煤业有限公司矿井防灭火专项设计.doc

大同煤矿集团圣厚源煤业有限公司矿井防灭火专项设计前 言矿井火灾是矿井的主要灾害之一，随着我国煤炭产量的不断增加，新建矿井的增多和开采强度、开采深度的增大，矿井防灭火问题显得尤为突出。据不完全统计，我国存在自燃发火危险的矿井已占到60%以上。每一场火灾的发生，轻则破坏煤矿开采的部署，干扰矿井的正常生产；重则烧毁煤炭资源和井下材料、设备；更有甚者可能引燃瓦斯煤尘爆炸，酿成人员伤亡的重大恶性事故，导致矿井的提前报废。重大恶性火灾事故造成政治、经济以及资源上的损失往往是难以估量的，对矿工情感上的伤害也非短期可以消除的。此外，由于矿井火灾造成土壤、水资源、植被、大气层的严重污染，威胁到人类生存的环境。在矿井火灾发生总数中，外因火灾所占比重较小，但其发生突然、发展迅猛，如果不能及时发现和控制，往往造成重大事故；内因火灾（自燃火灾）是由处在特定环境下的煤吸附氧气产生热量，并在一定条件下热量得以积聚而形成的，90%以上的矿井火灾属于内因火灾范畴，其发生和发展往往伴有一个孕育的过程，根据其征兆能够在早期发现，常常发生在人们难以进入的采空区内，一旦形成火灾，面积较大、温度较高，且火源位置难以确定，灭火比较困难。我国是少数几个以煤作为主要能源的国家之一，也是世界产煤大国。煤炭在我国一次能源消费中占76%，随着我国经济的快速发展，对煤炭的需求还会进一步增加，我国以煤为主要能源的生产和消费特征在今后相当长的时间内都不会改变。因此，近年来国家和企业对煤矿安全生产日益重视，加大了煤矿安全投入的强度，特别是对新建或改扩建矿井防灭火设施的设计、审查、验收等制定了较为完善的标准。同时，加强了对矿井防灭火新技术、新装备、新材料的研究和应用，极大地改善和提高了我国煤矿防灭火技术装备水平。大同煤矿集团圣厚源煤业有限公司为基建矿井，批准开采4#-11#号煤层，现部署开采4-1#煤层，生产能力为0.9Mt/a。根据山西省煤炭工业局综合测试中心对该矿4-1#、4-2#、9-1#、9-2#、11#煤层井下采样的煤自燃倾向性鉴定，结果表明该矿开采4-1#、4-2#、9-1#煤层自燃倾向性等级为级，属容易自燃煤层；9-2#、11#煤层自燃倾向性等级为级，属自燃煤层。根据煤矿安全规程第二百三十二条和国家安全监管总局国家煤矿安监局关于加强煤矿防灭火工作的通知（安监总煤行2008161号）的规定，开采容易自燃和自燃煤层时，必须编制相应的防灭火设计，采取综合防灭火措施，防止自然发火。因此，大同煤矿集团圣厚源煤业有限公司委托山西源通煤矿工程设计有限公司根据矿井各煤层赋存状况、采煤方法、巷道布置、巷道支护、通风系统等实际情况开展矿井防灭火技术及装备的研究，选用先进、实用的防灭火方法，编制大同煤矿集团圣厚源煤业有限公司矿井防灭火专项设计，科学合理地制定有效的防灭火措施，指导矿井防灭火工作，保证矿井的安全生产。一、设计的依据1、山西源通煤矿工程设计有限公司2011年5月编制的大同煤矿集团圣厚源煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计；2、2011年5月山西省煤炭工业厅晋煤办基发2011815号文“大同煤矿集团圣厚源煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计的批复”；3、山西源通煤矿工程设计有限公司2011年6月编制的大同煤矿集团圣厚源煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计安全专篇；4、山西煤矿安全监察局朔州监察分局2012年8月下发的朔煤监监察字201151号关于大同煤矿集团圣厚源煤业有限公司煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计安全专篇的批复；5、煤矿安全规程2012年版； 6、矿井防灭火规范（试行），煤安字（1988）第237号； 7、煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范，AQ1055-2008；8、国家安全监管总局国家煤矿安监局关于加强煤矿防灭火工作的通知，安监总煤行2008161号；9、煤炭工业矿井设计规范，GB50215-2005；10、煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范(试行)，安监总煤装201133号；11、煤矿自然发火标志气体色谱分析及指标气体优选方法，AQ/T1019-2006；12、煤矿自然发火束管监测系统通用技术条件，MT/T757-1997；13、煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范，AQ1029-2007；14、煤矿安全监控系统通用技术要求，AQ6201-2006；15、煤矿灌浆防灭火技术规范，MT/T702-1997；16、矿山救护规程，AQ1008-2007；17、矿井密闭防灭火技术规范，MT/T698-1997；18、煤矿用氮气防灭火技术规范（MT/T 699-1997）；19、矿井通风安全装备标准，MT/T5016-1996；20、煤矿采空区阻化汽雾防火技术规范，MT/T 699-1997；21、 国家和地方政府有关煤炭工业生产的法律、法规、技术政策等；22、煤自燃倾向性鉴定报告，编号为晋煤检2011-0603-MR-F0602和-F0424。二、设计的指导思想此次矿井防灭火专项设计坚持“安全第一、预防为主、防治结合、技术可行、经济合理”的原则，严格遵循国家相关规程、规范、规定，根据圣厚源煤业煤层赋存状况、开拓开采工艺和当地实际情况，认真分析矿井生产各环节过程中可能引起火灾的各种因素，结合目前国内外矿井防灭火技术现状及发展方向，借鉴国内外先进的设计思想，从提高矿井的防灭火技术、装备水平及抗灾能力出发，积极采用新技术、新工艺、新设备，建立健全该矿的防灭火系统，完善矿井火灾防治技术措施及装备，从而保证矿井的安全生产，防止矿井火灾事故的发生。三、设计的主要内容圣厚源煤业批采4#-11#煤层，各煤层自燃倾向性等级属-级，为容易自燃-自燃煤层。因此本次“矿井防灭火专项设计”针对本矿所有煤层进行设计和编制。本设计方案在分析各煤层地质情况、开拓开采方式、矿井通风状况的基础上，评价了各煤层自燃风险和分析了该矿各煤层自然发火的一般规律后，确定各煤层自燃火灾防治的重点，结合目前国内外矿井火灾防治的技术现状，优选出各煤自燃标志性气体，建立健全各煤自燃早期预测预报系统，各煤层自燃综合防治系统及外因火灾防治综合技术措施，及时准确的发现火灾隐患，指导现场防灭火工作的具体实施，同时健全和完善矿井防灭火的安全管理工作制度，确保矿井的安全生产。四、存在主要问题及建议1、本设计是依据现有的矿井采区设计、巷道开拓情况及通风系统进行的；2、由于没有完全掌握该矿煤层自燃的特点和规律，建议在开采过程中，进一步对各煤层防灭火资料进行收集、整理，掌握各煤层自燃的特点和规律，建立一支技术过硬的防灭火队伍。3、设计中的部分参数是在经验的基础上就大选取，以保证满足矿井需要，建议矿方在今后的防灭火实践中进一步总结规律，修正参数，调整设计，进一步适应圣厚源煤业矿井防灭火技术需要。山西安煤矿业设计工程有限公司 - 20 -1 矿井概况及安全条件1.1 井田概况1.1.1位置及交通 大同煤矿集团圣厚源煤业有限公司井田位于朔州市平鲁区下面高乡冯家岭、朝左沟村一带，西距平鲁城区约20km，行政区划隶属平鲁区下面高乡管辖。其地理坐标为：东经11228571123038，北纬392844392958。井田西距平鲁城区约20km，距朔州市约23km，与朔州市、平鲁区均有公路相接。且该矿有专用的煤炭集运站，可经铁路运往全国各地。井田内有乡镇公路与大（同）运（城）二级公路干线相衔接，南到太原235km，北到大同130km。便利的交通条件可使该矿生产的原煤通过公路专用线直接运往神头第一、第二发电厂。又可通过铁路专用线外销京、津、唐等地区，并联结到全国各地。1.1.2地形地貌田位于管涔山东麓，地表多被黄土覆盖，经长期切割冲蚀，形成了沟谷纵横的典型黄土高原地貌景观。纵观井田，区内基岩露头零星，主分水岭走向为南北向，从分水岭向两侧形成树枝状分布的冲沟，地形较为复杂。地形地势总体上呈北高南低，最高点位于井田西北部的山梁上，高程为1385.0m；最低点位于井田东南部的马营河河床上，高程为1229.0m，最大相对高差为156m，属中山区。区内以黄土冲沟、黄土梁峁为主，在较大的沟谷两侧有零星基岩出露。区内较大的冲沟为酸刺沟和红泉沟，其上游呈“V”字型，下游是“U”字型。冲沟两侧由于不断的侵蚀形成树枝状的小冲沟。井田东部大致为南北向，切割深度60m左右，沟谷呈“V”字型。1.1.3河流水系本区河流属海河流域永定河水系桑干河支流。井田内地表河流不发育，大小沟谷平时基本干涸无水，唯雨季时汇集成径流沿沟排泄，东部小冲沟水流向东汇入马营河，中西部主沟水流向南汇入马关河，马营河、马关河分别位于井田东部及南部界外，均属季节性河流。1.1.4气象及地震1、气象本井田位置处于晋北高寒地带，春季干旱多风沙，冬季长而气候寒冷干燥，夏季甚短而天气凉爽，夏末秋初降水甚多，属典型的大陆性气候。全年气温变化较大，无霜期短，年平均气温5.38，一月份最冷，平均气温11.4，极端低气温为30；七月份最热，气温1920，极端高气温为35。年平均降水量435mm，且各月分布极不均匀，降水期多集中于7、8、9三个月，降水量为280350mm，占年降水量的6570%，最高可占到90%，最大日降水量为72mm。年蒸发量在2000mm到2500mm之间，平均为2351mm左右，5月到7月之间，月蒸发量可达470mm，最大日蒸发量可高于30mm，素有十年九旱之称。霜冻结冰期自十月下旬至次年四月，冻土厚度在1.23m左右，最大冻结深度1.74m。平均每年出现八级以上大风（风速大于17.2m/s）约44天，风沙日290天，且多集中于冬春两季。风向以西北风最多，最大风速可达21m/s。2、地震根据中华人民共和国标准GB183062001中国地震动参数区划图，井田所属地区地震动峰值加速度值为0.10g，地震烈度为度。历史上有过多次地震记载。1、光绪27年春地震：朔县西北霍庄地面发现有裂隙，宽3cm，长1.5km。2、民国八年九十月，一天晚上发生地震，村中土窑及土房有倒塌现象。3、1952年，崞县地震，本县门环振动有声。4、1956年6月5日早晨，有轻微振动，大洼村一带，门环振动有声。5、1976年7月28日早晨，唐山地震时，本县灯泡摇动，相当于二至三级，以后余震多次发生。6、从公元144年至1683年前后发生过14次地震，其中公元512、819、1291年三次地震强烈，房屋倒塌，人畜死伤数千。1.2周边煤矿开采情况大同煤矿集团圣厚源煤业有限公司兼并重组后，西北邻山西朔州平鲁区华美澳冯西煤业有限公司；西邻山西朔州平鲁区茂华白芦煤业有限公司，南为山西朔州平鲁区华美奥兴陶煤业有限公司，北邻山西朔州平鲁区华美奥崇升煤业有限公司。各矿井均开采4-11号煤层，没有发生过洪水淹没矿井现象，生产期间涌水量正常，井下未发生过透水事故，井下也均无火区。1.3 矿井生产现状矿井含可采煤层6层，自上而下煤层编号分别为4-1#、4-2#、8、9-1#、9-2#、11#煤层。现矿井联合开采4-1#与4-2#煤层，设计生产能力为0.9Mt/a，矿井采用斜井开拓，现设有主斜井、副斜井和回风斜井。矿井基建工程现正在进行中，三个井筒现已到底，正在掘进三条大巷，地面生产系统也在建设中，各机电设备大部分已经订货。1.4 矿井地质1.4.1 地层 井田范围内大部被黄土覆盖，仅沟谷中上第三系静乐组、二叠系上、下石盒子组有零星出露。根据井田范围内生产实际揭露情况并结合钻孔揭露及邻区资料，对井田内地层由老至新为：奥陶系中统上马家沟组（O2s），石炭系中统本溪组（C2b），石炭系上统太原组（C3t），二叠系下统山西组（P1s），二叠系下统下石盒子组（P1x），上第三系上新统静乐组（N2），第四系中上更新统（Q2+3）。1.4.2 井田构造井田总体为一向斜构造，向斜轴向近南北，向南倾伏，两翼基本对称，地层倾角45，井田内轴线延伸长约2300m。S1向斜：位于井田西部，是井田主要构造形迹，轴向近南北，向南倾伏，两翼地层倾角45。S2背斜：位于井田东北角，轴向轴向北西南东，两翼地层倾角45，井田内延伸长度900m。井田内目前未发现有岩浆岩侵入活动。综上所述，井田内未发现断层、陷落柱，无岩浆岩侵入。综上所述，本井田构造复杂程度属简单。1.4.3 含煤性及可采煤层1、含煤性井田内赋存的山西组、太原组含煤地层，现将其含煤性自上而下分组叙述如下：1)山西组（P1s）一般含煤12层，均属不稳定、不可采煤层，煤层总厚00.50m，区内钻孔均未见具有工业利用价值的煤层。本组平均厚为60.00m，含系数小于0.5%。2)太原组（C3t）为井田内主要含煤地层，发育4-1、4-2、8、9-1、9-2、11号6层煤，层位稳定，是本区的主要可采煤层。太原组平均厚93.00m，煤层平均厚37.95m，含煤系数达40.81%。2、可采煤层井田赋存可采煤层分别为4-1、4-2、8、9-1、9-2、11号，井田内批准开采411号煤层。自上而下分述如下（见表1-4-1）：可采煤层特征表表1-4-1煤层号煤层厚度最小最大平均(m)间距最小最大平均(m)结构夹石(层)稳定性可采性顶板岩性底板岩性4-110.72-18.0913.7803.301.66简单极复杂316稳定全区可采中砂岩、粉砂岩粉砂岩、细砂岩4-25.12-5.925.62简单23稳定赋存区可采粉砂岩、细砂岩粉砂岩、泥岩7.80-13.5010.1881.21-1.961.52简单01稳定全区可采粉砂岩、泥岩泥岩、粉砂岩细砂岩4.86-7.686.449-16.76-21.549.47简单极复杂07稳定全区可采泥岩、粉砂岩粉砂岩、细砂岩1.06-3.892.639-23.97-5.995.20简单极复杂26稳定全区可采细砂岩、粉砂岩粉砂岩、细砂岩5.98-11.599.50110.455.882.07简单复杂05稳定大部可采粉砂岩、泥灰岩高岭岩、细砂岩、粉砂岩1.4.4 煤质及煤的用途1、煤质特征井田内各煤层煤质主要特征见表1-4-2。2、煤类及工业用途按照中国煤炭分类国家标准（GB575186），以浮煤挥发分（Vdaf）、粘结指数（GR.I）和胶质层最大厚度（Y）为主要划分指标，并参考区域煤类分布规律，初步确定井田4-1、4-2号煤层为长焰煤，8、9-1、9-2、11号煤层为气煤，属炼焦用煤，但由于煤层灰分较高，宜作为良好的动力用煤。1.5 安全条件1.5.1矿井瓦斯根据山西省煤炭工业局晋煤安发 2009 89号“关于朔州市2008年度30万吨/年及以上煤矿矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复”，山西平鲁圣厚源煤业有限公司（属于兼并重组基建矿井）2008年度开采4号煤层二氧化碳绝对涌出量为1.80m3/ min，瓦斯绝对涌出量为0.81m3/min，属于瓦斯矿井。另据大同煤矿集团有限责任公司同煤经通字2012 667号“关于同煤集团圣厚源煤业公司4-1号煤层矿井瓦斯涌出量预测报告的批复”，圣厚源矿井以90万t/a产量开采4-1号煤层一采区、二采区时，预测矿井最大绝对瓦斯涌出量为8.54m3/ min，最大相对瓦斯涌出量为4.30m3/t，属于瓦斯矿井。1.5.2煤尘爆炸性根据山西省煤炭工业局综合测试中心对4-1号、4-2号、9-2号、9-1号及11号煤层采样测试结果，各煤层煤尘均有爆炸危险性。1.5.3煤的自燃倾向性根据山西省煤炭工业局综合测试中心对4-1号、9-1号、9-2号、4-2及11号煤层采样测试结果，4-1号、4-2号、9-1号煤层自然倾向性等级均为级，为容易自燃煤层，9-2号、11号煤层自然倾向性等级均为级，为自燃煤层。1.5.4地温和地压据该矿及邻矿开采情况，井下未发现有地温地压异常现象，属地温地压正常区。各煤层煤质特征表表1-4-2煤层号原Mad %Ad%Vdaf%Qgr, dMJ/kgSt，d%Y(mm)Gr,I煤类浮4-1原2.99-9.204.619.01-42.9618.9236.59-45.5740.8916.32-32.0125.890.41-0.720.56CY浮2.98-7.333.984.71-12.057.8936.70-43.4840.1428.72-29.3229.020.48-0.640.571-7418-19194-2原3.13-5.024.087.83-14.6211.2337.61-39.4438.5327.25-30.2728.760.44-0.760.59CY浮3.29-3.683.495.04-7.356.2038.78-40.1139.4531.02-31.9131.470.55-0.590.5704-868原2.45-3.353.0618.36-43.0829.2741.47-47.5043.4216.94-26.5522.481.22-4.452.52CY浮3.37-3.573.007.25-12.5310.8742.48-44.1643.312.226-769-1原0.65-4.153.0017.84-33.8024.1238.10-43.5440.1120.96-30.4925.170.63-2.821.65CY浮2.34-3.563.117.16-9.998.7439.04-41.9740.4630.97-31.0231.000.56-1.251.015-6516-19189-2原0.58-3.482.6018.49-35.8826.6441.77-43.5642.5919.57-25.5522.411.31-3.232.05CY浮2.26-3.512.867.58-12.329.8441.24-44.7643.1731.08-31.2431.161.13-1.291.207-9817-211911原2.25-2.522.3531.35-44.1937.7136.47-40.7239.0718.73-29.1223.931.28-3.251.98QM浮1.58-2.261.9211.78-13.8612.8240.60-44.7342.671.526-761.6 矿井开拓开采1.6.1井田境界根据山西省国土资源厅2012年11月为该矿换发的C1400002009121220049986号采矿许可证，批准开采4-11号煤层，井田范围由14个拐点坐标依次连线圈定。井田呈不规则多边形，东西长2.00km，南北宽2.3km，面积4.5968km2。开采深度由1234.3m至1069.97m标高。1.6.2矿井工作制度、设计生产能力及服务年限1、工作制度矿井设计年工作日330d，每天四班作业（其中三班生产，一班准备），每天净提升时间16h。2、设计生产能力根据本井田煤层赋存状况、地质构造、开采技术条件、采掘工作面配备以及设计委托要求，设计确定矿井设计生产能力为0.9Mt/a3、服务年限矿井设计可采储量为9533万t，按矿井设计生产能力0.9Mt/a，储量备用系数1.4计算，矿井服务年限为75.7a。1.6.3井筒设置刷大延深原一号井原主斜井后做主斜井，净宽5.0m，倾角20，斜长479m落底于9-2号煤层底板，铺设B=1400mm的钢绳芯强力皮带机和单轨检修道，设台阶，担负矿井主运输任务，兼作进风井和安全出口。新打副斜井，净宽5.5m，倾角6，斜长410m，落底于9-2号煤层底板，装备防爆无轨胶轮车，担负矿井辅助运输任务，兼主进风和安全出口。新打回风斜井，净宽5.0m，倾角11，斜长169m，落底于9-1号煤层顶板，担负矿井总回风任务兼安全出口。后期回风立井，净宽5.0m，垂深160m，落底于9-1号煤层顶板，担负矿井后期回风任务兼安全出口1.6.4水平的划分及标高为合理开发全井田各煤层，确定采用一个主水平、一个辅助水平开采全井田，主水平标高为+1120m，开采8、9-1、9-2、11号煤层，辅助水平标高为+1154m，开采4-1、4-2号煤层。井底煤仓布置在4-2号底板和9-2号煤层之间，服务全井田。1.6.5采区划分及开采顺序4号煤层分为二个采区，一采区双翼走向开采，走向长2300m，二采区单翼倾斜开采，一翼长1200mm。8、9、11号煤层均分为二个采区双翼倾斜开采，一翼长900-1000m。水平开采和采区开采顺序以顺序进行。煤层开采由上至下进行。首采区在4-1号煤层一采区。1.6.6采煤方法选择4-1和4-2未合并区、9-1、9-2号煤层采用走向长壁综采放顶煤采煤法，全部垮落法管理顶板，以一井一面达到矿井设计生产能力。4-1和4-2合并区平均厚度达到18.09m, 设计采用综采放顶煤分层开采。8号煤层厚度1.211.96m，平均1.52m，厚度变化不大，采用综采一次采全高采煤法。11号煤层厚0.45-5.88m，平均厚2.07m，因其厚度变化大，实用的采煤法仍可采用综采放顶煤采煤法，厚度较薄时一次采全高，厚度大于4m可采用放顶煤开采。1.6.7工作面生产能力矿井移交生产及达到设计生产能力时，布置一个4-1号煤综采放顶煤工作面，配二个综掘工作面，生产能力为0.9Mt/a。4-1号煤层一采区煤层平均厚度为11.95m，工作面采高3.0m，放煤高度8.95m，工作面长度为180m，采煤机截深0.6m,工作面班循环数3个，每班进1刀，日进度1.8m，正规循环率取0.9，年进度535m。1.6.8矿井通风矿井目前采用中央并列抽出式通风，主斜井、副斜井进风，回风斜井回风。工作面采用单进单回“U”型通风方式。井田4-1、4-2号煤层层间距0-3.30m，平均间距1.66m，两层煤开拓采用联合布置。全井田集中运输大巷沿9-2号煤层底板布置，集中回风大巷沿9-1号煤层顶板布置，集中辅运大巷沿9-2号煤层底板布置，首采4-1号煤层一采区运输、辅运大巷均沿4-2号煤层底板布置，一采区回风大巷沿4-1号煤层顶板布置，采区大巷与集中大巷之间采用暗斜井连接。2 矿井自燃风险评价及总体设计方案2.1 圣厚源煤业内因火灾（自燃火灾）风险评价煤炭自燃是一个复杂的物理化学反应过程，可以定义为：煤在低温环境下与空气中的氧不断发生氧化作用（包括物理吸附，化学吸附和化学反应）而产生微小热量，且由于氧化产热速率大于向环境的散热速率，使得煤体不断积聚热量，煤体的温度缓慢而持续上升以至于达到煤的着火点而自发燃烧起来，这样的现象和过程称之为煤的自燃（或煤的自然发火、煤的内因火灾）。煤炭的自燃能否发生除了取决于煤炭本身内存的物理、化学、力学等性质外，还与地质条件、开拓条件、通风条件等因素密切相关，采空区煤层自燃是由众多因素共同影响、相互作用的结果。综合矿井地质资料、开采设计、安全专篇及现场实际情况对矿井在生产过程中可能出现的煤层自燃灾害进行分析，圣厚源煤业各煤层在开采过程中存在自燃危险，主要表现在：1、矿井开采的各煤层自燃倾向性等级为-级，属容易自燃-自燃煤层，自燃发火较严重；2、矿井开采的4-1#煤层为厚煤层，平均为13.78m，在长期矿压作用下，容易形成巷帮煤体破碎、位移、裂隙发育、空帮等情况，在漏风作用下容易发生自燃；采空区“两道两线”浮煤较多，采空区漏风较大，回采速度较慢，采空区遗煤容易发生自燃。3、4-1#煤为特低硫低硫分，全硫在0.41%0.72，平均 0.56，煤层不易自燃。4、经计算，开采4-1#煤层时形成的最大导水裂隙带为75.4895.06m，导水裂隙带高度小于4-1号煤层距地表的距离，故地表水不会通过采空导水裂隙带导入4-1号煤层。对于防灭火影响不大。5、合理的工作面推进度是预防采空区自燃的关键，也是最经济有效的措施。但要保证工作面快速推进，单靠可靠的设备还远远不够，由于地质构造等不确定因素影响而引起的停产极有可能发生，所以，除加强设备检修，保证开机率外，还需采取切实有效的防灭火措施。2.2 矿井防灭火技术简介目前主要采用的防灭火技术及其特点如表2-1-1所示。 现有主要防灭火技术特点 表2-1-1防灭火方法主要材料优点缺点预防性灌浆技术黄土、粉煤灰、水泥、高水材料、矸石、砂子、等1.包裹煤体、隔绝氧气；2.吸热降温；3.工艺简单；4.胶结底板、增加漏风阻力；5.成本较低。1.浆体只流向地势低处，不能向高处堆积，对高位火作用有限；2.不能均匀覆盖浮煤，容易形成“拉沟”现象；3.易跑浆和溃浆，恶化工作环境，影响煤质。喷洒阻化剂技术MgCl2、CaCl2、Ca（OH）2、水玻璃等1.成本低、材料来源广；2.惰化煤体表面活性结构，阻止煤氧复合作用；3.吸热降温，并使煤体长期处于潮湿状态。1.不容易均匀分散在煤体上；2.腐蚀井下设备；3.失水后促进煤的自燃。注惰性气体技术氮气、二氧化碳等1.降低氧气浓度，惰化火区；2.抑爆；3.对井下设备无腐蚀；4.扩散性好，可充满整个注入区域；1.注入的气体易随漏风扩散，难以长期滞留在注入区域；2.降温效果差，灭火周期长；3.初期投资大。注凝胶技术氨盐凝胶、高分子凝胶1.包裹煤体、封堵裂隙效果较好；2.耐高温；3.固水性较好，不易流失；4.灭火速度快、安全性好。1.流量小，成本高，难以大面积使用；2.时间长胶体会开裂；3.胶体会产生氨气。均压技术经济、实用、效果高、成本低。技术含量高，管理复杂，操作不当，还可能引起火灾。惰性气体泡沫技术氮气泡沫、二氧化碳泡沫等1.避免“拉沟”现象；2.水能均匀分布；3.适用于采空区或煤堆深部。1.泡沫容易破灭；2.只有液相水，一旦水分蒸发，防灭火性能消失。固化泡沫技术粉煤灰、水泥、发泡剂等1.泡沫能固化，有一定强度；2.堵漏及防灭火效果好。1.发泡倍数低，覆盖面积有限；2.工艺复杂，成本高。2.3 圣厚源煤业自燃防治技术对策根据目前常用防灭火技术特点，结合圣厚源煤业开采煤层的自燃特性、地质条件、开拓条件、开采方法、通风条件等实际情况，并根据煤矿安全规程、矿井防灭火规范（试行）、煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范等相关规程、规定，设计矿井在正常生产时采用以注氮为主，喷洒阻化剂（随采随喷）、灌浆为辅的综合防灭火技术；但当煤层出现自燃发火征兆时则采用以灌浆为主、喷洒阻化剂（随采随喷）、注氮为辅的综合防灭火技术，同时完善煤自燃早期预测预报制度及监测监控体系，防患于未“燃”，并对相关的技术进行防灭火设计。2.3.1煤自燃早期预测预报技术煤矿安全规程第二百四十一条规定：开采容易自燃和自燃煤层时，在采区开采设计中，必须明确选定自然发火观测站或观测点的位置并建立监测系统、确定煤层自然发火的标志气体和建立自然发火预测预报制度。所有检测分析结果必须记录在专用的防火记录薄内，并定期检查、分析整理，发现自然发火指标超过或达到临界值等异常变化时，立即发出自然发火预报，采取措施进行处理。因此，需建立相应的自然发火监测系统和预测预报制度，即束管监测系统。2.3.2灌浆防灭火技术灌浆防灭火技术已在我国有自然发火危险的矿井中得到普遍应用，也取得了良好的效果。灌入的泥浆能够吸热降温，对煤体有包裹作用，起到隔氧降温目的，同时能胶结顶板、降低采空区空隙率、增加漏风阻力。煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范（AQ1055-2008）对防灭火设计中要求规定：开采容易自燃煤层或采用放顶煤开采自燃煤层的矿井，必须设计以灌浆为主的两种以上综合防灭火措施。由于圣厚源煤业开采的各煤层属于容易自燃-自燃煤层，因此，设计灌浆、喷洒阻化剂及注氮三种防灭火技术措施。2.3.3阻化剂防灭火技术考虑到阻化剂防火效果较好，来源广泛，使用方便，防火成本低等因素，设计采用阻化剂作为日常防灭火技术。2.3.4注氮防灭火技术采空区内注入大量的高浓度的氮气后，可降低氧气浓度，减少漏入采空区的风量，并能抑制火区内可燃气体爆炸，对抑制采空区自燃相当有效，因此，选用注氮作为一种防灭火技术措施。2.4 圣厚源煤业矿井防灭火设计总体方案1、采集开采煤层煤样进行煤自燃标志气体测试，优选出各煤层自燃发火的标志气体，并根据矿井不同自燃监测点要求建立和完善煤层自燃监测方法和手段，强化煤层自燃发火的早期预测预报工作，及时测定气体、温度的变化情况，结合煤层自燃标志气体优选试验，科学地对煤层自燃发火进行预测预报，防患于未“燃”。2、工作面正常回采期间主要针对回采工作面采空区遗煤自燃为重点，以注氮为主，喷洒阻化剂和灌浆为辅的综合防灭火措施，并加强自燃发火的早期预测预报工作，及时掌握煤层自然发火的进程。正常生产时，应进行连续性注氮防止采空区自燃，阻化剂每天在检修班期间喷洒一次。3、当出现停产、CO超限等异常情况，改为以灌浆为主的防灭火措施，灌浆采用四班灌浆；并加大阻化剂喷洒次数和喷洒量，同时改间断性注氮为连续注氮，及时处理自燃征兆，直至恢复正常并稳定在3天以上。4、加强对矿井外因火源的管理，机电设备、带式输送机等满足相关规定，完善各种保护措施。5、健全相应的防火构筑物、消防材料，建立防灭火应急救援预案及管理制度。3 煤自燃监测系统和预测预报制度煤矿安全规程第二百四十一条规定：开采容易自燃和自燃煤层时，在采区开采设计中，必须明确选定自燃发火观测站或观测点的位置并建立监测系统、确定煤层自燃发火的标志气体和建立自燃发火预测预报制度。所有检测分析结果必须记录在专用的防火记录薄内，并定期检查、分析整理，发现自燃发火指标超过或达到临界值等异常变化时，立即发出自燃发火预报，采取措施进行处理。煤自燃是一个渐进变化的过程，是处于破碎状态堆积的煤在与空气（氧气）接触后，发生一系列物理吸附、化学吸附和化学反应，并产生热量，当产生的热量大于向环境散发的热量时，热量得以聚集，煤岩体和周围空气温度逐渐上升，并释放出一系列气体，其中某些气体的出现和产率随煤温的上升而发生规律性变化，可以用来预报煤炭自燃发火的情况，这些气体称之为煤自燃发火的标志气体。目前标志气体分析法比较完善，相应的分析技术和监测系统都已配套，在煤矿中得到了广泛应用。因此，对圣厚源煤业开采煤层自燃火灾的预报以标志气体分析法为主，测温法为辅。3.1 煤自燃监测系统煤层自燃的发生要经历潜伏期、自热期和燃烧期，其变化过程具有明显的征兆，实时、准确的监测到这种变化从而及时采取针对性措施是有效防治矿井内因火灾的基础。煤层自燃监测系统就是对井下煤层自燃监测点，采用一定的方法定期或连续的进行取样分析，结果均需记录完备，并定期检查、分析整理，总结各点气体组分、浓度的变化规律，结合煤自然发火标志气体，判断煤自燃的发展进程，当发现自燃发火指标超过或达到临界值等异常变化时，作出煤自燃发火的早期预测预报，采取措施进行处理。3.1.1 煤层自燃发火观测点设置观测点分为固定点、移动点和临时观测点，应设置在能采集到观测区内有代表性气体的地点，并尽量设置在巷道周围压力较小，支架完整，没有拐弯，断面没有突然扩大或缩小的地点。根据圣厚源煤业井下的实际情况，自燃发火观测点主要设置在以下地点：1、矿井主进风井口、矿井进回风巷、采区进回风巷2、带式输送机滚筒下风侧1015m处、地面皮带走廊与进风井；3、4-1#煤层掘进工作面迎头5m处，距回风绕道1015m处；4、回采工作面采空区、上隅角及进回风巷距巷口1015m；5、自燃发火观测点、密闭观测孔、封闭火区防火墙栅栏外等。3.1.2 煤自燃监测系统煤层自燃监测主要协同有：传感器监控系统、束管监测系统和人工检测系统。1、以温度和CO传感器为主的监测传感器煤层自燃监测系统根据煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范（AQ1029-2007）的规定，矿井建立了KJ80N型安全监控系统，实现对瓦斯、CO、温度、风速等参数的动态监控，全部覆盖矿井各点，设备满足煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2006）的相关规定。1)CO传感器采煤工作面回风巷、回风隅角、带式输送机滚筒下风侧1015m处、自燃发火观测点、封闭火区防火墙栅栏外、采区回风巷、一翼回风巷和总回风巷必须设置CO传感器。其中采煤工作面回风隅角CO传感器布置在回风巷距切顶线1.0m以内的上帮；采煤工作面CO传感器的设置如图所示。图3-1-1 采煤工作面一氧化碳传感器的设置 CO传感器应垂直悬挂在巷道的上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。CO传感器报警浓度为0.0024%。2)温度传感器采煤工作面回风巷、回风隅角和机电硐室应设置温度传感器，其中采煤工作面回风隅角温度传感器布置在回风巷距切顶线1.0m以内的上帮；采煤工作面温度传感器设置如图所示。图3-1-2 采煤工作面温度传感器的设置温度传感器垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应不影响行人和行车，安装维护方便。采煤工作面温度传感器的报警值为30，机电硐室温度传感器的报警值为34。2、束管监测系统矿井通风安全装备标准（GB/T50518-2010）中规定，开采容易自燃和自燃煤层的大、中型矿井，应设置配备有一氧化碳、氧气等各种气体测定管和便携式检测仪表及成套气体分析化验的地面实验室。束管监测系统为氮气防灭火系统中的重要辅助措施，设计采用JSG-8型矿井火灾预报束管监测系统。系统的束管监测装置、数据处理单元放置于地面办公楼内的监测监控系统中心站内，抽气设备安放在工作面附近泵房中。束管主管由办公楼引出经主斜井敷设至井下，再经4-2号煤胶带运输大巷送至回采工作面各顺槽中，再分接单管，与采区各监测地点相连接。测点处气体由地面设置的真空泵经束管抽至地面束管监测装置，然后将气体分析结果输送至计算机系统，连续监测井下巷道、采空区、密闭中的CO、O2、CO2、CH4等气体组分浓度，根据CO变化趋势和格雷哈系数，早期预报煤炭自燃预兆。当气体（CO、CO、CH、O）浓度超过规程规定时，往采空区进行注氮。生产中，若自燃发火程度严重时，可实行连续注氮。设计选用与该采样系统配套的GC-2060型煤矿专用火灾气体色谱分析系统，该系统克服了目前煤矿所使用的东西电子生产的气相色谱仪O2和N2分离效果较差，且不能检测氢气、重复性差、分析时间长等缺点，采用日本岛津技术，具有仪器稳定、重复性好，灵敏度高、能检测所有火灾气体、分析时间短等优点。1）、JSG-8型束管采样系统组成该系统经济适用，维护方便，适用于中小型矿井自然发火的预测预报，也适用于大型矿井高产高效工作面的自然发火预测预报及火灾治理过程中火灾信息的连续检测。该系统由以下三部分组成：(1)抽气束管；(2)抽气泵；(3)采样柜；(4)气水分离器。 1.水位计 2.压力控制阀 3.出气口 4.压力表 5.连接法兰 6.连接管道 7.皮管 8.水泵出气口9.水泵进气口 10.皮管 11.负压表 12.流量计 13.八路控制开关 14.气体采样口 15.出水口。图3-1-3 采样系统连接图2)JSG-8型束管采样系统技术参数(1)供电电压：660V380V；(2)功率：4kW；(3)供水量：1m3/h；(4)抽气量：1.35m3/min；(5)负压：0.087MPa；(6)抽气距离：5000m。3)GC-2060型煤矿专用色谱分析系统技术特点和参数(1)主要特点该仪器具有性能稳定、功能齐全、自动化程度高等优点；可以测定H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2共9种气体；选用氩气作载气，实现了测定氢气这一重要火灾气体，对于指导矿井火灾的治理具有重要的参考价值；采用三气路六通阀定量管进样，配TCD、FID及镍转化炉，从而排除了各组分之间的互相干扰，使重复性、灵敏性和准确性更好；CO、CO2及烃类测定采用分时进样，双柱并联共用FID的流程，从而避免了分流进样造成最低检测浓度达不到煤矿安全要求的不足，同时通过进样时间的控制，可以缩短总的分析时间，减轻分析人员的工作量；内置不锈钢丝网过滤膜，从而避免了煤矿气体粉尘较多容易堵塞管路的问题；检测器均采用单元化设计，先进制造工艺，具有灵敏度高、噪声低、线性范围宽等特点；工作站功能强大、性能稳定，直观、简单、易学。设有六种定量方法(归一法，内标，外标，修正归一法，带比例的修正归一法，指数法)，可实现任意多点标样校准，任意多点校准平均，直观显示校准曲线；灵活的峰识别和处理能力，适应各类色谱分析应用。(2)技术参数最小检测浓度：H25ppm；CO、CO22ppm；烃类0.1ppm尺寸：宽606mm高450mm深450mm重量：42Kg电源：200V、50HZ、2100W热导检测器(TCD)结构：半扩散式、四臂铼钨丝；电源：恒流控制方式；灵敏度：1500mVml/mg(正十六烷)；噪声：0.03mV；飘移：0.1mV/30min火焰离子化检测器(FID)结构：圆筒形收集极、石英喷口；检测限：110-11g/s(正十六烷)；噪声：510-13A；飘移：510-12A/30min柱箱温度范围：10399(增量为1)；控温精度：0.1；可由键盘设定过热保护值检测器温度范围：10399(增量为1)；控温精度：0.01(TCD)和0.1(其它)；可由键盘设定过热保护值工作站高精度：USB接口，24位的高精度A/D，分辨率1uv 输入通道电平范围：外置数据采集盒，输入通道2个。-1v至+1v(可扩展2V)。采样频率：6、12、25、50次/秒动态范围：106(1v为最小单位) 积分灵敏度：1vsec(即面积的个位数)。线性度：0.1%重现性：0.064)井下监测方案(1)测点布置方案选定一工作面在进回风顺槽按一定间距布置束管采样器，测定采空区范围大约距工作面150m左右，约50m设一个测点，保持采空区内部进、回风侧各三个探头，上下顺槽同时观测，待距工作面最远测点进入采空区150m后，即可结束观测，测点布置如图3-1-4所示。采空区开切眼停采线采空区束管采样泵束管采样点图3-1-4单巷布置工作面测点布置图工作面正常封闭后，在进、回风侧密闭分别设观测孔，并在密闭内各布置一个测点，测点布置如图3-1-5所示，对于与采空区相连(尤其是与火区相通)的闭墙内也应设置测点进行监测。采空区开切眼停采线采样束管采样泵图3-1-5工作面封闭后测点布置图(2)地面色谱分析井下通过束管采样仪采样并送至地面色谱分析，分析参数主要有O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、H2正常情况下，每天早班检测一次，工作面异常时，每班检测二次。3、人工检测和取样分析人工检测是煤层自燃火灾的重要监测手段，由人工直接在测点进行气体和温度检测。该法适用性强、投入设备少、简单易行，但工作量大，间隔时间长。并定期利用气囊采集气样送地面进行气相色谱分析。根据煤矿安全规程第149条规定：矿井必须建立瓦斯、二氧化碳和其他有害气体检查制度，所有采掘工作面、硐室、使用中的机电设备的设置地点、有人员作业的地点都应纳入检查范围。根据矿井防灭火的需要，掘进工作面迎头5m，回采工作面上下隅角、进回风顺槽、支架间，密闭观测孔、密闭墙四周等地点；重点检查CO、O2、温度，每班检测2次，如果任何一处CO或温度异常，可随时根据变化情况设置测点，且增加每班观测次数。检测仪器可使用多种气体检测器、便携式CO报警仪，便携式O2检测仪、光学瓦斯检测仪、温度计及红外测温仪具体由瓦斯检查员负责检测。检测时要做到“四定”，即定人、定点、定时、定仪器。为了检测全矿井CO情况，矿井配备便携CO检测报警仪数量不少于便携瓦检仪的1/3。3.1.3 矿井火灾预测预报管理1、加大布点密度，提高预测预报精度。火区、火点及影响区域、高温隐患点、采煤工作面都要设置监测点，并根据现场情况变化及时变更取样点次，重点防火地点要采取定点、定时、定人取样，严把气样采集质量关。2、严格气样分析日报制度，要随取样随分析，并当天审核上报。3、做好防灭火监测，每旬未或月底要对全矿的防灭火监测情况实行阶段性分析评价，对全矿防火监测预报情况和防灭火