山煤集团东古城矿防灭火方案设计(修改)1024

1、山西煤炭进出口集团左云东古城煤业有限公司防灭火专项设计（三次修订稿）煤炭科学研究总院重庆研究院工程设计乙级资质编号： A250004477O一一年十月山西煤炭进出口集团左云东古城煤业有限公司防灭火专项设计（三次修订稿）院 长 邵 军 研究员 总 工 黄声树 研究员 项目负责 陆 伟 高 工 报告编制 郝 宇 工程师煤炭科学研究总院重庆研究院O一一年十月济设计程工证书发证机关中华人民共和国住房和城乡建设部制2or日23088资质企业有效期：至2015年08月24日证书编号:A250004477性质：国冇企业名称：煤炭科学研究总院重庆研究院资质级：煤炭行业（罗井）专业乙工.町从事資施辽书许町丸S1

2、内和应的建诛工程总承包业务以 及项目管理和柏关的技水与管厦服务.参加设计及审核人员名单参加设计人员姓名职称签字郝宇工程师陈辉工程师叶正亮工程师王正辉高级工程师张青松工程师审核人员陆伟高级工程师王正辉高级工程师目录目录 1 前言 1.1 设计编制依据 661.2 设计指导思想. 661.3 设计主要特点 771.4 设计的主要内容 . 772 矿井及工作面基本概况 . 2.1 位置及交通 882.2 自然地理 . 88地形地貌 . 88水系. 88气象. 88地震. 992.3 煤层、地质情况 992.4 矿井开拓与开采 10102.5 工作面基本概况 . 11112.6 瓦斯、火灾等灾害情况

3、. 1212瓦斯. 1212煤尘爆炸危险性 . 1212火灾 12123 煤层开采自燃危险性分析及自燃特性实验研究 3.1 煤层自然发火影响因素分析 1414煤的赋存条件 . 1616开采技术条件 . 16163.2 煤层自燃特性实验结果 . 1616煤层自燃倾向性和煤尘爆炸性 1616煤最短自然发火期解算数学模型及其求解 17174 矿井自然发火预测预报技术 4.1 自然发火预测预报 . 1919实验煤样自然发火预测预报指标及其临界值 19194.2 煤矿自燃预测预报系统 . 2222人工监测系统 . 2222人工采样实验室色谱分析 . 2222束管监测系统 23234.3 矿井自然发火监测

4、方案 2626束管监测系统测点布置方案 2626人工取样检测 27275 自燃综合防治方案 5.1 注浆防灭火系统 . 28284466881414191928285.1.1 注浆防灭火系统设计参数 . 28285.1.2 制浆站及泥浆的制备工艺流程 . 32325.1.3 注浆方法 33335.1.4 地面灌浆系统及设备 34345.1.5 注浆日常工作 34345.2 氮气防灭火技术 3636氮气防灭火指标 . 36365.2.2 矿井防灭火注氮流量的计算 . 36365.2.3 制氮系统 37375.2.4 输氮管路 37375.2.5 注氮的工艺和方法 38385.2.6 注氮区气体监

5、测 . 38385.3 阻化剂防灭火技术 39395.4 其他方面防灭火措施 . 404043436 井下外因火灾防治6.1 电器事故引发的火灾防治措施及装备 43436.1.16.1.26.3.36.4.46.4.5井下机电设备硐室防火措施 . 井下电气设备的防火措施 . 井下电缆的选择、敷设、连接 . 井下电气设备的各种保护 . 井下电气设备的检查、维护、修理和调整6.2. 带式输送机的防、灭火措施6.3 其它火灾的防治措施及装备6.3.16.3.26.3.36.3.4防止地面明火引发井下火灾的措施防止地面雷电波及井下 . 防止井下爆破引发火灾 . 4343 4343 4444 4545

6、454545454646464649494949爆炸器材运输、储存安全措施6.4 井下防火构筑物6.5 职工消防培训7 矿井防灭火组织与管理7.1 组织保障措施 .7.2 生产管理措施 .7.3 专业管理措施 .7.4 监督检查措施 .错误! 未定义书签。错误 ! 未定义书签 错误! 未定义书签。错误 ! 未定义书签 错误! 未定义书签。错误 ! 未定义书签 错误!未定义书签。错误 ! 未定义书签 错误! 未定义书签。错误 ! 未定义书签 错误! 未定义书签。错误 ! 未定义书签 错误! 未定义书签。错误 ! 未定义书签 错误! 未定义书签。错误 ! 未定义书签8 矿井防灭火系统所需资金概算错

7、误!未定义书签。错误 ! 未定义书签/、八1 前言煤矿安全规程规定：开采有自燃倾向性煤层的矿井，在矿井和新水平的设计中， 必须采取综合(包括开拓方式，巷道布置，开采方法，回采工艺，通风方式和通风系统等) 以及专项(包括注浆或注砂、喷注阻化剂、注入惰性气体、均压技术等)预防煤层自然发 火措施；开采有自燃倾向的煤层，必须对采空区、突出和冒落孔洞等空隙采用预防性注浆 或全部充填、喷洒阻化剂、注入阻化泥浆、惰性气体以及均压通风等措施，防止自然发火。煤炭工业矿井设计规范(GB50215-2005规定：一级自燃矿井应建立以注浆(或注砂)为主、以阻化剂或均压技术为辅的防灭火系统和预测预报系统并配备惰气灭火装

8、置； 二级自燃矿井应建立注浆(或注砂)为主，以阻化剂或均压技术为辅的防灭火系统和预测 预报系统。1.1 设计编制依据煤炭工业矿井设计规范(GB50215-2005 ；煤矿安全规程(2011版)；矿井防灭火管理规范；煤矿注浆防灭火技术规范(MT/T 702-1997)；煤矿用氮气防灭火技术规范(MT/T 699-1997)；煤矿采空区阻化汽雾防火技术规范(GB50116-98 ；矿井均压防灭火技术规范(MT/T626-1996);采矿工程设计手册；矿井均压防灭火技术规范(MT/T698-1997)；煤层自然发火标志性气体色谱分析及指标优选方法(AQ/T1019-2006)；(11) 中煤国际工程

9、集团沈阳设计研究院编制的山西煤炭进出口集团左云东古城煤业有 限公司矿井兼并重组整合项目初步设计说明书；(12) 煤炭科学研究总院重庆研究院关于东古城煤业公司 22号煤层自燃倾向性、自然发 火期、煤层煤尘爆炸性、自燃标志性气体优选分析等实验鉴定报告和测试分析报告；(13) 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。1.2 设计指导思想本项目设计坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的原则，严格贯彻执行煤矿安全规程等安全生产法规、条例。采取综合防灭火技术设计方案，借鉴相似矿井防灭火成功经验，积极推广使用成熟有效的防灭火新技术、新工艺和新设备，将矿井建成装备先进、 抗灾能力强、安全高效的

10、现代化矿井。1.3 设计主要特点本设计方案从矿井的系统设计着手，通过结合煤层地质情况、开采开拓系统、开采方 法，采取以注浆防灭火技术为主，以阻化剂防灭火技术等为辅助的综合防灭火技术，对矿 井工作面及采空区等容易自燃的区域采取有针对性的防灭火技术措施，同时健全和完善矿 井防灭火的安全管理工作制度。通过实验室实验研究，对类似矿井防灭火系统设计调研，并结合类似矿井防灭火设计 方案实例，对所设计矿井进行防灭火方案专项设计。1.4 设计的主要内容本专项设计的主要内容包括： 煤层开采自燃危险性分析； 矿井煤层自燃监测方案设计矿井火灾预测预报系统及装备包括：矿井火灾束管监测系统、人工现场检测，和人工 采样色

11、谱分析。 煤层自燃综合防治技术方案注浆防灭火技术及装备，注阻化剂技术相关的设计和装备选型。 矿井防灭火组织与管理措施组织保障措施、生产管理措施、专业管理措施、监督检查措施等。2 矿井及工作面基本概况2.1 位置及交通该矿位于左云县小京庄乡西南 14km 处东古城村。行政区划属小京庄乡管辖。其地理 坐标为：东经 112 35 47 112 37 00，北纬 39 48 51 39 49 56。井 田南北长2.029km,东西宽1.783km,井田面积3.4991km2。批准开采煤层为 5、6、26号 煤层。该矿井位于左云县小京庄乡西南 14km 处东古城村，左云县西南，距左云县城直距 25km矿

12、区内有简易公路与109国道和口泉公路相连，经109国道和口泉公路通往大同及 左云。井田外东部有小京庄至酸茨河公路通过，西距右玉至山阴柏油公路 6.5km 左右，东 距左云县至怀仁县吴家窑 18km左右，距大同市约60km,东距大运高速公路20km,交通条 件较为便利。2.2 自然地理2.2.1 地形地貌 本井田位于大同煤田中部东缘，为侵蚀的中低山地貌，地表大部被黄土覆盖，零星 出露有白垩系左云组 , 井田内东侧有东古城自然村，工业广场位于井田中部，地势总体为 西高东低，最高点位于井田北部边界，海拔为1488.10m,最低处位于井田东南部边界沟谷中，海拔1413.30m,相对高差为74.8m。2

13、.2.2 水系 本区属海河流域桑干河水系，各沟谷平时干枯无水，只有在雨季汇集流水，由西向 东流出本井田，汇入井田外东侧的酸茨河，酸茨河碾转向西汇入元子河，元子河向东南归 入桑干河。2.2.3 气象 本区属高原地带干旱大陆性气候。冬季寒冷，夏季炎热，气候干燥，风沙严重。年降 水量分配极不均匀，暴雨强度大，降水量多集中在7、 8、 9 三个月，约占年降水量的60%75% 年最大降水量为 628.3mm全年日照时间为 2880 3140小时，平均为 3011.4小时，年日照百分率为 68%，历年来蒸发量大大超过降水量，一般蒸发量为降水量的45倍。年蒸发量在16442105mm之间，平均年蒸发量为18

14、47.8mm 47月间，月蒸发量为 200300mm最大日蒸发量为19.2mm大同左云及朔州右玉地区一向以风沙多而著称，西北风几乎贯穿全年，每年有风时间占全年总时间 70%，多集中于冬春季节，年平均风速为3.2m/s 。历年年平均相对温度为46%52%。初霜期一般为 9 月上、中旬，无霜期 122 天。冰冻期为 10 月上旬至翌年 4 月下旬， 最大冻土深度 60cm。2.2.4 地震根据GB18302001中国地震动参数区划图，本区地震基本烈度值为度，地震动峰加速度值为 0.10g 。2.3 煤层、地质情况井田内含煤地层为太原组和山西组。太原组平均厚度112.23m,含煤7层，编号为2-1、

15、2、22、23、26、9、10 号， 2-1 、9、10 号煤层为不稳定不可采煤层， 2 号煤层仅在 Z101、 Z102号孔中达到可采厚度，其他孔均为不可采，厚 01.81m,平均0.65m,属不稳定不可 采煤层。22、23、223号煤层为稳定可采煤层。本组煤层总厚 24.35m，含煤系数为21.70%。 可采煤层厚度22.95 m，含煤系数为20.45%。山西组平均厚60.76m,含煤4层，其中123号煤层，为稳定大部可采煤层，其余为不 可采煤层。煤层总厚 3.13m，本组含煤系数为5.15%。可采煤层厚度2.48m,含煤系数为 4.08%。本井田内可采煤层为山西组 123号煤层和太原组

16、22、 23、 223号煤层。本井田位于大同煤田西部边缘，含煤地层主要为石炭、二叠系，井田煤层主要可采煤层为 16、 22、 23、 223号层。本井田位于大同煤田西部边缘，总体为一背斜构造，地层倾角28，在井田南部发现有两条正断层，未发现陷落柱。1 、褶曲S1背斜：位于井田内中部，Z103北侧、左14号钻孔与2号钻孔之间，轴向北东一南 西向, 向西南翘起，北翼地层倾向北西，产状平缓，倾角 23。南翼地层倾向较陡， 倾向南东，倾角58。背斜轴在井田内延伸长度 2200m左右。2、断层F99正断层：位于井田南部 512和1号钻孔之间，左云南普查勘探时 108、711、1304 等钻孔推测的正断层

17、，本井田内由512、1、Z102号钻孔推测，走向南西西，倾向北北西，落差70100m倾角70,井田内延伸长度为1750m左右。F98正断层：位于F99正断层北侧，左云南普查勘探时 909、左40等钻孔控制的正断层，本井田内512号钻孔发现此断层，走向南西西，倾向南南东，落差1020m倾角70,井田内延伸长度为1330m左右。与F99正断层构成一地堑构造。2.4 矿井开拓与开采1、井田境界根据山西省国土资源厅 2010年 8月 17日为东古城煤矿颁发的采矿许可证 ,证号 为 ,4 批准矿井开采山 16、22、23、26煤层,开采高程由+1330+1060 m,井田南北长 2.029 km，东西宽

18、 1.783 km，面积 3.4992 km2。矿井工业资源 /储量 104.16 Mt ,矿井设计资源 /储量为 71.53 Mt ,矿井设计可采储量 为38.29 Mt，巷道煤柱取40 m。在井田的东部边界有东古城饮用水水源地一级保护区， 水资源保护区设计按一级标准保护，在靠近井田一侧留保护煤柱，煤柱留设按表土移动。2、矿井设计生产能力根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室以晋煤重组办发20099 号关于大同市直和左云县、大同县煤矿企业兼并重组整合方案的批复，确定矿井的设计 生产能力为 0.90 Mt/a 。3、矿井服务年限 虽然本井地质构造简单，煤层赋存稳定，但井田范围内钻孔数量

19、有限，可采储量尚有一定的不确定性，因此储量备用系数取 1.3 ，按矿井生产能力 0.90 Mt/a 计算，矿井服务 年限为 32.7 年。4、井田开拓方式 本井资源埋藏较浅，矿井的开拓方式为斜井开拓。目前有主工业场地和风井工业场地两处，主工业场地位于井田的南部东古城村附近，场地内有主、副斜井 2条；风井工业场 地靠近井田中部，场地内有回风立井 1 条，设计废弃风井工业场地和已有风井井筒，单独 保留主工业场地。在22号煤层上部67m左右，有山4号煤的剩余储量赋存，主要分布在井田的中部、 南部和中西部，与 22 号煤层存在压茬关系。本井田煤层倾角平缓，平均 26，确定采用大巷条带式开采方式。主要大

20、巷两组， 其中主水平带式输送机大巷沿 26煤底板布置，辅助运输大巷及回风大巷由 8煤挑至 5#煤 煤层， 5#煤辅助运输大巷沿煤层底板布置， 5#煤回风大巷沿煤层顶板布置，待回采 26号 煤层时，再在 26号煤层内布置辅助运输大巷和回风大巷，辅助水平三条大巷没山4#号煤层布置。三条大巷均南北方向布置，终止于北部井田边界保护煤柱。根据煤层的层位关系，先采二盘区，再采一盘区，最后再采二盘区，采盘区沿井田西部边界布置8煤带式输送机大巷、22煤辅助运输大巷和5煤回风大巷，三条大巷水平间距30m在22号煤层上部井底车场附近布置首采工作面，采用长壁式开采。矿井利用一个盘 区一个工作面达到矿井的设计生产能力

21、。运输顺槽通过盘区车场与22煤辅助运输大巷相连；煤炭运输由运输顺槽通过溜煤眼与 26煤带式输送机大巷相连；回风顺槽直接与22煤回风大巷相连。采煤工作面依次由南向北接续。2.5工作面基本概况1、工作面生产能力井田范围内共赋存煤层4层，其中22号煤层为主采层，煤层厚，赋存稳定。22号煤层平均厚度17.27 m，先沿顶部采3.5 m后，剩余厚度13.77 m采用放顶煤工艺，采放比 1： 3.22号煤层采用一次放顶煤工艺，因此设计初期在 22号煤中布置一个综采工作面，达 到0.90 Mt/a设计生产能力。2、22号煤层位于太原组中下部，上距123号煤层66.79 m，煤层厚度10.4020.94 m，

22、平均厚度17.27 m，为稳定全区可采煤层，含 39层夹矸，结构较简单复杂。顶板为粉粗砂岩， 底板多为砂质泥岩，局部为泥岩、炭质泥岩。3、采煤方法选择根据井田内煤层的赋存特征及对井田煤层开采技术条件和矿井规模综合分析，井田内所有可采煤层均适合采用长壁垮落采煤法。4、采煤工艺选择井田范围内共赋存煤层4层，其中22号煤层为主采层，煤层厚，赋存稳定，适合分 层综采、预采顶分层放顶煤综采等多种综合机械化采煤工艺。二盘区22号煤层顶底板特征见表2-1。表2-1二盘区22号煤层顶底板特征煤层煤层厚度(m)最小-最大平均煤层夹石顶底板岩性埋藏深度(m)最小-最大平均稳定性编号结构层数顶板底板2210.40

23、20.9417.27较简单-复杂粉砂岩、中、粗砂泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩245290270稳定5、矿井通风本设计通风方式采用抽出式，采用中央并列式通风系统，主斜井和副斜井入风，回风斜井1和回风斜井2回风。综采工作面20 m3/s，综掘工作面10 m3/s，普绝工作面6 m3/s， 爆炸材料发放硐室6 m3/s。2.6瓦斯、火灾等灾害情况瓦斯大同市煤炭工业局同煤机字2008193号文件关于大同市地方煤矿年产 0.3Mt以下 94座矿井2008年度瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复，该矿 2008年度矿井瓦 斯等级鉴定结果，瓦斯相对涌出量 2.05 m3/t，绝对涌出量为0.66 m3/min

24、，二氧化碳相对 涌出量3.44 m3/t，绝对涌出量为1.11 m3/min，为低瓦斯矿井。中国矿业大学（北京）编制的山西煤炭进出口集团左云东古城煤业有限公司矿井瓦斯含量测定和瓦斯涌出量预测研究报告，本矿井瓦斯绝对涌出量为7.64 m3/min。相对瓦斯涌出量为4.03 m3/t ,为低瓦斯矿井。邻近长春兴煤矿同样为整合煤矿，现开采5、26号煤层，根据整合前各个矿井的鉴定报告看，矿井为低瓦斯矿井。整合后东古城煤矿开采范围不变，瓦斯涌出量按照2008年瓦斯等级鉴定结果，即矿井绝对瓦斯涌出量为0.66 m3/min，相对瓦斯涌出量为2.05 m3/t ,为低瓦斯矿井。煤尘爆炸危险性根据山西省煤炭工

25、业局综合测试中心2010年6月对该矿123号煤层煤样的测试结果:火焰长度400 mm最低岩粉用量75%有爆炸危险性。根据山西省煤炭工业局综合测试中心2010年3月对该矿22号煤层煤样的测试结果：火焰长度400 mm最低岩粉用量80%有爆炸危险性。2.6.3 火灾根据山西省煤炭工业局综合测试中心2010年6月对该矿123号煤层煤样的测试结果:吸氧量0.64 cm3/g，自燃等级为U级。根据山西省煤炭工业局综合测试中心 2010年3月对该矿22号煤层煤样的测试结果: 吸氧量0.76 cm3/g，自燃等级为I级，倾向性质为容易自燃。补充勘探时在 Z102 孔中对 22、23、223 号煤层采取了煤芯

26、煤样，测试了煤的自燃倾 向性， 2008 年 1 月 10 日由山西省煤炭工业局综合测试中心测试， 123 号煤层倾向性质为 自燃，其余各煤层均属容易自燃。该矿曾在 2008 年 1 月在 22 号煤层井下西一巷、西二巷、西三巷、西四巷距皮带运输 大巷 50 m 处发生自燃现象；在 2009 年 7 月在 22 号煤层井下西六巷、西七巷发生一氧化 碳涌出现象，测表已超限，由于及时采取措施，没造成任何事故。在今后的开采中一定要 注意浮煤的清除和采空区的密闭，防止发生煤的自燃及有毒气体的涌出。3 煤层开采自燃危险性分析及自燃特性实验研究3.1 煤层自然发火影响因素分析1、煤的炭化程度 根据有关资料

27、，一般认为煤的自燃倾向性，是随炭化程度增高而减少的，事实上， 同牌号的煤也有自燃难易之分，这是由煤的化学物理性质的多样性所决定的。据地质报 告，井田内主采的 22 号煤层变质阶段为 1/3JM。2、煤岩成分 在丝煤、暗煤、亮煤、镜煤四种煤岩成分中，具有纤维构造而表面吸附能力很高的 丝煤在常温下吸氧能力特别强，着火点低，可以起着“引火物”的作用，所以含丝煤愈 多，自燃倾向愈大。据邻近杜家村矿井详查报告， D5、 D23 号钻孔中采取 22 号煤层煤岩样， 22 号煤层显 微组分为：镜质组 77.683.8%，惰质组14.118.3%,壳质组2.14.7%，无机组成 为粘土类 3.9-40.7%

28、，显微煤岩类型以混合暗亮煤亚型和混合亮暗煤亚型为主，次为混 合亮煤亚型和混合暗煤亚型。镜煤最大反射率在0.830.89%之间，煤变质阶段属于川变质阶段，推断本矿井情况类似。根据以上煤的显微煤岩组分和显微煤岩类型分析，各煤层自燃程度中等。3、煤的含硫量 同牌号的煤中，含硫矿物愈多，愈易自燃。煤中所含硫铁矿，低温氧化时生成硫酸铁和硫酸亚铁，使煤体膨胀而变得松散，增大氧化表面积。硫铁矿氧化时放出的热量， 也促进煤炭自燃。据地质报告， 22 号煤层为低中硫煤，原煤硫份平均1.551.96%，平均 1.72%。煤的含硫量中等偏低，对自燃的危害性较小。4、煤的水份 煤中所含水份对自燃倾向影响比较复杂，近年

29、来有观点认为：同一种煤水份愈多，着火温度愈高，但当它干燥（如不发生氧化）后，着火温度又变为最低；炭化程度低而 水份多的煤，水份蒸发后，煤的自燃危险性增加，这是因为水分蒸发使煤的粉碎性增加， 从而增大其吸氧面积；炭化程度高而水份少的煤，水份蒸发对煤的自燃危险性影响不明 显。据地质报告，本井田 22 号煤层含水份较高，其自燃危害性会减少。这也说明宁武 煤田井下煤层自然发火情况基本没有，但是地面堆放是容易自燃的主要原因。5、煤的破碎程度 煤的破碎程度越高，吸氧面积越大，自燃危险性越高。本井田煤层韧性较差，据实 际揭露 22 号煤层情况，煤块易破碎，对自燃的危害性相对较大。由于煤的破碎程度大， 煤的氧

30、化表面积，使煤的氧化速度加快，容易自燃。脆性与风化率较大的煤就易于自燃。 本井田各煤层比较疏松，据此分析煤层自燃危险性较大。6、煤的瓦斯含量、孔隙度及导热能力等物理性质也是影响自燃倾向的因素。煤炭 的孔隙率越大，越易自自燃；变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。据实际揭露 22 号煤层情况，本井田煤层孔隙较发育，具有一定脆性，因此，自燃 的危害性增加。7、煤层厚度、倾角、埋藏深度 煤层厚度与倾角愈大，自燃危险性愈大。在厚煤层开采时，由于开采条件复杂，回 收率较低，采区煤柱易遭破坏，采区封闭不严，漏风较大等原因造成容易自燃。此外， 煤是不良导热体，煤层愈厚，愈易造成良好的热积聚条件。煤层埋藏深度

31、增加，煤的原 始温度增加，自然水份减少，也将使自燃危险性增加。8、地质构造煤层遭到地质作用（如褶曲、断层、破碎带及岩浆侵入等）破坏的地点，自燃发火 比较频繁。原因是地质构造破坏处，煤质较松，有大量裂隙；围岩裂隙渗水，都使煤的 氧化能力提高。岩浆侵入区，煤层受到局部干馏，煤的孔隙率增加，强度降低，自燃危 险性也可能增大。本井田地质构造简单，断层稀少，无岩浆岩侵入，从而使煤的自燃危 险性减小。9、围岩性质 煤层顶板坚硬而裂隙发育，冒落后块度较大，采空区漏风大，供氧条件良好。若底 板也较坚硬，则煤柱所受地压大，易破坏，均有利于煤层自燃；如顶板松软，冒落后采 空区充填较致密，且能很快压实，则采空区遗煤

32、的自燃危险性大大减少。10、开拓方式及采煤方法 采区虽然采用煤巷开拓，但支护方式为锚（网）喷，留煤柱少，煤层切割少，自燃 发火危险小。采煤方法对自燃发火的影响主要取决于采空区遗煤量及其集中程度、顶板管理方法， 煤层切割情况、煤柱破坏程度以及采空区封闭难易程度等。11、漏风条件空气流通不仅使煤氧化，同时又把氧化生成的热量带走。风速很小，供氧量不足；风速过大，热量不能积聚，都不会发展成自燃火灾。因此，只有在既有风流流通而又风 速不大的情况下，煤才可能自燃。顶板冒落的采空区，煤巷冒顶、垮邦处，压碎的煤柱 等地点的漏风，往往具备了这种自燃条件。本矿井回米工作面米空区漏风小，米空区煤 层发火危险性小。1

33、2、综放一次采全高开采工艺煤层自燃的特点采煤方法：本矿井开采的为大倾角厚煤层，结合矿井开拓布置，各采区的工作面均 采用走向长壁式采煤法，后退式回采，全部冒落法管理顶板。综采的易发火区为“两道二线”（工作面胶带运输道、辅助运输回风道、开切眼、 停米线）。煤的赋存条件22号煤层位于太原组中下部，上距 16号煤层66.79 m，煤层厚度10.4020.94 m， 平均17.27 m，为稳定全区可采煤层，含39层夹矸，结构较简单复杂。顶板为粉粗 砂岩，底板多为砂质泥岩，局部为泥岩、炭质泥岩。开采技术条件对22号煤层进行分层放顶煤，上分层采高10 m,采用综采放顶煤采煤方法开采，容易造成采空区遗煤多，漏

34、风大，给煤层自燃造成良好条件，增加自燃的可能性；因此，容 易发生自燃的区域为工作面“两线两道”，即工作面开采线，停采线，进风道与回风道。3.2煤层自燃特性实验结果煤层自燃倾向性和煤尘爆炸性煤炭科学研究总院重庆研究院对东古城煤业公司煤层自燃倾向性、煤尘爆炸性等进行 了实验室实验鉴定和分析，鉴定结果见表 3-1、3-2。结果显示：22号煤层的自燃倾向性 等级为I类，属容易自燃煤层；煤尘具有爆炸性，火焰长度为270 mm表3-1 东古城煤业有限公司煤自燃倾向性鉴定结果表矿井名称山西煤炭进出口集团左云东古城煤业有限公司煤层名称样品状态22号煤层块、粉混合采样地点样品质量东1巷3kg检测结果检验项目符号

35、单位结果水分Md%1.75灰分Ad%18.65挥发分Vlaf%37.06全硫S,ad%一真相对密度Trd一1.48吸氧量Vdcm3/g0.75鉴定结论所检样品煤层的自燃倾向性等级为I类，属容易自燃煤层表3-2煤层爆炸性鉴定结果表检测项目符号单位结果水分Md%1.75灰分Ad%18.65Vd%30.15挥发份Vdaf%37.06火焰长度一mm270最低岩粉添加量一%80检验结果此煤样“有煤尘爆炸性”322煤最短自然发火期解算数学模型及其求解本实验将绝热条件下煤从常温缓慢氧化、自热升温到加速氧化临界温度所需的时间计 为煤层最短自然发火期。通过差示扫描量热法（DSC测定煤样比热、升温氧化实验确定煤样

36、加速氧化临界温度，以升温氧化实验中气体产物的浓度变化计算煤样的放热速率，根 据建立的数学模型解算实验煤样的最短自然发火期。本实验用煤样由我院技术人员到山煤集团东古城煤业公司取样，委托我院对该煤样进 行最短自然发火期实验。参考重庆院自然发火期实验报告（编号 WSSYBG2O1O-O205,相关实验测试结果为： 东古城煤业公司22号煤层最短自然发火期为44天，解算过程见表3-3。最短自然发火期的计算结果为实验室模拟最优化条件下煤质自燃特性，是对煤体自燃 情况的理想状态下的模拟，具有参考意义。实际矿井自燃发火期除与煤质自身影响外，还 受到开采方法、通风条件等多种因素影响。表3-3实验煤样最短自然发火

37、期计算表t(DV2VcoVCO2qWpT(K)(10 -6mol/mi n)(10 -6mol/min)(10 -6mol/mi n)(J/kg.mi n)(m3/Kg)(%)(d)3150.712300.09646.18787.397.723351.310500.09138.98174.9611.32t (i)Vo2VcoVcO2qWpT(K)-6(10 mol/min)-6(10 mol/min)-6(10 mol/min)(J/kg.mi n)3(m /Kg)(%)(d)3481.401700.08909.36833.826.583631.370700.09149.28872.836.6

38、23791.338600.08799.04432.060.08753.583921.39370.00240.09249.44871.591.66252.924061.36970.00670.11159.89371.202.434211.36720.02530.170511.64550.892.174343.82150.16580.575735.82260.680.9145436.16632.25038.2944423.51080.460.114 矿井自然发火预测预报技术矿井火灾的预测预报是矿井火灾防治的重要环节，特别是矿井内因火灾的发生要经历 准备期和自热期，其变化过程具有明显的征兆，故矿井火

39、灾发展过程中的早期预测预报显 得尤为重要。矿井防灭火规范（试行）要求每一自燃矿井均要及时掌握自然发火动向， 建立自然发火观测网，确定自然发火的临界值，对全矿井的自燃危险区域进行系统的、定 期的观测，一旦发现某一指标达到临界值，应迅速作出预报。4.1 自然发火预测预报所谓矿井自然火灾预报，就是根据火灾发生和发展的规律，应用成熟的经验和先进的 科学技术手段，采集处于萌芽状态的煤炭氧化自热信息，并进行逻辑推断工作，报告高强 点发生的空间位置及其发展状况。我国最常用的预测预报方法有气体分析法，测温预测预报法。气体分析法是根据煤在 自然发火过程中生成的气体产物的组成、浓度及其变化速率等特性，确定煤的自然

40、发火进 程并预测煤的自然发火趋势的预测方法。目前国内外常用的气体分析方法可以分为四类： 以Q和CO浓度构成指标预测； 根据烷烃和烯烃浓度值及其变化趋势预测； 根据烯烃和链烷比预测自然发火情况； 根据芳香烃、苯、甲苯、二甲苯和气体的 C/H 比值预测。4.1.1 实验煤样自然发火预测预报指标及其临界值在煤低温氧化过程中生成，并能用来预报煤炭自然发火的气体称之为指标气体。煤在 热解过程时要产生多种气体，且各种气体产生的最低温度，以及气体生成量和煤温之间的 关系因煤质不同而异。因此，通过试验优选适合的指标气体为煤炭自燃火灾早期预报提供 了必要的前提条件。煤样升温氧化过程中气体产物及其浓度变化见表 4

41、-1，其临界温度为152C。在实验过程中对所取煤样气体成分、浓度和指标气体分析如表 4-1 。表 4-1 煤样实验指标气体原始数据温度/ C气体浓度/ppmCOCOCH4CnC2H2CbHj30064.700000401.952108.600000503.424282.5000006014.39306.8000007039.774110000080101.2761.10000090201.2144200000100401.530407.3890000110614.342937.3320000120878.156538.5590.96490.8244001301517893122.263.214

42、3.02306.3514021731187034.797.1246.027014.7715024971322042.867.6357.236015.3616030391513055.998.0757.863019.9517030201455056.0510.6867.869021.3618030171473052.6916.277.832023.0319033461589065.8321.118.402021.77煤样升温氧化过程中的气体（CO CO以及烃类气体）变化趋势如图 4-1度浓体气020406080100120140160180200温度C)图4-1 CO、CO2、变化趋势ml度浓体

43、气图4-2烃类气体变化趋势从图4-2中我们可以发现煤样在40C到190C的氧化过程中有规律的出现 COCO, 其浓度随煤温升高基本而快速升高；煤样在 120C时候出现GH,且生成量随温度的升高 而不断升高；CH在100C时就出现，随着温度的升高而升高，这也说明煤中原生的CH较少。CO在40C时开始出现，其在低温阶段生成量较小，但在80C 90C时CO温升率迅速增加，说明此时煤已经开始迅速氧化，物理吸附已经越来越弱而化学吸附和化学反应占 据了主要位置。因此可以看出，CO在煤氧化自燃过程中出现较早、生成量较大、浓度增长 速度也较快，其浓度与煤体温度之间存在明显的对应关系，因此作为煤炭自然发火早期预

44、 测预报非常灵敏的指标气体。C2H的生成量随煤温的上升而呈现出增加的趋势，C2H说明此时煤与氧发生了较强的化学反应。而GH在30C190C没有出现，说明其出现的温度高于 190C。一旦有C2I4则表明煤已经发生剧烈的化学反应因此，煤在的氧化自燃过程中，以 CO和CH为主要的现场自燃预测预报指标气体。应 用CO作为预报自然发火指标气体时，要以 CO的浓度或绝对值大于临界值，CO的浓度或绝 对值有稳定增加的趋势为主要参考依据。一般井下空气中不含CH,不需要制定临界值指标，煤矿井下若监测到C2H4气体则说明温度已经达到120C以上，此时应积极采取响应的 防治措施，说明煤炭已经激烈氧化。而预测指标的优

45、选及指标值的确定是预测准确与否的关键。根据理论研究以及对东古 城矿22号煤层氧化升温实验研究，采用以 CC为主，以CH为辅助的标志气体分析法。4.2 煤矿自燃预测预报系统4.2.1 人工监测系统人们凭感观可感知井下高温点附近温度升高、冒水雾、煤油味、冒烟等，从而确定发 火危险，是矿井某些隐蔽高温点发现的有效途径，应充分利用矿工的这些感知报告来监测 内因火灾。人工检测一直作为煤层火灾的主要监测手段，人工气体监测主要采用O2、CO、CH4 等便携式气体分析仪，由人工直接在各测点进行气体检测，并定期采用气袋取气样，送地面进 行气相色谱分析，给出气体的成分和浓度，以此判断煤层发火程度。该法适用性强、投

46、入 设备少，简单易行，但人工取样工作量大，间隔时间长，不能连续实时进行检测。使用智能多参数检测仪测定工作面和上隅角等处的Q、CH4、CO和温度。使用便携式红外线测温仪测定放顶煤煤温，每班派员进行检测。每天三班每班三次对工作面回风、隅角、尾部溜前后等位置的 CO检测，检测到CO异常情况时，使用束管监测测系统加强监测， 并人工取样到地面实验室进行色谱分析。制定井下巡逻采样制度，根据全矿回采、掘进工作面数量、位置、采区回风巷位置、 已封闭火区、密闭位置等，确定全矿需要采样的数量、地点，制定每个采样工巡回采样路 线、间隔时日，并绘成图表交由采样工执行。要对井下采样工培训，使其了解自然发火预 报的基本知

47、识，学习井下采样方法、便携式仪器的操作使用方法等。采样工采集气样的同 时记录采样点风速、温度，以便携式仪器分析采样点气体以便与分析室结果对照。当班采集的气样必须当天完成分析，结果制表报送通风主管和矿安全副总，或发送矿 井管理局域网上，当发现异常情况要特别标明并同时报矿总工程师。通风主管工程师对报 来的分析结果，标示出各测点变化图表，并计算工作面CO CO的释放速率qc。、qco2及hi、h2 参数，绘成变化图表，并根据其变化规律及标志气体C2H4、 H2、 C2H2 及 C3H8/C2H6 等的变化提出自然发火趋势的预报。4.2.2 人工采样实验室色谱分析通过建立地面色谱分析实验室，对井下容易

48、自然发火区域定期取样，送地面实验室进 行气相色谱仪气体分析。在异常情况下，加强对井下自燃危险区域的人工气体采样分析。 选用SP-6800A-MK型气相色谱仪，该专用色谱分析系统技术参数包括如下： 最小检测浓度：COC 1 ppm； COW2 ppm； CHW ippm C2F4O.ippm； C2F60.5ppm；C2F2 0.5ppm； NN、QW 100 ppm 尺寸：宽606 mnK高450 mnK深450 mm 重量：42 Kg ; 电源： 200 V、50 HZ、2100 W； 热导检测器 (TCD)； 火焰离子化检测器 (FID) ； 柱箱温度范围：10399 C (增量为1C);

49、控温精度：土 0.1 C； 检测器温度范围：10399 C(增量为1C)；控温精度：土 0.01 C (TCD)和 0.1 C (其它)；可由键盘设定过热保护值； 工作站。4.2.3 束管监测系统 束管监测系统能通过预先安设于采空区及回采面的束管将各处气体抽吸到一处进行分 析，可以监测各采样点气体的连续变化趋势，是监测采空区隐蔽自然发火的有效手段，分 为地面分析型束管监测系统和井下分析型束管监测系统。井下型束管火灾监测系统相比地面型束管监测系统，具有经济适用、维护方便，适用 于大、中、小型煤矿自然发火预测预报和防治工作，特别是大型矿井高产高效工作面的自 然发火预测预报。井下束管火灾监测系统可对

50、井下任意地点的 Q、CH和CO等气体浓度实现24小时连续 监测和分析，对预测监测地点自然发火危险性和可燃混合气体爆炸危险性分析，为煤矿自 然发火和矿井事故防治工作提供科学依据。因此，选用JSG型井下束管监测系统，该系统可最多挂接 5套井下分站，每套井下分 站可实现对井下 8 个监测地点抽取气体，井下部分放置于井下采区石门或采区上山附近的 硐室中运行，使用水环真空泵通过束管抽取监测点气体，采用CH、O、CO传感器连续监测和实时分析监测点气体成分，对工作面及采空区有关火灾参量进行监测，采用自然发火 预测预报专家系统程序实现自然发火预测预报。系统标准配置清单如下：井下分站： 束管气体采样柜 1 套，

51、内含：一氧化碳传感器 1 台，高低浓度甲烷传感器 1 台， 矿用氧气传感器 1 台，矿用防爆电磁阀 8个，矿用隔爆型接线盒 3个，气水分离器、除尘 器、流量计、真空表及附属气室和管路等。 抽气装置：矿用防爆水环式真空泵 1 台；井下分站控制箱：KXSG8井下束管监测系统控制箱1台；矿用单芯束管：矿用聚乙烯阻燃抗静电束管，标准配置为5ooom束管接头及除尘除湿器等管路附件 1套； 通讯电缆：矿用通讯屏蔽电缆，标准配置 5ooom 地面中心站： 通讯接口： KJJ-2400地面数据接口 1台； 监控软件：JSG8井下火灾束管监测系统软件；监控主机：地面工业控制微机1台；打印机和不间断电源等。术环真

52、空泵术环真空泵、监挖主机网络交换口1耳井下监控分站1耳井下监控分站采样分析柜更管测点1久3采徉分听柜束管测点I, 2, 3束養测点I,. 2j 3 ,. .u3#幷下监控分站3甘幷下监控分站I监控主机独立成系统据捋口图4-3系统结构示意图安装内容:地面中心站的安装 监控主机的安装监控主机应该安装在矿监控中心，专人监护，主机安装XP系统，专机专用。由重庆研究院技术人员指导安装JSG8井下火灾束管系统软件数据通讯接口将通讯电缆从井下安装“ KXSG8C井下束管监测系统控制箱”处铺设至地面监控主机处由重庆研究院技术人员指导安装数据接口和监控主机及井下通讯电缆的连接。 井下部分的安装 安装地点的选择a

53、. 首先要符合使用说明书中关于工作环境的要求温度：0C40C；相对湿度：井下：w 95%井上室内：w 90%周围无腐蚀性气体；无干扰、震动冲击的场所；大气压力： 80 kPa 106kPa。b. 下部分应安装于井下采区石门或采区上山附近的硐室中运行，如果系统处于回风流 中，必须按照煤矿安全规程的要求采取相应的安全措施。c. 选取离各监测点距离最佳的地点，便于看护和值守。有条件的情况下设立栅栏，独 立管理维护。d. 井下安装地点水泥底座施工： 由矿方选择井下安装地点，并按井下分站尺寸设计施工水泥底座，设计原则如下： 采样分析柜放在中间，电控箱和水环真空泵按现场情况放置于采样分析柜两边。采样分析柜与巷道壁应保持500mn距巨离。平台后面应有排水沟，保证水环真空泵排水顺畅。 所需电源、水源及材料a. 两路 660v 电源一路供电控箱使用，两相660v，容量大于200VA一路供水环真