项目三 矿井内因火灾及其预防

项目三矿井内因火灾(huǒzāi)及其预防防止煤炭自然发火的开采技术因素预防性灌浆阻化剂防火技术凝胶防灭火技术氮气(dànqì)防灭火技术均压防灭火技术其他防灭火技术简介共一百五十六页矿井自燃火源的分布(fēnbù)规律

根据统计分析，矿井自燃火源主要分布在采空区、煤柱、巷道顶煤和断层附近。

1）采空区，采空区火灾占50％以上。自燃火源主要分布在有碎煤堆积和漏风同时存在、时间大于自然发火期的地方。

2）煤柱，尺寸偏小、服务期较长、受采动压力影响的煤柱，容易压酥碎裂，其内部产生自燃火源。鹤岗新一矿在实行无煤柱开采前，煤柱火灾占矿井总火灾55.5％。

3）巷道顶煤，采区石门、综采放顶煤工作面沿底掘进的进回风巷等，巷道顶煤受压时间长，压酥破碎，风流渗透和扩散至内部（深处(shēnchǔ)），便会发热自燃。

4）断层和地质构造附近。共一百五十六页任务一防止煤炭自然发火的

开采(kāicǎi)技术因素掌握如何选择合理(hélǐ)的矿井开拓系统熟悉合理采煤方法的选择要求共一百五十六页一、选择(xuǎnzé)合理的矿井开拓系统1、开拓巷道的布置基本要求(yāoqiú)：最小的煤层暴露面、最少的煤柱和易于隔绝的采空区。具体要求：1）开采有自燃倾向性的煤层时，应尽可能采用岩巷布置。特别是容易自燃的厚煤层或煤层群在开拓布置时，应将开拓巷道布置在稳定的岩层内或不易自燃的煤层内。2）在进行采区划分时，要综合考虑煤层的自燃倾向性和开采、地质等因素，合理确定采区范围，尽量在自然发火期内将圈定的采区煤量全部采完。而且从时间安排上，控制每个采区结束的时间，并及时封闭，以隔绝空气，防止遗煤继续氧化而自燃共一百五十六页2、开采顺序具体要求：煤层(méicéng)群开采时，应先采上层后采下层；倾斜或急倾斜煤层开采时，应先采上阶段后采下阶段；避免先采下层或下阶段破坏上层或上阶段煤体的完整性，造成空气进入煤层而自燃。采区采用由井田边界向井筒方向开采的顺序；采煤工作面一般从采区边界开始，作后退式开采；若分层回采，要先采靠近顶板分层，后采靠近底板分层。共一百五十六页3、合理的通风系统基本要求：1）通风系统在一定(yīdìng)范围内应具备可调性，当一个采区发生火灾时，能够根据救灾的需要，做到随时停风、减风或反风，避免事故范围的扩大。2）采取通风系统应采用分区式，尽量消除或减少角联风路。分层多的工作面回采时，要合理调整采区内的通风系统，避免出现高、低压区邻接的通风状况，并采取措施防止分层之间、工作面之间的采空区漏风。共一百五十六页二、选择(xuǎnzé)合理的采煤方法预防煤层自燃的开采要求：巷道布置简单、煤层的切割量最小、煤炭采出率最大、回采速度最快、采空区漏风最小。1、准备巷道的布置为了预防煤层自然发火，对一些服务年限较长的采准巷道应尽量布置在稳定的岩层内或不易自燃的煤层内，以减少对自然发火煤层的切割，且最好采用(cǎiyòng)跨上山回采，以免停采线处的煤炭自燃。共一百五十六页2、回采巷道的布置1）区段巷道采用重叠布置近水平或缓倾斜厚煤层分层开采时，分层区段平巷的布置有内错、外错和垂直三种形式，前两种布置方式对防止采空区浮煤自燃都有一些不利因素。外错式布置：下分层回采是煤巷顶煤冒落堆积易于形成易自燃带。内错式布置：在采空区上下分层巷道形成的台阶煤柱内侧隅角带易蓄热氧化自燃。各分层巷道沿垂直线重叠分布：可以减小煤柱尺寸或不留煤柱，能消除采空区浮煤自燃的基本条件且巷道避开了支承压力(yālì)的影响，容易维护。共一百五十六页2）区段巷道采用分采分掘布置(bùzhì)分采分掘的概念：回采工作面的进、回风巷同时掘进，而在上下相邻近区段的进、回风巷之间不再掘联络眼，即可减少上区段间的漏风，减少自然发火的机会。3、采用先进的采煤工艺（1）推行综合机械化采煤工艺，加快回采速度。（2）提高回收率，减少采空区的遗煤。（3）采用合理的顶板管理方法共一百五十六页4、采用无煤柱开采无煤柱开采就是在开采中取消了各种维护巷道和隔离采区的煤柱。优点：可以取得良好的经济效益；有效的预防煤柱的自然发火。缺点：相邻采区无隔离带，造成采区难以严密封闭，造成漏风。防止漏风的措施：（1）沿空巷道挂帘布（2）充填(chōnɡtián)隔离带隔绝采空区（3）喷涂泡沫塑料堵漏共一百五十六页任务(rènwu)二预防性灌浆

能够(nénggòu)选择灌浆材料能够进行泥浆制备输送分析计算泥浆输送参数制定灌浆方法，确定灌浆参数制定灌浆管理措施共一百五十六页预防性灌浆是将水、固体材料按适当的比例混合，制成一定浓度的浆液，借助输浆管路送往可能发生自燃的地区，以防止自燃火灾的发生。预防性灌浆的作用：浆液中的固体物沉淀充填于浮煤缝隙之间，包裹浮煤，隔绝氧气(yǎngqì)与煤体的接触，杜绝漏风，防止氧化；浆液中的水分有助于增加煤的外在水分，抑制煤自热氧化的发展，同时有利于已自热煤体的散热。共一百五十六页一、灌浆材料的选择灌浆材料的选取应满足下列要求：(1)不含助燃和可燃的材料；(2)粒度直径不应大于2mm，小于1mm的应占75％；(3)相对密度为2.4～2.8；(4)具有一定的可塑性，塑性指数9～14；胶体混合物25%～30%；含砂量25％～30%；(5)易脱水又具有一定的稳定性。(6)具有能与较少的水混合(hùnhé)成泥浆的能力；(7)运输时不堵塞管路或泥浆糟。共一百五十六页

煤矿中应用最多的灌浆材料是黄土，但大量应用黄土会使农田遭到破坏，有的矿区无土可取。因此，有些矿区采用破碎后的页岩、破碎后的矸石、热电厂的炉灰等作为代用材料，在实践中也取得了很好的防灭火效果。二、泥浆的制备(一)灌浆站1．灌浆站的形式和适用条件灌浆站是制取浆液的场所，其形式有以下(yǐxià)三种：固定式灌浆站：适用于煤层赋存或开采深度较深、需在地面建立永久或半永久灌浆站的条件；分区式灌浆站：适用于煤层赋存或开采深度较浅、灌浆分散，可从地面打钻孔灌浆的条件；共一百五十六页移动式灌浆站：适用于井下采区分散、灌浆量小和从地面输送泥浆困难的地区条件。说明：灌浆站的设置要结合井型、风井分布(fēnbù)、采区的布置等综合考虑。2．取土方式从采土场取土的方式有以下三种：(1)人工取土。利用风镐或电钻，人工打眼、装药、爆破的取土方式。(2)机械取土。利用抓斗、推土机、挖掘机、铲运机等机械装备的取土方式。(3)水力取土。利用高压水力通过水枪冲刷采土工作面的取土方式。共一百五十六页说明：我国煤矿多采取人工和水力取土方式，其中以水力取土较多。水力取土的优点是：设备简单、投资少、管理方便、且无大型的复杂(fùzá)设备、可就地取材、效率高、劳动强度低、使用人工少，并且一次制成泥浆。缺点是：泥浆浓度难以控制。(二)制浆工艺1．水力取土制备泥浆工艺其流程是：利用高压水枪（压头50m～80m，流量85～266m3/h

）直接冲刷地表黄土（或预先人工松散），然后经泥浆沟混合成泥浆，经筛板过滤（除掉杂质和大块岩块）流入灌浆集中钻孔或喇叭口再流入沿井筒敷设的井下灌浆干管，如图4-8所示。共一百五十六页图3-8水枪(shuǐqiāng)冲刷表土制浆1—水池；2—水泵；3—水管；4—水枪；5—采土工作面；6—泥浆沟；7—筛板；8—钻孔共一百五十六页优点：设备简单，投资少，劳动强度低，效率高，适用于地表黄土层较厚、灌浆地点分散的矿井；缺点：水土比难以控制，不易保证泥浆质量，影响灌浆效果。水力制浆的主要设备、设施有：（1）水枪。多采用开滦755型水枪，也有部分矿区(kuànɡqū)使用自制水枪。①水枪的水力特性可按下式计算：水枪喷嘴出口的射流速度ν＝Φ式中ν——水枪喷嘴出口的射流速度，m/s；Φ——流速系数，Φ=0.92～0.96，取0.94；H0——水枪的工作压头，kPa。共一百五十六页水枪的喷嘴流量Q=μA(3-2)式中Q——水枪喷嘴流量m3/s；μ——流量系数，如射流没有压缩，μ＝Φ；

A——喷嘴出口截面积，m2。水枪的喷嘴直径d0=0.55(3-3)式中d0——喷嘴直径，m。水枪的喷嘴压头损失hM=0.06(3-4)式中hM——水枪的喷嘴压头损失，kPa。②水枪台数。水枪的台数可按下式计算，但不少于2台，其中1台备用(bèiyòng)。N=(3-5)式中N——所需水枪台数，台；Q水——水枪采土小时用水量，m3/h；Q枪——水枪的流量，m3/h。共一百五十六页(2)泥浆沟泥浆沟是用水枪冲掘地表而成的自然沟，也可用砖石、水泥等砌筑或用溜槽(liūcáo)（铁质、木质）构筑。为了便于泥浆流动，泥浆沟必须有一定的坡度，泥浆沟的最小坡度见表3-2。泥浆沟的输浆能力：my=3600VS(3-6)式中my——泥浆沟的输浆量，m3/h；V——泥浆流速，m/s，可按表3-3计算；S——输浆沟的横断面，m2。共一百五十六页(3)集浆池作用：贮存、控制泥浆浓度或泥浆泵吸送泥浆的设施。布置方法：用于暂时集浆的集浆池体积，可根据水枪冲土能力或泥浆泵的吸泥量确定，按小时冲土能力或泥浆泵的小时吸泥量，选其大者为计算依据。用于贮存泥浆、控制泥浆浓度的集浆池，存浆时间较长，集浆池的体积相应加大，可根据每班灌浆量计算。集浆池上设有过滤筛板、放水口，底部有5％～10％的坡度(pōdù)。集浆池的标高，根据泥浆泵的吸程高度和泥浆沟的坡度(pōdù)确定，集浆池的深度一般为1.5m～2.0m。共一百五十六页（4）灌浆喇叭口喇叭口是泥浆沟或泥浆沟与钻孔（或管路）的接口(jiēkǒu)，是为防止空气进入管口并使泥浆沿管路满管流动而设置，如图4-9所示。图4-9灌浆喇叭口1—筛板；2—喇叭口；3—下浆口共一百五十六页(5)贮土场土源距灌浆站较远时，需在灌浆站设贮土场。根据地形贮土场可设置成栈桥或绞车房栈桥的结构形式，贮土场的贮土量根据地形可按10天左右的灌浆用土量计算，用水力或矿车送至泥浆搅拌池。2．机械(jīxiè)制备泥浆工艺

当矿井灌浆量很大、土源较远或受限于地形条件时，可采用机械取土、泥浆搅拌池制备泥浆的工艺系统，如图3-10所示。这种制浆系统产浆量大，水土比容易控制，能够保证泥浆的浓度，灌浆防灭火效果好。共一百五十六页图3-10机械(jīxiè)制备泥浆的灌浆站布置图1—矿车；2—轨道；3—储土场及栈桥；4—水枪；5—输水管；6—自流输浆沟；7—泥浆搅拌池；8—自流输浆管；9—风井；10—水泵房；11—绞车房；12—取土场共一百五十六页

泥浆搅拌池的布置如图3-11所示，采用料石砌筑，分为两池：一池存土浸泡，一池搅拌，轮流使用。泥浆池的容积根据矿井最大灌浆量和取土供给能力确定，其底部向出口方向有2％～5％的坡度。黄土在泥浆池浸泡2h～3h后，土质松软即可加水搅拌，浓度由供水管的控制阀调节。两个(liǎnɡɡè)泥浆池浸泡和搅拌交替进行，泥浆搅拌均匀后，由浆池出口通过两层直径分别为15mm和10mm的筛板过滤后流入输浆管，送到井下灌浆地点。共一百五十六页图3-11机械制备泥浆搅拌池布置图1—泥浆搅拌池；2—窄轨铁路；3—供水管；4—搅拌机轨道；5—闸板；6—道岔；7—筛板；8—管子(guǎnzi)筛；9—电动机；10—胶带轮；11—平板车共一百五十六页三、泥浆的输送1．输送压力输送浆液的压力有两种：一是利用浆液自重及浆液在地面入口与井下出口之间高差形成的静压力进行(jìnxíng)输送，叫静压输送；二是当静压不能满足要求时，采用的加压输送。加压输送多采用PN型或PS型泥浆泵。2．输浆倍线

输浆倍线是指泥浆在输浆管路内流动时，输浆管路的总长度同输浆管路入口与出口处高差之比，用N表示。共一百五十六页

静压输送时： N=(4-7)加压输送时：N=(4-8)式中N——输浆倍线；L——输浆管路的总长度，m；H——泥浆在输送管路内流动时，其入口与出口处之高差(ɡāochà)，m；h——泥浆泵的压力，m。共一百五十六页倍线的实质是表示泥浆在输送过程中能量损失的关系，与水土比、土质、井下灌浆管路布置等因素有关。说明:在给定的系统中，将有相应的倍线与一定的水土比相适应，过大或过小都不利。倍线值过大，管路阻力大，容易堵管；倍线值过小，泥浆出口压力过大，泥浆分布不均匀，灌浆效果差。根据经验一般情况下倍线值为3～8为宜。3．输浆管道泥浆的输送有两种方法：地表灌浆站距井筒较近时，泥浆可沿井筒敷设(fūshè)的管路输送，大巷安设主干管路，采区（工作面）安设分支管路至各灌浆区；共一百五十六页地表灌浆站距井筒较远或因井筒附近(fùjìn)的土源已枯竭，泥浆不能沿井筒敷设的管路输送时，则可采用集中钻孔输送泥浆。

集中钻孔就是从地面打一钻孔（φ108mm）贯穿到井下某一水平巷道，再与主干管路相连接至各分支。输浆管道的直径可根据管内泥浆的流速来选择。把为保证泥浆在输送中浆液不沉积或堵管的最小平均流速称为临界流速，其值可从表3-4中选取。与临界流速对应的管径叫临界管径，二者有以下对应关系：υ临＝（4-9）共一百五十六页式中Q浆——小时灌浆量，m3/h；υ临——管内泥浆的临界(línjiè)流速，m/s；d——管道直径（内经），mm。小时灌浆量一定时，管内泥浆的临界流速与管道直径对应有很多组，可采用式3-9试算来确定管道直径。四、灌浆方法灌浆方法可分为：采前预灌、随采随灌和采后灌浆三种。（一）采前灌浆适用条件：井田内老窑较多，并且老窑自然发火严重的井田开采。共一百五十六页操作过程：在岩石运输巷和回风巷掘出后，分层巷未掘通前，按设计的方向进行打钻孔，打钻要求钻孔经岩石穿透煤层到煤层顶板，终孔间距为30m～50m，当工作面的长度超过90m时，应在岩石运输巷和回风巷都布置钻孔，两巷中钻孔的位置要错开，钻孔呈放射状。然后钻孔和灌浆管连接即可灌浆。说明(shuōmíng)：1）打钻孔的作用有二：一是探明地质构造、煤厚及老空情况；二是进行采前预注。2）灌浆过程应连续，灌满一个再灌另一个，把整个工作面的老空区灌满，经足够的脱水时间后，方可进行开采。

共一百五十六页(二)随采随灌作用：防止工作面后方采空区遗留煤炭的自燃，另外，对于厚煤层分层开采形成再生顶板起到胶结作用。随采随灌可分为埋管灌浆、打钻灌浆和工作面洒浆等方法。1．埋管灌浆随工作面推进，放顶前沿回风巷在采空区内预先埋好灌浆管（一般埋5m～8m)，管的一端(yīduān)通向采空区，另一端(yīduān)用胶管与灌浆支管相连，放顶后即开始灌浆，随工作面推进，按放顶步距用回柱绞车逐步牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆，如图3-13所示。共一百五十六页图3-13埋管灌浆示意图1—预埋钢管(gāngguǎn)；2—高压胶管；3—灌浆管路；4—回柱绞车；5—钢丝绳，6—采空区共一百五十六页2．打钻灌浆操作方法：在开采煤层(méicéng)已有的巷道或专门开凿的底板灌浆道内，每隔10m～20m向采空区打钻灌浆，如图3-14所示。为了减少钻孔长度，保证钻孔质量和便于操作，也可沿灌浆巷道每隔20m～30m开凿一小巷道（钻窝），然后在钻窝内向采空区打钻灌浆，如图3-15所示。说明：打钻灌浆的钻孔应打到采空区的空顶内,并深入采空区5m左右,打完钻孔后立即下入套管。钻孔与工作面的距离一般不小于20m～30m，当工作面太长,泥浆不能灌到采空区下部时,可打两排孔。第一排钻孔的孔底落于采空区回风道冒落的免压圈之内,第二排落于采空区中部或偏下部,钻孔间距为20m～30m。共一百五十六页图3-14利用灌浆巷道打钻灌浆1—底板巷道；2—回风道(fēnɡdào)；3—钻孔；4—进风巷；共一百五十六页图4-15由底板巷道(hàngdào)打钻灌浆1—底板巷道；2—钻窝；3—钻孔；4—回风巷；5—进风巷共一百五十六页3．工作面洒浆洒浆法就是从灌浆管接出一段胶管，在工作面放顶时，沿工作面自下而上向采空区冒落岩块上洒浆。如图3-16所示。说明：为安全和工作方便，洒浆一般落后于放顶15m～20m。洒浆通常作为灌浆的一种补充措施，使整个采空区特别是下半段采空区也能灌到足够的泥浆。4．综采工作面插管灌浆

综采工作面插管灌浆就是注浆主管路沿工作面倾斜铺设在支架的前连杆上，每隔20m左右预留一个三通接头，并安装分支(fēnzhī)软管和插管。将插管插入支架掩护梁后面的垮落岩石内灌浆，见图3-17。说明：插入深度应不小于0.5m。工作面每推进两个循环，注浆一次。

共一百五十六页图3-16工作面洒浆示意图1—灌浆(guàng〃jiāng)管；2—三通；3—预埋灌浆(guàng〃jiāng)管；4—胶管共一百五十六页图3-17综放面插管灌浆(guàng〃jiāng)共一百五十六页（三）采后灌浆当煤层的自然发火期较长时，为避免采煤、灌浆工作互相干扰，可在工作面或采区的一翼全部采完后，进行封闭灌浆，即采后灌浆。具体应用：厚煤层分层开采时，可以在上分层工作面采完后，封闭停采线的上下出口，然后在上出口的密闭内插管灌浆，充填最容易自然发火的停采线附近空间，如图3-18所示。急倾斜厚煤层开采时，当采区全部采完后，在采空区下部灌注一条沿走向的泥浆带，泥浆带高度(gāodù)取采区高度(gāodù)的1/3～1/4。其目的是下部新采区免受上水平采空区的自热或自然发火的影响。灌浆钻孔布置在下水平集中回风巷内，由回风巷打钻透入采空区，钻孔间距30m左右，如图3-19所示。此外，在石门煤柱两侧停共一百五十六页采线或开切眼，通过密闭布置管路沿倾斜方向灌浆，形成(xíngchéng)宽20m～30m的泥浆隔离带。图3-18工作面停采线灌浆示意图1—岩石集中(jízhōng)运输巷；2—联络巷；3—集中回风巷；4—工作面运输巷；5—停采工作面；6—木支架；7—注浆管；8—密闭墙共一百五十六页图3-19灌注泥浆带示意图1—上山眼；2—运输石门；3—回风石门；4—工作面运输、回风平巷(pínɡhang)密闭墙；5—沿倾斜泥浆隔离带；6—沿走向泥浆隔离带；7—上水平集中回风岩巷；8—灌浆钻孔；9—下水平集中回风岩巷共一百五十六页五、灌浆参数确定（一）灌浆站工作制度

地面(dìmiàn)灌浆站工作制度应与矿井工作制度相配合，全年工作日数一般为300d。灌浆站每日工作班数应视矿井煤层自然发火的严重程度确定。灌浆工作是与回采工作紧密配合的，若矿井回采为“两采一准”，则灌浆也应考虑两班灌浆，纯灌浆时间10h，若矿井自然发火严重，且所需灌浆工作面较多，宜用三班灌浆，每天纯灌浆时间15h。共一百五十六页图3-19灌注泥浆带示意图1—上山眼；2—运输石门；3—回风石门；4—工作面运输、回风平巷密闭墙；5—沿倾斜泥浆隔离带；6—沿走向泥浆隔离带；7—上水平集中回风岩巷；8—灌浆(guàng〃jiāng)钻孔；9—下水平集中回风岩巷共一百五十六页（二）灌浆量1．日灌浆所需土量Q土=KmlHC（3-10）式中Q土——日灌浆所需土量，m3；m——煤层采高，m3；l——工作面日推进度，m；H——灌浆区倾斜长度，m；C——采区回采率，%；K——灌浆系数(xìshù)，该系数(xìshù)应根据各矿井的情况而定，我国煤矿的灌浆系数(xìshù)采用5%～15%，部分矿区灌浆系数(xìshù)

K见表4-5所示。2．日灌浆用水量Q水=K水Q土δ（3-11）式中Q水——灌浆用水量，m3/d；K水——用水冲洗管路防止管路堵塞的水量备用系数，一般取1.1～1.25；共一百五十六页Q土——日灌浆所需土量，m3；δ——水土比。3．日灌浆量Q浆1=（Q水+Q土）M（3-12）式中Q浆1——日灌浆量，m3/d；Q水——制备(zhìbèi)泥浆用水量，m3/d；Q土——日灌浆所需土量，m3；M——泥浆的制成率。可按表4-6选取。4．小时灌浆量Q浆=

（3-13）式中Q浆——小时灌浆量，m3/h；n——每日灌浆班数，班/日；t——每日灌浆净时间，小时/班。共一百五十六页共一百五十六页（三）泥浆水土比泥浆水土比是指制备泥浆时，水与土的体积之比，是灌浆中的一个重要参数。1．泥浆水土比的确定泥浆的水土比应根据泥浆的输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料的物理性质和季节等因素通过试验(shìyàn)确定。一般情况下，输送距离长，泥浆水土比要大；对于洒浆或空隙较大的采空区灌浆，泥浆水土比要小些，通常是3:1～8:1。应当指出，泥浆水土比过大，将增加矿井排水量。我国部分矿区灌浆的水土比经验数据见表4-7。共一百五十六页共一百五十六页2．泥浆水土比的测定方法最简单的方法是测定泥浆的密度，然后由泥浆密度与水土比的关系曲线中查得，泥浆密度与水土比的关系曲线是预先将粘土与水的质量比换算为粘土与水的体积(tǐjī)比，按不同比例配制泥浆并测量其泥浆密度（用波美比重计或1002型泥浆比重计测量），根据所得出之数据绘制成曲线图。在灌浆时，测得泥浆的密度后即可查得水土比。共一百五十六页六、灌浆管理要达到灌浆防灭火的预期效果，除应作好灌浆技术工作外，加强管理也是不可缺少的一个重要环节。（一）编制灌浆设计灌浆区域在进行灌浆之前应编制灌浆设计，设计的内容包括：灌浆区概况、防火墙要求、钻孔布置、灌浆数量、水土比例、各钻孔灌浆量的分布、灌浆顺序、灌浆期限、出水观测及安全措施等项目(xiàngmù)。根据上述的项目(xiàngmù)绘制出设计图纸及设计说明书，为灌浆区能灌好灌满泥浆提供依据。施工区要严格按照设计的要求及安全技术措施进行灌浆施工。共一百五十六页（二）合理确定灌浆量灌浆质量的主要标志是泥浆的灌注数量，应根据灌浆参数计算区域灌浆量及土量。各个(gègè)钻孔（或灌浆点）的灌浆量要求分配均匀合理，由于某些原因没能达到设计规定的灌浆数量时，需补充钻孔再灌。各个(gègè)钻孔（或灌浆点）要实行交叉式灌注，以利泥浆的渗透。如区域灌注土量能达到设计要求，而且能按设计规定的各个(gègè)点的灌浆量进行灌注，采空区泥浆分布就比较均匀，顶板胶结亦较好，泥浆就能起到防火的作用。（三）加强对灌浆水土比的控制欲提高灌浆效果，就必须保持合适的泥浆浓度。在灌浆期间要随时测量泥浆浓度，如窑街矿区规定：灌浆时每小时测定一次，并作好记录。共一百五十六页（四）加强对特殊地点的灌浆所谓特殊地点有：采煤工作面的开采线、停采线，下运输道、上回风道；岩巷与工作面相通的小石门（反上山），在采煤工作面由于地质条件的变化或开采中的失误而造成的留煤皮、丢底煤、煤柱和旧巷等易发生火灾的隐患处，都要纳入灌浆设计之中，并需加大灌浆量。有小型注砂设备的矿井可根据情况的需要灌注河砂。（五）灌浆区的脱水灌浆区停止灌浆后，一般经3～5天黄土即可沉实。经一段时间大部分灌浆水通过各种渠道流出灌浆区，部分水则渗入并赋存于灌浆周围的煤岩层和灌浆区内的松散煤岩及黄土中。脱水方式分自然脱水和人工脱水两种形式。自然脱水是通过围岩裂隙自然渗出灌浆区，人工脱水一般多用钻孔放水或利用灌浆孔等使灌浆水脱出。在灌浆区有水沉积时，必须采用(cǎiyòng)人工脱水，否则易造成泥浆溃决事故。共一百五十六页（六）工作面采空区泥浆分布的观测泥浆分布的均匀程度是检查灌浆质量的基本标志。观测方法是：随着分层采煤工作面的推进，定期定点量取工作面顶部(dǐnɡbù)泥浆沿走向和倾斜的分布数据，并绘制成上分层泥浆分布图，为分析上分层灌浆效果提供资料，也为开采下分层的灌浆提供一定数据。（七）建立健全原始记录台帐各项记录台帐是灌浆管理工作中不可缺少的原始资料，是分析灌浆工作的基础。其中包括：钻孔工程记录台帐，灌浆工程记录台帐，防火墙工程记录台帐，气体分析记录台。共一百五十六页七、溃浆事故的预防在灌浆区如果泥浆水不能及时排出，而在采空区内大量积存，当采掘工作面接近此区域时，会使大量泥浆突然涌出，造成跑浆溃浆事故。所以灌浆时应注意采取安全措施防止事故发生。(1)经常观测水情。采空区灌入水量(shuǐliànɡ)和排出水量(shuǐliànɡ)均要做详细记录。图3-20滤浆密闭(2)设置滤浆密闭。在灌浆区下部，构筑滤浆密闭墙，以便将泥沙阻流在采空区内而使水排出。如图3-20所示。（3）在煤层浅部用钻孔灌浆时，要及时堵塞钻孔和地表裂缝，防止地表水或空气进入采空区。（4）在灌浆区下部开始掘进前，必须对灌浆区进行检查，如果有积水，只有在放水后，才能继续采掘工作。共一百五十六页图3-20滤浆密闭(mìbì)共一百五十六页熟悉阻化剂防止煤炭自燃的原理能进行阻化效果的衡量(héngliáng)会选择阻化剂能确定阻化剂防火参数掌握阻化剂防火工艺任务(rènwu)三阻化剂防火技术共一百五十六页一、阻化剂防止煤炭自燃的原理阻化剂又称阻氧剂，就是抑制氧气与煤炭结合、阻止煤炭氧化的化学药剂。阻化剂防止煤炭自燃的原理:阻化剂主要是一些吸水性很强的无机盐类，当其附着在煤的表面时，吸收了空气(kōngqì)中的水分，在煤的表面形成含水的液膜，从而阻止煤和氧气接触，起到隔氧阻化作用。同时，还是使煤体表面长期处于含水湿润状态，以吸收煤炭氧化产生的热量，抑制煤的氧化自热现象的发生。可见阻化剂防火是阻化剂进一步利用水的防火作用。这对于缺水、缺土的矿井防火有重大的意义。表3-9是试验考察的阻化剂对煤的吸氧速度的影响。共一百五十六页二、阻化效果阻化剂的阻化效果通常用阻化率和阻化寿命来衡量。1．阻化率

阻化率是指阻化剂对煤炭氧化自燃阻止(zǔzhǐ)的程度，可在实验室通过实验测定。说明：我国抚顺煤科分院建议，含硫量小于2％的煤采用煤样在阻化前后放出CO气体的相对变化量作为评定指标；含硫量大于2%的煤（一般称为高硫煤）采用煤样在阻化前后放出SO2气体的相对变化量，作为评定指标。共一百五十六页测定阻化率时要准备两种煤样：一种经过阻化处理过煤样；另一种是原煤(yuánméi)样分装在两个试管中；其粒度为0.35mm～0.66mm，重量70g。实验条件保持一定。测定反应试管释放的CO或SO2气体的浓度，按下式计算阻化率：(3-14)式中E——煤的阻化率，％A、B——分别为原煤样和阻化煤样在规定的实验条件下氧化5h放出的CO（pmm）或SO2（mg）。阻化率越大，阻化剂对煤氧化阻止能力越强，阻化效果愈好。说明：实验室条件下测出的阻化率与现场实际的条件下的阻化率是有一定的差异，但是作为相对指标参考还是有实际意义的。共一百五十六页2．阻化寿命阻化寿命是指阻化剂喷洒到煤体表面(biǎomiàn)后至失效所经过的时间，单位为月，用τ表示。单位时间内阻化率下降值叫阻化剂的衰减速度，单位为％/月，用V表示。阻化寿命可用下式计算：τ＝E/V(3-15)说明：1）阻化寿命是一个重要的指标，为了达到有效的预防自然发火，阻化寿命不应小于自然发火期。阻化寿命可通过二次或多次喷洒以及保持环境具有较高的湿度等措施来延长。2）阻化剂的效果与被喷洒的煤牌号、阻化剂种类及其溶液浓度和使用的工艺有关。共一百五十六页三、阻化剂的选择阻化剂的选择原则是：阻化率高，防火效果好，来源广泛，使用方便，安全无害，不腐蚀电器设备，防火成本低。目前常用的阻化剂大致有：氯化钙、氯化镁、氯化钠、三氯化铝以及水玻璃和某些(mǒuxiē)工厂的废液、副产品等。其中经实验室选择试验和现场实践检验以工业氯化钙（五水氯化钙）、卤片（六水氯化镁）阻化效果最好，而且货源充足，储运方便，价格便宜。对于高硫煤的阻化以水玻璃效果最好，氢氧化钙次之。说明：1）阻化剂的药液浓度应根据实际经验选取，最好控制在15％～20％之间，最低不要小于10％，以防影响防火效果。在实际应用中，还可以将阻化剂掺入泥浆，制成“阻化泥浆”，由灌浆系统灌注到井下采空区等处。2）阻化剂使用数量应考虑遗煤的破碎程度、遗煤量和采煤方法等因素综合确定，并在防火实践中进行调整，选取合理的用药数值。共一百五十六页四、阻化剂防火参数确定实验证明，同一阻化剂对不同的煤阻化效果不同，同一煤质使用不同的阻化剂，其阻化效果也不同；阻化剂浓度越高，阻化效果越好，但防火成本也越大。所以，为提高阻化剂防火效果，应根据不同煤质选用适当(shìdàng)的阻化剂及相应的浓度，表3-10是不同品种煤最适宜的阻化剂及适当(shìdàng)的浓度。表3-10不同品种煤最适宜的阻化剂及适当的浓度共一百五十六页工作面合理(hélǐ)的阻化剂喷洒量取决于遗煤的吸液量和丢煤量。工作面一次喷洒量包括底板浮煤和护顶煤的喷洒量。1．工作面底板浮煤喷洒量计算V1=Kρ1LSh1A1ρ-1

(3-16)式中V1——底板浮煤一次喷洒量，m3；K——易自燃部位喷洒加量系数，一般取1.2；ρ1——松散煤的密度，t/m3；L——工作面长度，mh1——底板浮煤厚度，m；A1——原煤对阻化剂的吸液量，t/t煤或m3/m3煤；ρ——阻化液的密度，t/m3。说明：松散原煤（浮煤）的密度是确定浮煤喷洒量的一个参数，可由实测取得，也可选用临近矿井的数据。共一百五十六页2．工作面采空区护顶煤喷洒量计算V2=Kρ2LSh2A2ρ-1(3-17)式中V2——护顶煤一次喷洒量，m3；ρ2——原煤的密度(mìdù)，t/m3；h2——护顶煤厚度，m；A2——护顶煤（以粒度大于15mm计算）吸液量，t/t煤或m3/m3煤；其它符号同上。工作面一次喷洒量为：V=V1+V2(3-18)无护顶煤的工作面V2=0,V=V1。共一百五十六页五、阻化剂防火工艺(一)阻化剂压注喷洒系统常用的阻化剂压注喷洒系统有永久式，半永久式和移动式三种。1．永久式喷洒系统永久式喷洒系统是在地面建立阻化剂的储液池，敷设输液钢管（50mm～75mm）连接储液池和采煤工作面上下口处的输液软管，利用自然压头或注液泵进行喷洒或低压压注阻化剂。如图3-21所示。特点：这种系统的服务年限较长。适用范围(fànwéi)：井下开采范围(fànwéi)不大，采煤工作面距地面较浅的中小型矿井。共一百五十六页2．半永久喷洒系统

半永久喷洒系统一般在采区上下山或硐室内建立储液池，安设注液泵，如图3-22所示，可为整个采区的所有工作面服务。当阻化剂在储液池中溶解(róngjiě)后，用注液泵作动力，将阻化液从储液池经输液管道送到工作面顺槽，再经喷洒软管和喷枪，喷洒在采空区浮煤上，或经软管，注液钻孔，压注于煤体或发热区。3．移动式喷洒系统移动式喷洒系统一般用于一个或两个相邻采煤工作面压注及喷洒阻化剂。泵站设在工作面回风巷或回风中巷，用矿车作为储液容箱，由注液泵将阻化液经输液钢管和喷洒胶管送到采煤工作面，通过喷枪或钻孔进行喷洒或压注，如图3-23所示。共一百五十六页图3-21永久式喷洒系统示意图1—供水管；2—地面储液池；3—泵；4—输液管；5—阀门(fámén)；6—输液软管；7—喷枪共一百五十六页图3-22半永久性喷洒系统1—供水管；2—阻化剂溶液(róngyè)池；3—水泵上液管；4—注液泵；5—压力表；6—阀门；7—胶管；8—采空区；9—喷洒管；10—喷枪共一百五十六页（二）防火方法1．压注阻化剂防火适用范围：巷道帮壁出现的高温处、采煤工作面开切眼外侧煤壁、停采线煤壁等易发生自燃的局部地点。操作方法：将阻化剂与水配置成要求的浓度，用压力泵将阻化剂溶液经插管注入发热(fārè)区。如图4-24所示。2．采煤工作面采空区喷洒采煤工作面放顶后，人工拉上洒浆管沿工作面向采空区浮煤上喷洒阻化剂，如图3-23所示。共一百五十六页图3-23移动式喷洒(pēnsǎ)系统1—供水管路；2—阻化剂液车；3—水泵上液管；4—注液泵；5—压力表；6—阀门；7—输液管；8—喷洒管；9—喷枪共一百五十六页图3-24局部发热地点注入阻化剂的工艺系统(xìtǒng)1—阻化液矿车；2—压力泵；3—铁管；4—调节阀；5—钻孔插管；6—发热区；7—供水；8—阻化剂共一百五十六页任务四凝胶防灭火(mièhuǒ)技术会选择胶体防灭火材料(cáiliào)

熟悉胶体防灭火工艺能分析胶体防灭火实例共一百五十六页凝胶是以水为载体，以水玻璃为主剂，以硫酸盐类或碳酸盐类为促凝剂，以水泥、白灰或黄土为补强剂，化合而成的一种不燃性的化学防灭火材料。这种化合而成的不燃性防灭火材料，形似胶冻（或皮胶状），故称凝胶。凝胶防灭火的原理：凝胶在成胶前是液体，具有流动性，可渗入煤体缝隙中，成胶后充填空洞、裂隙，包裹松散煤体，隔绝空气，预防煤炭自燃；胶体含有大量的水，可吸热降温(jiàngwēn)，且遇高温不易消失，也无毒。共一百五十六页一、胶体防灭火材料

具体要求：煤矿井下使用的凝胶材料应具备无毒无害，对设备(shèbèi)无腐蚀，对环境无污染；渗透性好，能进入松散煤体内部；有良好的耐温性，在高温下不会迅速汽化，且吸热降温性能好；成本低廉，成胶工艺简单,便于现场应用的特点。(一)胶体材料选择1．凝胶基料凝胶主要由基料和促凝剂组成，凝胶基料在井下起防灭火的作用。一般硅凝胶最符合煤矿井下煤层自燃防治的要求。硅是无机材料，硅凝胶是SiO2·H2O的胶体，在高温下失水成为SiO2和水蒸气，吸收大量的热，无毒无害，不污染环境，对设备没有腐蚀性，热稳定性好，并且可以形成Si（OH）4,因此煤矿上应用的较为广泛。共一百五十六页2．基料选择要使凝胶主料能够(nénggòu)形成凝胶，必须有硅胶材料参与反应，即需选择基料。常用材料：水玻璃作为硅胶的基料最合适，水玻璃的化学名称为硅酸钠（俗称泡花碱），它的化学分子式为Na2OnSiO2或Na2SiO2，它是氧化钠和二氧化硅按一定比例在高温下结合而形成的非单一化合物。说明：水玻璃有固态和液态两种，固态水玻璃必须在高温高压下才能溶化成液态，故井下只能采用液态水玻璃。共一百五十六页3．促凝剂促凝剂的作用是使水玻璃的水溶液能快速生成Si(OH)4胶体，这样才能用于井下防灭火。可选的促凝剂大约有以下几类：①酸性物质；②强酸弱碱性物质；③既能中和强碱又能生成胶体的材料。一般来说，NH4HCO3最佳，NH4Cl次之，（NH4）SO4最差。（二）胶体防灭火材料的性能1．成胶可控性成胶可控性是指凝胶的成胶速度可由促凝剂控制的特性。由于使用(shǐyòng)条件不同，对凝胶的成胶时间要求也不同。例如，用于灭火和处理高温点的凝胶，成胶时间控制在喷出后30～50s较好；用于堵漏防火，压注碎裂煤体的凝胶，要求有较强的渗透性，成胶时间控共一百五十六页制在5～10min为宜等，即根据生产现场所需的胶体渗透距离和范围来调控。2．固水及吸热降温性能

固水性是指胶体使一定量的水固定在网状结构的骨架中而失去流动性。例如硅酸凝胶的网状结构中可固定90%的水。

吸热降温性能是指成胶过程伴随着吸热效应，另外，在较高的温度下胶体中的水分蒸发，可吸收大量的热使环境温度降低。例如，1m3基料浓度为6%的胶体汽化吸热量可达到4×104KJ的热量。3．液固转化特性

凝胶的液固转化特性是指凝胶在成胶前是液体(yètǐ)，具有流动性，可以充填空洞或渗入煤体裂隙和微小孔隙中。成胶后，凝胶失去流动性，有一定的强度，可起到堵漏的作用。共一百五十六页4．耐热性

凝胶的耐热性是指凝胶在高温下网状结构不易破坏，不会急剧失水的特性。由于凝胶耐高温，在明火中不会迅速汽化，仅慢慢萎缩，所以不存在水煤气爆炸和水蒸气伤人的危险(wēixiǎn)。试验表明，基料中SiO2浓度越高，其热稳定性越好，防灭火效果越好。5．阻止煤氧物理、化学吸附及化学反应胶体材料本身都是阻化剂，喷洒在煤体上后形成凝胶也是阻化剂，可阻止煤对氧的物理、化学吸附及化学反应。共一百五十六页二、胶体防灭火工艺1．井下移动式注胶工艺井下移动式注胶的主要设备是轻型移动式胶体压注机，其结构如图3-26所示。设备的主要技术参数为：功率5.5kW、流量5.0m3/h、压力1.8MPa、最大通过固料颗粒粒径小于5mm。该设备主要特点为：能耗小、噪声低，体积小，易于运输(yùnshū)，运行稳定可靠；使用、维护方便，物料全自动配比，不需人工配料。适用范围：井下移动式注胶工艺仅适用于井下小范围煤体自燃火灾的防治。缺点：当火区范围较大时，需要大量的灭火材料，运输问题难以解决，且移动式注胶设备的流量小，处理火区的时间长，灭火成本也大。共一百五十六页图3-26轻型(qīnɡxínɡ)移动式胶体压注机结构原理图共一百五十六页图4-27井下轻便型移动式注胶工艺流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)共一百五十六页如图3-27是利用轻型移动式胶体压注机向井下局部高温煤体压注胶体的工艺过程，其操作方法如下：首先将基料、促凝剂、增强剂加入各自的料箱，将设备的电源、管路及注胶钻孔(zuànkǒnɡ)连接好。设定好基料和促凝剂的定量配比器的配比，打开电源开和水管阀门。通过固料推送器把促凝剂定量送入混合器，利用配比泵通过自吸管路把基料吸入混合器。水、促凝剂和基料在混合器混合后，通过主泵输出，经过主泵加压后通过管路及钻孔(zuànkǒnɡ)注入火区或自燃区。压注胶体的过程中只需及时加料，而无须再调配比，设备会按预先调好的比例自动配料，从而降低劳动强度，提高了工作效率。当注胶结束时，停止基料、促凝剂的添加。用清水冲洗设备及管路，以防堵塞。完成这些工作后停水、断电。共一百五十六页2．管网式大流量注胶（胶体泥浆）工艺管网式大流量注胶工艺是利用矿井现有的地面灌浆系统、注砂防灭火系统及防尘洒水管路系统，大流量的压注胶体灭火材料。图3-28所示的管网式注胶工艺系统，既可压注纯凝胶，也可压注胶体泥浆（复合胶体），其工艺过程为：先制取泥浆于泥浆池中，然后启动基料定量配比设备，在泥浆池中加入一定量的基料，搅拌均匀。当井下一切准备工作完成后，打开泥浆池闸门，混合液从灌浆管路流量的基料，搅拌均匀。当井下一切准备工作完成后，打开泥浆池闸门，混合液从灌浆管路流入井下，混合液到达灌浆管路和促凝剂管路连接口之后，启动促凝剂添加(tiānjiā)设备，加入促凝剂，根据混合液的流量和基料浓度调整促凝剂共一百五十六页图3-28井上、下配合的管路大流量(liúliàng)流注胶工艺图

共一百五十六页的流量，以便控制凝胶时间，使胶体泥浆注入火区后成胶。注胶完成后用清水冲洗压注设备和管路(ɡuǎnlù)。压注纯凝胶的工艺过程：利用地面泥浆池来配制基料液，不制取泥浆，压注工艺与胶体泥浆压注工艺相同。

三、胶体防灭火实例某矿14308西轨道平巷煤层自然发火防治实例。（一）火区概况1996年5月26日某矿14采区14308工作面西轨道平巷煤层发生自然发火。14采区开采3上和3下两层煤，两煤层间距0.4m～1.1m。14308工作面位于上区段，开采3下煤层；14307综放工作面位于下一区段，开采3上煤层。如图3—29所示。14308西轨道平巷位于14307西轨道平巷之下，两巷重叠布置，中间相隔一层夹矸。如图3—30所示。共一百五十六页14307上分层综放面1994年7月开采，推进约70m～80m时，采空区出现自然发火征兆，上隅角CO浓度1000ppm以上，回风流CO浓度超过100ppm。利用底板岩石集中运输巷向上打钻孔往采空区回风侧灌浆，并加快推进速度甩掉高温点，1995年6月采完后封闭，实行闭区均压防灭火。14308西轨道平巷1996年2月开始由东向西掘进，掘进期间巷道多处冒顶，与顶部14307综放面采空区冒透连通。1996年5月26日平巷掘出1050m，距14307采空区切眼约30m处时，发现顶部采空区浮煤中有干馏过的焦炭存在，两天后该处顶煤自燃。采用往顶煤插管注水灭火，火势发展较快，前后约20m范围内水管一插入(chārù)，立即掉红火炭，形成冒空区。至5月30日未能将火源扑灭，掘出的1050m平巷被迫全部封闭，采用注氮灭火。共一百五十六页图3-2914308工作面图布置图共一百五十六页图3-30注胶钻孔(zuànkǒnɡ)布置图共一百五十六页1996年10月28日采用锁风法启封火区，并对启封的巷道迅速喷浆堵漏，对未启封巷道采用注氮防灭火技术，惰化火区。注氮期间板闭内氧含量6％～9％，停止注氮后板闭内氧含量12％～15％。到1997年1月4日，启封巷道910m，还有140m巷道未启封。由于(yóuyú)某些原因，停止注氮3天，板闭缝隙中冒出大量浓烟，CO浓度超过2000ppm，原火区仍在燃烧，火源并未熄灭。为此决定在消火道内打钻孔向火源压注胶体泥浆直接灭火。

(二)火区特点(1)巷道顶部火点是1994年14307综放面采煤期间氧化自燃的旧火点。(2)火源点复燃速度很快，从1996年5月26日进入该火源点底部到28日出现明火，间隔时间只有40个小时。共一百五十六页(3)14307综放面距切眼70m～80m内顶煤回收率低，且平巷和两个端头支架不放顶煤，故该火点处松散煤体厚度大于4m，宽度12m，遗煤量很大。(4)该火点处遗煤经过了两年多的氧化，储存的热能很大。(5)该矿采用无煤柱开采(kāicǎi)，采空区连成一片，很难杜绝向火区供氧。该火区位置高，巷道顶部煤体破碎、冒落空洞多，且没有喷浆。采用注水、注浆灭火，水只能流入巷道或采空区，很难淹没火源。若注水、注浆量大，容易冲落顶煤，造成冒顶，且大量泥浆泄人巷道，使巷道恢复困难。由于火区温度高、热容大，注氮只能抑制火区发展，很难使煤体温度下降。共一百五十六页(三)灭火过程

1．胶体泥浆应用工艺图3-30注胶钻孔布置图自北翼西胶带运输上山开掘一条巷道到14308西轨道平巷的位置然后向西掘进与14308工作面切眼贯通，从新开出14308轨道平巷向工作面内开斜巷到达3上煤层(méicéng)顶板后，再沿顶板掘平行于14308轨道平巷的消火道，在消火道内向发火巷道顶部注胶打钻孔。根据14308火区范围及火势，预计注胶量在1000m3以上。若采用井下小型注胶系统，占用人员多，材料运输困难，注胶速度很慢。因此，采用地面配浆池和灌浆管路进行大流量连续运行的胶体泥浆压注工艺。该矿黄泥灌浆系统的制浆站设在北风井附近，有4个36m3的泥浆池，采用水力取土，自流成浆的制浆工艺。本次灭火利用北风井4个泥浆池作为胶体配浆池。共一百五十六页在消火道内安装1台胶体压注机，配制和压注促凝剂溶液。先按一定的水土比制取好泥浆于池中，然后添加适量基料，搅拌机搅拌均匀备用。放浆速度由闸阀控制，用标尺计算下浆量。加过基料的浆液通过灌浆管路送到注胶地点，启动胶体压注机按比例输送促凝剂溶液到泥浆管内，在泥浆管内与加有基料的泥浆混合均匀，通过分流器流入各个注浆钻孔，分流器并行管路达18个。2．灭火过程考虑到14308西轨道平巷火区顶部是大量浮煤堆积的采空区，巷道没有(méiyǒu)喷浆，用水灭火时，顶煤冒落形成许多空洞，为防止胶体冲垮顶部散煤体形成大冒顶，大量胶体泄露，故决定采用多钻孔、低共一百五十六页流量注胶，成胶速度(sùdù)控制在1min内，从消火道向巷道顶部打仰角3°或水平的钻孔，孔深8m，钻孔终孔位置距14308西轨道平巷顶部4.8m～5.2m，见图3-30。1997年1月11日开始注胶，经过3天注入450m3胶体泥浆后，进入火区侦察，火区大部分已熄灭，但原火区中心仍有高温阴燃点，通风2h后见明火，巷道中除一个高冒区有十几m3胶体泥浆泄漏外，其余各点均未见漏浆。把临时锁风板闭推进40m，在消火道打钻寻找火源，继续注胶体泥浆约400m3，于1月16日第二次启封火区侦察，发现原火区仍有明火，钻孔没有打到火源区域，巷道基本没有漏胶。把临时锁风板闭再次往前推进50m，继续利用钻孔注胶灭火。由于第二次侦察没有发现漏胶，消除了泄漏顾虑，决定打俯角3°，深8m的钻孔。在打钻过程中，共一百五十六页钻孔泄出的CO浓度在2000ppm以上，但没有见烟，温度也不高，经过3天注胶，注入胶体量约500m3，于1月20日第三次启封火区侦察，并计划强行喷浆通过高温区。火区启封后，密闭内温度42℃～44℃，高温区表面温度80℃～90℃，通风1.5h后见明火，对准火源点喷浆，火势立即增大，红炭伴着砂浆大量落入巷道，形成新的高冒区。冒落的红炭用水喷洒，巷道温度剧增，蒸汽弥漫，烟流及CO增大，被迫在原板闭处封闭，用砂浆喷涂表面。

经过第三次火区启封，认识到原配方(pèifāng)胶体泥浆遇高温后渗透性较差，钻孔距火源顶部4.0m~4.5m厚的散煤中未有胶体渗入，紧靠巷道顶部的火源仍然存在，而在火源顶部形成了一层胶体泥浆层，阻止胶体向下渗透，灭火效果不好。经过对钻孔位置分析，决定打12°的俯斜孔，孔深10m，孔终距巷道1.7m共一百五十六页左右，并放慢成胶速度。这一次打钻过程中有两个钻孔直接打人火区，钻孔中有黑烟冒出，出气温度达80℃～90℃，CO浓度超过2000ppm。连续注胶6天，注入近900m3胶体泥浆，钻孔CO浓度下降到20ppm以下，随后打了几个探孔，CO都在10ppm左右，钻孔出气温度正常。板闭内CO浓度10ppm～20ppm，出水温度38℃。上述迹象表明胶体泥浆已注到高温区内，明火已熄灭，但由于煤岩体热容大，温度还未完全降下来。1月26日火区启封，救护队进入侦察，明火已熄灭，但巷道顶部高温点温度仍有52℃，巷道空气(kōngqì)温度40℃～42℃，淋水温度40℃，CO浓度2ppm～4ppm。拆除板闭，恢复通风，对高冒顶区用石棉瓦背顶，方木加固，然后迅速喷浆，同时利用消火道的钻孔继续注胶降温。至1月31日14308火区启封成功，巷道全部喷浆重新处理，几天后火区彻底熄灭。共一百五十六页任务五氮气防灭火技术

氮气防灭火技术是近20年来随着放顶煤采煤技术的推广和应用，为抑制采煤工作面采空区自然(zìrán)发火以及加速火区熄灭而发展起来的一项新的防灭火技术。到1996年底，我国已有21个矿务局34个综采放顶煤工作面采用注氮防灭火技术。氮气防灭火原理(yuánlǐ)及特点

注氮工艺

注氮技术参数的确定

氮气防灭火注意事项

共一百五十六页一、氮气防灭火原理及特点氮气防灭火技术就是将氮气送入拟处理区，使该区域内空气惰化，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，或使已经形成的火区窒息的防灭火技术。氮气防灭火机理主要表现在：(1)采空区内注入大量的高浓度的氮气后，氧气浓度相对减小，氮气部分地替代氧气而进入到煤体裂隙表面，这样煤表面对氧气的吸附量便降低，在很大程度上抑制或减缓了遗煤的氧化放热速度；(2)对于采空区注氮防灭火而言，采空区注入氮气后，提高了气体(qìtǐ)静压，降低了漏入采空区的风量，减少了空气与煤炭直接接触的机会；共一百五十六页(3)氮气在流经煤体时，吸收(xīshōu)了煤氧化产生的热量，可以减缓煤升温的速度和降低周围介质的温度，使煤的氧化因聚热条件的破坏而延缓或终止；(4)充入的氮气将冲淡采空区内可燃气体与氧气的浓度，从而使混合气体失去爆炸性。这是注氮防止可燃、可爆性气体燃烧与爆炸作用的一大优点。氮气防灭火适用于：①采用常规防灭火方法无效，或不可能时，使用氮气灭火的效果相当明显；②井下有现成的注氮管网，氮气源充足；③用氮气灭火要求火区严密不泄露、火区内有大量的材料、器材、设备供灭火之用，且必须能够迅速地回撤。氮气防灭火的特点：与传统的灌浆、河砂充填防灭火方法相比，氮气防灭共一百五十六页火具有工艺简单，操作方便，易于掌握；惰化区域广，对火区内的设备无腐蚀和损坏；灭火速度快，启封容易，设备撤出方便，恢复生产早，成本低。可节省管材、木材和人力等优点。氮气防灭火存在的问题：①氮气注入防治区后容易泄露，不像注浆和注砂那样可长期滞留于防治区，隔氧性较差，因此，在注氮防灭火的同时，应采取堵漏措施；②氮气热容量小，吸热降温效果差，扑灭火灾后，火区温度仍然很高，随着氮气的泄露，复燃的可能性很大，使火区完全熄灭时间相当长；③氮气是一种窒息性气体，采煤工作面采空区注氮防火泄漏量过大，会引起工作面氧气下降(xiàjiàng)，发生人员窒息事故。因此，注氮防火的工作面应安装束管检测系统。共一百五十六页二、注氮工艺制取氮气的方法主要是采用空分技术，即将空气中的氮气和氧气分离而得到较高浓度的氮气。我国制取氮气主要有深冷空分、变压吸附和膜分离三种方法。图3-29所示的井下移动式膜分离制氮机由空压机段、预处理段和膜分离段三部分组成。采用分体式结构，组装在平板车上，以耐压胶管连接，组成整个制氮装置。此外配有保护系统(xìtǒng)、控制和检测装置等。其原理是以螺杆式空气压缩机为气源，通过压缩空气预处理段对空气进行除油、除尘、除水、恒温处理后，再由膜分离段中的膜组件对空气进行分离富集而制取氮气的。共一百五十六页图3-29膜分离制氮机结构(jiégòu)示意图1—防爆开关；2—供、排水阀；3—油气分离器；4—油冷却器；5—后冷却器；6—压缩机头；7—防爆电机；8—离心疏水器；9—C级过滤器；10—螺旋板换热器；11—活性碳罐；12—A级过滤器；13—监视盘；14—B级过滤器；15—膜组件；16—仪表盘共一百五十六页装置中的膜组件如图3-30所示，由一定数量的高分子材料制成的中空管组装在钢管内而成的。中空管即是中空纤维膜，它细如发丝，不同的气体在膜中透过的速率不同，透过快的称之为“快气”，反之称为“慢气”。氧气在膜中透过的速度要比氮气快得多，从而使氧、氮在膜的两端分离富集，既氧气透过膜壁富集于另一侧，氮气滞留在原始(yuánshǐ)气体一侧。在压力的作用下，沿膜管前移，最终通过阀门输出。图3-30中空纤维膜组件示意图共一百五十六页2、氮气防灭火工艺过程1）工作面后部采空区注氮当自然发火的危险主要来自生产工作面的后部采空区时，可采取向本工作面后部采空区注入氮气的防火方法，如图3-31所示。注氮管道(guǎndào)一般铺设在工作面进风平巷中，注氮释放口开设在后部采空区中的进风平巷一侧，以利用通风压力使氮气流入采空区中。注氮管的埋设及氮气释放口的设置应符合：①氮气释放口应高于底板，以90°弯拐向采空区，与工作面保持平行，并用石块或木垛等加以保护。共一百五十六页②氮气释放口之间的距离，应根据采空区“三带”宽度、注氮方式和注氮强度、氮气有效扩散半径、工作面通风量、氮气泄漏量、自然发火期、工作面推进度以及采空区冒落情况等因素综合确定。顺槽并列敷设两条氮气输送管道，并埋入采空区内，每条管道上隔60m焊接一氮气释放口，两管前后相错30m；每条管道埋入采空区的长度达到60m截断一次。第一个释放口设在开切眼线(yǎnxiàn)位置，其它释放口间距以30m为宜。这种形式的注氮，可以采用连续方式，也可以采用间断方式注氮。要应根据注氮强度（流量）和采空区中气体成分变化情况等综合确定并及时调整。共一百五十六页2）工作面相邻采空区注氮工作面在生产过程中，当自然(zìrán)发火的危险来自其相邻区段的采空区时，则应对其相邻采空区注氮防火，以保证本工作面的安全回采。这种注氮方式又叫旁路注氮，其方法是在生产工作面与采空区相邻的平巷中打钻孔，然后向已封闭的采空区插管注氮。注氮钻孔一般超前工作面80m～90m；孔间距15m～20m，特殊地点5m；孔深8m～10m。图3-31注氮管埋设及释放(shìfàng)口位置共一百五十六页三、注氮技术参数的确定（一）注氮量的确定1．工作面后部采空区注氮量的确定根据采空区中的气体成分进行确定，以距工作面20m处采空区中的氧浓度不大于10％作为确定的标准。如果采空区中CO浓度较高（超过50ppm)，或者工作面上CO浓度超限或出现高温、异味等自燃征兆，则应加大注氮强度(qiángdù)和注氮量。注入氮气的纯度应大于97％。2．工作面相邻采空区注氮量的确定

确定原则：充分惰化靠近生产工作面一侧的采空区，在靠近生产工作面的采空区侧形成一条与工作面推进方向平行的惰化带。具体可根据对采空区气体成分的检测结果确定，保证相邻采空区内氧浓度不大于10％。共一百五十六页（二）输氮管路系统敷设要求在设计、敷设输氮管路系统时有以下要求：1．管路到达注入点的距离应最短、平直，沿程阻力损失和管材消耗量小。2．氮气在管路内的流速在1.0～1.5m/s经济(jīngjì)流速范围内。3．管间连接采用焊接，减少接头泄漏和局部阻力损失。4．拐弯和低洼处要设置放水包。5．注氮干管上设置调控阀门和安全放空管。6．埋设在采空区内的管路贴底板布置，释放口应用石块、木垛等加以保护。共一百五十六页四、氮气防灭火注意事项1．在工作面回风巷并列敷设两条束管，并埋入采空区内，两束管管口错开一定距离，每条束管隔一定的距离截断一次。在注氮过程中，由地面束管监测系统真空泵从束管内抽取注氮区的气样，送入色谱仪分析。利用监测监控系统，加强对工作面通风隅角、工作面和回风平巷中CO、O2和CH4的监测；同时，由瓦斯检查员随时(suíshí)对工作面及其回风平巷中的O2、CO和CH4浓度进行检查，要保证工作面风流中的氧气浓度不低于18.5%，否则停止作业并撤除人员，同时降低注氮流量或停止注氮，或增大通风场所的通风量。2．注意检查工作面，特别是其回风隅角及回风平巷风流中的瓦斯涌出情况，若发现采空区内大量涌出瓦共一百五十六页斯，使风流中瓦斯超限时，可适当降低注氮强度或应用采空区抽放瓦斯的方法进行处理。3．第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排出注氮管内的空气(kōngqì)，避免将空气(kōngqì)注人采空区中。注氮管道较长时，更应注意这一问题。4．制氮设备的管理人员和操作人员，须经理论培训和实际操作培训，考试合格，才能上岗。注氮时要有应急预案并做到人人熟知。5．采空区进行注氮防火或对火区进行注氮灭火时，应编制相应的安全技术措施，报矿总工程师批准。6．应建立健全注氮防灭火台帐。共一百五十六页任务六均压防灭火(mièhuǒ)技术均压防灭火原理

压能及压力坡线图均压方法(fāngfǎ)

均压灭火实例共一百五十六页均压防灭火的实质是利用调节风门、局部通风机、调压气室和连通管等调压设施，改变漏风区域的通风压力分布，降低漏风压差，减少(jiǎnshǎo)漏风，从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区，或使采空区自燃的遗煤窒息而熄灭的目的。图3—32采空区漏风1—进风巷；2—回风巷；3—采空区；4—密闭墙共一百五十六页一、均压防灭火原理均压防灭火就是通过通风方法降低漏风通道两侧的风压差，减少漏风量，防止和抑制煤炭自燃的防灭火技术。均压防灭火原理：如图3—32所示，采空密闭区一侧与进风巷相通，另一侧与回风巷相连，其进、回风密闭外风压分别(fēnbié)为PA、PB，两密闭及采空区的风阻值为RAB，采空区的通风压力为H＝PA－PB，则漏入采空区的风量为（3—19）式中Q——漏入采空区的风量；m3/s；n——流态指数，n＝1～2；H——采空区的通风压力，Pa；RAB——两密闭及采空区两侧的风阻值，kg/m7。共一百五十六页

从式3—19中可以看出，采空区的漏风量Q与采空区两侧的通风压力H有关，H减少，Q减少，H→0，Q→0，则采空区遗煤因缺氧而不会发生自燃，或采空区自燃遗煤因缺氧而窒息。设法降低PA或者增大PB，采空区进、回风两侧风压差H降低，漏风量Q减少，就可达到防灭火的目的。均压技术既用来防火，也用于灭火和防止瓦斯漏出。根据使用条件不同，均压技术可分为闭区均压与开区均压两大类。二、压能及压力坡线图（一）调节风门均压的压能及压力坡线图

如图3—33（a）所示，在并联风路Ⅰ分支(fēnzhī)中安装调节风门后，由于风路中增加了风阻，使其风共一百五十六页量减少。风量变化引起本分支和相邻分支压力分布改变。在图3—35（b）中，aob和a′codb′分别为安装调节风门前、后的压力坡度线，将两者进行对比可见：（1）风窗上风侧风流压能增加，下风(xiàfēng)侧风流压能降低；A点风流压能增加，B点风流压能降低，其增加和降低的幅度取决于调节风门的阻力和该分支在网路中所处的地位；（2）因风量减小，调节风门前后风路上的压力坡度线变缓。由上述分析可见，调节风门均压的实质是增阻减风，改变调压风路上的压力分布，达到均压目的。因此，其应用的前提是本风路风量可以减少。共一百五十六页

(二)局部通风机均压的压能及压力坡线图在需要调压的风路上(lùshɑng)安装带风门的局部风机（实质上是辅助通风机），利用风机产生的增风增压作用，改变风路上(lùshɑng)的压力分布，达到均压目的。若在图3—33（a）的Ⅱ分支上安装带调节风门的风机，且使其风量大于原有风量。调压前后Ⅱ分支压力坡度线如图3—34所示。afb和a′cfdb′分别为调压前后的压力坡度线。将两者进行对比可见：（1）风机的上风侧（AF段）风流的压能降低，下风侧（FB段）风流的压能增加；其降低和增加的幅度随距风机的距离增大而减小。（2）因风路上风量增加，故其压力坡度线变陡；在Ⅱ分支上安装风机后对与其并联的Ⅰ分支将产生下列影响：共一百五十六页风量减小，但减小值小于Ⅱ分支的风量增加值，减小程度取决于所安装风机的能力及该分支在网路中的地位；压力坡度线的坡度变缓。说明：应该指出，单独使用局部通风机均压的前提是增加风量。（三）调节风门与局部通风机均压的压能及压力坡线图采用调节风门和局部通风机联合均压时，有增压调节和降压调节两种方式。1.调节风门—局部通风机增压调节

增压调节是指使(zhǐshǐ)两调压装置中间的风路上风流的压能增加，因此，风机应安装在调节风门的上风侧。增压