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1、6.防灭火 6.1煤层自然发火危险性及防灭火措施 6.1.1 煤层自然发火危险性 根据山西省煤炭工业局综合测试中心测试2007年12月和2008年1月钻孔煤芯煤样化验结果及2009年11月检验报告，2、10号煤层均属自燃-容易自燃煤层。 6.1.2 煤的自燃分析预测 6.1.2.1煤岩特性分析 1)从煤的炭化程度分析 因煤层的自燃性随煤炭的变质程度的增高而降低；煤的炭化程度越低，挥发份含量越高，煤层自然发火倾向越强。一般说来，褐煤易于自燃，烟煤中长焰煤危险性最大，贫煤及挥发份含量在12%以下的无烟煤难以自燃。本井田2号煤为低灰～中灰，平均为低灰、特低硫、低挥发分～中等挥发分，平均
2、为低挥发分、高热值～特高热值，平均为特高热值瘦煤和焦煤；10号煤为特低灰～中灰，平均为中灰、中高硫～高硫，平均为中高硫、低挥发分～中等挥发分，平均为低挥发分、高热值～特高热值，平均为特高热值瘦煤和贫瘦煤。本井田各煤层均属自燃-容易自燃煤层。 2)从煤岩成分分析 因煤岩成分包括有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤，煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的煤，一般不易自燃。 2号煤层宏观煤岩特征为黑色，上部为半暗型，中下部为半亮型和光亮型煤，光泽为金属光泽，构造明显，煤质较硬，具深褐色条痕。 镜煤为光泽极强之狭长条带夹于亮煤之中，具明显的贝壳状断口，但层的界限不显。暗煤
3、光泽暗淡，呈角砾状断口，丝炭大多呈小凸镜体夹于其他各种成分中。 10号煤层宏观煤岩特征为黑色，属半亮及半暗煤型，弱金属光泽。层状构造比较清晰。煤的光泽最亮部分为亮煤，内生裂隙发育，层理中夹有极少量的扁豆状丝炭。光泽较暗的部分为暗煤，煤质坚硬，灰分及丝炭的扁豆状夹层较多，断口呈角砾状，呈黑色条痕。 显微煤岩特征：2号煤层自然分层一般为上、中、下三层。平均有机组份含量在80%以上。其次为无机物组份。 2号煤层无机物组份含量不多，一般在6.3%～10%之间，矿物中以粘土类为主，变化在5.6％～9.4%之间，黄铁矿含量甚少，变化在0.2％～1.1%之间，平均不超过0.6%，方解石更为少见，一般在
4、0.2％～0.5%之间，个别高达1.7%。 无机矿物粘土分布状态大致为两种：一种是粗粒分布状态，一种为透镜状、似层状出现，浸染状也有，但较少；黄铁矿也分为两种：一种是同生黄铁矿以细晶状分布于凝胶化基质之中，此种较为常见，一种是次生黄铁矿，充填于煤的裂隙之中；方解石主要为次生，常充填于裂隙之中。 在10号煤层有机组分中，主要组分镜质组平均为72.5%，其次为丝质组为22.8%，半镜质组为4.7%。在无机组分中粘土类最多，平均为11.1%，硫化铁类占0.87%，碳酸盐类为0.4%，无石英。油浸最大反射率为1.54%。 3)从煤的含硫量分析 煤的含硫分越多，吸氧能力愈大，越易自燃。2号煤层原
5、煤硫分0.28%～0.36%,平均0.31%;浮煤0.36%～0.62%,平均0.47%。为特低硫煤，煤层不易自燃。10号煤层原煤硫分2.01%～3.12%,平均2.81%;浮煤1.87%～2.96%,平均2.62%。为中高硫～高硫，平均为中高硫，煤层容易自燃。 4)从煤的破碎程度分析 由于煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面积，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。 6.1.2.2 煤的赋存条件分析 井田内可采的2、10号煤层赋存稳定，为主要可采煤层。井田构造总体上为走向NE，倾向NW的单斜构造。井田局部为缓波状
6、起伏背向斜，地层倾角2°～15°，构造简单。井田内断层、陷落柱不发育，无岩浆岩侵入。 6.1.2.3开采技术条件 设计2号煤层采用长壁综采放顶煤一次采全高采煤法，全部垮落法管理顶板。 2、10号煤层自燃倾向均为Ⅰ-Ⅱ类级，属自燃-容易自燃煤层。2号煤层采用综采放顶煤采煤方法开采，容易造成采空区遗煤多，漏风大，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。 6.1.3 煤层的自燃预防措施 1)开拓开采方面的措施 (1)运输下山、轨道下山、回风下山布置在煤层内，采用锚网喷、锚索联合支护，机电硐室采用锚网
7、喷、现浇混凝土支护。 (2)回采工作面条带布置，减少煤柱损失；回采工作面采用后退式开采，加速回采进度；尽一切可能防止煤层自然发火。 (3)采用壁式采煤法回采率高，巷道布置比较简单，便于使用机械化装备与加快回采进度，有较大的防火安全性。 2)通风方面的措施 (1)回采工作面采用后退式开采，“U”型通风系统，对防止自然发火有利。 (2)回采工作面采完后及时构筑密闭墙，加强对采空区的密闭管理。 3)监测方面的措施 (1)矿井配备DMH型胶带机硐室自动灭火系统，系统通过地面总站，对接收到的井下数据进行处理，显示测点报警信息。从而对主要运输下山的带式输送机发火进行不同阶段监测预报。 (2
8、)回采工作面上隅角、掘进工作面、瓦斯检查员、班长配备便携式一氧化碳检测报警仪。 6.2防灭火方法 该矿2号煤层属于自燃煤层，根据地方煤矿特点及防灭火经验，矿井具有完善的自燃火灾防治系统及措施：主要配置KYSC-1型矿井移动式束管采样系统、GC950型火灾气体色谱分析系统对煤层自然发火进行采样监测；建立阻化剂防灭火、采空区灌浆防灭火、凝胶防灭火系统、氮气防灭火系统。 6.2.1 煤层自燃监测方面的措施 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。
9、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，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、汇总到指定地点，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。 安全监控系统可以连续监测CO、CO2、O2等环境参数，根据这
10、些环境参数的变化进行煤层火灾的预报。 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。 针对目前地面固定式束管监测系统具有管路长，采样测定滞后时间长，管路积水和粉尘进入管路堵塞后难以处理，人为或其它原因破坏管路的可能性大，管路维护量较大；地面设备多，需专人管理，管理技术要求较高；全套设备所需费用高等缺点，山西省安全工程技术研究中心近年
11、来开发的井下移动式火灾气体束管采样系统全部安装于井下，并可移动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。目前，已在山西省大同、朔州、忻州、阳泉、太原、晋中等地区近200个中小型煤矿进行了应用，效果较好。 山西省安全工程技术研究中心还开发了与该采样系统配套的GC950型煤矿专用火灾气体色谱分析系统，该系统采用日本岛津技术，具有性能稳定、功能齐全、自动化程度高、重复性好、灵敏度高
12、等优点，克服了传统的色谱仪氮气和氧气分离效果差，不能测氢气等缺点；该系统能测定H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C2H2 等9种气体，实现了测定氢气这一重要火灾气体，对于指导矿井火灾的治理具有重要的参考价值；采用三气路六通阀定量管进样，配TCD、双FID及镍转化炉，四通道采样分析，一次进样5分钟内完成所有气体分析；检测器均采用单元化设计，先进制造工艺，具有灵敏度高、噪声低、线性范围宽等特点；工作站功能强大、性能稳定，直观、简单、易学。目前该系统已广泛装备到神华集团神东煤炭公司、西山煤电集团、山西潞安集团、山西晋煤集团、中煤平朔分公司等，为及时发现自燃隐患、处理火灾事故
13、等提供了科学依据。 1)KYSC-1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)抽气束管；(2)抽气泵；(3)采样柜；(4)气水分离器。 1.水位计 2.压力控制阀 3.出气口 4.压力表 5.连接法兰 6.连接管道 7.皮管 8.水泵出气口9.水泵进气口 10.皮管 11.负压表 12.流量计 13.八路控制开关 14.气体采样口 15.出水口 图6
14、2-1 采样系统连接图 2)KYSC-1型束管采样系统技术参数 1)供电电压：660V／380V； 2)功率：4kW； 3)供水量：1m3/h； 4)抽气量：1.35m3/min； 5)负压：－0.087MPa； 6)抽气距离：5000m。 3)GC950型煤矿专用色谱分析系统技术特点和参数 图6-2-3 煤矿专用气相色谱分析系统配置简图 6-2-4 煤矿专用色谱分析系统连接示意图 主要特点 ①该仪器采用日本岛津技术，具有性能稳定、功能齐全、自动化程度高等优点； ②可以测定H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2共9种气体； ③
15、选用氩气作载气，实现了测定氢气这一重要火灾气体，对于指导矿井火灾的治理具有重要的参考价值； ④采用三气路六通阀定量管进样，配TCD、FID及镍转化炉，从而排除了各组分之间的互相干扰，使重复性、灵敏性和准确性更好； ⑤CO、CO2及烃类测定采用分时进样，双柱并联共用FID的流程，从而避免了分流进样造成最低检测浓度达不到煤矿安全要求的不足，同时通过进样时间的控制，可以缩短总的分析时间，减轻分析人员的工作量； ⑥内置不锈钢丝网过滤膜，从而避免了煤矿气体粉尘较多容易堵塞管路的问题； ⑦检测器均采用单元化设计，先进制造工艺，具有灵敏度高、噪声低、线性范围宽等特点； ⑧工作站功能强大、性能稳定，
16、直观、简单、易学。设有六种定量方法(归一法，内标，外标，修正归一法，带比例的修正归一法，指数法)，可实现任意多点标样校准，任意多点校准平均，直观显示校准曲线；灵活的峰识别和处理能力，适应各类色谱分析应用。 技术参数 ①最小检测浓度：H2≤5ppm；CO、CO2≤2ppm；烃类≤0.1ppm ②尺寸：宽606mm×高450mm×深450mm ③重量：～42 Kg ④电源：200V、50HZ、2100W ⑤热导检测器(TCD) 结构：半扩散式、四臂铼钨丝；电源：恒流控制方式；灵敏度：≥1500mV·ml/mg(正十六烷)；噪声：≤0.03mV；飘移：≤0.1mV/30min ⑥火焰
17、离子化检测器(FID) 结构：圆筒形收集极、石英喷口；检测限：1×10-11g/s(正十六烷)；噪声：≤5×10-13A；飘移：≤5×10-12A/30min ⑦柱箱温度范围：10～399℃(增量为1℃)；控温精度：±0.1℃；可由键盘设定过热保护值 ⑧检测器温度范围：10～399℃(增量为1℃)；控温精度：±0.01℃(TCD)和±0.1℃(其它)；可由键盘设定过热保护值 ⑨工作站 高精度：USB接口，24位的高精度A/D，分辨率±1uv 输入通道电平范围：外置数据采集盒，输入通道2个。-1v至+1v(可扩展 ±2V) 采样频率：6、12、25、50次/秒 动态范围：1
18、06(1μv为最小单位) 积分灵敏度：1μv·sec(即面积的个位数)。 线性度：<±0.1% 重现性：0.06％ 4)井下监测方案 ⑴测点布置方案 ①选定一工作面在进回风顺槽按一定间距布置束管采样器，测定采空区范围大约距工作面150m左右，约50m设一个测点，保持采空区内部进、回风侧各三个探头，上下顺槽同时观测，待距工作面最远测点进入采空区150m后，即可结束观测，测点布置如图6-2-5、图6-2-6所示。（两者根据情况选一种） 采空区 开切眼 停采线 采空区束管 采样泵 束管采样点 图6-2-5 单巷布置工作面测点布置图 采空区
19、 开切眼 停采线 联络巷 采样泵 束管采样点 采样束管 图6-2-6 双巷布置工作面测点布置图 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，测点布置如图6-2-7所示，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。 采空区 开切眼 停采线 采样束管 采样泵 图6-2-7 工作面封闭后测点布置图 ⑵地面色谱分析 井下通过束管采样仪采样并送至地面色谱分析，分析参数主要有O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、H2正常情况下，每天
20、早班检测一次，工作面异常时，每班检测二次。 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，数量不少于便携瓦检仪的三分之一，共配备？台。 6.2.2 防灭火方法 1.对采空区进行预防性灌浆 《煤矿安全规程》规定，开采容易自燃和自燃的煤层时，必须对采空区、突出和冒落空洞等孔隙采取预防性灌浆等防灭火措施。 预防性灌浆就是将水、浆材按适当比例混合，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，用以防止煤炭自燃，是使用最为广泛、效果最好的一种技术。 (1) 灌浆系统 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
21、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。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。 本次设计在风井场地设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
22、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：风井场地建2个搅拌池和1个注浆池(注浆池设在较低的水平)，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800mm×800mm×2000mm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6-2-8所示。 图6-2-8 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
23、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、简便处理处理自燃隐患，设计采用埋管灌浆法。 采用埋管灌浆法，在放顶前沿回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
24、 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浆液的水固比选择 泥浆的水固比是反映泥浆浓度的指标，是指泥浆中水与固体浆材的体积之比。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，
25、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4:1，冬季为5:1。 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
26、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 考虑到今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
27、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。设计灌浆为三班灌浆，每天灌浆时间为10h，若矿井自燃发火严重，且所需灌浆的工作面较多，宜采用四班灌浆，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.
28、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 回采面采空区是该矿灌浆重点区域，因此，灌浆主管路应针对回采面
29、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→副斜井→轨道下山→20101 工采面回风顺槽→工作面 ②灌浆管道 主要灌浆干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 该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
30、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6-2-1，灌浆系统布置如下图6-2-9所示： 至钻孔 注浆泵 滤网 搅拌池 搅拌器 水管 注浆池 潜水泵 输浆管 料 场 至钻孔 图6-2-8 灌浆系统布置示意图 表6-2-1 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 ZBA-6B 台 2 2 泥浆搅拌机 自制 台 3 3 减速器 台 3 4 下液式泥浆泵
31、 80NYl50-20J 台 6 5 无缝钢管 D108×4.0 米 6 无缝钢管 D75×4.0 米 7 4寸胶管 DN100 米 8 供水管(软管) φ30 米 灌浆系统路径：地面灌浆站-回风斜井-井底大巷-10煤轨道上山-回采工作面轨道顺槽-工作面 黄泥灌浆系统见图A1896-175-01～02。 （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
32、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 矿井为防止采掘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
33、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，并备有专用车辆，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。②掘进工作面：应参照回采工作面顺槽预留要求因地制宜选定防火墙预留位置，所选地点应在通风设施及构筑物、交叉巷道以
34、里；双巷（多巷）同时掘进时，各巷道都应分别预留防火墙位置，巷道间不使用的联络巷道应及时密闭；与掘进工作面连通的所有巷道内，都应预留防火墙位置。③矿井的两翼，各生产水平之间，井下相邻采区间，井下自燃煤层或区域与其它煤层或区域连通的巷道间，其它可能发生煤炭自燃并可能蔓延危害到与其连通地点的巷道内等。 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，能够满足工作面俯斜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
35、道或顺槽水沟内（俯斜开采时），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工作面下部运输机道见水即停止灌浆。 （5）本矿煤层采用综采一次采全高工艺，但9煤、10煤间距较小，开采上煤层9煤时会影响下层煤10煤，为防止上下层巷道、工作面溃浆问题，两煤层开采时间要错开一定时间，保证一定距离，等9层煤
36、浆液水控出并稳定后方可安排顺10煤掘进及开采。回采完毕的工作面与接替（相邻）工作面间留有20m保安煤柱，联络巷及时按要求密闭并在密闭上部安置放水管，可保证工作面回采时采空区积水不致溃入生产工作面顺槽。如发现密闭内积水较多，必须制定措施，或进行放水。 （6）加强管路检修。 6.2.2 阻化剂防火技术 (1)阻化剂防火原理 阻化剂大都是吸水性很强的溶液，当它们附着在易被氧化的煤体表面时，吸收了空气中的水分，在煤体表面形成了含水液膜，从而阻止了煤与氧的接触，起到了隔氧阻化作用；同时水在蒸发时吸收热量，使煤体降温，从而抑制煤的自热和自燃，延长自然发火期的作用
37、 (2)阻化剂选择 ①原料来源广泛，价格便宜，制备、使用方便，不会大幅增加采煤成本； ②对人、设备及正常生产无影响； ③具有较好的渗透性和附着性； ④阻化率高，阻化寿命长。 目前，我国常使用的阻化剂有水玻璃(Na2O·nSiO2)、氢氧化钙Ca(OH)2、工业CaCl2及卤块(工业MgCl2)等。其中水玻璃模数n严格要求在1～2之间，且其成本较高，吨煤成本高；氢氧化钙溶解度较小，和水混合而成是混浊液，且碱性强，具有很强的腐蚀性，对注液设备的防腐蚀性要求高，又因为其溶液是颗粒悬浮状混浊液，颗粒大小对使用泵和封孔器的正常运行产生影响；而工业CaCl2来源广、供应稳定、成本低，故选用工
38、业CaCl2作为阻化剂。 (3)阻化剂浓度确定 阻化剂浓度的合理性是降低成本、提高阻化效果的重要方面。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20%，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。 (4)阻化剂防火系统选择 目前我国煤矿常用永久式、半永久式和移动式三种喷洒压注系统。 ①永久式：在地面建立永久性的储液池，从储液池铺设一趟管道到采煤工作面上下口。利用静压或泵加压进行喷洒或压注，适用于井下范围小，采煤工作面距地表较浅
39、的矿井； ②半永久式：在采区上下山或硐室内设置储液池和注液泵，从注液泵出口到采煤工作面上、下口铺设管道，阻化液从储液池经加压泵输送到工作面平巷，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，可为一个采区或一个区域服务； ③移动式：储液箱和注液泵安装在平板车上，放置在采煤工作面的平巷中，距工作面30m左右，经过输液管路将阻化剂输送到工作面进行喷洒，该系统工艺简单、施工快、投资小、机动性大。因此，选用移动式阻化剂喷洒压注系统，在采煤工作面向采空区的遗煤喷洒阻化液防止煤炭自燃。 (5)阻化剂防火装备 液压泵是阻化剂防火技术中的关键设备，BH-40/2.5型煤矿
40、用液压泵体积小，重量轻，运输携带方便，尤其对于井下自然条件较差，设备和人员运行不方便，难以运进较大设备的地点最为合适。该泵可用喷枪直接向残煤喷射阻化剂，又可利用雾化喷头喷雾，还可用于向煤体压注阻化剂。其主要技术规格如下： 型式：煤矿井下轻便型担架式； 外形尺寸：(长×宽×高)1500×360×450mm； 转速：700～800r/min； 额定流量：40L/min； 工作压力：1～2.5MPa； 电压： 380/660V； 功率：2.2kW (6)阻化剂防火工艺 在工作面轨道巷适当位置(尽量靠近工作面)放置两辆矿车作为阻化剂药箱，交换使用，按需浓度(20%)将工业CaCl2倒
41、入1吨矿车内，用临时供水管路按比例加足清水，配成溶液搅拌均匀后，用BH-40/2.5型煤矿用液压泵(置于平板车上)将阻化液沿顺槽和大溜电缆槽下方铺设(每20m安一三通接一截止阀)的φ25mm高压胶管压至工作面，与φ13mm的胶管和喷枪相连。一台泵配一支喷枪，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。正常回采期间每班喷洒一次，安排在检修班工作面放顶后进行，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。喷洒系统工艺图如下图所示。 8 6 5 4 3 2 2 采 空 区 工作面 1 7 9
42、 图6-2-10 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-阻化多用泵；6-高压胶管；7-阀门；8-三通；9-喷枪 (7)阻化剂喷洒量计算 工作面一次喷洒药液量的计算： 式中: V——采煤工作面一次喷洒阻化剂的药液量，m3； K1——易自燃部位药液喷洒加量系数，一般取1.2； K2——采空区遗煤容重(按采区遗煤煤样实测)，t/m3； L——工作面长度，m； S——一次喷洒宽带，m； H——遗煤厚度，m； A——遗煤吸药量，(在采空区采取煤样，由试验确定)，t
43、/t； γ——阻化液容重，t/m3。 6.2.3.凝胶防灭火 凝胶防灭火技术是近几年发展起来的新型防灭火技术，该技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，较好地解决了灌浆、注水的泄漏流失问题；技术工艺及设备与井下有限作业空间等实际条件的适应性，使该技术在灭火过程中充分发挥其效能，快速有效地控制和扑灭火势。已成为煤矿井下必不可少的防灭火技术之一。该技术具有如下特点： a. 灭火速度快：由于胶体独特的灭火性能，其灭火速度很快，通常巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭，工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。 b. 安全性好：胶体在松散煤体内胶凝固化、堵塞漏风通道，故有害气体消失
44、快；在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽，不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。 c. 火区启封时间短：注胶灭火工程实施完，不需等待(《煤矿安全规程》规定各项指标达到启封条件后还需观察稳定一个月才能启封)，即可启封火区。 d. 火区复燃性低：高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复燃。 (1)凝胶材料选择及配比 凝胶由基料、促凝剂和水按比例混合而成。主料为硅酸钠水溶液、促凝剂为碳酸氢钠。 设计比例：基料：促凝剂：水=10：4：86(重量比)。 (2) 注凝胶设备 ① 注胶设备：NJB-1-80型凝胶泵，见图6-2-11。 该设备是一种用来输送凝胶(水+基料+促凝剂)的泵组，由山西先导科技
45、开发有限公司研制开发。它可自动地将水、基料、促凝剂按一定比例混合后，经三个出液口输送到用胶地点。根据各种材料的配比不同，凝胶混合液可在十几秒至几十分钟内形成固态胶体，用于煤矿直接灭火和堵漏。 图6-2-11 凝胶泵及凝胶 ② 凝胶泵性能参数 主泵流量：80L/min； 辅泵流量：3-8L/min，可无级调节； 压 力：0.5-2.0MPa； 电机功率：5.5kW； 电机转速：1440rpm； 整机重量：220kg； 外形尺寸：长×宽×高=1100×540×780(mm)。 ③ 输送胶管 输送胶管规格见表6-2-2。 表6-2-2
46、 输送胶管规格 主泵井口胶管 主泵井口胶管 辅泵进口胶管 辅泵进口胶管 内径 (mm) 长度 (m) 内径 (mm) 长度 (m) 内径 (mm) 长度 (m) 内径 (mm) 长度 (m) 19～20 ≤4 19～20 ≤300 32～33 ≤6 24～26 ≤300 基料泵 促凝剂泵 基料箱 促凝剂料箱 混合器 分流器 至钻孔 钻孔 阀门 泵入口 泵出口 泵入口 泵出口 图6-2-12设备连接图
47、 图6-2-13 压注凝胶示意图 (4) 操作步骤 ① 起动操作 a. 首先检查机器各紧固螺丝，不得有松动现象。 b. 检查各泵和流量调节器(变速器)油箱内的润滑油，必要时加入各自的润滑油。泵用润滑油是30～40号机油，变速器用专用的UD润滑油(不可用其它机油代替)。 c. 盘车检查各泵能否转动自如。 d. 检查电器开关、起动器。 e. 检查各输送胶管、接头和过滤网。 f. 将主泵吸水管和溢流管放入配好促凝剂的水箱中；将胶管的吸管和溢流管放入胶料箱(或胶料桶)中。 g. 打开混合器出口的3个阀门。待起动正常后再按需要关掉1～2个。任何情况下必须保证有1个阀门
48、全开且畅通。 h. 接通电源。 ② 注胶过程中的操作 a. 待基料料箱内的基料注完后，可在不停机的情况下快速地把吸料管和溢流管换进另一只基料料箱中，这样可保持连续注胶。 促凝剂箱只需不断地往料箱中补充材料，不需要来回移动吸料胶管。 b. 胶料流量无级调节器(变速器)只能在泵运转的情况下调节，严禁停机时调节。 c. 泵的调压器是用来限定注胶压力并防止电机过载的，供货时已经调好，不要随意调节。注胶时若发现溢流管有溢流，首先要检查输送管和混合器是否堵塞，混合器出口阀门是否打开。一般情况下是不会有溢流的。 ③ 停泵操作 a. 注胶结束后，必须将主泵和胶泵都输送清水3分钟以上，并同时将混
49、合器的3个出料阀门都打开，以保证泵内、管内和混合器内没有混合液和胶料存在。 b. 将各泵的吸管从清水箱中拿出，将吸口放在无粉尘和杂物的地方(最好用手拿着)，让泵继续运转吸水5分钟，这样可将泵内的积水排出。 c. 断电。 d. 清洗混合器，确保畅通。 ④ 正常维护 a. 新机器运转一个月后，应全部更换泵内和变速器内的润滑油。 b. 阶段性注胶结束后，应将机器全部运上地面进行清洗、维护和保养，以备下一阶段注胶时机器能及时、正常地投入使用，同时也可延长机器使用寿命。 c. 发现流量偏小时，检查泵的密封圈和吸、排液阀，磨损严重或损坏应即时更换。 d. 检查三角皮带是否放松。过松是可首先
50、用皮带张紧螺钉调节拉紧。若仍不能拉紧，可考虑将泵垫高。只要皮带不损坏就不需更换。若需要更换时，必须每泵的两根或两泵的四根皮带同时更换。 (5) 施工准备及步骤 ① 施工准备 a. 准备两个0.5m3的铁箱(φ0.8m，高度1m)，用于储存基料；并准备1个0.6m3(φ0.9m，高度1m)的铁箱，用于配制促凝剂溶液。将3个铁箱放置于灭火巷道内的注胶设备附近； b. 配好设备入口管路，并配好设备出口的变头，使之能与混合器通过25mm的高压软管相连； c. 配好混合器出口变头，使之能与25mm的注胶高压软管连接，并准备25mm的注胶高压软管10根(10m长的6根，5m长的4根)； d.
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