

纯煤平均总厚13.44m，含煤系数6.22％。

可采纯煤总厚10.64m。

1.2.2可采煤层及其厚度

煤上2、煤上1、煤3不可采，煤2、煤4，局部不可采。

含油页岩4层，即油1、油2、油3、油4。

可采油页岩平均总厚4.30m。

油1、油3不可采，油4为煤4底板，层位稳定，厚度不稳定，局部达可采厚度。

油2为主要可采层，其质量、结构又可分为油2上2、油2上1、油2中及油2下四层，油2上2，17勘探线以东变薄至沉缺17勘探线以西可采。

油2上1局部可采，油2中、油2下不可采。

本井田水文地质类型为简单型，区内地形平坦。

第四系富水性强的砂砾层与含煤地层的水力联系微弱，主要由于煤系地层中的泥岩类地层隔水性较好。

含煤地层中主要有八层含水层，分别为钙质泥岩、泥灰岩、泥岩与泥灰岩互层、煤1油2、煤2及其底板砂岩、煤3煤4间煤4、煤4下部砂砾岩。

其中泥灰岩、煤1油2、煤2机器底板砂岩为本区对生产有直接影响的三层主要含水层，泥灰岩距煤1平均43.26米，为煤1的直接充水层。

煤2上距泥灰岩约60米，在大中型断层的下盘开采煤2层，也将受泥灰岩水的威胁。

煤1油2距煤2约13米，是煤2的直接充水层。

根据黄县煤田资料，泥灰岩最大涌水量为150m3/h，煤l油2水的最大涌水量为300m3／h，煤2底板砂岩水的最大涌出量为51m3／h，这三层主要的含水层对主采煤层的回采造成直接的影响。

本井田西临渤海，海中也有第四系的含水层和隔水层，第四系顶部为厚3.50-4.40m的淤泥，其下以粘土、砂质粘土为主，其次为粉砂岩，隔水性良好，因此海水不与煤系地层直接接触，不发生直接水力联系，海水与采煤关系不大。

1.2.3煤的碳化程度

煤的变质程度是指煤的变质程度越低越易自燃。

自燃能力：

褐煤＞烟煤＞无烟煤

⑴挥发份：

将煤加热到850℃时，煤中挥发出的气体所占煤本身重量的比例。

变质程度越低挥发份越高，一般：

褐煤＞40%；烟煤=10-40；无烟煤＜10%。

从煤的几种物理化学性质来看：

变异系数（％）为5.6％，，挥发份为28.34，二氧化碳:

相对涌出量为2.029m3／t，绝对涌出量为9.326m3／min，极易发火，煤尘具有爆炸性，加之成煤地质年代为第三、四系，因此，煤的碳化程度较低。

1.2.4煤岩成分

梁家煤矿下第三系煤系地层总厚度为1095m，含煤地层平均总厚216m，含煤6层，即煤上2、煤上l、煤1、煤2、煤3，及煤4。

纯煤平均总厚13.44m，含煤系数6.22％。

可采纯煤总厚10.64m。

煤上2、煤上1、煤3不可采，煤2、煤4，局部不可采。

含油页岩4层，即油1、油2、油3、油4。

可采油页岩平均总厚4.30m。

含煤地层中主要有八层含水层，分别为钙质泥岩、泥灰岩、泥岩与泥灰岩互层、煤1油2、煤2及其底板砂岩、煤3煤4间煤4、煤4下部砂砾岩。

其中泥灰岩、煤1油2、煤2机器底板砂岩为本区对生产有直接影响的三层主要含水层，泥灰岩距煤1平均43.26米，为煤1的直接充水层。

煤2上距泥灰岩约60米，在大中型断层的下盘开采煤2层，也将受泥灰岩水的威胁。

煤1油2距煤2约13米，是煤2的直接充水层。

详见（图1－1）煤系地层综合柱状图。

附：

煤系地层综合柱状图1-1

1.3煤炭储量及开拓情况

1.3.1煤炭储量

2002年末矿井资源总量为41714.2万t，其中工业储量29284.2万t，可采储量16289.6万t，其中“三下”压可采储量13264.3万t，煤总量28511.5万t，其中工业储量22944.8万t，可采储量12631.1万t，其中“三下”压可采储量10677．4万t。

油页岩总量为13202.7万t，其中工业储量6339.4万t，可采储量3658.5万t，其中“三下”压可采储量2586.9万t。

1.3.2开拓方式

矿井开拓方式为中央立井分水平开拓。

矿井有三个井筒，主井、风井位于井田的浅部（-313m）副井位于井田的中部。

相见图1-2（矿井剖面图）

1.3.3开采情况

现梁家煤矿分别在二层煤的四采区和四层煤的一采区生产开拓，共有独立供风的生产工作面3个，即4110工作面、2408工作面以及1210撤面；备用工作面1个，即2401上顺、2401下顺、煤4轨道巷、煤4皮带巷、4114上顺、4103下顺；独立供风硐室19个和其它独立供风井巷9个。

1.3.4开采技术条件及开采方法

矿井只有一个水平，标高为-450m。

井田采用上下山开采，采煤工作面走向长壁采煤法。

煤2为综采一次采全高；煤4为综采放顶煤开采。

矿井开拓剖面图如图（图1－2）所示。

附：

矿井开拓剖面图1-2

1.4通风及灾害情况

1.4.1通风情况

矿井通风方式为中央边界式，通风方法为抽出式，副井提升兼进分，主井提升兼辅助进风，风井通风机房配备2台轴流式通风机，型号均为1K58NO.27，一台运转，一台备用。

每台主要通风机配备一台TD630/29-6型电动机，额定功率为56KW。

矿井总进风量9374.1m3/min，总回风量5924.0m3/min，总排风量9801.6m3/min，矿井需风量7308.0m3/min，矿井通风系统总阻力为1892.1Pa，矿井等积孔为4.47m2，矿井属通风容易矿井。

通风系统平面图如图1-3所示，

附：

通风系统平面图1-3

1.4.2瓦斯及其涌出情况

根据2003年12月山东省煤矿通风检测站编制的《龙口矿业集团公司梁家煤矿矿井通风能力核定及系统评价》

瓦斯等级鉴定结果：

相对涌出量为1.330m3／t，绝对涌出量为6.121m3／min；二氧化碳:

相对涌出量为2.029m3／t，绝对涌出量为9.326m3／min。

根据矿井瓦斯等级鉴定标准，梁家煤矿定为低瓦斯矿井。

1.4.3地温

⑴地温的垂向变化

地温随着深度的增加而增高。

本井田在地下300m的温度为23-25℃，地温梯度3.13-3.43℃/100m；垂深500m时，温度31-33℃，地温梯度3.37-3.7℃/100m，达到一级热害区上限；垂深700m时，温度38-41℃，地温梯度3.5-3.79℃/100m，达到二级热害区上限；垂深900m时，温度高达49℃，在含煤段由于岩性复杂，煤和油页岩导热性差，低温梯度在4.6-6℃/100m，反映了井田地温是偏高的。

⑵地温在平面上的变化

地温从平面上看，东部和西部有明显差异。

在西部，31℃等温线分布在-500--550m水平上；在东部31℃等温线分布在-400--450m水平上。

37℃等温线在西部分布在-650-700m水平，东部则分布在-600--650m水平。

-450m水平切面的地温状况为28.9-34.2℃，平面上的变化是含煤区温度高，非含煤区温度低，东部高西部底，相差约2℃。

总之，井田属岩温型地温异常，使-450m水平以下的煤层处于一级和二级热害之中。

1.4.4自然倾向性及发火期

各煤层均有煤尘爆炸危险性。

由于该区煤的燃点低，油页岩用火柴即可直接点燃。

煤层节理发育，褐煤及油页岩易自燃发火。

矿井各煤层自燃倾向性为一类容易自然发火煤层。

煤2最短自然发火期为22天，一般为1-3月。

2设计工作面概况

设计工作面为4110综采放顶煤开采工作面，工作面走向长度886m，倾斜长度148.5m，工作面开采参数如表2－1所示.顶、底板状况为：

1）直接顶为煤4的41-42段煤层，厚度2.19米，煤夹泥岩。

2）直接底为煤4的47-48段煤层，厚度3.3米，泥岩夹煤，泥岩易风化，遇水膨胀。

如煤系地层柱状图图1－1所示。

工作面煤尘具有爆炸性，属低瓦斯矿井。

工作面煤层易自燃，地温较高，一般在29-31℃左右。

4110工作面总体上不具备自然排水条件，根据对4110工作面涌水状况预测，工作面正常涌水量为3m3/h，最大涌水量为15m3/h，工作面不具备自然排水条件，必须安装排水能力大于15m3/h的排水系统。

4110工作面通风系统如图1所示，进、回风线路为：

进风：

付井→付井井底车场→东大巷→集中石门→煤4石门→煤4一采暗斜井→煤4一采轨道→4110上顺联络巷→4110上顺→工作面

回风：

工作面→4110下顺→煤4一采皮带上山→煤4总回风巷→23°上山→250总回风巷→风井。

工作面巷道布置、支护方式

（1）材料巷

采用单体液压支柱配合π钢上挑木板梁刹顶的支护方法进行支护，采用2.5m支柱，柱下穿铁鞋，主要用于进风、运料和行人。

（2）运输巷

支护方式与材料巷相同，采用2.8m支柱，柱下穿铁鞋，主要用于回风、运输和行人。

采用综合机械化采煤方法，顶板管理采用全部陷落法，机采高度为2.8米，放顶煤高度3.35米。

2.1.2工作面参数

风井地面标高+3.7m,井底位于-250水平，风井到4110工作面回风巷入口距离为1850m，其余工作面参数如表2-1所示。

附：

工作面开采参数表2-1

（二）下石节煤矿

1.1矿井概况

下石节煤矿位于陕西省铜川市耀县北部，距铜川市区约54km，行政区划属于铜川市耀县瑶曲乡。

井田的中心地理坐标为东经108°51′，北纬35°13′。

下石节煤矿交通方便，咸铜铁路梅七支线（梅家坪至前河段）经过附近的瑶曲镇，矿井有运煤专用铁路接轨于瑶曲车站，全长2.5km。

另外，有公路至金锁关与西（安）包（头）线相接。

矿井1980年以60万吨/年的能力简易投产,现采用综放回采工艺回采,生产能力已达160万吨/年。

井田范围东至荒草湾—上石节一线，西到断头川北侧的4-2号煤层零点边界线，南与陈家山煤矿相毗邻（人为边界），北与崔家沟煤矿七木桥背斜相望。

井田走向长约3.5km，倾向宽约3.5km，总面积为13.2km2。

1.2煤层赋存条件

井田内煤层属于易自燃，自然发火期最短1个月，煤系地层属中侏罗纪直罗群及下侏罗纪延安群，共含煤五层：

1、2、3、4-1、4-2，焦坪矿区煤层特征如表2.4.1。

3煤和4-1煤局部可采，厚0～3m，埋藏极为不稳定，主要可采煤层为4-2号煤，平均厚度10～12m，最厚达34m。

煤层倾角浅部为18～20°，深部为5～10°。

煤系地层呈单斜构造，倾斜北西。

井田系长庆油田边缘浸染区，煤层顶板岩系中有3～4个含油层，底板岩中有两个含油层，油气的溢出对矿井瓦斯含量有极大的影响。

煤系地层岩性自下而上描述（含4-2号煤层）：

泥岩：

紫杂色、灰绿色（俗称花斑泥岩），含团块状，易碎，常有鲕状结核，遇水膨胀，一般厚8～10m，最厚达40m，厚度变化大。

根土岩：

粉砂质、灰～深褐色，含植物根部化石，较坚硬，一般厚2～6m。

炭质泥岩：

0～5m，为煤层直接底板。

4-2号煤：

中部有1～2层夹矸，局部地区加厚至2～5m，使煤层分为4-1煤。

灰黑色粉砂岩、砂质泥岩：

含植物化石及黄铁矿结核，水平层理，厚2～3m。

中粗砂岩：

厚度为0～30m，局部为砂岩，含植物化石、黄铁矿结核及煤屑。

细粉砂岩互层：

灰～灰黑色，厚度0～73m，缓波状、微波状层理，含黄铁矿结核及植物化石，中下部局部含油。

下石节矿煤系地层情况见煤系地层综合柱状图（图2）。

表1焦坪矿区煤层特性表

含煤地层

煤

层

名

称

煤层厚度

最小-最大

平均

（m）

层

间

距

（m）

煤

种

煤　　　　　　　质

灰　分

Ag

（%）

挥发分

Vr

（%）

全硫

SQg

（%）

发热量

QfDT（MJ/kg）

灰熔点T2（℃）

延安组

3＃

0－6.3

1.2

12-38

不粘结

17.12

38.1

1.3

24.49

1120

42＃

0－22.8

8.5

不粘结

15.3

36.2

1.5

27.21

1150

太原组

51＃

0－4.0

1.4

3-5

10-18

瘦

22.8

16.2

3.7

26.50

1320

52＃

0.4－5.8

2.5

瘦、焦

20.2

18.5

2.8

19.13

1430

10＃

0－3.8

1.4

瘦、贫

15.4

13.5

6.1

30.13

1360

1.3地质构造

下石节井田位处黄陇侏罗系煤田焦坪矿区西部，鄂尔多斯台向斜的南缘。

井田总体构造为：

浅部为一向北西倾斜的波状单斜构造，深部水平以新民村向斜为主体，呈一向斜构造。

断裂构造不太发育。

总之井田构造较为简单。

图2下石节煤矿煤系地层综合柱状图

褶皱构造主要有：

七木桥背斜：

位于本井田和杏树萍井田交界处，轴向N60°W，向NW倾没，轴部出露T3和J1地层，两翼为侏罗系地层，延展约2.5Km。

桦树渠背斜：

分布在井田一水平同陈家山井田交界处，为向NW倾没的鼻状背斜构造，井田内延展约1300m，轴部缺失。

延安组和直罗组下部地层，两翼倾角15°～20°，局部可达25°以上。

新民村向斜：

分布在井田二水平深部的1004—8940—8946钻孔一线，为深部水平主要的褶皱构造，轴向NE36°左右，两端呈弧型向东弯曲。

延展约3000m以上，西延进入陈家山井田，两翼倾角平缓，一般在5°以下，幅度约40m。

向斜轴部延安组，富县组沉积厚度较大，如8935号孔，延安组厚度162.43m，其中4-2号煤层以下沉积厚度为25.44m，并沉积了4－2下煤层。

8940号延安组厚度172.06m，其中4-2号煤层以下沉积度厚度21.98m，富县组厚度28.02m。

向斜两翼沉积厚度相对较薄，如8941号孔，延安组厚度114.8m，富县组厚3.9m。

8942号孔延安组厚度126.67m，富县组厚7m。

次要褶皱构造有：

王台背斜：

分布在井田二水平的8945－8949－8955号孔一线，其轴向为NE30°，向SW倾没，延展约1000m，两翼倾角在10°左右，幅度40～50m。

轴部沉积厚度小，向两翼厚度增大，如8955号钻孔，延安组厚仅58.57m，且缺失富县组沉积。

又如8949号孔，延安组厚度65.32m，富县组厚1.03m。

草滩向斜：

分布在二水平的8944孔－8950－8954孔一线，轴向NE65°，向东渐转NE20°，延展约1600m，幅度约20m。

上述褶皱构造的发生和发展，具有明显的继承性，对井田煤系、煤层的沉积起了控制作用。

一般向斜宽缓，含煤地层沉积厚度大。

背斜陡窄、含煤地层沉积厚度小，煤层厚度小，结构相对简单。

区内断裂构造不发育，未发现较大的断层。

据下石节煤矿和陈家山煤矿一水平开采揭露资料，一般只见到数量较少的落差仅0.3～3m断层，极个别断层落差在5～10m。

这些断层虽然落差小，对生产特别是回采工作仍会带来一定的影响。

小断层多为高角度正断层，常见为NE和NW向两组，且多成组出现，并具有一定的组合规律，常呈雁行式排列，有时成扫帚状分叉成数条0.5～2m的小断层（如陈家山煤矿一、二采区）。

预计深部水平断裂构造也将以小型断裂为主。

1.4煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火期

设计工作面,综采放顶煤开采工作面，工作面走向长度886m，倾斜长度148.5m，工作面开采参数如表1-1所示，煤层柱状图如图1-3所示，顶、底板状况为：

1）直接顶为煤4的41-42段煤层，厚度2.19m，煤夹泥岩。

2）直接底为煤4的47-48段煤层，厚度3.3m，泥岩夹煤，泥岩易风化，遇水膨胀。

煤质以暗煤为主，丝碳化物物质含量高，加亮煤条带。

工作面煤尘具有爆炸性，属低瓦斯矿井。

工作面煤层易自燃，地温较高，一般在29-31℃左右。

各煤层均有煤尘爆炸危险性。

由于该区煤的燃点低，油页岩用火柴即可直接点燃。

煤层节理发育，褐煤及油页岩易自燃发火。

矿井各煤层自燃倾向性为一类容易自然发火煤层。

煤2最短自然发火期为22天，一般为1-3月。

目前使用的防灭火注浆材料主要是黄土和凝胶，黄土浆主要用于采空区

预防性注浆，凝胶用于封闭密闭间、小联络巷及处理高温点时使用。

1.5浆材的质量、数量、开采条件等

下石节煤矿采用的土水比为土源距煤矿风井5km，土质优良，容重1.3t/m3，属于亚粘土，塑性指数12，取土方便，矿井轻轨矿车可直接到达取土地点。

1：

3-5，灌浆系数0.1-0.2。

1.6矿井开拓方式和采区布置图

矿井采用平硐-斜井-暗斜井开拓，单采区分阶段布置。

采煤方法为走向长壁综采放顶煤垮落法回采工艺，顶板管理采用全部垮落法。

目前，采深350米，矿井采用一井一面的配置。

见图3。

图3下石节煤矿采掘通风系统图