矿井防灭火设计

第五章矿井防灭火第一节概况一、煤的自燃倾向2煤层的自燃发火倾向，从大兴井田96―9号孔中取样化验结果：原煤着火点在345℃～385℃之间，其还原样和氧化样的着火点之差在20～35℃之间。

结论是煤样自燃倾向性等级为Ⅲ属不易自燃煤。

但是2002年7月1日，中国煤炭科学研究总院抚顺分院通风防灭火实验室对本矿2煤层和3煤层的自燃倾向鉴定结果为：2煤层、3煤层的煤样自燃倾向等级均为二类自燃。

随着开采范围的扩大，若局部通风系统不合理，密闭没有及时施工，也可造成煤层自燃发火。

如2002年11月副井以北300m处、-43m以上采空区发生自燃发火，造成重大经济损失应引起足够重视，今后应切实加强通风管理，保证矿井的安全生产。

从上面叙述，可以看出钻孔中取样与井下取样化验结果是有差别的，14上煤层、16煤层自燃发火倾向现阶段难以准确鉴定，只有在井下开拓中采样化验结果更为真实，而且按照有关规定，煤矿必须每年采样化验。

二、设计拟采用的防灭火措施本矿井扩大区主采煤层为薄煤层，设计采取了以预防为主，防治结合，针对难点，综合治理的方针。

主要措施有：开拓开采技术措施、通风安全技术措施、喷洒或压注阻化剂、束管监测等防治措施。

第二节开采煤层自燃预测和防治措施一、煤的自燃预测及分析1．煤的自燃预测（1）煤的炭化程度（变质程度）煤的炭化程度是煤的自燃倾向性的决定性因素，炭化程度越高，含氧游离基的含量越少，自燃的危险性越小。

本井田煤的成因类型是腐植煤，为区域变质作用形成的Ⅰ～Ⅱ变质阶段的气煤。

据煤的炭化程度分析，本井田各煤层均具有自燃危险性。

（2）煤的岩石学成分煤的岩石学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤，它们有不同的氧化性。

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，可以起到“引火物”的作用。

所以含丝煤越多，自燃倾向越大。

相反，含暗煤多的煤，一般是不易自燃的。

据详查（最终）地质报告，各煤层的有机组分中，均以镜质组为主，丝炭含量较少。

显微煤岩类型均以暗亮煤为主；各煤层的宏观煤岩类型，以半暗和半亮煤为主。

根据以上煤的岩石学成分分析，各煤层不易自燃。

（3）煤的水分煤层的自燃危害性往往和煤的湿润程度，甚至空气的相对湿度有关。

煤中水分少时，有利于煤的自燃；水分足够大时，则会抑制煤的自燃，煤中水分蒸发后，其自燃危害性会增加。

而且，水分对变质程度低的煤的自燃过程影响要比变质程度高的煤影响大。

（4）煤的含硫量同牌号的煤中，含硫铁矿越多，越易自燃。

据详查（最终）地质报告，可采煤层原煤硫平均含量2.25～2.68%，14上煤层最低，为低硫煤。

硫分中主要成分是黄铁矿为主。

煤的含硫量较高，对自燃的危害性较大。

（5）煤炭的孔隙率和脆性煤炭的孔隙率越大，越易自燃；变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。

据精查地质报告，本井田煤层孔隙较少，煤层较软，因此，对孔隙率和脆性自燃的危害性较小。

（6）煤层厚度和倾角煤层厚度或倾角越大，自燃危害性越大。

因为开采厚煤层或急倾斜煤层、倾斜煤层时，煤炭回收率低，采区煤柱易破坏，采空区不易封严密和漏风较大所致。

据详查（最终）地质报告，本井田地层倒转，倾角较陡，一般为45°～90°。

14上煤厚0.51m～1.92m，平均1.22m，为薄及中厚煤层。

16煤可采范围内厚0.53m～0.92m，平均0.73m，为薄煤层。

本井田煤层厚度和倾角对自燃的危害性较大。

2.煤的自燃倾向性鉴定结果2002年7月1日，中国煤炭科学研究总院抚顺分院通风防灭火实验室对本矿2煤层和3煤层的自燃倾向鉴定结果为：2煤层、3煤层的煤样自燃倾向等级均为二类自燃。

根据东部扩大区详查（最终）地质报告14 16煤层自燃发火倾向现阶段难以准确鉴定，但根据上述分析，参上煤层、考邻近矿井开采实践，暂按有自然发火煤层考虑。

建议井下开拓中采样化验，出具鉴定结果。

二、煤的自燃预防措施内因火灾的主要发生地点一般有：煤层巷道或回采工作面的碎煤堆放处，回采工作面开切眼、停采线处；沿空留(送)巷的沿空侧存在漏风，易发生煤炭自燃；采区水平巷道、回采工作面溜煤眼和阶段煤柱存在裂痕形成漏风通道，旧火区管理不当造成防火密闭、砂门漏风易引起火复燃；掘进回采过程中遇到未充实的旧巷道、旧火区、旧采区、但存在漏风通道时，易发生煤炭自燃。

所以，应根据不同情况分别采取不同防范措施。

1.开拓开采技术措施（1）合理安排开采顺序，采区开采顺序遵循先近后远，先上后下的原则，避免形成“孤岛”工作面。

（2）加快回采进度，提高回采率。

（3）工作面采用后退式开采，回采过程中不得留设或丢失顶煤；浮煤要清理干净；不得留设设计外煤柱，尤其是遇到断层时。

（4）回柱放顶前应回尽采空区的板皮、坑木等可燃物。

（5）严禁超越停采线开采，停采线预留煤柱宽度不能低于25～30m，以保护好密闭及其两侧的巷道，以防煤体被压裂后漏风。

2.通风方面的措施（1）选择合理的通风系统各水平、采区均有独立的通风系统，严格实行分区通风，防火抗灾能力强，通风系统稳定可靠。

（2）防止漏风防火对通风的要求是：风流稳定、漏风量少和通风网络中有关区段易于隔绝。

漏风量随漏风风阻的增大或漏风风路两端风压差的降低而减少。

因此为减少漏风就必须采取恰当的技术措施：①在井下安装通风构筑物和局扇时，应注意其位置的选择，一切控制风流的装置都应设置在围岩坚固、地压稳定的地点，不得设置在裂隙带和冒顶区内。

②采取“均压”措施，减少漏风。

③加快回采工作面推进速度，及时封闭采空区。

对漏风通道根据具体情况采取风帘、封填、喷涂、凝胶、喷浆等措施，并根据技术进步不断改进。

（3）利用风压调节法防火风压调节法防火的实质是设置调压装置或调整通风系统，以降低漏风通道两端风压差，减少漏风量，达到抑制自燃的目的。

具体措施有：调节风窗调压、局扇调压、风窗——局扇联合调压。

（4）建立反风系统设计在矿井建立局部反风系统，可实现采区内部巷道或工作面风流反向，提高了矿井防火抗灾能力。

（5）实现风门闭锁井下风门均安装闭锁装置，使一组风门不能同时敞开，确保风流稳定。

（6）及时密闭采空区，防止采空区漏风，搞好沿空顺槽的喷涂堵漏处理。

对开切眼、停采线、老空区喷洒阻化剂。

（7）加强对老空区、废弃巷道、老巷等管理，在必须揭露时制定专项安全措施。

3.监测方面的措施束管监测系统是一项早期预报内因火灾的有效装置，本矿井装备一套束管监测系统，该系统是一种用泵通过塑料管把测点的气样抽至地面，利用气体分析仪器进行分析，以预报灾情的装置，特别是井下人员无法进入的区域（如采空区等），它具有其它监测手段无法替代的优点，是采空区内因火灾早期预报的有效技术途径。

三、各种防灭火方法本矿井开采煤层为薄急倾斜煤层，开采工艺为风镐落煤倒台阶采煤法，若采用黄泥灌浆防灭火，泥浆和水会全部涌入采空区下部，难以覆盖整个采空区，而且对下阶段开采工作面条件造成恶化。

因此设计推荐选择以阻化剂防灭火为主的防灭火措施。

1.阻化剂防灭火（1）阻化剂选择煤的种类不同阻化剂的阻化效果也不相同，所需用的阻化剂溶液的浓度也不相同，设计时应因地制宜，就地取材选用阻化剂材料，并通过阻化剂校验装置来确定最佳阻化剂和最适合的溶液浓度。

选择阻化剂应综合考虑以下几个方面：①来源广泛、货源充足，购置方便、价格便宜；②阻化率高、阻化寿命长；③配制容易，井下使用操作方便，工艺过程简单；④对井下设备和金属构件腐蚀性小，对人体无害。

本矿井可采煤层为中～特硫煤，根据有关试验结果，中～特硫煤最适宜的阻化剂为消石灰[Ca(OH)2]、水玻璃，矿井生产中可根据上述原则，进行选择。

（2）工艺及设备目前我国常用的阻化剂喷洒压注工艺系统有机动性、半永久性和永久性三种系统。

为节约投资和适应工作面位置不断变化的要求，设计推荐采用机动性阻化剂喷洒压注系统，利用矿车或自制箱体作为贮液箱，采用电动方式向煤壁压注阻化剂或向采空区喷洒阻化剂。

（3）参数计算①阻化剂溶液的浓度和密度根据有关试验结果和邻近矿区使用效果，消石灰[Ca(OH)2]和水玻璃阻化剂溶液浓度控制在15～20％为宜。

阻化剂溶液的密度由实测取得，本矿井推荐采用的阻化剂溶液的平均密度在1.1t/m³左右。

②原煤的吸液量和松散煤的密度原煤的吸液量与煤的粒度、阻化剂浓度、煤的硬度及含矸率有关，这些参数由实测和参考邻近矿取得。

松散煤的密度可实测或参考邻近矿取得，原煤的松散密度为0.85～1.0t/m³。

③工作面一次喷洒量工作面合理的药液喷洒量取决于采空区的丢煤量和丢煤的吸液量。

最易发生煤炭自燃部位，如工作面的上下口、巷道煤柱破碎堆积带等处，需要充分喷洒的地方，在计算药液喷洒量时，要考虑一定的加量系数。

工作面一次喷洒量可按下式计算：G1=K1K2LBhA式中：K1——一次喷洒加量系数，一般取1.2；K2——松散浮煤容重（t/m3），采取遗煤样实测确定；L——工作面长度，m；B——一次喷洒宽度，m；h——采空区浮煤厚度，m；A——原煤（浮煤）的吸液量，kg/t煤，应通过试验测得。

矿井投产后，应根据工作面实际生产情况，测定采空区浮煤情况、试验测得吨煤吸液量，确定工作面一次喷洒量。

④巷道（或煤柱）煤壁的喷洒量与钻孔压注量巷道（或煤柱）煤壁的喷洒量：G0=KL0A0式中：G0——喷洒范围内巷道（或煤柱）所需溶液的喷洒量，kg：K——喷洒加量系数，一般取1.2；L0——喷洒巷道（或煤柱）煤壁的长度，m：A0——巷道（或煤柱）单位长度的吸液量，kg/m，此参数可通过试验测得。

巷道（或煤柱）钻孔压注量：G'0=KSnA'0式中：G'0——钻孔压注范围内巷道所需溶液的喷洒量，kg：K——喷洒加量系数，一般取1.2；S——钻孔压注范围内巷道（或煤柱）煤壁的面积，m²：A'0——钻孔的平均压注量，kg/个，此参数可通过试验测得；n——钻孔数目，个/m。

工作面前方煤体压注阻化剂，取决于煤体的吸液量和煤体的渗透半径，根据兖州矿区经验，一般每10m一个钻孔，可满足压注要求。

（4）喷洒压注设备本矿井喷洒压注设备推荐采用国内煤矿较常用的WJ—24型阻化剂喷射泵，主要配套器材有钢管、压力（中低压）胶管、闸阀、喷枪、压力表、流量计等。

2.束管监测系统束管监测系统是一项早期预报内因火灾的有效装置。

英国在70年代在煤矿首次应用这种系统，收到了较好的效果。

我国于1981年在平庄古山矿建成了第一个束管监测系统，以后在兖州南屯矿、枣庄柴里矿推广应用。

该系统是一种用泵通过塑料管把测点的气样抽至地面，利用气体分析仪器进行分析，以预报灾情的装置，特别是井下人员无法进入的区域（如采空区等），它具有其它监测手段无法替代的优点，是采空区内因火灾早期预报的有效技术途径。

根据“矿井通风安全装备标准”要求，本矿井现已装备一套束管监测系统。