a5矿井防灭火

唐公沟矿技术改造初步设计安全专篇（修改） 第五章 矿井防灭火

第五章 矿井防灭火

第一节 概 况

根据储量复核报告，唐公沟矿开采的煤层为容易自燃煤层，煤层自燃发火期为2～3个月。唐公沟1号井南翼4-2中煤层曾于92年发生过一次自然发火事故。

本矿煤层自燃资料来源于储量复核报告和生产矿井的实测资料，因此，来源可靠、准确，可以作为本设计的依据。建议矿井建设和生产中应按规定进行煤层自燃倾向性鉴定。

矿井火灾分为内因火灾和外因火灾，内因火灾是由煤层自燃引起的火灾，外因火灾是由外部火源，如明火、电缆着火、电弧火花、瓦斯或煤尘爆炸、放炮等引起的火灾。矿井火灾的主要危害有产生大量的有害气体，引起瓦斯和煤尘爆炸、毁坏设备和资源并造成重大伤亡事故。

根据矿井防灭火要求的注氮量，经综合技术经济比较后，推荐机动灵活，使用方便，管材及安装费用低，损耗小，运行费用低的井下移动膜分离式制氮系统。

第二节 开采煤层自燃预测及防治措施

一、煤的自燃分析预测

影响煤层自燃发火，除决定于煤层的开采技术（包括开拓方式、

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巷道布置、采煤方法、开采方式、开采顺序、顶板管理、通风方式、通风系统、通风强度等）因素外，还与煤层的内在因素有关。这些内在因素对煤层的自燃倾向性影响很大，主要包括煤的化学成分及变质程度、孔隙率、地质构造和内生裂隙、水分、炭化程度、煤岩组分、硫磷含量、瓦斯含量、吸氧速度、温度等。

根据地质报告鉴定成果，结合本矿井和邻近生产矿井实际情况分析，本矿井各煤层均具自燃倾向，因此设计按容易自燃煤层进行设防。深部煤层的自燃倾向性是否随着开采深度的变化而有所改变，需在生产中重新进行自燃倾向性鉴定，为经济合理的防治自然发火提供技术依据。

二、煤层的自燃预防措施 （一）开拓开采方面的措施 1、巷道布置

本矿井采用斜井平硐综合开拓方式，主要开拓巷道包括井筒、石门、大巷等巷道。井筒布置在岩层中，石门、大巷布置在煤层中，支护形式采用挂网锚喷，开拓巷道均考虑了封闭措施，并要求加强维护，严防冒顶。矿井在生产和建设过程中，应根据煤层的暴露情况合理调整煤层巷道的支护形式，原则是：及时封闭暴露的煤层或尽量缩短暴露时间，从而减轻煤层自燃的可能性和煤层瓦斯的涌出。尽量不掘和少掘设计外的辅助性巷道，及时密闭采空区和废弃巷道，以避免风流紊乱、串风并减少漏风，从而达到预防煤层自燃的目的。

2、采煤方法

本矿井采用长壁一次采全高综采采煤方法，全部陷落法管理顶板。工作面采用后退式回采方式。

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工作面采用综合机械化采煤设备，开采过程中可以提高资源回采率，降低故障率，加快推进速度，在自然发火期内回采完毕，采后立即封闭采空区，在时间和空间上减少了煤炭的氧化，降低了自然发火的可能。

开采时，尽量减少采空区残煤，尽量少留煤柱，提高资源回采率，浮煤要清理干净，以利于预防采空区煤层自燃。及时密闭采空区和受采动影响的不可采煤层，提高封闭墙质量，建立封闭管理台帐，定期（7天）检查墙内外的气温变化。

合理进行顶板管理，使采空区尽快压实。对地面塌陷区应及时进行填实，减少漏风。

生产中，综采工作面应编制专门防火设计和开采规程，并遵守有关规范或规定。

（二）通风方面的措施

根据矿井开拓开采布局，矿井初期采用中央并列式通风，系统简单。矿井生产能力较大，设计要求采取加强管理，控制内部漏风，降低通风阻力等综合措施（详见第二章）。

回采工作面为长壁后退式回采方式，全负压“U”形通风方法，进回风顺槽平直，支护强度良好，通风阻力小，工作面至停采线后要及时撤出所有设备、设施并进行密闭，避免向采空区漏风。

井下各风门、风量调节设施等位置进行了合理设置，以尽量降低负压，控制漏风。

主要通风机设有反风装置，可满足全矿井反风要求，工作面顺槽及相关巷道，均设有反风风门及通风巷道可实现采区或工作面反风。

（三） 监测方面的措施

矿井采用KJ4-2000型安全监测监控系统，其中含有温度、一氧

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化炭、风速、负压、烟雾、瓦斯、粉尘等环境监测探头和报警装置。同时，在回采工作面设置了火灾预报束管监测系统，并纳入了全矿井安全监测监控系统。详见第八章。

胶带机硐室设有DMH型自动灭火系统。

三、防灭火方法

回采工作面存在多种发火因素，矿井能否安全回采，防灭火是关键之一。根据设计依据的盘区主要参数，设计对灌浆防灭火和惰性气体防灭火系统进行了综合比较。

黄泥灌浆防灭火方式在我国许多矿区的生产矿井中广泛采用，该系统设备投资省，系统简单，但占地面积大，运行费用高，破坏水土资源，更重要的是由于工农关系和购地、管理等问题，使其防火系统运营费较高。

矸石制浆防火系统，虽然可以减少环境污染，节省购地费用，但系统复杂，所需辅助人员多，能耗大，且本矿井井下基本为煤层巷道，矿井矸石量很小，难以保证系统的长期稳定运行。所以，此方案暂不予推荐。

惰性气体防火系统，国内外常用的惰性气体有氮气和二氧化碳 。 二氧化碳防灭火，是通过MKY-360型CO2发生器（组）将两种化学原料发生反应产生的CO2，经管路向井下采空区或掘进工作面灌注，用CO2充满密闭着火区，起到吸热、降温、窒息、灭火的效果。该方案优点是使用过程中不用电，产气速度快，产气浓度高，产气中不含氧气成份，产气温度低，有利于吸热降温，不产生二次污染，设备投资较少；但该方案原料消耗多，劳动强度大，实际运行费用并不低，且目前主要用于矿井灭火，对矿井防火还需进一步调查研究。

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注氮防灭火，是通过高压制氮机将压缩空气制成氮气，经管路向井下采空区灌注，使该区域内空气隋化，氧气浓度小于煤自然发火的临界氧浓度，从而防止煤氧化自燃或使己形成的火区窒息。该方案优点是系统简单，不需购地，使用方便，接通电源即可运行。

因此，设计推荐采用注氮防灭火系统。根据本矿井的开拓开采方式，国内目前常用井下移动式制氮系统可随着采煤工作面推进，利用停采线与大巷间的各顺槽及联络巷，将该设备布置在工作面附近，节省了管路投资和井巷投资，以减低运营费及方便操作。所以设计推荐井下移动式制氮设备。

1、氮气防灭火的技术要求

本设计将氮气用作预防性注氮，同时考虑灭火注氮。日常根据需要进行预防性注氮，当发现有火灾征兆时，采用连续注氮直到征兆消除。

2、设计依据

矿井气候条件、开拓方式、盘区布置、开采深度、采煤方法、工作面风量、煤层赋存条件、地质构造、自然条件等详见本章前文及第一章相关内容。

3、注氮工艺系统及设备 （1）注氮工艺系统及布置

根据矿井防灭火要求的注氮量，可研设计中对深冷空分式、变压吸附式和膜分离式制氮设备及地面集中式和井下移动式制氮系统均进行了比较，经综合技术经济比较后，推荐机动灵活，使用方便，管材及安装费用低，损耗小，运行费用低的井下移动膜分离式制氮系统。

（2）注氮参数 ①注氮防灭火隋化指标

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注氮防火隋化，注氮后采空区域内氧气浓度不得大于7%。 注氮灭火隋化，采空区域内氧气浓度不得大于4%。 ②注氮量

a.按采出的空间，即在单位时间内注氮充满采煤所形成的空间计算注氮量

使氧气浓度降到惰化指标以下计算注氮量

Qn=[A/(1440ρtn1n2)] ×(C1/C2-1) 式中：A——年产量, 1500000t；

t——年工作日， 300d； ρ——煤的密度， 1.36t/m3； n1——管路输氮效率， 90%； n2——采空区注氮效率， 80%； C1——空气中氧的含量， 20.8%； C2——采空区防火隋化指标，7%；

Qn =[1500000/(1440×1.36×300×90%×80%)](20.8%/7%-1) =6.99m3/min（419.4m3/h）

b.按采空区氧化带氧含量计算注氮量

Qn= {( C1- C2)Qv}/(Cn+C2-1)

式中：

Qv——采空区氧化带漏风量，3.5m3/min； C1——采空区氧化带内原始氧的含量，20.8%； C2——注氮防火隋化指标，7%； Cn——注入氮气的浓度, 97%。 Qn ={(20.8%-7%)×3.5}/(97%+7%-1)

=12.08m3/min（725m3/h）

经计算，并结合国内外经验，本矿4-2中煤层工作面防灭火注氮

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量取800m3/h。矿井实际生产时，根据实际的防灭火效果，再进行调整。

（3）制氮设备选择

根据本矿井盘区布置及各工作面所需注氮量情况，结合国内采用注氮防灭火矿井的设计生产情况，并考虑到矿井注氮实际效果及一定的安全备用系数，确定本矿井初期选用DM-800型井下移动膜分离式制氮设备1套。其主要技术参数如下：

制氮量 Q=800 m3/h； 输出压力 P≥0.7 MPa； 氮气纯度 ≥97%；

装机容量 N 约280kW，其中附2台容量为132kW的空压机； 额定电压 U = 1140 V；

所需压缩空气随主机自带压缩空气设备供给，空压机采用风冷冷却。

每套制氮设备安放在四辆平板车上，设置在离工作面较近的辅助运输大巷与带式输送机巷的联络巷中，随工作面搬迁而移动。

（4）注氮管网 ①注氮管路系统

注氮管路敷设由制氮设备→各工作面带式输送机巷→采煤工作面→采空区氧化带。最远工作面顺槽长度1650m。

②管路选择

根据矿井井下工作面需要的注氮量和压力，经计算，输氮管路直径、壁厚选择如下：

综采工作面输送机巷管路直径取DN100mm，输氮管路选用D108×4型无缝钢管1趟。

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注氮管路均采用快速管接头连接。 ③注氮系统输送压力校验

根据注氮管路系统及工作面注氮量，按最远输送距离、最大输氮量，计算注氮管网初端所需绝对压力为

P1={0.0056（Qmax/1000）2Σ（D0/Di）5（λi/λ0）×Li+P22}1/2 ={0.0056(800/1000)2[(150/100)5(0.029/0.026)+0.33}1/2

=（0.0501+0.09）1/2

=0.374(MPa) ＜制氮设备输出压力0.7MPa 所选制氮设备满足要求。

注氮方式根据采空区中埋管气样分析结果而定。

为了减少矿井技改初期投资，制氮设备向集团公司租赁使用。 ④供配电及控制

井下制氮设备，由变电所一对一供电。

井下制氮设备，通过机械设备附带控制器的通讯接口，接入井下控制网，实现自动化监控，无人值守。

（5）注氮工艺

根据本矿井的开拓布置、发火周期和工作面开采情况，在采空区深部预埋注氮管道，在自然发火期之前或有火灾预兆时，进行连续注氮，使采空区深部的氧含量降到防火惰化指标以下，然后根据工作面推进等情况，对预埋管道进行拖移。

生产期间应对工作面采空区“三带”划分进行实际测定，依据测定的“三带”范围，确定采空区注氮阻化范围。

（6）注氮方式和防灭火方法

本设计将氮气用作预防性注氮，同时考虑灭火注氮。日常根据需

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要进行预防性注氮，当发现有火灾征兆时，采用连续注氮直到征兆消除。

根据矿井火灾发生的地点不同，灭火的方式也不同，按《煤矿安全规程》要求，编制专门设计，同时生产中应制定安全计划、措施、管理制度、作业规程等。

（7）注氮地点的安全通风量

注氮过程中，工作场所的氧气浓度不得低于18.5％，否则应立即停止作业撤除人员，同时降低注氮流量或停止注氮。注氮地点及与其相连巷道的安全通风量，按下式计算：

Q0?QN(CN?C1?1)C1?C2

式中：Q0——工作场所的安全通风量，m3／min： QN——最大氮气泄漏量，800m3／min； CN——泄漏氮气中的氮气浓度，97％；

C1——工作面或巷道中原始氧气浓度，一般取20．8％； C2——工作场所的安全氧浓度指标，18．5％。 经计算，此时的安全风量应为1.7m3/s，而本设计管路途径的主要巷道风量均大于或等于1.7m3/s。尽管如此，矿井生产中要制定输氮管路的安全施工、管理措施、制定注氮作业规程，同时应严格要求加以落实。

4、防灭火信息监测

根据矿井的灾害程度，本矿井井下设有煤自燃发火色谱监测系统。系统选用GC-85型矿井火灾多参数色谱监测系统。系统由自动取样器、专用色谱分析仪、色谱数据处理工作站以及束管采样单元组成。其中，自动取样器具有12路束管接口，数据处理工作站可控制自动取样器，循环采集各路束管的气样进行分析。同时，还留有手动进样

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口，可以分析人工采集的任何地点的气样。

该系统应用气相色谱技术，对煤层在自燃升温过程中产生的各种气体进行分析，监测煤层自燃过程。该系统可直接与井下束管连接，从井下12个监测点巡回自动取样分析，早期预报煤炭自燃发火，一旦发现有关指标超过或达到临界值等异常变化时立即发出预报。

四、其它综合防灭火措施

氮气防灭火必须与其它辅助防灭火措施相配合，采取以氮气防灭火为主的综合防灭火措施，才能取得好的防灭火效果。结合本矿实际，设计采取的其它综合措施。

1、堵漏

由于氮气防灭火要求注氮区域严密，因此必须采取各种措施对注氮区域进行堵漏。对巷道高冒区域巷道裂隙采取注浆或阻化凝胶外，还要对高帽高冒区进行填补封闭。工作面上、下隅角挂风帘，采空区后方不留任何尾巷，对工作面回风巷与邻近工作面的联系巷道和所有与采空区可能相通的联络巷应严格封密，工作面进风巷和回风巷尽量不设风量调节设施，减少巷道间风压差，以达到减少采空区漏风的目的。同时，建议生产期间对工作面采空区“三带”划分进行实际测定，为实施和调整采空区防火工艺提供可靠的科学依据。

2、加快工作面推进度

采空区次氧化带和氧化带长度一般为60～90m左右，为使在发火期内将浮煤甩入采空区窒熄带，应根据自燃发火期确定工作面推进度。根据邻近生产矿井经验，设计的4-2中煤工作面年推进度为1920m，能够满足要求。

3、工作面顺槽及开切眼防灭火

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机大巷等有火灾危险的大巷每隔50 m，煤层大巷、倾斜巷道每隔100 m，岩石大巷每隔300 m设置1个消火栓。机电硐室还须设置泡沫灭火器消防。

（4）矿井设有地面消防材料库，位于材料场附近，利用现有库房，库内储存有足够的消防材料和工具，使用后应及时补充。

（5）矿井设有井下消防材料库，位于主斜井井底和副平硐连接的通道处，消防材料库应按规定配备齐全相应的消防材料和设备，使用后应及时补充。

（6）井下机电硐室、检修硐室、材料库、使用胶带输送机或液力耦合器的巷道以及采掘工作面附近的巷道中均配备有手提式CO2灭火器。

2、防止井下爆破引发火灾的措施

（1）井下爆破材料必须选用正规厂家的合格产品，并经过检验后方可下井。

（2）井下爆破材料的使用必须严格管理，使用前由放炮员专人领取，当班未用完的必须送回发放室保存。

（3）必须采用毫秒电雷管，炮泥要填实，放炮前必须检测瓦斯等有害气体浓度，并对其周围物料进行清理，严禁堆放易燃易爆物品。严禁使用产生火焰的爆破材料和工艺。

3、地面下井所有管线均做防雷接地。为防止由于雷电波侵入、静电感应、管路带电等进入井下，所有下井管道、线路等均按规范要求做接地处理。

4、在井下清洗风动工具必须在专用硐室内进行。

其它如防止机械摩擦、撞击等引燃可燃物的措施详见第四章。

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四、井下消防洒水系统 详见第三章第二节。

五、井下防火构筑物

井下机电硐室设有防火栅栏两用门。井底车场设有消防材料库并按规定配备足够的消防材料。

六、火灾检测及防灭火装备

火灾检测及防灭火装备详见主要机电设备及器材目录。

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