采区防灭火设计_十一层采区防灭火设计
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滨湖煤矿采区防灭火设计
编
制
人：
通防技术主管：
通 防
副 总：
安
监
处：
总 工
程 师：
滨湖煤矿采区防灭火设计
第一节 采区基本概况
滨湖煤矿2005年年6月16日正式投入试生产。主采煤层为山西组下部12下和16层煤。经鉴定，煤层属Ⅱ类自燃煤层，最短自然发火期为73天。矿井采用立井及下山开拓方式，走向长壁采煤法，全部冒落法管理顶板，综采小支架采煤工艺。矿井通风方式采用中央并列式；通风方法为抽出式机械通风。
我矿共有3个采区，分别为：121采区、122采区及161采区。根据《煤矿安全规程》第二百二十八、二百三十二条规定：开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自然发火的措施；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。
第二节 开拓开采防灭火措施
一、可能出现高温和自然发火点分析
根据滨湖矿煤层特点和现场情况分析，矿井可能自然发火主要分布在采空区、煤柱、巷道顶煤和断层附近。
1、采空区，在工作面后部，有碎煤堆积和漏风同时存在、时间大于自然发火期的地方，已采区漏风供氧的区域。
2、区段煤柱，尺寸偏小、服务期较长、受采动压力影响的煤柱，容易压酥碎裂，其内部产生积热自燃。
3、巷道顶煤，综采工作面沿底掘进的进回风巷冒落区等，巷道顶煤受压时间长，压酥破碎，风流渗透和扩散至内部（深处），便会
发热自燃。
4、断层和地质构造附近及通风设施设置不合理造成的采空区漏风。
二、开拓开采技术措施
㈠简化巷道布置系统。
1、尽量不打或少打生产辅助措施巷道，如泄水巷、沉淀池、辅助运输巷等。减少工作面推过后采空区的漏风源和跨层位、跨区段的漏风联系。
2、尽量减少各类联络巷道，力避工作面切眼联络巷的布置，使区段巷道布置简单化。
3、少打探巷及辅助巷道。在生产采区中后期，探巷必然成了一条向采空区漏风供氧，是火灾漫延的直接通道。
㈡合理安排开采顺序
选择合理的采煤方法和先进的回采工艺，提高回采率，加快回采进度。采用“台阶式循序开采”法，力避“孤岛采煤法”。后期的孤岛采煤有较大的发火威胁性，在生产接续安排上要尽量避免。尽量避免前采后掘和采后即掘，前采后掘会加剧采空区漏风供氧强度，促成遗煤自燃。采后即掘也不可取，采空区域没有一个充分冷却压实的过程就紧跟下分层掘进，无疑为采空区提供一个连续供氧的环境。
㈢规范巷道设计和布置
1、在巷道布置时，要保证采区和工作面有相对独立的并联通风系统，有利于风量控制和采后大面积压力调整。采区和生产区段要具备可靠灵敏的反风自救系统，在矿井万一发生灾变时，能够通过反风手段有效地避灾救灾。
2、在巷道设计时，凡进回风道之间的联络巷道，必须留出足够的通风设施砌筑位置和安全运行空间，解决布置多道风门设施困难的问题，杜绝因通风系统稳定性差而造成的“负压喘息”现象。
3、在巷道布置上，为分区通风、均压通风和局部反风创造条件，选择采区和工作面通风系统是尽量减少采空区的漏风压差，采取均压通风技术。通风系统要在一定范围内具有可调性。
第三节 注浆、阻化剂等防灭火措施
一、完善的注浆等多功能防灭火系统
1、二氧化碳防灭火
1）二氧化碳防灭火技术的要求
本矿二氧化碳防灭火主要作用是对采空区进行预防性注二氧化碳，当采空区发生火灾时可进行灭火注二氧化碳。
2）设计依据
本矿井煤层均属Ⅱ类容易自燃煤层。
3）注二氧化碳工艺系统及设备 ①注二氧化碳系统
井上安设了2台EDM500/1000二氧化碳惰性防灭火装置（厂家：济南海林科技有限公司，转换能力：1000Nm³/h），管路通过副井进入井底，延伸至各个回采工作面。
②注二氧化碳工艺
埋管注二氧化碳：在工作面进风顺槽一侧沿采空区埋设一趟注二氧化碳管路。当埋入一定深度后开始注二氧化碳，同时埋设第二趟注二氧化碳管路。当第二趟注二氧化碳管口埋入采空区氧化带于冷却带的交界部位时开始向采空区注二氧化碳，同时停止第一趟管路注二氧化碳，并重新埋设注二氧化碳管路，如此循环，直至工作面采完为止。
③注二氧化碳方式
注二氧化碳方式从空间上分为开放式注二氧化碳和封闭式注二氧化碳；从时间上分为连续性注二氧化碳和间断性注二氧化碳。工作
面开采初期和停采撤架期间，或因遇地质破碎带、机电设备等原因造成工作面推进缓慢，宜采用连续性注二氧化碳；工作面正常回采期间，可采用间断性注二氧化碳。
④注二氧化碳监测
采空区应同时预埋束管监测探头，在注二氧化碳管或支管分叉处必须设置观察点。为了考察注二氧化碳的流向及分布，可借助施放SF6示踪气体加以检测。
4）安全管理
① 在注二氧化碳过程中，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，同时降低注二氧化碳流量或停止注二氧化碳，或增大工作场所的通风量。
②制二氧化碳设备的管理人员和操作人员，须经理论培训和实际操作培训，考试合格，才能上岗。
③采空区进行注二氧化碳防火或对火区进行注二氧化碳灭火时，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。
④采用注二氧化碳防灭火的矿井，应建立制二氧化碳设备的操作规程，工种岗位责任制和注二氧化碳防灭火管理暂行规定等规章制度。
⑤应建立和健全注二氧化碳防灭火台账。
5）回采工作面采空区注二氧化碳
当自然发火危险主要来自回采工作面的后部采空区时，应该采取向本工作面后部采空区注入二氧化碳的防火方法。应将注二氧化碳管铺设在进风顺槽中，注二氧化碳释放口设在采空区中，注二氧化碳管的埋设及二氧化碳释放口的设置应符合以下要求：
① 二氧化碳释放口应高于底板，以90度弯拐向采空区，与工作面保持平行，并用石块或木垛等加以保护。
②二氧化碳释放口之间的距离，应根据采空区“三带”宽度、注二氧化碳方式和注二氧化碳强度、二氧化碳有效扩散半径、工作面通风量、二氧化碳泄漏量、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。第一个释放口设在起采线位置，其它释放口间距以30m 为宜。注二氧化碳口间距为50m。
③注二氧化碳管采用单管，管道中设置三通。从三通上接出短管进行注二氧化碳。
④注二氧化碳量的多少，应根据采空区中的气体成分来确定，以距工作面20m处采空区中的氧浓度不大于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，都应加大注二氧化碳强度。
⑤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、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，应暂停注二氧化碳或减少注二氧化碳强度。
⑥注入二氧化碳的纯度不得低于97﹪。
⑦第一次向采空区注二氧化碳，或停止注二氧化碳后再次注二氧化碳时，应先排出注二氧化碳管内的空气，避免将空气注入采空区中。
6）、工作面相邻采空区注二氧化碳
工作面回采过程中，当自然发火的危险不是来自于本采空区，而是相邻回来工作面的采空区时，对其相邻采空区应采用旁路式注二氧化碳防火，以保证本工作面的安全回采。旁路式注二氧化碳就是在工作面与采空区相邻的顺槽中打钻，然后向已封闭的采空区插管注二氧化碳，使之在靠近回采工作面的采空区侧形成一条与工作面推进方向平行的惰化带。
7）、防止采空区二氧化碳泄漏的措施
采空区漏风状态决定了二氧化碳在采空区内的滞留时间，同时也决定着间歇式注二氧化碳时的注二氧化碳周期。采空区的漏风强度越小，两次注二氧化碳的间歇时间就越长，此时的注二氧化碳效果好且比较经济。因此，采取措施减少采空区二氧化碳泄漏也是提高采空区注二氧化碳效果的有效途径。
防止采空区漏风的主要措施有直接堵漏措施和均压措施。采空区直接堵漏措施是每隔一定距离在采空区上隅角垒砂袋、注河砂或喷涂聚氨脂等。均压措施是利用开区均压的原理，降低工作面两端（即进、回风侧）压差，从而减少漏风，这些起到防止或减少采空区二氧化碳泄漏的作用。
2、注浆防灭火
（1）采用3NB-150/30-11型移动式注浆装置（厂家：鸡西同达钻探机械厂，出厂日期：2010年8月，功率：11kW，额定压力：3Mpa，额定流量：150L/min，重量：500kg）进行注浆。
（2）注浆设计
①注浆系统选择
我矿生产相对集中，本设计采用集中注浆系统，在井下-465大巷3#联络巷建立一个移动注浆站为全矿井服务。
②注浆材料
注浆材料采用黄土。③注浆工艺流程
黄土→泥浆搅拌池（搅拌机）→贮浆池（筛子）→泥浆泵→注浆管→采空区或高温点。
（3）注浆方法
管路敷设：总管由-465大巷3#联络巷进入-465胶带大巷，经各
采区集中运输巷进入各采区回采工作面。
注浆方法采用埋管注浆法，在采空区预先铺好注浆管(一般预埋5～8m钢管)，预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶管长一般为20～30m，注浆随工作面的推进，用回柱绞车逐渐牵引注浆管，牵引一定距离灌一次浆，要求工作面采空区能灌到足够的泥浆。在注浆区下部进行采掘时，要对上部注浆区进行探放，探放积存浆水措施同探放水措施。
利用钻孔向采空区内注浆，采空区封闭后，在密闭墙上插管注浆，防止停采线遗煤自燃。
二、阻化剂防灭火
1、目前我矿使用的阻化剂有：氯化钙（ＣaCl 2:Ｈ2０）、氯化镁（MgＣl2:６Ｈ2Ｏ)、及粉煤灰等。
2、应用阻化剂防火的方法是：铺撒采空区遗煤煤层表面、停采线附近喷洒、用钻孔向煤体压注阻化剂液、经过注浆管路向采空区压注。
第四节 均压通风防灭火
煤炭自燃的条件之一是由于采空区或煤柱裂隙中存在长期连续的漏风，要减少这种漏风有两种途径：一是在所有漏风通道上构筑高质量的密闭墙，二是设法减少漏风通道两端的相对压差，可用调节风窗调压。
采空区均压措施：
根据我矿的具体条件，因地制宜，充分利用现有巷道系统，以改变（增减或移动）通风设施的位置，调整通风路线，从而改变采空区进、回风巷道系统的压力分布，使进、回风侧巷道中的空气压力基本平衡。具体做法可灵活多样，但其基本原则是：首先切断采空区与集
中回风巷或总回风巷的联系，然后使原来在回风侧的密闭墙与该系统的进风巷道相连通，这样，一方面可以消除主扇对该系统的负压作用，减少进、回风侧的风压差，同时使大部分漏风不经过密闭区而短路排入回风侧。
第五节 应用防灭火新材料技术
一、罗克休泡沫材料的应用
1、材料性能
罗克休泡沫材料由树脂和催化剂以容积比4：1混合而成，发生快速反应生成罗克休泡沫状流体，膨胀到原体积的25倍后而快速硬化，变成黄褐色泡沫胶体，此胶体具有良好的抗压能力及突出的抗静电性能和耐火等级，由于膨胀力的作用罗克休泡沫未硬化前能渗透到裂隙的空间，达到粘接堵漏的目地。
2、准备工作
施工现场首先接好压风管路，作为专用注射泵的动力源，要求供风压力为2-7KPa，空压流量不得低于2m3/min。备足原料、专用清洗剂和水，准备足够的棉纱和木锲用来防止泡沫流体顺裂隙外溢造成闭内空虚和浪费。
3、施工步骤及注意事项
⑴当工作面回撤完毕后，首先在距封堵地点5—10米处建两道木板墙或密闭，板墙间距为0.5—0.6米为宜，木板墙要求压茬严密，特别要注意与顶帮接触严密，顶部要留有注射枪孔和泄压孔，以备在两个板墙之间充填罗克休泡沫材料。
⑵注射前首先检查注射枪、注射软管和吸料软管状态是否良好、畅通，固定好注射枪后，然后开启注射泵，在负压的作用下，树脂和催化剂经注射枪瞬间混合后，向两个板墙间注入罗克休泡沫材料，由
人工分别向两个料箱内及时添加树脂和催化剂原料，通过调整进料阀门的大小控制流量，正常情况下，树脂和催化剂的比例为4：1，两种材料混合后的凝固时间约为3—4分钟（可通过调整催化剂的流量来选择凝固时间）。注射过程中，应时刻注意观察外道板墙的上部留设的泄压孔，当泄压孔溢出泡沫时，表明板墙间隙已充满，此时，即可停泵封堵泄压孔口。随即用清洗剂清洗气泵和附件，以备重复使用。
⑶由于罗克休泡沫材料具有微毒性，要求专职操作人员应佩戴眼睛、手套等防护用具，由 3-4人配合施工。
第六节 监测监控和束管系统一、安全监测监控系统
煤矿安全监测监控系统主要用于对煤矿矿井下的有害、有毒、易燃易爆气体和各种机电设备运行状态的监测和控制。该系统主要由微机、主机、终端、调制解调器、智能分站、瓦斯传感器、压力传感器、温湿度传感器、风速传感器和瓦斯电/风电闭锁控制信号等组成。微机实时采集并显示瓦斯浓度值和风速值，根据设定的瓦斯和风速的上下限值进行实时报警和打印，智能分站中的高性能单片计算机将瓦斯传感器、风速传感器、顶板压力传感器、位置信号输出的频率信号转换成智能数据包并进行分析，分析结果转换成瓦斯电/风电闭锁控制信号，继而控制现场磁力开关来达到瓦斯电/风电闭锁控制的目的。
利用安装的KJ70N安全监控系统，在每个监测点、工作面回风隅角或密闭前安设负压传感器、温度传感器、风速传感器、一氧化碳传感器，由监控主机实时采集数据。并保持记录。做出曲线图，以便及时发现异常变化或突变。做到防范未燃。对已经出现异常的区域根据相关的处理措施采取安设相关的传感器办法。具体作法如下：
1、如果调风压，就安设压差传感器，实时监测异常区的风压情
况。做到第一时间知道调整的情况。并做到精调、细调。
2、如果想时刻监控回风流中的一氧化碳含量情况，就可安设一氧化碳传感器，避免人员测量出现的危险性。
3、如果想知道闭前温度变化情况，可在闭前安设温度传感器。在对重点区域、或出现异常的区域可以采取安设多种传感器的方式，对环境参数进综合实时测量，这能更好的实现对环境的监控，更准确的对异常区域的气体情况进行判断。能更好的针对异常区域采取更有利的防范措施。
4、另外可利用监控系统的实时显示监测数据模式或全部数据显示、模拟量显示、数字量显示，做出数据分析。利用监控动态图形象化的显示异常区的环境气体情况。
5、利用监控系统可查询传感器的安装位置、本区域当前环境中各种气体浓度值，历史记录等。还可以设置气体报警门限，如果气体出现异常，系统自动闪烁报警，同时对报警次数有累计功能。
二、束管监测系统
1、每一工作面安装生产时，必须同时安装束管监测系统。利用A4085束管监测系统，沿综放面回风巷道敷设束管至回风隅角，取样器设在工作面上隅角附近，对工作面气体含量定期抽样分析，及时掌握工作面气体变化情况。采取自动取样和人工取样相结合的方式，每周取样分析一次回风隅角内和回风流中的气体情况，利用A4085束管监测系统对采掘工作面和采空区实施24小时监测。
2、利用色谱分析仪对束管和取样气体进行分析，取样时同时测量取样地点的温度，建立分析台帐，并将气体分析报告及时报分管领导，实行预测预报。
3、每班由瓦斯检查员对工作面进行包括瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、氧气的气体及温度的检查，检查情况写入瓦斯检查牌板，并汇
报。
4、对监测数据进行及时分析，发现温度上升明显，有芳香族碳氢化合物、回风流中一氧化碳超过0.0024%或某点的一氧化碳增加较快时，要及时采取防灭火措施或组织撤人等。
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