福胜-矿井专项防灭火设计.doc

阜康市大黄山东风福胜煤矿----矿井防灭火设计说明书 前 言 阜康市大黄山东风福胜煤矿现开采的中大槽（A5）煤层，据煤的着火点试验数据看，煤层自燃倾向性分类等级为Ⅰ-Ⅱ级，属自燃易自燃煤层范畴，根据试验数据和自燃倾向性鉴定，属易自燃范畴，自燃发火期为83天，煤在地表堆积36个月开始自燃。根据地质报告资料，井田内除五尺槽未被火烧外，中大槽、米尺槽、八尺槽南翼均被火烧。其中中大槽火烧影响范围最大，浓度最深，斜深达125190m，八尺槽火烧斜深一般在120160m，米尺槽斜深在60106m。五尺槽风化带深度为30m。故矿井在开采过程中要采取行之有效的综合防灭火措施。根据矿井实际情况和借鉴目前类似开采矿井的防灭火方法应用情况，本设计主要以预防性注氮、黄泥灌浆为矿井防灭火方法，以束管监测和加快回采速度为防灭火措施，来加强矿井综合防灭火工作。 一、 编制依据 1、煤矿安全规程 2、矿井防灭火规范 3、采矿工程设计手册 二、指导思想 1、依据煤矿安全规程规定“采用放顶煤采煤法开采容易自燃和自燃的厚及特厚煤层时，在编制采区或工作面开采设计时，必须同时编制防止采空区自然发火的设计，并必须建立完善的火灾监测系统和综合防火措施； 2、依据煤矿安全规程规定，开采容易自然和自燃煤层时，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和自然发火预测预报制度； 第一章 矿井概况 一、交通位置 阜康市大黄山东风福胜煤矿位于乌鲁木齐市以东120km处，距阜康市60 km，行政区划属阜康市上户沟乡管辖。矿区中心地理坐标为东径8839′23″，北纬4401′50″，乌～奇公路和吐～乌～大高等级公路自矿区以北6km处通过。自乌～奇公路有简易公路通往矿区，交通方便。 二、气象资料 矿区属典型的大陆性气候，夏热冬寒。七月份平均气温25.8℃，最高达36.5℃，一月份平均气温-16.7℃，最低-34℃。年平均降水量仅300mm，而年蒸发量则达1180.9mm ，每年的春末夏初（四、五、六月）为雨季，十月初降雪，次年三月份消融。最大冻土层1.1m深。最大风速15.7米/秒，风向多N,NW。据新疆地震局提供的资料，矿区地震裂度7度区。 三、地形地貌 井田位于天山北岭丘陵地带，海拔标高10001100米，相对高差50100米。整个山地由陆相沉积碎屑岩组成。在风化剥蚀作用下，较硬的粗砂岩、砂砾岩地层高耸成梁。而泥岩、粉砂岩与煤等软弱岩石则剥蚀成谷。呈现出山恋起伏的梁卵地形。山梁顺地层走向呈东西向延展。一般地形坡度23度左右，对接受大气降水补给不利。 四、煤层和煤质 井田内主要含煤611层，其中可采（大部分可采及局部可采）煤层6层，不可采煤层5层。可采煤层厚度一般0.9726.31米，平均可采总厚度37.08米。可采煤层自下而上为三尺槽、八尺槽、中大槽、米尺槽、四尺槽和五尺槽。矿井目前开采煤层为中大槽（A5）煤层，走向104倾角78～81。煤层厚度为16.91米56.07米，平均25.12米。全区可采，煤层稳定，与八尺槽间距8～20米，顶板岩性粉砂岩、粉砂质泥岩及砂砾岩。底板为粉砂岩、碳质泥岩、细砂岩。 煤层原煤水份多在0.722.42之间，其中中大槽原煤水份0.722.42，平均1.74；八尺槽原煤水份1.472.66，平均1.90。 煤层的原煤灰份中大槽为8.77，属低灰，八尺槽为11.70，属中灰。 各煤层原煤挥发份八尺槽为36.60，中大槽为42.57。煤层的原煤发热量均很高，中大槽原煤发热量为29.59MJ/kg，属高发热量。 八尺槽与中大槽属弱粘结性煤八尺槽属中灰、中高发热量的特低硫、特低磷煤；中大槽煤层属低灰、高发热量的特低硫、特低磷煤。可做为较好的生产铸造化铁焦，经配焦后可炼制工业所需要用焦碳，还可做为动力生产用煤。 自燃发火倾向性属自燃-易自燃煤层。 煤尘爆炸危险性煤尘火焰长大于400mm，岩粉量60以上，具有爆炸性。 五、矿井瓦斯、二氧化碳 2013年8月，矿井委托新疆煤炭研究所，对830水平采煤工作面和820水平掘进工作面（现采煤工作面形成），进行了瓦斯等级鉴定和二氧化碳涌出量测定工作，鉴定结果经上级部门审查。矿井相对瓦斯涌出量为3.74m/t，绝对瓦斯涌出量0.75m/min；相对二氧化碳涌出量为4.27m/t，绝对二氧化碳涌出量0.86m/min 的结果符合我矿实际，鉴定结果为瓦斯矿井。 第二章 矿井各大系统 一、开拓系统 经过九万吨技术改造，矿井开拓为立井斜井开拓，新掘混合提升立井，利用原主斜井作为回风井兼第二安全出口。混合提升立井井筒直径5m，混凝土浇灌，装备一对1.0t罐笼，担负全矿井提煤、提矸，升降人员、同时兼作进风井，井筒内敷设排水管路、消防洒水管路、动力和通讯电缆。 根据井田煤层的赋存条件和采煤方法的选择，全井田共划分为三个开采水平。第一水平标高850m，上山开采中大槽、五尺槽、八尺槽南翼，上下山开采五尺槽北翼。第二水平标高750m，上山开采中大槽、八尺槽南翼，上下山开采米尺槽北翼。第三水平标高650m，上山开采中大槽、八尺槽南翼，上下山开采中大槽、八尺槽北翼。 矿井目前生产水平标高为＋820m，上山开采中大槽（A5）南翼煤层，煤层较稳定，结构简单，采用“水平分段综采放顶煤”采煤方法，采2.5米，放7.5米，采放比为13。工作面安装18架ZF2800/17/28（其中端头支架2付ZF2800/18/30）型放顶煤液压支架，2台SGZ630/110型刮板输送机，顺槽运输选用2台DSJ800/255可伸缩带式输送机，超前支护采用DW32型单体支柱配接1m交接顶梁进行支护，顺槽安装BRW125/31.5乳化液泵站。 二、提升系统 混合提升立井采用罐笼提升方式,承担矿井的提煤、人员、材料、设备等，提升容器选用一对1吨矿车单层单车普通罐笼；提升机选用2JK-2.5A1.5/20型双滚筒单绳缠绕式提升机1台，滚筒直径D2500mm，滚筒宽度B1500mm，天轮直径Dt2500mm。钢丝绳选用619WFC Dk31mm。电控采用提升机专用调速变频器，电源供电采用双回路引自地面变电所不同母线段。 三、通风系统 矿井具有独立完善的通风系统,通风方式为中央并列式,通风方法为机械抽出式通风.主扇型号选用FBCDZ-10－N026B 2185KW对旋式通风机2台，1台工作，1台备用，矿井通风有保障。 矿井目前总进风量为1050m3/min，回风量为1050m3/min，采煤工作面风量为390 m3/min，根据各配风点配风情况，风量满足各用风点风量要求。 四、排水系统 矿井主水泵房设在750m水平井底，并设有主、副水仓，正常涌水量为10m3/h，最大涌水量为15m3/h。主排水泵型号为D85-676型（3台）电机为200KW，660V供电。水泵采用660V双回路供电，电源引自＋750水平中央变电所。 五、供电系统 矿井采用双电源供电，一路引自大黄山35KV变电所10KV侧，供电距离距矿区3公里，另一路引自黄山口高远110KV变电所10KV侧，井下供电采用高压入井，电缆为2根MYJV-8.7/10 350 型铠装电缆。在750水平中央变电所安装型号为KBSG-500/10、10／0.69KV干式变压器2台。采区选用型号为KSGZY-630/10移动变电站1台进行供配电，中央变电所选用PBG-10/200A型矿用隔爆型高压真空配电装置。配电电压10/660V，选用矿用KBZ隔爆型真空馈电开关。 六、安全监控系统 按照初步设计矿井安装有KJ90型安全监控系统和KJ251型人员定位系统，目前各系统都投入运行，运行正常；地面设置中心站。在750中央变电所、850绞车硐室、820采煤工作面都设置了监控分站，并按照AQ1029标准安装有CH4、CO、风速、温度等传感器，并按规定每7天进行一次传感器标校。2010年5月，我矿与阜康市煤炭工业管理局实现远程联网功能。 七、矿井防灭火系统 矿井实施以预防性注氮、黄泥灌浆，加快回采速度和提高回采率等措施防止采空区发火，注氮机选用ZSN-600D型制氮设备，制氮能力600m3/h，目前，制氮设备能正常使用。 为了加强矿井综合防灭火工作，按照初步设计矿井还安装1套SG9－2003束管监测系统，配置GC-4085型气体色谱仪，对采空区进行实时检测，防止煤炭自燃和发火。 第三章 矿井防灭火方法 矿井开采的中大槽（A5）煤层属自燃-易自燃煤层。根据煤矿安全规程规定，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和自然发火预测预报制度，矿井具有完善的自燃火灾防治系统及措施主要配置SG9－2003型矿井束管采样系统、GC4085型火灾气体色谱分析系统对煤层自燃发火进行采样监测；建立采空区灌浆防灭火、氮气防灭火系统。 煤矿安全规程还规定，采用放顶采煤法开采容易自燃和自燃的厚及特厚煤层时，在编制采区或工作面开采设计时，必须同时编制防止采空区自然发火的设计，并必须建立完善的火灾监测系统和综合防火措施。 第一节 火灾预报监测系统 一、火灾预报束管监测系统 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，就能有的放矢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。目前，矿井煤层火灾的监测主要有矿井火灾束管采样监测系统、煤矿安全监控系统和人工检测三种手段。 地面安装有固定式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、汇总到地面中心地点，在借助气相色谱检测装置对束管采集的井下气样进行分析，实现对CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2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，以便今后对某种气体含量的变化趋势分析，从而实现对矿井自燃火灾的早期预报。 二、火灾预报安全监控系统 安全监控系统可以连续监测CO、CH4等环境参数，根据这些环境参数的变化进行火灾预报工作。 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。 附图安全监控系统监测结构图 地面中心站 井下分站 井下分站 井下分站 传感器 传感器 传感器 传感器 检测系统组成结构图 图一安全监控系统监测结构图 ② ② ② ② 地面 ③ ③ ③ ③ ④ ④ ④ ④ 束管监测系统示意图 气体 分析仪器 试样 采取器 程序控制 试样校对 ③ ③ ③ ③ 地面 井下 井下 1 1 1 1 1－－－－取样点 2－－－－粉尘过滤器 3－－－－水分过滤器 4－－－－抽气泵 4－－－－束管 第二节 束管监测点的设置及系统装备 根据煤矿安规程规定“开采容易自然和自燃煤层时，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和自然发火预测预报制度”。 矿井属Ⅰ-Ⅱ级自燃矿井，应选定自然发火观测站点的位置和建立火灾预测预报制度、配置束管监测系统。 一、监测内容及其作用 根据矿井防灭火规范规定，一般以一氧化碳相对量和绝对量以及格雷哈姆系数作为自燃发火的预报指标。 （1）、监测点设置 监测点分为固定点、移动点和临时观测点。观测点应设置在能采集到观测区内的有代表性的气体的地点。尤其固定观测点，移动观测点，应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。根据上述要求监测点主要布置在以下地点工作面回风监测点，布置在工作面回风顺槽，距工作面15～20m，随工作面开采而移动。矿井回风下山监测点布置在矿井回风下山内。采空区监测点，布置在采空区内，沿回风顺槽非采空侧预埋，抽气口用花管保护，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；溜煤眼监测点，布置在溜煤眼下风向；临时监测点应根据矿井实际工作面生产情况及防灭火方法设置，采空区情况等临时设置。 （2）、监测内容 监测点主要监测气温、风量和采集气样等，以便提供分析数据，所采集的气样通过束管管路送至地面进行自动分析。 （3）、作用 监测系统通过束管取样，利用安装在地面的抽气泵，将所采样的气体送入分析仪中，分析仪将分析的气体相关参数输入计算机进行比较判断，绘出CO变化趋势和格雷哈姆系数（CO/△O2），掌握矿井自燃发火的规律和可能性，早期预报煤炭自燃发火，预防矿井火灾的产生。 系统特点具有监测的连续性和准确性。并可将监测数据送入矿井安全监测系统或矿井计算机网络中。 二、监测设备选型 监测设备装置选用SG9－2003型矿井火灾预报束管监测系统一套。 火灾检测及防灭火装备见表3-2-1。 表3-2-1 火灾检测及防灭火装备 序号 名 称 型 号 单位 数量 备 注 1 矿井火灾预报束管监测系统 SG9－2003 套 1 2 煤矿专用气相色谱仪 GC-4085 套 1 3 泥浆泵 台 2 黄泥灌浆 4 泥浆搅拌机 台 2 5 便携式一氧化碳检测仪 AQJ2 台 4 第三节 灌浆防灭火 按照要求矿井应建立防灭火灌浆系统，对采空区进行预防性灌浆。灌浆站设于地面工业广场（原回风斜井井口附近），灌浆管路由现斜风井至井下车场、石门等、一直敷设至采煤工作面上下顺槽，对采空区灌浆材料选用黄土泥浆，灌浆管路设计总长度1800m。 灌浆方法采取埋管采后灌浆方法。 本矿工业广场附近有充足的土源，采用铲车运至灌浆站，在地面灌浆站设黄土场。灌浆站形式为固定式，其主要设施为集泥池，泥浆搅拌池和灌浆输入口。泥浆制备方式采用水力搅拌。 灌浆管路系统为 回风斜井井口灌浆站→回风斜井→850南大巷→850-750轨道下山→820轨道巷→820采煤工作面。 灌浆准备工作注泥浆前，对所注巷道及所影响巷道进行加强支护，检查灌浆系统的管路是否有跑浆或跑水情况，以便堵管。 灌浆疏水所排出水能直接疏送到井下水仓，或由潜水泵排到水仓，再由水仓主排水泵直排至地面。 一、采空区预防性灌浆 预防性灌浆就是将水、浆材（黄土）按适当（41）比例混合，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路输送到可能发生自燃的区域或采煤工作面采空区内，防止煤炭自燃，是使用最为广泛、效果最好的一种技术。 1 灌浆设备的选用 目前灌浆使用的浆液的制备主要有水力制备和机械制备两种方法。水力制备是利用高压水枪冲刷松散的粘土层使水土混合形成泥浆，是一种操作较为简单的制浆方式，但浆液浓度难以保证，防火效果差；机械制浆是按照一定的比例将制浆材料和水送入搅拌池，经搅拌机搅拌，输入注浆管路送至井下，但目前的灌浆系统普遍存在易堵管、输浆力度小、浆材要求高、投资大等不足。参考国内山西省安全工程技术研究中心开发的KDZS-1型多功能煤矿防灭火灌浆系统，设计选用移动式轻型设备、多组浆池协同灌浆、远距离输浆等特点，经过滤后有多个输浆出口，可用黄土、粉煤灰等多种灌浆材料，具有设备简单、投资少、建设速度快、输浆力度大、防冻等优点，故本设计可优先选用此灌浆设备。 本设计在矿井回风斜井场地设KDZS-1型多功能煤矿防灭火灌浆系统一套，为全矿灌浆服务，灌浆方法采用随采随灌，即随采煤工作面推进的同时向采空区灌注浆液。在灌浆工作中，灌浆与回采保持有适当距离，以免灌浆影响回采工作。 灌浆站建设回风斜井场地建2个搅拌池和1个注浆池注浆池设在较高的水平，池深和直径均为2m，池体用砖砌筑水泥抹面或用钢板焊接，其上固定搅拌器。搅拌池底部留有出料口，在浆液流入注浆池前设双层过滤筛子孔径为10mm，搅拌池及注浆池侧面设800mm800mm2000mm下液泵坑两个，各安设离心式液下泥砂泵2台。灌浆站布置如图3-1-1所示。 图3-1-1灌浆站布置示意图 2 灌浆方法 预防性灌浆方法有多种，根据采煤与灌浆先后顺序关系可分为采前预灌、随采随灌和采后灌浆。 采前预灌就是在煤未开采之前即对煤层进行灌浆，适用于老空区过多、自然发火严重的矿井；随采随灌就是随着采煤工作面推进的同时向采空区灌浆，主要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆，能及时将顶板冒落后的采空区进行灌浆处理；采后灌浆就等回采结束后，将整个采空区封闭起来后进行灌浆。为了保证及时、简便处理自燃隐患，设计选用随采随灌法（埋管灌浆）和采后灌浆（封闭）两种灌浆方法。 采用埋管灌浆法，在回采前沿进风巷在采空区预先铺好灌浆管一般预埋10～20m钢管，预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶管长一般为20～30m，灌浆随工作面的推进，用回柱绞车逐渐牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆，要求工作面采空区能灌到足够的泥浆。 5 3 2 1 4 6 图6-2-8 埋管灌浆示意图 1-预埋注浆管；2-高压胶管；3-灌浆管；4-回柱绞车；5-钢丝绳；6-采空区 3 灌浆参数的选择 ①浆液配比 泥浆的配比是反映泥浆浓度的指标，是指泥浆中水与浆材的体积之比。水固比的大小影响着注浆的效果和泥浆的输送。泥浆的水固比越小，则泥浆浓度越大，其粘度、稳定性和致密性也越大，包裹遗煤隔离氧气的效果也越好，但同时流散范围也越小，输浆管路容易堵塞；水固比大，则输送相同体积的土所用的水量大，包裹和隔绝效果不好，矿井涌水量增加，在工作面后方采空区灌浆时容易流出而恶化工作面环境。浆液的水固比应根据泥浆的输送距离、煤层倾角，灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过试验确定，一般情况下为41，冬季为51。 ②日灌浆所需浆材量 式中 Q材日灌浆所需浆材量，m3/d； m煤层采高，m； L工作面日推进度，m； H灌浆区倾斜长度，m； C回采率，； K灌浆系数，为灌浆材料的固体体积与需要灌浆的采空区容积之比，一般取0.05～0.15。 ③日制浆用水量 式中 Q水1制浆用水量，m3/d； δ水固比。 ④日灌浆用水量 式中 Q水2日灌浆用水量，m3/d； K水用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数.一般取1.10～1.25。 ⑤日灌浆量 式中 Q浆1日灌浆量，m3/d； M泥浆制成率，取0.88； ⑥小时灌浆量 式中 Q浆2每小时灌浆量，m3/h； n每日灌浆班数，班/d； t每班纯灌浆时间，h/班。 ⑦每小时最大灌浆量 考虑到矿井今后改扩建后生产规模扩大和煤层发火不确定等因素，灌浆主管路按目前所需能力的1.5倍设计，则每小时最大灌浆量为 式中Q浆max每小时最大灌浆量，m3/h。 需要说明的是灌浆系统的灌浆系数、水土比等各项参数在实际生产中必须根据煤层发火情况、输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过实验确定，以确保灌浆效果和生产的安全。 ⑧工作制度与矿井工作制度相匹配，但需注意以下原则 灌浆工作是与回采工作紧密配合进行。设计灌浆为三天/1次灌浆，灌浆时长为8h，若矿井自燃发火严重，且所需灌浆的工作面较多，宜采用三班灌浆，每天灌浆时间为15h。 4灌浆材料的选择 ① 颗粒要小于2mm，而且细小颗粒粘土≤0.005mm者应占60～70％要占大部分。 ② 主要物理性能指标 比重为2.4～2.8t/m3 塑性指数为9～11亚粘土 胶体混合物按MgO含量计为25～30％ 含砂量为25～30％，颗粒为0.5～0.25mm以下 容易脱水和具有一定的稳定性。 ③ 不含有可燃物 目前常用的灌浆材料有黄土、粉煤灰等。与黄土相比，粉煤灰的粒度较粗，但体积密度小。就注浆灭火而言，粉煤灰质轻，颗粒表面具有一定光滑度，容易搅拌成浆，便于管道输送。注入火区后流动性、稳定性较好；粉煤灰具有一定的火山活性，其密封性能较好；粉煤灰亲水性差，粒度又大于黄土，注浆后浆体达到静态时脱水快，并随着水的泄流带走一部分热量。因此粉煤灰用于注浆灭火，可以起到隔绝、包裹、降温作用。另外，使用粉煤灰，既处理了废料，又有利于环保。 5 灌浆管路的选择 ①灌浆管路布置 820采煤工作面采空区是矿井灌浆重点区域，因此，灌浆主管路应针对回采面进行铺设，其它地点的灌浆，则根据需要从主管路上分叉连接。 从风井由地面灌浆站铺设一趟管路至回采面，管路铺设路线为 地面灌浆站→回风斜井→850南大巷→850-750轨道下山→820轨道巷→工作面 ②灌浆管道 主要灌浆管道直径是根据管内泥浆的流速来选择。在设计中，泥浆给定后，先确定泥浆在管道中流动的临界流速，再求出泥浆的实际工作流速，使之大于临界流速即可。 实际工作流速 式中v管道内泥浆的实际工作流速，m/s； Q浆max小时灌浆量，m3/h， d管道内径，m。取108mm 实际工作流速处于临界流速最大值泥浆钢管的临界流速通常为1～4m/s，可满足工程需要。 地面灌浆管道一般选用铸铁管；井下灌浆管道采用无缝钢管，其钢管直径取108mm；支管直径取75mm；；工作面管道直径取4寸胶管。 6制浆的主要设备见表3-2-2，灌浆系统布置如下图3-2-1所示 工作面 注浆泵 滤网 搅拌池 搅拌器 水管 注浆池 潜水泵 输浆管 土 场 工作面 图3-2-1 灌浆系统布置示意图 表3-2-2 灌浆设备一览表 序号 设备名称 设备型号 单位 数量 1 潜水泵 台 2 2 泥浆搅拌机 台 3 3 下液式泥浆泵 80NYl50-20J 台 2 4 无缝钢管 D1084.0 米 5 无缝钢管 D754.0 米 6 4寸胶管 DN100 米 7 供水管软管 φ30 米 （七）灌浆疏水系统及预筑防火墙 1.疏水系统 灌浆前后要严密观测采空区涌水量大小情况，如确定采空区内有较大积水区域或较大水量，可能威胁到工作面安全生产，则必须采用适当疏水措施。疏水措施应根据煤层产状、工作面采煤方法及回采方式、采空区内积水区位置、预测水量大小、工作地点排泄水设施、设备能力综合考虑，并应符合井下防治水的有关要求。 对于采空区积水，可采用探水钻施工疏水钻孔或通过密闭上预留的放水孔疏放，也可以通过临近顺槽施工疏水钻孔或顺槽间联络巷内密闭上的放水孔排水。从采空区疏放出的积水，通过顺槽内水沟排到大巷水沟（或流入顺槽集水坑，通过水泵外排），后排入井下水仓。 疏水系统设施设备主要有水沟、集水坑、密闭墙、排水管路、探水钻机及配套设备、小水泵等。 2.预筑防火墙 矿井为防止采煤工作面自然发火及采空区发火，需设置防火墙及预留防火墙位置。采煤工作面回采结束后，须及时砌筑永久性封闭。井下发生火灾不能直接灭火时，必须砌筑防火墙，封闭火区。井底设消防材料库，内有足量砌筑防火墙材料，并备有专用材料车，材料可直接运往井下各使用地点；另外，也可在采区内适当地点设临时材料储备硐室，内置砌筑防火墙的材料。 预筑防火墙的位置①回采工作面顺槽进风顺槽内应设在工作面停采线外部，距离不小于大巷保安煤柱尺寸，且需在各联络巷与顺槽交叉地点以里；回风顺槽内除上述要求外，防火墙应位于通风设施及构筑物以里工作面一侧；各进风顺槽间、各回风顺槽间不使用的联络巷应密闭；所有与工作面连通的顺槽、巷道都应按要求预留防火墙位置。 3.灌浆后防止溃浆、透水事故的措施 （1）灌浆材料应满足相关规定的要求，严格控制浆液泥水比，并控制灌浆量不使过大。 （2）工作面顺槽内设有水沟和集水坑，并配备小水泵，能够满足工作面开采时的涌水和浆液析水的排放要求。 （3）本矿井下灌浆采用随采随灌方式，一部分灌浆水会从采空区流入工作面运输机道或顺槽水沟内，这时最好在巷道内构筑滤浆密闭将泥浆滞留于采空区，使水放出。 （4）加强水情观测，对采空区的灌浆量与排水量进行观测记录。排水量过少，灌浆区内可能有泥浆水积存；排水中含泥量较大，采空区可能形成了泥浆通路。处理方法有 a立即停止灌浆，采用间断灌浆。 b在泥浆中加入砂子填塞通路。 c提高泥浆浓度。 d移动灌浆管口位置，改变浆液流动路线。 e工作面运输巷道见水即停止灌浆。 （5）加强管路检修。 第四节 氮气防灭火 一、氮气防灭火 应用氮气防灭火技术防治矿井自燃火灾，是世界主要产煤国家公认的行之有效的技术措施。氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体，其化学性质相对稳定，在常温、常压条件下氮气很难与其它物质发生化学反应，所以它是一种良好的惰性气体，随着空气中氮气含量的增加，氧气含量必然降低。据有关资料介绍当氧气含量低到5～10％时，可抑制煤炭的氧化自燃；氧气含量降至3％以下时，可以完全抑制煤炭等可燃物的引燃与复燃。基于上述氮气的性质及煤的氧化机理，向采空区及遗煤带注入氮气，使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰化带，可达到抑制采空区自燃，同时还能防止瓦斯爆炸事故的发生。 1氮气防灭火的作用和特点 1氮气可以充满任何形状的空间并将氧气排挤出去，使采空区深部及其顶板高冒处因氧气含量不足而使遗煤不能氧化自燃； 2注氮过程中，采空区经常保持正压状态，致使新鲜空气难以漏入，有利于控制采空区遗煤自燃； 3注入氮气后，可使采空区内和采空区周围介质的温度降低，起到冷却降温作用； 4在瓦斯和火共存的爆炸危险区内注入氮气能抑制火区内可燃气体爆炸，提高灭火作业的安全性； 5工艺简单，不污染环境； 6氮气防灭火存在的主要问题是在矿井负压作用下，如果采空区漏风严重，则注入的氮气不易留存，易随漏风流向采面或邻近采空区；加上氮气本身虽然无毒，但具有窒息性，对人体有害，因此需与均压和其他堵漏风措施配合应用，使氮气泄露量控制在最低限度。 2注氮的要求 1氮气源稳定可靠； 2注入的氮气浓度不小于97； 3有一套专用的氮气输送管路及其附属安全设施； 4有能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站点和监测手段； 6有专人定期进行监测、分析和整理有关记录，发现问题及时报告处理等规章制度。 3氮气的制取 氮气是空气中的主要成分，是一种取之不尽、用之不竭的气体。加上它具有无毒、无臭和易于与空气相混和等优良特性，所以是一种理想的防灭火惰性气体。目前基本制取方法有深冷空分、变压吸附和膜分离三种工艺技术。 深冷空分是一种传统的空分技术，已有九十余年的历史，它的特点是产气量大，产品氮纯度高，但设备装机功率大，工艺流程复杂，占地面积大，基建费用高，需专门的维修力量，操作人员较多，产气周期长18～24h，显然不适合煤矿选用。 变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性，运用变压吸附原理加压吸附，减压解吸并使分子筛再生且在常温下使氧和氮分离制取氮气。变压吸附制氮与深冷空分制氮相比，具有明显的优点吸附分离是在常温下进行，工艺简单，设备紧凑，占地面积小，开停方便，启动迅速，产气快一般在30min左右，能耗小，运行成本低，自动化程度高，操作维护方便，安装方便，无须专门基础，产品氮纯度可在一定范围内调节，产氮量≤2000m3／h。 膜分离制氮是以空气为原料，在一定的压力下，利用氧和氮在中空纤维膜中的不同渗透速率来使氧、氮分离制取氮气。它与上述两种制氮方法相比，具有设备结构更简单、体积更小、无切换阀门、操作维护也更为简便、产气更快3min以内、增容更方便等特点，但中空纤维膜对压缩空气清洁度要求更严，膜易老化而失效，难以修复，价格高。 综上所述，变压吸附制氮装置具有设备少、投资省、操作方便、制氮时间短等优点，并在40余个局矿中应用，为我国煤矿安全生产，发挥着重要的作用，故矿井应选用变压吸附法制氮系统。其原理在吸附平衡情况下，任何一种吸附剂在吸附同一气体时，气体压力越高，则吸附剂的吸附量越大。反之，压力越低，则吸附量越小。如下图所示 吸附量与吸附压力的关系曲线图 碳分子筛对氧和氮吸附量有很大差异。碳分子筛是一种内部有很多微孔的物质，变压吸附的原理就是在一定的压力下，利用空气中的氧、氮在碳分子筛微孔的吸附量的差异，达到氧氮分离的目的。在压力升高时，碳分子筛吸氧产氮，压力降至常压时，碳分子筛脱附氧气再生。变压吸附制氮设备通常有两只吸附塔，一只吸氧产氮，另一只脱氧再生，如此交替循环不断产出氮气。 4注氮系统 地面固定式制氮设备生产的氮气，经井上、下输氮管路送达采空区内。该系统制氮设备产氮能力大，但需专门铺设一趟输氮管路。 井下移动式制氮设备安置于距需要防火的就近处，经供电、供水、管路连接，即可开机生产氮气，经输氮管送达防火区内。该系统不需铺设专用输氮管路，但制氮设备产氮能力较小。 5注氮参数计算 注氮防灭火惰化指标 1注氮防火惰化，即注氮后采空区内氧气浓度不得大于7； 2注氮灭火惰化，即火区内氧气浓度不大于3； 3注氮抑制瓦斯爆炸，其采空区氧气浓度指标小于12。 由于开采煤层为容易自燃煤层，采空区防火惰化指标取7，灭火惰化指标取3。 注氮量计算 确定注氮量主要根据防灭火区的空间大小及自燃程度确定，目前尚无统一的计算方式，这里按产量进行计算，其实质是在单位时间内注氮充满采煤所形成的空间，使氧气浓度降到防灭火惰化指标以下，计算公式为 式中QN注氮流量，m3/min； A年产量，t； t年工作日，取300d； ρ煤的密度； n1管路输氮效率，，一般取0.9； n2采空区注氮效率，，一般在0.3～0.7之间； C1空气中的氧气浓度，取20.8； C2采空区防火惰化指标，可取7； K安全备用系数，1.2～1.5。 6注氮方式和防灭火方法 1注氮方式 注氮方式分为开放式注氮和封闭式注氮。 开放式注氮对正在开采的采空区进行注氮； 封闭式注氮对已封闭的采空区或火区进行注氮。 在不影响工作面的正常生产和人身安全时，可采用开放式注氮。火灾及其火灾隐患影响工作面的正常生产，或突然性外因火灾，或瓦斯积聚区域达到爆炸界限时，可采用封闭式注氮。 2注氮防灭火方法 连续性注氮工作面开采初期和停采撤架期间，或因地质原因，或因机电设备原因造成工作面推进缓慢，宜采用连续性注氮。 间断性注氮工作面正常回采期间，可采用间断性注氮。 本矿自然发火危险主要来自生产工作面后部采空区，因此，正常生产条件下注氮方式采用开放式注氮，注氮方法采用间断性注氮，当推进缓慢时改用连续性注氮。 7注氮工艺 根据本矿实际情况，选用埋管注氮工艺，即在工作面的进风顺槽沿采空区埋设一趟管路，其中第一个氮气释放口设在开切眼。当第一个释放口埋入采空区30m后开始注氮，同时埋入第二趟注氮管路注氮管口的移动步距暂时选定为30m，可通过实际注氮效果考察进行修正。当第二趟注氮管口埋入采空区30m后向采空区注氮，同时停止第一趟管路注氮，并又重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。如果发现注氮压力异常或管路堵死，必须立即倒换管路。 8注氮设备选型 根据矿井所购置的（地面固定式）注氮设备（1套），参数如下 氮气产量 600Nm3/h20℃, 50.325KPa 氮气纯度 ≥97（无氧含量） 氧 含 量 O2≤2 起动时间 ≤30min 氮气出口压力 0.75MPa 9注氮区气体监测 注氮监测的目的在于能够连续不断地监视工作面进、回风流中及采空区的气体变化成分，及时了解和掌握自燃的变化规律及动态，以便针对性的采取防范措施，并对选择最佳注氮参数提供科学的依据。注氮区域气体监测以束管监测系统为主，现场人工检测为辅，主要观测气体有CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2。 ①束管监测系统 为便于采空区取气样分析，在铺设注氮管路的同时，同时在回风巷布置束管监测探头，采样探头伸入采空区在8m左右。 ②现场人工检测 主要由瓦检员每班检测，检测位置主要在工作面进、回风流和上、下隅角。 10注意事项 1在对采空区进行注氮防火前，要制定相应的安全技术措施，并经批准后，方可实施。 2建立健全注氮设备的操作规程、工种岗位责任制和注氮防火的各项规章制度，并做好日常管理、检查、维护等工作。 3注入的氮气纯度不得低于97。 4注氮时要加强工作面及回风顺槽的氧气监测，发现氧气浓度低于18时立即停止工作，撤出人员，减少注氮量，待风流中氧气浓度大于18时，方能恢复工作。 5注意检查工作面及回风巷道风流中瓦斯涌出情况，若发现采空区大量涌出瓦斯，风流中瓦斯超限时，可适当降低注氮强度。 6注氮管第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应利用工作面附近的三通阀门，先排出管内空气，避免将空气注入采空区中去。 7采空区受工作面通风负压的作用，从进风顺槽至回风顺槽必然形成漏风通道。向采空区注入氮气，必然沿着漏风通道而大量泄露，将使采空区内冷却氧化带加宽，影响惰化效果，需采取一定得封堵措施，减少漏风量，才能以较少的注氮量达到较好的惰化效果，达到防火的目的。 第五节 防灭火机构及管理制度 一、 组织机构 矿井在生产过程中，必须建立健全矿井防灭火机构，成立防灭火领导小组，由矿长担任组长，由总工程师、安全副矿长总担任副组长、成员由通风副总工、生产副矿长、机电副矿长、调度室主任等组成，负责矿井的防灭火工作。 矿井防灭火组织机构 组 长 余吉祥 副组长 杨建强、吴德政 成 员 刘金刚、梁地国、李清三、刘昌军、兰颖会 高守福 火区观测员高守福 防火领导小组负责防灭火的具体落实、执行，随时解决防灭火中出现的各种问题。 一、 防灭火管理制度 1、凡开采有自燃倾向而且发火期较短的煤层，开采过程必须对采空区进行预防性注注氮、注浆，监测及均压通风等技术的措施，防止自然发火。并将防止自然发火的专门措施纳入到矿井安全生产管理当中，并严格执行。 2、凡开采自然发火的煤层，均要开展自然发火的预测预报工作，每周至少观测预报一次。观测地点采煤工作面、密闭，采煤工作面上隅角及采空区，其它可能发火点。观测内容气体成分，温度等，并做好记录。对井下防火密闭每半年进行一次取样分析，有发火预兆的随时取样分析。 3、采煤工作面做到提高回采率，减少浮煤丢失，加快回采速度。 4、采煤工作面回采结束后必须在1个半月内进行永久性封闭。 5、