大金禾煤业防灭火专项设计.doc
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1、目录1、设计目的32、煤层的自燃预防措施32.1开拓开采方面的措施42.2通风方面的措施42.3监测方面的措施43、防灭火方法43.1煤层自燃监测方面的措施54、 防灭火方法114.1对采空区进行预防性灌浆115.0 阻化剂防火技术215.1阻化剂防火原理215.2阻化剂选择225.3阻化剂浓度确定225.4阻化剂防火系统选择226.0井下外因火灾防治396.1电器事故引发的火灾防治措施及装备396.2防止井下爆破引发火灾526.3空压机的防火与防爆措施546.4井下防火构筑物557.0职工消防培训57前 言山西平陆大金禾煤业有限公司位于平陆县三门镇徐滹沱村附近。行政区划属平陆县三门镇管辖。根
2、据山西省煤炭资源整合和有偿使用工作领导组办公室文件(晋煤整合办核200674号)关于运城市平陆县等两个非主要产煤县的核准意见以及山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件晋煤重组办发200948号“关于运城市平陆县(部分)和垣曲县煤矿企业兼并重组整合方案的批复”。该矿由平陆县大洼煤矿和原三门煤矿及部分新增区资源兼并重组整合而成,核准矿井名称为山西平陆大金禾煤业有限公司,2011年11月7日山西省国土资源厅颁发新采矿许可证(证号:C1400002009111220043786),批准开采9号11号煤层,井田面积3.0053km2,矿井能力0.60Mt/a。06年两个矿井的瓦斯鉴定结果(如表)
3、,瓦斯相对涌出量为1.828.93m3./t,瓦斯绝对涌出量为0.220.62m3/min,历史上未发生过煤尘、瓦斯突出和爆炸事故,为低瓦斯矿井。 历年瓦斯鉴定结果汇总表 表2-5-1矿井鉴定年份瓦斯相对涌出量(m3/t)瓦斯绝对涌出量(m3/min)二氧化碳相对涌出量(m3/t)二氧化碳绝对涌出量(m3/min)鉴定级别平陆县大洼煤矿20051.820.221.820.22低20062.520.383.110.47低三门煤矿20058.930.628.930.62低2006低根据平陆县大洼煤矿和三门煤矿矿井瓦斯等级鉴定结果,该矿井当生产能力达到600kt/a时,设计计算矿井绝对CH4涌出量按
4、0.62m3/min,矿井绝对CO2涌出量按0.62m3/min计算,矿井为低瓦斯矿井。井田内9、10号煤层无煤尘爆炸性,11号煤层具有煤尘爆炸性, 9号煤层为容易自燃煤层,10、11号煤层为自燃煤层。为了贯彻“安全第一,预防为主”的指导思想,提高矿井的防灭火能力,特进行矿井防灭火专项设计。1、设计目的1.1为认真贯彻“安全第一,预防为主、综合治理”的安全生产方针,提高我矿的本质安全程度和安全管理水平,控制我矿建设后续项目和煤矿生产中的危险、有害因素,降低煤矿生产安全风险,预防事故发生,保护煤矿从业人员的健康、生命安全及财产安全。1.2为了能合理有效的控制自燃煤层发生自燃事故,降低事故的发生概
5、率,提高职工的生命财产安全和煤矿安全的可持续发展。2、煤层的自燃预防措施2.1开拓开采方面的措施2.11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,机电硐室采用锚网喷、现浇混凝土支护。2.12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。2.13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。2.2通风方面的措施2.21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。2.22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。2.3监测方面的措施2
6、.31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。2.32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。3、防灭火方法该矿10、11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。3.1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
7、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,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。3.11束管监测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,
8、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,根据这些环境参数的变化进行煤层火灾的预报。3.12人工检测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。山西省安全工程技术研究中心开发的与该采样系统配套的GC950型煤矿专用火灾气体色谱分析
9、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。1)KYSC-1型束管采样系统组成该系统既具有原束
10、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3.11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:660V380V;2)功率:4kW;3)
11、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3.11煤矿专用气相色谱分析系统配置简图3.11煤矿专用色谱分析系统连接示意图主要特点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;可以测定H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2共9种气体;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;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
12、确性更好;CO、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;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;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。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。技术参数最小检测浓度:H
13、25ppm;CO、CO22ppm;烃类0.1ppm尺寸:宽606mm高450mm深450mm重量:42 Kg电源:200V、50HZ、2100W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:1500mVml/mg(正十六烷);噪声:0.03mV;飘移:0.1mV/30min火焰离子化检测器(FID)结构:圆筒形收集极、石英喷口;检测限:110-11g/s(正十六烷);噪声:510-13A;飘移:510-12A/30min柱箱温度范围:10399(增量为1);控温精度:0.1;可由键盘设定过热保护值检测器温度范围:10399(增量为1);控温精度:0.01(TCD)
14、和0.1(其它);可由键盘设定过热保护值工作站高精度: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:106(1v为最小单位) 积分灵敏度:1vsec(即面积的个位数)。线性度:0.1%重现性:0.064)井下监测方案测点布置方案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3.14、图3.
15、15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3.14单巷布置工作面测点布置图采空区开切眼停采线联络巷采样泵束管采样点采样束管图3.15双巷布置工作面测点布置图工作面正常封闭后,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,每天早班检测一次,工作面异常
16、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。4、 防灭火方法4.1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。4.11 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
17、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
18、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4.11所示。图4.11灌浆站布置示意图4.12 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
19、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1020m钢管),预埋管一端通采空区,一端接胶管,胶管长一般为2030m,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。5321464.12 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) 灌浆参数的选择浆液的水固比选
20、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,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。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
21、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0.050.15。日制浆用水量式中 Q水1制浆用水量,m3/d; 水固比。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1.101.25。日灌浆量式中 Q浆1日灌浆量,m3/d; M泥浆制成率,取0.88;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。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
22、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。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 颗粒要小于2mm,而且细小颗粒(粘土:0.005mm者应占6070)要占大部分。 主要物理性能指标比重为:2.42.8t/m3塑性指数为911(亚粘土)胶体混合物(按MgO含
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