回采工作面防止自然发火专项设计及安全技术措施

回采工作面防止自然发火专项设计及安全技术措施编号：TF-2022审批签字：总工程师：2022年月日生产矿长：2022年月日安全矿长：2022年月日水文矿长：2022年月日安全副总：2022年月日回采副总：2022年月日通风副总：2022年月日安监：2022年月日技术：2022年月日调度：2022年月日综采区：2022年月日防治水科：2022年月日单位负责人：2022年月日审核：2022年月日编制：2022年月日（本措施18页、附图0页）审批意见 目录TOC\o"1-2"\h\u27390一、设计依据 煤业有限公司回采工作面防止自然发火专项设计及安全技术措施为防止回采工作面发生自然发火，特制订如下设计及安全技术措施：一、设计依据1、《煤矿防灭火细则》2、我矿2号煤层自燃倾向等级为Ⅱ类自燃，生产中须加强浮煤清理工作，采空区或盲巷应及时密闭，确保安全生产。3、我矿目前建有灌浆、注氮系统，开采回采工作面时采取采空区注氮、喷洒阻化剂的综合防灭火措施；主要配置JSG-9型束管采样系统对各类气体进行监测。二、防灭火方法结合我矿实际情况，当工作面上隅角CO浓度达到5ppm时采用采空区注氮防灭火、喷洒阻化剂防灭火，当采空区氧化带束管监测CO浓度超过12ppm或上隅角、架间CO气体浓度超过8ppm，必须加快推进速度。（一)氮气防灭火一）注氮工艺基础参数回采工作面注氮工艺以下列参数作为设计基础：（1）工作面长度70m；（2）煤层平均厚度6m；（3）工作面需风量为645m³/min；（4）通风方式U型通风。（5）综放工作面日推进度，2m/d：二）注氮防灭火系统1、注氮工艺基础参数回采工作面注氮防灭火系统由PSA变压吸附制氮装置、工作面注氮管组成。1）注氮装置及其安装位置目前，大远煤矿井下工作面采空区防火的制氮装置为PSA变压吸附制氮装置。采用特制的碳分子筛作为吸附剂，运用PSA变压吸附制氮技术，在常温、低压条件下直接从空气中制取氮气，从而为企业自己制备氮气提供了一种简单可靠、经济的方法。制氮机安装在制氮机房。其主要性能指标为：技术参数名称技术参数氮气产量1200Nm3/h氮气纯度≥97%氮气压力≤0.8(可调)MPa氮气露点≤-45℃进气口100DN出气口65DN制氮机电源220/50V/Hz制氮机装机功率20W进气气源质量要求压缩空气流量≥42Nm3/min工作压力0.8MPa进气温度≤80℃进气含油量≤10ppm环境温度≤38℃2）输氮管路（1）输氮线路注氮机房→风井→回风上山→运输石门→回采溜子道→采空区输氮管路采用DN108mm无缝钢管。（2）输送压力验算输氮管路的直径应能满足最大输氮流量和,压力的要求，其供氮压力：5-3-1不同管径的阻力损失系数表管径Di，mm7080100150200250300400阻力系数λi0.0320.0310.0290.0260.0240.0230.0220.020上述计算说明：输氮管路选用DN108无缝钢管。管口末端压力为0.2Mpa的情况下，制氮设备的供氮压力只需0.24Mpa。从注氮量及注氮压力两方面均符合回采工作面注氮防火的要求。（3）管路的铺设要求管路的铺设应尽量减少拐弯，要求平、直、稳，接头不漏气。每节钢管的支点不少于两点，每节软管的吊挂不少于4点，不允许在管路上堆放他物。低洼处可设置放水阀。输氮管路应进行防锈处理，表面油漆。定期对注氮管路进行试压检漏。3）注氮防灭火工艺根据《煤炭矿井设计防火规范》（GB51078-2015）的规定：根据矿井具体条件，可采用埋管注氮、拖管注氮、钻孔注氮和密闭注氮等工艺。根据回采工作面的具体情况，采用拖管注氮、密闭墙内注氮工艺。注氮方法1、拖管注氮拖管注氮是指在工作面进风侧沿采空区埋设一趟注氮管路，当注氮管口进入氧化带后开始向采空区注氮，注氮管路随工作面的推进而拖动直至工作面采完为止。具体做法：在回采溜子道向采空区预埋108mm直径的钢管，并将此钢管同注氮管路连接，待管口进入采空区氧化带时，打开氮气阀门向采空区氧化带注氮，以达到惰化防火的目的。采空区埋进去的注氮管路随工作面转载机一起外移。2、氮气释放口的位置工作面切眼下口开始埋设注氮管路，推采至30m时，开始向采空区注入氮气，注氮管口的位置在工作面采空区内始终距工作面30m处。3、注氮方式工作面上隅角CO浓度达到5ppm时，启动注氮机连续向采空区注氮。工作面停采后，埋设的注氮管不拖出，持续注氮至永久封闭。建筑永久密闭墙时，另铺设注氮管，进行一段时间的密闭注氮。4、注氮灭火扑灭瓦斯积聚区的火灾，需要建防爆墙。注氮的同时，取样分析灾区气体成分的变化，此时宜长时间连续注氮。5、注氮量回采综放工作面注氮量按下式进行计算：式中：QN—注氮量，（m3／h)：Q0—采空区氧化带内的漏风量，可取5m3/min—20m3/min;C1—采空区氧化带内的原始氧浓度，可取10%—15%；C2—采空区防火惰化指标，可取7%；CN—注入采空区中的氮气浓度，取97%；K—注氮量富余系数，取1.2—1.5。则：m3/h（二）喷洒阻化剂防灭火一）阻化剂的选择从目前的应用结果来看，氯化钙、氯化镁等氯化物对褐煤、长焰煤和气煤有较好的阻化效果。故选用工业盐作为矿井防灭火阻化剂。二）阻化剂浓度的确定阻化剂的浓度既决定防火效果，又影响吨煤成本。阻化剂浓度越大，阻化效果越好，但吨煤防火成本也随着增大；阻化剂浓度过小，虽降低了吨煤防火成本，但防火效果较差。根据国内矿井使用效果来看，20%的溶液阻化率较高，阻化效果较好；10%的阻化液也能防火，但阻化率有所下降，因此，阻化剂浓度控制在15%～20%之间，一般不小于10%，可暂定把浓度控制在15%，以后根据实际的阻化效果进行适当调整，并采用重量法进行浓度测定。阻化剂的浓度可用下式计算：式中——阻化剂溶液浓度，%；——阻化剂溶液量，kg；——阻化剂量，kg；——用水量，kg。三）采空区喷洒阻化剂防灭火工艺应用阻化剂防火的主要方法有：表面喷洒、用钻孔向煤体压注以及利用专用设备向采空区送入雾化阻化剂。阻化汽雾的实施需靠采空区漏风将其带入采空区而惰化浮煤，对全工作面实施困难较大，而且大的漏风对采空区防火是不利的。因此，工作面推进过程中发现上隅角CO浓度达到5ppm时，向采空区注氮、喷洒阻化剂。四）采空区喷洒阻化剂工艺1、设计采用表面喷洒阻化剂工艺，即在工作面回风顺槽超前支护外布置一台阻化泵,负担阻化剂喷洒工作，阻化泵配一支喷枪，由专人手持喷枪，从支架间隙向采空区喷洒，每间隔5组支架喷一次，每次喷洒至少6min，流量不小于35L/min。如遇停产、过断层、收尾等情况时，必须对采空区加大喷洒频率。喷洒系统工艺图。移动式喷洒系统工艺图1-供水管路；2-药液箱；3-吸液管；4-压力表；移动式喷洒系统工艺图1-供水管路；2-药液箱；3-吸液管；4-压力表；5-阻化泵；6-高压胶管；7-阀门；8-三通；9-喷枪8654322采空区工作面179五）阻化剂喷洒量计算回采工作面的喷洒量1）回采工作面一次喷洒量：G=K1K2LBhA式中：G——按重量计算一次喷洒，kg；K1——一次喷洒加量系数，取1.2；K2——松散煤（浮煤）的密度，K2=0.9t/m3；L——工作面长度，70m；B——一次喷洒宽度，1.2m；h——底板浮煤厚度，m，取0.05m；A——原煤(浮煤)的吸药液量，取54kg/t；则工作面一次喷洒量为：G综=K1K2LBhA=1.2×0.9×70×1.2×0.05×54=244.944kg，取245kg。则工作面一次喷洒所需阻化剂用量为：G阻=G×ρ=245×15%=36.75kg，取37kg综上所述，回采工作面一次喷洒量37kg。（具体喷洒量可根据现场实际按比例予以调整）。六）注意事项1、为保证阻化剂防灭火效果，必须严格按比例进行配制，确保阻化率达到设计要求，配制时对溶液先进行充分搅拌，待其完全溶于水后，方可进行喷射工作。2、喷洒雾化工作开始前，应预先打开阻化剂喷枪开关，使阻化剂喷枪处于常开状态。在各项准备工作完成后方可接通电源开关，由低压力开始启动阻化泵，待系统运转正常后再把压力调至所需压力，开始正常喷洒雾化工作。每天工作结束前，必须用清水继续喷洒数分钟，以便对阻化泵和管路以及喷枪进行清洗。阻化泵运行中不可脱水空转，预停止工作时，必须先将调压手柄扳到卸压位置，待压力降低后方可停机。每天工作结束后，必须关闭开关、切断电源。3、工作面上、下隅角，开切眼和停采线附近等重点防火区域，或当工作面遇到复杂地质情况，推进度放慢时，要适当加大阻化液的喷洒量和次数，提高该处的阻化效果。4、要保持阻化煤体的湿润，防止因煤中水分减少到一定限量时阻化作用停止而转变为催化作用，为节省费用，可以通过多次喷水保持环境具有较高的湿度来延长阻化寿命。5、阻化药液具有一定的腐蚀性，喷射工人需佩戴手套和雨衣，在喷洒过程应对机械设备及支架等金属构件进行遮盖或其它防护措施，喷洒完后应检查看是否有液体溅到金属构件上，若有应及时擦掉，可有效减少喷洒阻化剂带来的危害。6、当发现阻化泵压力表突然升高时，应考虑阻化剂管路是否堵塞，应根据具体情况及时卸压并关闭阻化泵，组织人员立即对管路进行检查处理，恢复正常后方可重新使用。出现其它异常情况，也要立即将调压手柄扳到卸压位置，待压力降低后方可停机。7、为保证阻化防火的有效性，应结合气体监测系统，定期检查工作面及采空区气体成分，同时观测温度、湿度和漏风量。（三）构筑防火墙及设置自然发火观测站1、在回采工作面上下两顺槽口里用不燃型材料构筑防火门墙，现场备齐防火门板，吊挂防火门墙管理牌板，每周检查一次。2、回采工作面上隅角设置防灭火观测站，吊挂防灭火观测站管理牌板，每班由瓦斯员负责检查气体浓度，并及时记录在牌板上。三、火灾监测（一）火灾监测管理建立防灭火管理和火情监测分析预报制度。主要配置JSG9型矿井束管采样系统对煤层自然发火进行采样监测。（二）煤层自燃监测方面的措施1、煤层火灾监测系统概况煤层自燃火灾监测与早期预报是矿井火灾预防与处理的基础，是矿井防灭火的关键。只要能够准确、及时地对煤层自燃火灾进行早期预报，就能有效地采取预防煤层自燃火灾的措施，从而避免自燃事故的发生。对于煤层火灾的预测预报而言，采样监测技术是至关重要的。矿井火灾束管监测系统是借助束管将矿井井下各测点的气体经抽气泵负压抽取、汇总到指定地点，对束管采集的井下气样进行分析，实现对O2、N2、H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等气体含量的在线监测，其监测结果在以实时监测报告、分析日报等方式提供数据的同时，亦可自动存入数据库中，以O2、N2、H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2九种气体作为回采工作面自然发火标志性气体，并通过色谱仪对这九种气体含量的变化趋势进行分析，从而实现对矿井自然火灾的早期预报。2、束管监测系统火灾气体束管采样系统，可布置在不同的监测区域，体积小，重量轻，束管管路短，操作、管理及维护方便。该套系统可用于在井下对重点危险区域进行现场连续采样，多个密闭集中采样，现场和实验室分析，监测火灾气体成份的变化，为煤层自燃预测预报提供了有效的手段，为分析煤层发火情况及其变化趋势提供了依据。JSG-9型束管采样系统组成该系统既具有原束管系统的功能，又克服了原束管系统的一些不足。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)气相色谱仪；(2)抽气控制柜(3)16芯束管；(4)束管单管；(5)16芯束管分路箱。3、井下监测方案⑴测点布置方案①工作面回风巷距回风口15～20m，②采空区监测点，布置在采空区内，沿回风顺槽非采空侧预埋，布置在氧化带内，随着工作面的推进而报废，一般每20m左右埋设一根，用于监测采空区气体变化情况；③工作面上隅角随工作面开采而移动。(2)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，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。为了检测全矿井的一氧化碳情况，矿井配备便携一氧化碳检测报警仪。（三）回采工作面防火重点1、切眼附近。切眼从掘进揭露煤体至回采间隔时间长，表体煤炭同空气接触时间长，自然发火隐患大。2、停采线附近。在接近停采线10m停采后不能及时撤面、封闭，而导致自然危险性增加。因此，停采线附近是采空区最易发生自燃火灾的地点，是防灭火工作的重中之重。3、断层破碎区、顶部离层区和破碎区、地质破坏区。（四）回采工作面监测及早期预报方案采用人工检测、束管监测、安全监控和人工采样分析的方法对工作面煤层发火情况进行监测，各种检测应定点、定时，以便于进行分析。A工作面自然发火监测1、人工检测检测地点：回风隅角处支架架尾；回风隅角；运料巷出口50m内。检测人员：当班瓦斯检查员。检测参数：CO、O2、CO2、CH4和T（温度）。检测仪器：CO便携仪、O2便携仪、光学瓦斯鉴定器和红外测温仪。每班检查不低于两次。检测后当班瓦斯检查员将班报表报通风区值班人员审阅，日报表报矿总工程师和矿长审阅。2、束管监测检测地点：回风隅角；采空区；回风流。检测参数：O2、N2、H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2。检测设备：束管监测系统。检测时间：工作面正常回采后，每天检测1次；工作面异常时，增加监测次数；有异常时将检测结果报表打印并上报。测点调整：每天早班，调整与工作面推进相关的束管监测点的位置。3、安全监控检测地点：回风隅角；工作面；回风流。检测参数：CO、CH4、T、风速。检测设备：安全监控系统。检测时间：实时监测。测点调整：每天早班，调整与工作面推进相关的监测探头的位置。4、人工采样分析采样地点：回风隅角、采空区和工作面运料巷出口50m。检测参数：O2、N2、H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2。检测设备：色谱仪。B监测所需仪器所用仪器仪表主要有：风表、秒表、便携式O2、CO测定仪、光学瓦斯鉴定器、束管监测系统等；测温选用红外线测温仪、温度传感器器等进行测定。C回采工作面自然发火早期预报根据监测出的数据，结合回采工作面推采时采空区指标气体情况进行具体分析，判断散热带、氧化带、以及窒息带的宽度。结合CO气体可反推煤炭的温度范围来进行煤自然发火预测。四、防止自然发火措施施工工艺（一）注氮防止自然发火工艺使用注氮机向埋设至采空区的4寸管注氮，即注氮管口由溜子道预埋在采空区里，借助于漏风将注入的氮气散布在采空区内，降低氧气浓度，降低热量积聚，抑制煤炭氧化，另外，氮气还能起到稀释易燃易爆气体浓度，防止爆炸的作用。采用注氮防火时应遵守下列规定：１、氮气源稳定可靠。２、注入的氮气浓度不得小于97％。３、有专用的氮气输送管路系统及其附属安全设施。4、有连续不断地监测采空区气体成分变化的监测系统。5、有固定或移动的温度观测点和监测手段。6、有专人定期进行检测、分析和整理有关记录、发现问题及时报告、处理。（二）阻化剂防止自然发火施工工艺工作面配备有阻化剂喷洒泵，选用工业盐为阻化剂原材料，配制成浓度≥15%的水溶液，对采煤工作面及溜子道、运料巷喷洒和灌注阻化剂，消除煤层氧化的供氧条件，防止采空区浮煤自燃。（三）永久密闭墙防止自然发火施工要求工作面回采结束后，必须在工作面各安全出口砌筑永久密闭墙，密闭采空区。永久密闭墙要求每道厚度不小于0.5m，具有较高的气密性、坚固性和不燃性。材料主要有砖、片石和混凝土，砂浆作为粘结剂。施工时在巷道的四周按规定掏槽，并在墙与巷道接触的四周涂一层粘土或砂浆等胶结剂。两层砖之间要求充填黄土，并夯实。另外，密闭墙上1.8m左右高度的位置应预埋用于检查火区温度、采集气样、测量漏风压差的铁管。密闭墙上0.5m左右高度的位置应预埋用于灌浆、注氮气的ø108钢管作为措施孔。密闭墙上底板的位置应预埋用于排放积水的ø108钢管。五、工作面推进期间防止自然发火技术措施对于综放面采空区防火而言，工作面正常回采是最好和最有效的手段，各项防灭火技术只是辅助手段。各项防火工作的安排与实施，应尽量避免（或减小）对工作面正常推进的影响。根据综放面的防火工作重点，生产期间应针对不同的时期采用相应的防灭火技术措施。（一）开切眼防火切眼从掘进至回采的时间较长，表体煤炭同空气接触时间长，切眼两端头各种设备硐室多，采空区遗煤多，前期因设备磨合工作面回采推进速度慢，必须加强切眼处防火工作。在工作面回风顺槽预埋束管取样分析采空区内的气体变化和采空区浮煤自燃性预测。（二）回采期间的防火措施1、在工作面进风隅角垒隔离墙，减少采空区漏风；2、在上隅角建立防火隔离墙，间距为20m，在特殊时期应为5～10m；3、对工作面气体进行取样分析。4、必须加快回采进度。束管分析在工作面回风顺槽预埋束管取样分析采空区内的气体变化和采空区浮煤自燃性预测。（2）气相色谱仪分析1）观测点的布置①、巷道周围压力较小、支架完整、没有拐弯、断面没有扩大或缩小的地段；②、根据预测指标和预测的范围来确定观测点，对有发火危险的工作面回风巷内设观测点，对潜在火源的下风侧，距火源适当的位置设观测点；③、工作面的回风侧设置观测点，一般布置在上隅角；④、已封闭的火区或老空区观测点设在出风侧密闭墙内，取样管伸入墙内1m以上；⑤、温度观测点设置要保证在传感器的有效控制范围之内；⑥、观测点应随采煤工作面的推进与火性变化而调整。2）取样①、人工采集气样，用采样器取样。取样应在不生产、不放炮的检修班或在交接班时间采样，每个采样点两至三天轮流取样一次，如发现可疑现象，应缩短为每天采样1次，并适当增设采样点。在每次采样时，应测定采样点风量和温度。②、采样时，采样人员面向风流，手拿采样器，伸向身体前方，从巷道顶板缓慢移动到底板，再从底板移到顶板，这样上下移动，直至采集到观测点巷道全断面上的平均气样。3）气体分析利用气相色谱仪进行气体分析。（三）停采时的防火技术措施1、工作面停采期间，降低工作面风量（约为正常风量的一半）；2、加快工作面设备撤出速度，应在45天内工作