最新礦井防滅火設計參考樣本(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 手段，主要采用C0、0C0CH4等便攜式檢測儀和溫度計，由人工直接在測點進行氣體和溫度檢測，并定期采集氣樣送地面進行氣相色譜分析。此方法實用性較強，投入設備少，簡單易行，但人工取樣工作量大，間隔時間長。（1）巷道中出現霧汽或巷壁“掛汗”；（2）風流中出現火災氣味，如煤油味、松香味、臭味等；（3）從煤炭自燃點流出的水和空氣較正常的溫度高；（4）當空氣中有毒有害氣體濃度增加時，人們有不舒服的感覺，如頭痛、頭暈、精神疲乏等。（1）有下列情況之一者，定為自燃發火①煤炭自燃出現明火、火災煙霧、煤油味等；②煤炭自燃使環境空氣、煤層圍巖及其它介質溫度升高并超過70℃；③采空區或風流中出現一氧化碳（C0），其濃度已超過礦井實際統計的臨界指標，并有上升趨勢。（2）有下列情況之一者，定為自燃發火隱患①采空區或巷道風流中出現一氧化碳，其發生量呈上升趨勢，但尚未達到礦井實際統計的臨界指標；②風流中出現二氧化碳（C02），其發生量呈上升趨勢，但尚未達到礦井實際統計的臨界指標；③煤炭、圍巖及空氣和水的溫度升高，并超過正常溫度，但尚未達到70℃；風流中氧（02）濃度降低，其消耗量呈上升趨勢。（1）采煤工作面進回風隅角、進回風順槽、支架間和煤巷掘進工作面，瓦檢員每班兩次檢查氣體情況，發現C0、0C02或溫度出現異常，增加檢測頻次，并及時匯報。（2）閉墻觀測孔和防火墻外，瓦檢員每周檢查一次氣體情況，并采集氣樣送地面進行化驗分析。（3）采區回風巷、總回風巷，瓦檢員每周檢查一次，若發現異常，采集氣樣送地面進行化驗分析。（4）沿空巷道觀測孔，嚴格按專項防滅火技術措施執行，但至少每周檢查一次。（5）其他臨時觀測地點，如巷道高冒區、斷層帶附近等，嚴格按專項防滅火技術措施執行。第二節 注漿防滅火系統一、工作機理注漿滅火技術是將水和不燃性固體材料（黃土、粉煤灰等）按一定比例制成泥漿，利用礦井的高度差（靜壓）或泥漿泵（動壓）通過鉆孔或管路輸送至火點，泥漿中的固體物沉淀下來，部分水則流到巷道中排出。某某 煤礦煤礦開采的3煤為厚煤層，屬自燃煤層，放頂煤采煤工藝容易使采空區遺煤較多，漏風較大，自然發火危險性大，預防性灌漿可充分利用漿液的滲透作用和粘著力可使漿液覆蓋在煤體表面，其中的固體物沉淀后可充填于浮煤縫隙之間，包裹浮煤，從而隔絕氧氣與煤體的接觸，防止氧化；同時漿液中的水分有助于增加煤的外在水分，抑制煤自熱氧化的發展，有利于已經自熱煤體的冷卻降溫、散熱；對防止煤炭自然發火十分有效，因此設計以灌漿防滅火系統。二、注漿防滅火系統基本要求（一）對選用的灌漿材料種類及其性能進行分析；（二）給出主要灌漿參數、漿液的制備方法、注漿方法；（三）對輸送漿液的管路系統進行計算和布置；（四）給出礦井灌漿防滅火效果考察指標；（五）礦井灌漿防滅火安全措施。三、注漿材料選擇、注漿參數及注漿量（一）注漿材料必須滿足以下要求：不含可燃物或助燃物；粒徑直徑小于2mm，細小粒子（粒徑直徑小于1mm）占75%；主要物理性能指標：～，塑性指數9～14，膠體混合物25～30%，含砂量25～30%；易脫水，又具有一定的穩定性；具有能與較少的水混合成漿液的能力，運輸時不堵塞管路或泥漿池；便于開采、運輸和制備，來源廣，成本低。目前煤礦常用的注漿材料主要有：黃土、電廠粉煤灰、煤矸石粉、頁巖、尾礦等。礦區內有發電廠，粉煤灰資源豐富，且可降低處理粉煤灰產生的環保費用，水源可利用洗煤廠的洗煤污水進行制漿，壓注粉煤灰漿的條件極為有利。（二）注漿參數（1）防火注漿吸水為312%，滅火注漿系數相應加大。采用粉煤灰漿防火時，注漿系數為515%。某某 煤礦煤礦取7%。（2）制作漿液時，水灰比（漿中水的體積和粉煤灰的體積比）的確定和控制是非常重要的，水灰比越小，灌漿效果越好，但輸送困難，容易堵塞漿管；反之，防火效果差且排水工作量大。通常，水灰比應根據泥漿的輸送距離、煤層傾角和灰漿用途等因素進行確定。一般運漿距離短、煤層傾角大且灰漿用于普通灌漿時水灰比較小些。如在傾角為10176。～25176。的煤層中，水灰比取1：5～1:6；在傾角25176。～40176。以上的煤層中，水灰比取1:3～1:5。某某 煤礦煤礦壓注粉煤灰漿的水灰比取1:4，如灰漿用于巷道充填，則在此基礎上按需求提高水灰比。注漿站在原則上應與礦井工作制度相配合，某某 煤礦煤煤礦井下“四六”工作制，地面“三八”工作制。正常生產時，注漿站為三班注漿，每班8h。（三）注漿量計算Q材=KmLHC式中：Q材——日注漿所需注漿材料量，m3/d；m——煤層采高，m；；L——工作面日推時度，m/d，L＝；H——注漿區的傾斜長度，m，3煤回采工作面長180m；K——注漿系數，為注漿、材料的固體積與需要注漿的采空區容積之比，取7%； C采煤工作面回采率。3煤一個回采面日需灌漿材料量為：Q材1＝200＝（m3/d）Q材2＝αQ材1式中：Q材2——日注漿所需實際需注漿材料量，m3/d；α——取料系數（考慮雜質和開采運輸損失，取α=）；Q材1——意義同上。Q材2＝＝=（m3/d）Q水1=Q材1δ式中：Q水1——制漿用水量，m3/d；δ——水固比。根據經驗水灰比取1：4，則δ=4。Q水1＝Q材1δ＝＝（m3/d）Q水2=K水Q水1式中：Q水2——日注漿用水量，m3/d；K水——用于沖洗管路防止堵塞的水量備用系數。Q水2=＝（m3/d）Q漿1=（Q水2+Q土）M式中：Q漿1——日注漿量，m3/d；M——泥漿制成率，；Q漿1＝（＋）＝（m3/d）Q漿2=Q漿1/nt式中：Q漿2——每小時注漿量，m3/h；n——每日注漿班數，取3班/d；t——每班注漿時間，取8h/班。Q漿2＝（24）＝四、注漿系統、施工工藝及系統設備信息根據我國各礦區使用的注漿系統，基本上可歸為地面固定式集中注漿系統和井下移動式注漿系統兩類。地面固定式集中注漿系統是在礦井工業場地或風井等場地設立集中注漿站，為全礦服務，雖然初期投資較大、管路較長、占地較大，但具有注漿量大、工作集中、管理方便、效率高等優點，因此，某某 煤礦煤礦選擇在礦區發電廠和礦井回風斜井東風井布置地面固定式集中注漿系統。（一）制漿將粉煤灰運至存儲倉，由蝶閥和鎖氣器控制輸送量，由螺旋運輸機將粉煤灰運至濕式攪拌機加水攪拌，流入漿池中，此過程中控制離心泵和控水閥門，使粉煤灰漿達到預想配比，并加入適量懸浮劑，延長粉煤灰固體顆粒沉淀時間，漿池中，另一臺攪拌機工作，打散大直徑固體顆粒，使漿液均勻。1—存儲倉；2—手動蝶閥；3—電動鎖氣器；4—螺旋運輸機；5—濕式攪拌機；6—離心泵；7—移動攪拌機；8—漿池；9—注漿立孔制漿示意圖（二）注漿漿液制成后，從漿池由地面鉆孔進入井下注漿管路，此時，在另一個漿池重復制漿過程，兩個漿池交替使用，滿足注漿需要。停止注漿后，需用清水清洗漿池，并沖刷井下注漿管路，此過程可使用離心泵加壓，防止粉煤灰過早沉淀導致漿管內徑逐漸變小，最終堵塞。（三）設備信息設備型號流量功率備注數量D371J1對夾式蝶閥手動，1電動鎖氣器80m3/h電動，1LS630螺旋運輸機100t/h22kw輸送粉煤灰2JS100雙軸濕式攪拌機22kw攪拌制漿2LBJ攪拌機攪拌均勻24離心泵37kw加水，加壓2五、井下注漿方法分為采前注漿、隨采隨注漿和采后注漿三種方法。（一）采前注漿在煤未開采之前即對煤層進行注漿，適用于老空區過多、自然發火嚴重的礦井。（二）隨采隨注漿隨著采煤工作面推進的同時，向采空區注漿，包括鉆孔注漿、埋漿管注漿和灑漿。在開采煤層附近用已有的巷道或專用注漿巷道，每隔一定距離，向采空區施工注漿孔進行注漿。鉆孔一般應深入采空區5m左右，并且在鉆孔施工完成后立即在孔鉆內下套管。注漿鉆孔與工作面的距離不宜過遠或過近，距離太近，注漿區域受限，距離太遠，會因采空區內受采動壓力影響壓實空間而給注漿帶來困難。階段垂高不能太大，否則灰漿不能均勻的流淌到采空區下部。鉆孔注漿如下圖所示。1—底板防火巷；2—回風巷；3—鉆孔；4—進風巷放頂前，沿工作面回風巷道向采空區預先鋪設注漿管路，放頂后即行注漿。隨著工作面向前推進，用回柱絞車逐漸向外牽引注漿管，前移一段距離后繼續注漿。從注漿管路用膠管接出一支路，沿傾斜方向向采空區灑漿，可使采空區垮落的矸石或遺留煤炭被灰漿包起來。埋管注漿如下圖所示。1—注漿管；2—預埋漿管；3—膠管（三）采后注漿當采煤工作面全部采完后，將整個采空區封閉，向采空區內注漿。在鄰近巷道施工鉆孔，向采空區分段進行注漿，在采空區周圍形成保護帶。該方法在自然發火嚴重的礦井不易采用，多用于自然發火期較長的煤層，優點是：與生產不交叉，注漿工作不受回采工作的限制。 （四）根據某某 煤礦煤礦生產特點及煤層性質，采用采前對沿空側預防性注漿和采后注漿。六、管路布置（一）注漿方式注漿方式有兩種，即靜壓注漿和動壓注漿。靜壓注漿是利用制漿點與注漿地點標高不同而產生的自然壓差，借助輸漿管路（鉆孔）將泥漿輸送到注漿區，最后通過（鉆孔）采空區埋管將泥漿注入采空區內。由于某某 煤礦煤礦開采垂深超過350m，該垂深完全能滿足靜壓輸注漿的要求，因此設計采用靜壓輸漿方式。（二）注漿管路布置對于某某 煤礦煤礦，工作面采空區是自然發火最危險的區域，因此，注漿主管路主要針對工作面采空區進行鋪設。其它地點的注漿，則根據需要從主管路上分叉連接。粉煤灰注漿站注漿管路鋪設為：地面制漿池→井下鉆孔→中翼底車場→東、西翼軌道大巷→各采區石門→聯絡巷→采煤工作面進、回風順槽→采空區。粉煤灰注漿站注漿管路鋪設為：地面制漿池→東風井立管→東風井底→東、西翼軌道大巷→各采區石門→聯絡巷→采煤工作面進、回風順槽→采空區。地面制漿池至東西一軌道大巷管路均為Φ159mm無縫鋼管，采區石門及聯絡巷為Φ108mm無縫鋼管，采煤工作面順槽至采空區以Φ89mm無縫鋼管連接。七、注漿管理為了使注漿防滅火工作取得預期的效果，加強管理是不可缺少的重要環節。（一）注漿防滅火效果考察派專人定期檢測注漿滅火區、注漿防火工作面及其采空區內的氣溫、煤溫和出水溫度，利用測溫光纜對重點區域進行在線連續檢測。利用火災束管監測系統和地面氣體分析實驗室定期對注漿防火區域進行氣體成分的監測。氣體分析成份主要有：氧氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烯。采集氣體的地點為：回采工作面的采空區束管監測點、回風巷、回風隅角；通向采空區的密閉墻內側或鉆孔內；其它需要的地點。采集氣體的時間為：注漿防火期間每天連續抽氣不少于6小時；回采工作面或其它地點在發火期間(未封閉的情況下)全天抽氣化驗；滅火封閉區域內全天抽氣化驗。（二）注漿前后防止潰漿、透水事故的安全措施。灌漿材料應滿足相關規定的要求，嚴格控制漿液泥水比，并控制灌漿量不使過大。，詳細記錄注入和排出的水量，發現差值較大時，必須查明原因，采取相應措施。處理方法有：（1）采用間斷性注漿；（2）在泥漿中加入適量砂子填塞漏水通路；（3）提高泥漿濃度；（4）移動注漿管口位置，改變漿液流動路線。，用來隔開注漿區和工作區。而且要求注漿密閉有一定的強度，防止潰漿事故發生，并在閉墻設置反水池或“U”型導水管用來卸水壓。，防止地表水流入。（回采）之前，必須檢查注漿區域有無積水，保證回采工作不受積水影響。（三） 建立健全注漿記錄臺帳各項記錄臺帳是注漿管理工作中關鍵的原始資料，是分析注漿工作的基礎。其中包括：注漿區位置、鉆孔工程記錄臺帳；注漿工程記錄臺帳；防火墻工程記錄臺帳；氣體分析記錄臺帳等。第三節 注氮系統一、概述氮氣是一種無毒的惰性氣體，隨著空氣中氮氣含量的增加，氧氣含量必然降低。當氧氣含量低到5～10％時，可抑制煤炭的氧化自燃；氧氣含量降至3％以下時，可以完全抑制煤炭等可燃物的陰燃與復燃。用氮氣防滅火和阻止瓦斯爆炸的過程稱為惰化，惰化后的火區因氧氣不足而不能燃燒和爆炸。氮氣的防滅火作用，即是使采空區等有關區域惰化。氮氣的防滅火作用和特點是：（一）氮氣可以占據空間排擠氧氣，使火區中因氧含量不足而將火源熄滅，或者使采空區中因氧含量不足而使遺煤不能氧化自燃；（二）在有瓦斯和火存在的氣體爆炸危險區內，注入氮氣能使可燃性氣體失去爆炸性；（三）向采空區或火區中大量注入氮氣后，可以增加采空區相對壓力，致使新鮮空氣難以漏入；（四）氮氣防滅火必須與均壓和其它堵漏風措施配合應用。否則，如果注入氮氣的采空區或火區漏風嚴重，氮氣必然隨漏風流失，難以起到防滅火作用。基于上述氮氣的性質及煤的氧化機理，向采空區及遺煤帶注入氮氣，使其滲入到采空區冒落區、裂隙帶及遺煤帶，降低這些區域的氧含量，形成氮氣惰化帶，從而達到抑制采空區自燃和安全開采的目的。礦井采用地面固定式制氮設備生產的氮氣，經井上下輸氮管路送達采空區內或火區內。該系統的優點是制氮設備的產氮能力大，滅火速度快。二、注氮設備礦井注氮系統是由GA（SA）螺桿式空壓機、8M3空氣緩沖罐、KMDS5000型膜制氮機、終端在線檢測儀表及井下管網構成的系統，在地面使用制氮系統，利用井下管網（與注漿管路公用）輸送到使用地點。其中制氮機型號KMDS5000，額定流量600m3/h，工作壓力≥，制氮氣濃度≥97%，滿足防滅火工作要求。三、注氮防滅火惰化指標（一）采空區惰化氧濃度指標不大于煤自然臨界氧濃度。（二）惰化滅火氧濃度指標不大于3%。（三）惰化抑制瓦斯爆炸氧濃度指標小于7%四、注氮管路布置礦井注氮裝置安設在粉煤灰注漿站，注氮管路與注漿系統共用一條管路。五、礦井注氮工藝及方法（一）注氮工藝