矿井防灭火设计10.docx

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矿井防灭火设计10

4501工作面防灭火设计

设计：

徐兴华

审核：

生产技术科：

安全检查科：

安全经理：

生产经理：

总工程师：

二0一0年七月三十日

一、概况：

4501回采工作面为矿井四采区煤5层首采工作面，该工作面走向长1550m，倾斜宽118m，西接新柏井田边界保护煤柱，东接工业广场保护煤柱，工作面回风巷与上部3502工作面间隔离煤柱相接，下部未受采动影响。

工作面采煤方法为：

走向长壁综合机械化放顶煤采煤法，运输顺槽沿煤层底板布置在924--975m水平，回风顺槽沿煤层底板布置在956—1001m水平。

该面煤层倾角由西向东逐渐增大，煤层西翼厚东翼薄，倾角12°—18°,煤层厚度12.84—8.85米；其顶板主要为泥岩、油页岩，平均厚度为3.5---4.6米，为中等冒落性顶板，底板主要为沙质泥岩、砂岩互层，平均厚度为1.5---2.0米。

工作面为“U”型通风方式，风流经四采区运输下山－920车场－4501运输巷－4501工作面－4501回风巷－4501回风联络巷，将污风排入西三回风下山，设计风量788m3/min。

煤层自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃煤层，干煤吸氧量为0.78cm3/g。

煤尘有爆炸性，爆炸性指数为30.17％。

二、工作面防灭火设计：

回采工作面防灭火采用注氮、灌浆、注凝胶、喷洒阻化剂和均压通风等综合防灭火技术。

（1）工作面采空区采用注氮为主，黄泥灌浆、减少漏风和加快推进度为辅的防灭火措施；

（2）老塘侧采用插管注凝胶为主，插管注水、喷洒阻化剂、控制风量为辅的灭火措施；

（3）工作面上下隅角采用马丽散、瑞米、黄土砌筑快速封闭墙封堵为主，洒水降温和控制风量为辅的防灭火措施；

（4）巷道采用消除冒顶区浮煤和注凝胶为主，挖除高温煤炭和插管注水为辅的防灭火措施。

（一）、注氮：

制氮设备采用地面固定式变压吸附制氮设备（制氮机型号:

PSA-800），利用管路系统向4501工作面和煤巷高冒区输送氮气。

地面制氮站设在压风机站附近。

1、设计依据：

A、矿井年产量120万吨/年；

B、综放工作面1个；

C、氮气纯度大于97%；

D、矿井年注氮量120万m3。

2、注氮方式：

矿井在不影响正常生产和人身安全时，可采用开放式注氮。

火灾及其火灾隐患影响工作面的正常生产，或突然性外因火灾，或瓦斯积聚区域达到爆炸界限时，可采用封闭式注氮。

回采工作面采用随采沿下隅角埋管注氮，埋管为直径63.5mm的PVE管，并采用分段截管的方式向采空区氧化带注氨（每隔50米）。

工作面开采初期和终采撤架期间，或因地质原因，或因机电设备原因造成工作面推进缓慢，采用连续性注氮。

工作面正常回采期间，采用间断性注氮，即每天注氮量不少于3000m3（4个小时）。

注氮地点应尽可能选在进风侧，或靠近火源。

工作面注氮防火，注氮管口应处于采空区氧化带内。

煤巷高冒区采用插管注氮的方式进行。

注氮地点：

回采工作面采空区、老空、封闭煤巷及煤巷高冒区。

3、采空区埋管

（1）3502采空区注氮管路必须双趟敷设注氮，即当埋管埋深达15---60米（氧化带）时对采空区进行注氮。

（2）双趟管路交叉埋设注氮，即第一趟管路埋深达45米时，即可在下隅角顺老塘埋入长度不小于20米的备用管路，当第一趟管路埋深超过60米时即可在下隅角将其截断，并利用三通接通备用埋管（已埋入15米）进行注氮。

4、参数计算

注氮防灭火惰化指标

（1）注氮防火惰化，即注氮后采空区内氧气浓度不得大于7%。

（2）注氮气惰化，即火区内氧气浓度不大于5%。

（3）注氮抑制瓦斯爆炸，即采空区氧气浓度指标小于12%。

注氮量计算

（1）按产量计算

QN=[A/（1440ptn1n2）]×（c1/c2－1）

=[1200000/（1440×1.38×300×70%×60%）]×（20.6%/7%－1）

=4.79×1.97

=9.32m3/min=560m3/h

式中：

QN－注氮流量　m3/min

　　　A－年产量ｔ　取1.2Mｔ

　　ｔ－年工作日　300

　　　ｐ－煤的密度　1.38ｔ/m3

n1－管路输氮效率　取70%

　　　n2－采空区注氮效率　取60%

　　　C1－空气中氧浓度　取20.6%

　　　C2－采空区防火惰化指标　可取7%

（2）按吨煤注氮量计算：

QN=5AK/（300×60×24）

=（5×1200000×80%）/（300×60×24）

=11.1m3/min=666m3/h

式中：

A－年产量ｔ，1200000ｔ

　　　K－工作面回采率80%

（3）按瓦斯量涌出量计算

QN=QCC/（10－C）

=（700×0.02）/（10－0.1）

=1.4m3/min=85m3/h

QC－综放面通风量　m3/min

C－综放面回风流中瓦斯浓度　0.1%

经计算最大氮气需用量为：

QN＝11.1m3/min，取1.2氮气备用系数QN总=11.1×1.2=13.32m3/min。

因此选用PSA-800变压吸附式制氮设备完全可以满足生产需要。

5、安全技术措施：

①、注氮管路系统投入使用前，必须进行压力试验、确保密封不漏气。

输氮管路的分岔处应设三通、截止阀和压力表。

②、工作地点必须由专职瓦检员检查瓦斯等各种气体以及检查巷道顶帮情况，确认安全后，方可正常操作。

在注氮过程中，必须随时对注氮点周围及其影响到的范围的氧含量进行监测,发现异常，必须立即撤出现场人员，并向有关部门汇报，查明原因及时处理。

③、井下注氮操作场队附近必须安设电话，能与调度室、制氮气机司机保持联系。

④、注氮的操作，必须按照设计施工、不得擅自改变注氮量、注氮方式等。

⑤、井下注氮检查：

检查工作场所附近的巷道顶帮及气体情况，检查管路及阀门的状况，确保安全、完好。

⑥地面注氮前的检查：

检查注氮机组的状况，包括检查机组油量、冷却水系统、仪器仪表、阀门等是否满足要求。

⑦、井下操作顺序：

安全检查打电话要求供氮气打开注氮阀观察记录注氮量；

⑧、地面操作顺序：

安全检查开启制氮机组正常供气。

下井后要注氮管路行走，并用随身携带的工具进行检查，发现有漏气要及时处理。

⑨、用氮气防灭火时，要对管路进行检查，对管路中的积水要及时排除。

当注氮管路受到碰撞或拉移时，要重新组织对管路进行压力测试，只有管路完好不漏气时，才可继续从注氮工作。

⑩向火区注氮

A、将管路接到防火墙上预留的注氮孔管路上，打开阀门。

B、观通调度室或有关部门、由其通知制氮机房供气。

C、观察并记录注氮量。

每隔1小时记录1次仪表值，度填入作，先进行处理。

D、随时检查瓦斯、一氧化碳、氧气等气体的浓度，超限时要停止工作，先进行处理。

E、达到设计的注氮量时，要停止注氮，待有关人员作出检查，决定后再决定撤出管路或继续注氮。

F、停上注氮时，要先通知调度室或通灭主管部门、注氮机组值班人员后，再关闭阀门。

⑾向采空区注氮

A、在工作面运输顺槽预先埋设注氮管路，埋设长度不得小于20米（切顶线以里）。

该埋管用高压胶管与注氮管路系统相连。

B、根据设计的注氮量进行注氮操作。

⑿停产工作面的注氮防火

A、通过临时密闭预留的注氮孔管路向停产工作面进行注氮，操作方法可以参考“向火区注氮”的操作程序。

B、向停产工作面进行注氮，要保证停产工作面进、回风巷的密闭不漏风。

（二）、黄泥灌浆系统

黄泥灌浆是利用充填煤岩裂隙及其孔隙的表面，增大氧气扩散的阻力，减小煤与氧的接触和反应面；浆水浸润煤体，增加煤的外在水份，吸热冷却煤岩；加速采空区冒落煤岩的胶结，增加采空区的气密性。

灌浆防火的实质是，抑制煤在低温时的氧化速度，延长自燃发火期。

1、泥浆制备

该系统用水力冲刷采土场黄土制备泥浆，所取黄土应满足下列基本要求：

（1）不含或少含可燃和自燃物质。

（2）粒度一般不大于2mm，而且细小颗粒应占大部分。

对于粘土，d≤0.005mm的颗粒应占60～70％；页岩，d≤0.077mm者应占70～75％。

２、浆液的输送

泥浆通过泥浆沟流入篦子间，经过滤、沉淀后输送到工作面采空区。

浆液流经路线为：

灌浆站→副井筒（φ108×4无缝钢管）→副井车场-西三轨道下山→950车场→工作面上顺槽→距工作面上口10米处（φ89×10厚壁地质钻杆）→采空区。

1）输浆压力与输浆倍线 输送浆液的压力有两种。

一是利用浆液自重及浆液在地面入口与井下出口之间高差形成的静压力进行输送，叫静压输送；当静压不能满足要求时应采用加压输送。

输浆倍线表示输浆管路阻力与压力之间关系，用N表示。

静压输送时：

加压输送时                         

式中 L—浆液自地面管路的入口至灌浆区管路的出口管线总长度，m；

    H—浆液入出口之间的高差，m；

    h—泥浆泵的压力，m。

倍线一般控制在3～8之间。

过大时，应加压；过小时，容易发生裂管跑浆事故可在适当的位置安装闸阀进行增阻。

3、灌浆方法

埋管灌浆，把灌浆管铺设在工作面的回风巷内。

工作面放顶前，在回风巷的灌浆支管上接一段预埋钢管（10～15m），预埋管和支管之间用高压胶管连接。

工作面放顶后始终保持预埋管压在采空区内5～10m，预埋管用回柱绞车拉着外移，当工作面上隅角检测出煤层自燃的指标气体时，开始灌浆。

4、灌浆管理

加强灌浆管理对保证灌浆质量，提高灌浆效果至关重要。

随采随灌时注意观察灌入水量与排水量比例，如果排出水量过少，则说明灌浆区可能有泥积存，应停止灌浆。

如果排出水里含泥量过大或过于集中，说明采空区已形成泥浆沟，灌浆不均匀，应移动管口位置。

灌浆后应再灌几分钟清水，清洗管道，以免泥浆在管道内沉淀。

（三）、注凝胶防灭火系统

1、注胶系统

该系统是同时用计量泵压注水玻璃用泥浆泵注碳酸氢铵，二种液体在混合器内反应生成凝胶。

2、注凝胶防灭火方法

注凝胶钻孔一般用岩石电钻打眼，钻孔插入6分套管，套管端头0.5米打小眼，套管必须插到终孔位置，水泥沙浆、棉纱封孔，按每两付架支架尾梁中间斜上45度打1个钻孔布置，钻孔终孔高度距煤层顶板0.5米。

当工作面上段或支架尾梁下检测出采空区发火指标气体时，应迅速将设备、材料运至工作面上口，按上述钻孔设计要求，从上往下40米范围内依次插管压注凝胶。

根据工作面推进度，每天压注一次，直至煤层自燃指标气体下降时停止注凝胶。

工作面停产前或工作面终采设备回撤前，应根据钻孔设计要求在距工作面停产采线或终采线15米时开始插管注凝胶。

（四）、阻化剂防火系统

1、阻化剂选择：

MgCl2、CaCl2等。

2、阻化工艺：

利用喷雾泵向工作面老塘侧、有发火危险的煤巷等大面积地喷洒阻化剂以达到防火的目的。

3、阻化剂浓度：

因阻化剂的阻化效果是随阻化液浓度的增加而增加，所以阻化液的浓度以最大浓度即饱合为准。

该系统是通过对采空区喷洒阻化剂，在采空区形成阻化带，从而达到防灭火目的。

综合防灭火系统是以上各个系统进行科学、合理的组合应用，采用不同的手段来达到防灭火的目的。

三、防灭火应急措施

（一）防止CO超限、中毒和窒息事故的措施

1、如果发现该工作面有CO超限区域，瓦检员必须班班检查工作面、上隅角隅角的氧气浓度，如果氧气浓度低于19％，必须停止注氮或减少注氮量。

2、沿工作面回风巷上班将压风管接至工作面上隅角，并加强日常管理，必要时开启压风以降低上隅角CO浓度。

3、如果发现上隅角CO超限，必须悬挂警标，严禁作业人员在超限区逗留。

4、如果发现工作面和回风流CO大于等于100ppm，必须立即撤出工作面作业人员，报告调度室，采取措施进行处理。

5、综采队现场作业人员严禁站在上隅角长时间作业，而在上隅角长时间作业时，必须有瓦检员在现场随时掌握一氧化碳变化情况。

（二）火灾事故的征兆和应急避险

1、自然发火征兆

（1）一氧化碳浓度达到自然发火危险等级。

（2）工作面或巷道中出现雾气或巷道壁“出汗”。

（3）井下闻到煤油味、汽油味、松节油或焦油味。

（4）从煤炭自热或自燃地点流出的水或空气，其温度较正常的高。

（5）人体不舒适感、如头痛、闷热、精神疲乏等。

2、应急避险措施

（1）在该工作面不论任何人发现烟气或明火等火灾灾情，应立即向现场领导人汇报，并迅速一切可能的措施进行灭火，同时通知附近工作人员紧急避险。

（2）现场人员要立即组织起来，在尽可能判明事故性质、地点及灾害程度、蔓延方向等情况的同时，迅速向矿调度室报告，请求救护队的援救，并立即投入抢救。

（3）抢救时，应及时切断灾区的电源，并迅速通知或协助撤出受火灾影响区域内的人员。

（4）如果火势不大，就应根据现场条件，立即组织力量将火直接扑灭。

如果火灾范围大或火势猛，则应在撤出灾区人员且保证自身安全的前提下，采取稳定风流、控制火势发展，防止人员中毒和预防瓦斯、煤尘爆炸的措施，并随时和地面保持联系，根据指挥命令行事。

（5）如果现场人员无力抢救，人身安全有受到威胁的可能，立即停止作业、安全撤退。