山煤集團(tuán)東古城礦防滅火方案設(shè)計(jì)(修改)20111024.doc

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán) 左云東古城煤業(yè)有限公司左云東古城煤業(yè)有限公司 防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 三次修訂稿 煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院 工程設(shè)計(jì)乙級(jí)資質(zhì)編號(hào) 工程設(shè)計(jì)乙級(jí)資質(zhì)編號(hào) A250004477A250004477 二二O O一一年十月一一年十月 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán) 左云東古城煤業(yè)有限公司左云東古城煤業(yè)有限公司 防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 三次修訂稿 院院 長(zhǎng)長(zhǎng) 邵邵 軍軍 研究員研究員 總總 工工 黃聲樹(shù)黃聲樹(shù) 研究員研究員 項(xiàng)目負(fù)責(zé)項(xiàng)目負(fù)責(zé) 陸陸 偉偉 高高 工工 報(bào)告編制報(bào)告編制 郝郝 宇宇 工程師工程師 煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院 二O一一年十月 參參加加設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)及及審審核核人人員員名名單單 姓名職稱(chēng)簽字 郝 宇工程師 陳 輝工程師 葉正亮工程師 王正輝高級(jí)工程師 參加設(shè)計(jì)人員 張青松工程師 陸 偉高級(jí)工程師 審核人員 王正輝高級(jí)工程師 目錄 目錄目錄 4 1 前言前言 6 1 1 設(shè)計(jì)編制依據(jù) 6 1 2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想 7 1 3 設(shè)計(jì)主要特點(diǎn) 7 1 4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 7 2 礦井及工作面基本概況礦井及工作面基本概況 8 2 1 位置及交通 8 2 2 自然地理 8 2 2 1 地形地貌 8 2 2 2 水系 8 2 2 3 氣象 8 2 2 4 地震 9 2 3 煤層 地質(zhì)情況 9 2 4 礦井開(kāi)拓與開(kāi)采 10 2 5 工作面基本概況 11 2 6 瓦斯 火災(zāi)等災(zāi)害情況 12 2 6 1 瓦斯 12 2 6 2 煤塵爆炸危險(xiǎn)性 12 2 6 3 火災(zāi) 13 3 煤層開(kāi)采自燃危險(xiǎn)性分析及自燃特性實(shí)驗(yàn)研究煤層開(kāi)采自燃危險(xiǎn)性分析及自燃特性實(shí)驗(yàn)研究 14 3 1 煤層自然發(fā)火影響因素分析 14 3 1 2 煤的賦存條件 16 3 1 3 開(kāi)采技術(shù)條件 16 3 2 煤層自燃特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果 16 3 2 1 煤層自燃傾向性和煤塵爆炸性 16 3 2 2 煤最短自然發(fā)火期解算數(shù)學(xué)模型及其求解 17 4 礦井自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)礦井自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù) 19 4 1 自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào) 19 4 1 1 實(shí)驗(yàn)煤樣自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)及其臨界值 19 4 2 煤礦自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng) 22 4 2 1 人工監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 22 4 2 2 人工采樣實(shí)驗(yàn)室色譜分析 22 4 2 3 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 23 4 3 礦井自然發(fā)火監(jiān)測(cè)方案 26 4 3 1 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置方案 27 4 3 2 人工取樣檢測(cè) 28 5 自燃綜合防治方案自燃綜合防治方案 30 5 1 注漿防滅火系統(tǒng) 30 5 1 1 注漿防滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 30 5 1 2 制漿站及泥漿的制備工藝流程 35 5 1 3 注漿方法 36 5 1 4 地面灌漿系統(tǒng)及設(shè)備 36 5 1 5 注漿日常工作 38 5 2 氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù) 39 5 2 1 氮?dú)夥罍缁鹬笜?biāo) 39 5 2 2 礦井防滅火注氮流量的計(jì)算 39 5 2 3 制氮系統(tǒng) 40 5 2 4 輸?shù)苈?40 5 2 5 注氮的工藝和方法 41 5 2 6 注氮區(qū)氣體監(jiān)測(cè) 42 5 3 阻化劑防滅火技術(shù) 42 5 4 其他方面防滅火措施 44 6 井下外因火災(zāi)防治井下外因火災(zāi)防治 46 6 1 電器事故引發(fā)的火災(zāi)防治措施及裝備 46 6 1 1 井下機(jī)電設(shè)備硐室防火措施 46 6 1 2 井下電氣設(shè)備的防火措施 46 6 3 3 井下電纜的選擇 敷設(shè) 連接 47 6 4 4 井下電氣設(shè)備的各種保護(hù) 48 6 4 5 井下電氣設(shè)備的檢查 維護(hù) 修理和調(diào)整 48 6 2 帶式輸送機(jī)的防 滅火措施 49 6 3 其它火災(zāi)的防治措施及裝備 49 6 3 1 防止地面明火引發(fā)井下火災(zāi)的措施 49 6 3 2 防止地面雷電波及井下 52 6 3 3 防止井下爆破引發(fā)火災(zāi) 53 6 3 4 爆炸器材運(yùn)輸 儲(chǔ)存安全措施 53 6 4 井下防火構(gòu)筑物 54 6 5 職工消防培訓(xùn) 56 7 礦井防滅火組織與管理礦井防滅火組織與管理 58 7 1 組織保障措施 58 7 2 生產(chǎn)管理措施 59 7 3 專(zhuān)業(yè)管理措施 60 7 4 監(jiān)督檢查措施 61 8 礦井防滅火系統(tǒng)所需資金概算礦井防滅火系統(tǒng)所需資金概算 63 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 6 1 前言前言 煤礦安全規(guī)程 規(guī)定 開(kāi)采有自燃傾向性煤層的礦井 在礦井和新水平的設(shè)計(jì) 中 必須采取綜合 包括開(kāi)拓方式 巷道布置 開(kāi)采方法 回采工藝 通風(fēng)方式和通 風(fēng)系統(tǒng)等 以及專(zhuān)項(xiàng) 包括注漿或注砂 噴注阻化劑 注入惰性氣體 均壓技術(shù)等 預(yù)防煤層自然發(fā)火措施 開(kāi)采有自燃傾向的煤層 必須對(duì)采空區(qū) 突出和冒落孔洞等 空隙采用預(yù)防性注漿或全部充填 噴灑阻化劑 注入阻化泥漿 惰性氣體以及均壓通 風(fēng)等措施 防止自然發(fā)火 煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50215 2005 規(guī)定 一級(jí)自燃礦井應(yīng)建立以注漿 或注砂 為主 以阻化劑或均壓技術(shù)為輔的防滅火系統(tǒng)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)并配備惰氣 滅火裝置 二級(jí)自燃礦井應(yīng)建立注漿 或注砂 為主 以阻化劑或均壓技術(shù)為輔的防 滅火系統(tǒng)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng) 1 1 設(shè)計(jì)編制依據(jù)設(shè)計(jì)編制依據(jù) 煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50215 2005 煤礦安全規(guī)程 2011 版 礦井防滅火管理規(guī)范 煤礦注漿防滅火技術(shù)規(guī)范 MT T 702 1997 煤礦用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)規(guī)范 MT T 699 1997 煤礦采空區(qū)阻化汽霧防火技術(shù)規(guī)范 GB50116 98 礦井均壓防滅火技術(shù)規(guī)范 MT T626 1996 采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè) 礦井均壓防滅火技術(shù)規(guī)范 MT T698 1997 煤層自然發(fā)火標(biāo)志性氣體色譜分析及指標(biāo)優(yōu)選方法 AQ T1019 2006 中煤國(guó)際工程集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院編制的 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤 業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院關(guān)于東古城煤業(yè)公司 22 號(hào)煤層自燃傾向性 自 然發(fā)火期 煤層煤塵爆炸性 自燃標(biāo)志性氣體優(yōu)選分析等實(shí)驗(yàn)鑒定報(bào)告和測(cè)試分析報(bào) 告 國(guó)家和地方政府有關(guān)煤炭工業(yè)生產(chǎn)的法律 法規(guī) 技術(shù)政策等 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 7 1 2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)堅(jiān)持 安全第一 預(yù)防為主 綜合治理 的原則 嚴(yán)格貫徹執(zhí)行 煤礦 安全規(guī)程 等安全生產(chǎn)法規(guī) 條例 采取綜合防滅火技術(shù)設(shè)計(jì)方案 借鑒相似礦井防 滅火成功經(jīng)驗(yàn) 積極推廣使用成熟有效的防滅火新技術(shù) 新工藝和新設(shè)備 將礦井建 成裝備先進(jìn) 抗災(zāi)能力強(qiáng) 安全高效的現(xiàn)代化礦井 1 3 設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)設(shè)計(jì)主要特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)方案從礦井的系統(tǒng)設(shè)計(jì)著手 通過(guò)結(jié)合煤層地質(zhì)情況 開(kāi)采開(kāi)拓系統(tǒng) 開(kāi) 采方法 采取以注漿防滅火技術(shù)為主 以阻化劑防滅火技術(shù)等為輔助的綜合防滅火技 術(shù) 對(duì)礦井工作面及采空區(qū)等容易自燃的區(qū)域采取有針對(duì)性的防滅火技術(shù)措施 同時(shí) 健全和完善礦井防滅火的安全管理工作制度 通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究 對(duì)類(lèi)似礦井防滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)研 并結(jié)合類(lèi)似礦井防滅火 設(shè)計(jì)方案實(shí)例 對(duì)所設(shè)計(jì)礦井進(jìn)行防滅火方案專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 1 4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括 煤層開(kāi)采自燃危險(xiǎn)性分析 礦井煤層自燃監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì) 礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)及裝備包括 礦井火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 人工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) 和 人工采樣色譜分析 煤層自燃綜合防治技術(shù)方案 注漿防滅火技術(shù)及裝備 注阻化劑技術(shù)相關(guān)的設(shè)計(jì)和裝備選型 礦井防滅火組織與管理措施 組織保障措施 生產(chǎn)管理措施 專(zhuān)業(yè)管理措施 監(jiān)督檢查措施等 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 8 2 礦井及工作面基本礦井及工作面基本概況概況 2 1 位置及交通位置及交通 該礦位于左云縣小京莊鄉(xiāng)西南 14km 處東古城村 行政區(qū)劃屬小京莊鄉(xiāng)管轄 其 地理坐標(biāo)為 東經(jīng) 112 35 47 112 37 00 北緯 39 48 51 39 49 56 井田南北長(zhǎng) 2 029km 東西寬 1 783km 井田面積 3 4991km2 批準(zhǔn)開(kāi)采煤層為 5 6 26 號(hào)煤層 該礦井位于左云縣小京莊鄉(xiāng)西南 14km 處東古城村 左云縣西南 距左云縣城直 距 25km 礦區(qū)內(nèi)有簡(jiǎn)易公路與 109 國(guó)道和口泉公路相連 經(jīng) 109 國(guó)道和口泉公路通往 大同及左云 井田外東部有小京莊至酸茨河公路通過(guò) 西距右玉至山陰柏油公路 6 5km 左右 東距左云縣至懷仁縣吳家窯 18km 左右 距大同市約 60km 東距大運(yùn)高 速公路 20km 交通條件較為便利 2 2 自然地理自然地理 2 2 1 地形地貌地形地貌 本井田位于大同煤田中部東緣 為侵蝕的中低山地貌 地表大部被黃土覆蓋 零 星出露有白堊系左云組 井田內(nèi)東側(cè)有東古城自然村 工業(yè)廣場(chǎng)位于井田中部 地勢(shì)總 體為西高東低 最高點(diǎn)位于井田北部邊界 海拔為 1488 10m 最低處位于井田東南部 邊界溝谷中 海拔 1413 30m 相對(duì)高差為 74 8m 2 2 2 水系水系 本區(qū)屬海河流域桑干河水系 各溝谷平時(shí)干枯無(wú)水 只有在雨季匯集流水 由西 向東流出本井田 匯入井田外東側(cè)的酸茨河 酸茨河碾轉(zhuǎn)向西匯入元子河 元子河向 東南歸入桑干河 2 2 3 氣象氣象 本區(qū)屬高原地帶干旱大陸性氣候 冬季寒冷 夏季炎熱 氣候干燥 風(fēng)沙嚴(yán)重 年降水量分配極不均勻 暴雨強(qiáng)度大 降水量多集中在 7 8 9 三個(gè)月 約占年降水 量的 60 75 年最大降水量為 628 3mm 全年日照時(shí)間為 2880 3140 小時(shí) 平均 為 3011 4 小時(shí) 年日照百分率為 68 歷年來(lái)蒸發(fā)量大大超過(guò)降水量 一般蒸發(fā)量為 降水量的 4 5 倍 年蒸發(fā)量在 1644 2105mm 之間 平均年蒸發(fā)量為 1847 8mm 4 7 月間 月蒸發(fā)量為 200 300mm 最大日蒸發(fā)量為 19 2mm 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 9 大同左云及朔州右玉地區(qū)一向以風(fēng)沙多而著稱(chēng) 西北風(fēng)幾乎貫穿全年 每年有風(fēng) 時(shí)間占全年總時(shí)間 70 多集中于冬春季節(jié) 年平均風(fēng)速為 3 2m s 歷年年平均相對(duì) 溫度為 46 52 初霜期一般為 9 月上 中旬 無(wú)霜期 122 天 冰凍期為 10 月上旬至翌年 4 月下旬 最大凍土深度 60cm 2 2 4 地震地震 根據(jù) GB18306 2001 中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖 本區(qū)地震基本烈度值為 度 地震動(dòng)峰加速度值為 0 10g 2 3 煤層 地質(zhì)情況煤層 地質(zhì)情況 井田內(nèi)含煤地層為太原組和山西組 太原組平均厚度 112 23m 含煤 7 層 編號(hào)為 2 1 2 22 23 26 9 10 號(hào) 2 1 9 10 號(hào)煤層為不穩(wěn)定不可采煤層 2 號(hào)煤層僅 在 Z101 Z102 號(hào)孔中達(dá)到可采厚度 其他孔均為不可采 厚 0 1 81m 平均 0 65m 屬不穩(wěn)定不可采煤層 22 23 223 號(hào)煤層為穩(wěn)定可采煤層 本組煤層總厚 24 35m 含煤系數(shù)為 21 70 可采煤層厚度 22 95 m 含煤系數(shù)為 20 45 山西組平均厚 60 76m 含煤 4 層 其中 123 號(hào)煤層 為穩(wěn)定大部可采煤層 其余為 不可采煤層 煤層總厚 3 13m 本組含煤系數(shù)為 5 15 可采煤層厚度 2 48m 含煤系 數(shù)為 4 08 本井田內(nèi)可采煤層為山西組 123 號(hào)煤層和太原組 22 23 223 號(hào)煤層 本井田位于大同煤田西部邊緣 含煤地層主要為石炭 二疊系 井田煤層主要可 采煤層為 16 22 23 223 號(hào)層 本井田位于大同煤田西部邊緣 總體為一背斜構(gòu)造 地層傾角 2 8 在井田南 部發(fā)現(xiàn)有兩條正斷層 未發(fā)現(xiàn)陷落柱 1 褶曲 S1 背斜 位于井田內(nèi)中部 Z103 北側(cè) 左 14 號(hào)鉆孔與 2 號(hào)鉆孔之間 軸向北東 南西向 向西南翹起 北翼地層傾向北西 產(chǎn)狀平緩 傾角 2 3 南翼地層傾向 較陡 傾向南東 傾角 5 8 背斜軸在井田內(nèi)延伸長(zhǎng)度 2200m 左右 2 斷層 F99 正斷層 位于井田南部 512 和 1 號(hào)鉆孔之間 左云南普查勘探時(shí) 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 10 108 711 1304 等鉆孔推測(cè)的正斷層 本井田內(nèi)由 512 1 Z102 號(hào)鉆孔推測(cè) 走向 南西西 傾向北北西 落差 70 100m 傾角 70 井田內(nèi)延伸長(zhǎng)度為 1750m 左右 F98 正斷層 位于 F99 正斷層北側(cè) 左云南普查勘探時(shí) 909 左 40 等鉆孔控制的 正斷層 本井田內(nèi) 512 號(hào)鉆孔發(fā)現(xiàn)此斷層 走向南西西 傾向南南東 落差 10 20m 傾角 70 井田內(nèi)延伸長(zhǎng)度為 1330m 左右 與 F99 正斷層構(gòu)成一地塹構(gòu)造 2 4 礦井開(kāi)拓與開(kāi)采礦井開(kāi)拓與開(kāi)采 1 井田境界 根據(jù)山西省國(guó)土資源廳 2010 年 8 月 17 日為東古城煤礦頒發(fā)的 采礦許可證 證 號(hào)為 C1400002009121220046814 批準(zhǔn)礦井開(kāi)采山 16 22 23 26 煤層 開(kāi)采高程由 1330 1060 m 井田南北長(zhǎng) 2 029 km 東西寬 1 783 km 面積 3 4992 km2 礦井工業(yè)資源 儲(chǔ)量 104 16 Mt 礦井設(shè)計(jì)資源 儲(chǔ)量為 71 53 Mt 礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ) 量為 38 29 Mt 巷道煤柱取 40 m 在井田的東部邊界有東古城飲用水水源地一級(jí)保護(hù) 區(qū) 水資源保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)按一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)保護(hù) 在靠近井田一側(cè)留保護(hù)煤柱 煤柱留設(shè)按表 土移動(dòng) 2 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 根據(jù)山西省煤礦企業(yè)兼并重組整合工作領(lǐng)導(dǎo)組辦公室以晉煤重組辦發(fā) 2009 9 號(hào) 關(guān)于大同市直和左云縣 大同縣煤礦企業(yè)兼并重組整合方案的批復(fù) 確定礦井的 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 0 90 Mt a 3 礦井服務(wù)年限 雖然本井地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單 煤層賦存穩(wěn)定 但井田范圍內(nèi)鉆孔數(shù)量有限 可采儲(chǔ)量 尚有一定的不確定性 因此儲(chǔ)量備用系數(shù)取 1 3 按礦井生產(chǎn)能力 0 90 Mt a 計(jì)算 礦 井服務(wù)年限為 32 7 年 4 井田開(kāi)拓方式 本井資源埋藏較淺 礦井的開(kāi)拓方式為斜井開(kāi)拓 目前有主工業(yè)場(chǎng)地和風(fēng)井工業(yè) 場(chǎng)地兩處 主工業(yè)場(chǎng)地位于井田的南部東古城村附近 場(chǎng)地內(nèi)有主 副斜井 2 條 風(fēng) 井工業(yè)場(chǎng)地靠近井田中部 場(chǎng)地內(nèi)有回風(fēng)立井 1 條 設(shè)計(jì)廢棄風(fēng)井工業(yè)場(chǎng)地和已有風(fēng) 井井筒 單獨(dú)保留主工業(yè)場(chǎng)地 在 22 號(hào)煤層上部 67m 左右 有山 4 號(hào)煤的剩余儲(chǔ)量賦存 主要分布在井田的中 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 11 部 南部和中西部 與 22 號(hào)煤層存在壓茬關(guān)系 本井田煤層傾角平緩 平均 2 6 確定采用大巷條帶式開(kāi)采方式 主要大巷兩 組 其中主水平帶式輸送機(jī)大巷沿 26 煤底板布置 輔助運(yùn)輸大巷及回風(fēng)大巷由 8 煤挑 至 5 煤煤層 5 煤輔助運(yùn)輸大巷沿煤層底板布置 5 煤回風(fēng)大巷沿煤層頂板布置 待 回采 26 號(hào)煤層時(shí) 再在 26 號(hào)煤層內(nèi)布置輔助運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷 輔助水平三條大 巷沒(méi)山 4 號(hào)煤層布置 三條大巷均南北方向布置 終止于北部井田邊界保護(hù)煤柱 根據(jù)煤層的層位關(guān)系 先采二盤(pán)區(qū) 再采一盤(pán)區(qū) 最后再采二盤(pán)區(qū) 采盤(pán)區(qū)沿井 田西部邊界布置 8 煤帶式輸送機(jī)大巷 22 煤輔助運(yùn)輸大巷和 5 煤回風(fēng)大巷 三條大巷 水平間距 30m 在 22 號(hào)煤層上部井底車(chē)場(chǎng)附近布置首采工作面 采用長(zhǎng)壁式開(kāi)采 礦 井利用一個(gè)盤(pán)區(qū)一個(gè)工作面達(dá)到礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 運(yùn)輸順槽通過(guò)盤(pán)區(qū)車(chē)場(chǎng)與 22 煤 輔助運(yùn)輸大巷相連 煤炭運(yùn)輸由運(yùn)輸順槽通過(guò)溜煤眼與 26 煤帶式輸送機(jī)大巷相連 回 風(fēng)順槽直接與 22 煤回風(fēng)大巷相連 采煤工作面依次由南向北接續(xù) 2 5 工作面基本概況工作面基本概況 1 工作面生產(chǎn)能力 井田范圍內(nèi)共賦存煤層 4 層 其中 22 號(hào)煤層為主采層 煤層厚 賦存穩(wěn)定 22 號(hào)煤層平均厚度 17 27 m 先沿頂部采 3 5 m 后 剩余厚度 13 77 m 采用放頂煤工藝 采放比 1 3 22 號(hào)煤層采用一次放頂煤工藝 因此設(shè)計(jì)初期在 22 號(hào)煤中布置一個(gè)綜采 工作面 達(dá)到 0 90 Mt a 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 2 22 號(hào)煤層 位于太原組中下部 上距 123 號(hào)煤層 66 79 m 煤層厚度 10 40 20 94 m 平均厚 度 17 27 m 為穩(wěn)定全區(qū)可采煤層 含 3 9 層夾矸 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單 復(fù)雜 頂板為粉 粗砂巖 底板多為砂質(zhì)泥巖 局部為泥巖 炭質(zhì)泥巖 3 采煤方法選擇 根據(jù)井田內(nèi)煤層的賦存特征及對(duì)井田煤層開(kāi)采技術(shù)條件和礦井規(guī)模綜合分析 井 田內(nèi)所有可采煤層均適合采用長(zhǎng)壁垮落采煤法 4 采煤工藝選擇 井田范圍內(nèi)共賦存煤層 4 層 其中 22 號(hào)煤層為主采層 煤層厚 賦存穩(wěn)定 適合 分層綜采 預(yù)采頂分層放頂煤綜采等多種綜合機(jī)械化采煤工藝 二盤(pán)區(qū) 22 號(hào)煤層頂?shù)?板特征見(jiàn)表 2 1 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 12 表表 2 12 1 二盤(pán)區(qū)二盤(pán)區(qū) 2222 號(hào)煤層頂?shù)装逄卣魈?hào)煤層頂?shù)装逄卣?頂 底 板 巖 性 煤層 編號(hào) 煤層厚度 m 最小 最大 平均 煤層 結(jié)構(gòu) 夾石 層數(shù) 頂 板底 板 埋藏深度 m 最小 最大 平均 穩(wěn)定性 22 10 40 20 94 17 27 較簡(jiǎn)單 復(fù)雜 3 9 粉砂巖 中 粗砂 巖 泥巖 砂質(zhì)泥 巖 炭質(zhì)泥巖 245 290 270 穩(wěn)定 5 礦井通風(fēng) 本設(shè)計(jì)通風(fēng)方式采用抽出式 采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng) 主斜井和副斜井入風(fēng) 回風(fēng)斜井 1 和回風(fēng)斜井 2 回風(fēng) 綜采工作面 20 m3 s 綜掘工作面 10 m3 s 普絕工作面 6 m3 s 爆炸材料發(fā)放硐室 6 m3 s 2 6 瓦斯 火災(zāi)等災(zāi)害情況瓦斯 火災(zāi)等災(zāi)害情況 2 6 1 瓦斯瓦斯 大同市煤炭工業(yè)局同煤機(jī)字 2008 193 號(hào)文件 關(guān)于大同市地方煤礦年產(chǎn) 0 3Mt 以 下 94 座礦井 2008 年度瓦斯等級(jí)和二氧化碳涌出量鑒定結(jié)果的批復(fù) 該礦 2008 年度 礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果 瓦斯相對(duì)涌出量 2 05 m3 t 絕對(duì)涌出量為 0 66 m3 min 二氧 化碳相對(duì)涌出量 3 44 m3 t 絕對(duì)涌出量為 1 11 m3 min 為低瓦斯礦井 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 北京 編制的山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)有限公司礦井 瓦斯含量測(cè)定和瓦斯涌出量預(yù)測(cè)研究報(bào)告 本礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為 7 64 m3 min 相 對(duì)瓦斯涌出量為 4 03 m3 t 為低瓦斯礦井 鄰近長(zhǎng)春興煤礦同樣為整合煤礦 現(xiàn)開(kāi)采 5 26 號(hào)煤層 根據(jù)整合前各個(gè)礦井的 鑒定報(bào)告看 礦井為低瓦斯礦井 整合后東古城煤礦開(kāi)采范圍不變 瓦斯涌出量按照 2008 年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果 即 礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為 0 66 m3 min 相對(duì)瓦斯涌出量為 2 05 m3 t 為低瓦斯礦井 2 6 2 煤塵爆炸危險(xiǎn)性煤塵爆炸危險(xiǎn)性 根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測(cè)試中心 2010 年 6 月對(duì)該礦 123 號(hào)煤層煤樣的測(cè)試結(jié) 果 火焰長(zhǎng)度 400 mm 最低巖粉用量 75 有爆炸危險(xiǎn)性 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 13 根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測(cè)試中心 2010 年 3 月對(duì)該礦 22 號(hào)煤層煤樣的測(cè)試結(jié) 果 火焰長(zhǎng)度 400 mm 最低巖粉用量 80 有爆炸危險(xiǎn)性 2 6 3 火災(zāi)火災(zāi) 根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測(cè)試中心 2010 年 6 月對(duì)該礦 123 號(hào)煤層煤樣的測(cè)試結(jié) 果 吸氧量 0 64 cm3 g 自燃等級(jí)為 級(jí) 根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測(cè)試中心 2010 年 3 月對(duì)該礦 22 號(hào)煤層煤樣的測(cè)試結(jié) 果 吸氧量 0 76 cm3 g 自燃等級(jí)為 級(jí) 傾向性質(zhì)為容易自燃 補(bǔ)充勘探時(shí)在 Z102 孔中對(duì) 22 23 223 號(hào)煤層采取了煤芯煤樣 測(cè)試了煤的自燃 傾向性 2008 年 1 月 10 日由山西省煤炭工業(yè)局綜合測(cè)試中心測(cè)試 123 號(hào)煤層傾向性 質(zhì)為自燃 其余各煤層均屬容易自燃 該礦曾在 2008 年 1 月在 22 號(hào)煤層井下西一巷 西二巷 西三巷 西四巷距皮帶 運(yùn)輸大巷 50 m 處發(fā)生自燃現(xiàn)象 在 2009 年 7 月在 22 號(hào)煤層井下西六巷 西七巷發(fā)生 一氧化碳涌出現(xiàn)象 測(cè)表已超限 由于及時(shí)采取措施 沒(méi)造成任何事故 在今后的開(kāi) 采中一定要注意浮煤的清除和采空區(qū)的密閉 防止發(fā)生煤的自燃及有毒氣體的涌出 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 14 3 煤層開(kāi)采自燃危險(xiǎn)性煤層開(kāi)采自燃危險(xiǎn)性分析及自燃特性實(shí)驗(yàn)研究分析及自燃特性實(shí)驗(yàn)研究 3 1 煤層自然發(fā)火影響因素分析煤層自然發(fā)火影響因素分析 1 煤的炭化程度 根據(jù)有關(guān)資料 一般認(rèn)為煤的自燃傾向性 是隨炭化程度增高而減少的 事實(shí) 上 同牌號(hào)的煤也有自燃難易之分 這是由煤的化學(xué)物理性質(zhì)的多樣性所決定的 據(jù)地質(zhì)報(bào)告 井田內(nèi)主采的 22 號(hào)煤層變質(zhì)階段為 1 3JM 2 煤巖成分 在絲煤 暗煤 亮煤 鏡煤四種煤巖成分中 具有纖維構(gòu)造而表面吸附能力很 高的絲煤在常溫下吸氧能力特別強(qiáng) 著火點(diǎn)低 可以起著 引火物 的作用 所以 含絲煤愈多 自燃傾向愈大 據(jù)鄰近杜家村礦井詳查報(bào)告 D5 D23 號(hào)鉆孔中采取 22 號(hào)煤層煤巖樣 22 號(hào) 煤層顯微組分為 鏡質(zhì)組 77 6 83 8 惰質(zhì)組 14 1 18 3 殼質(zhì)組 2 1 4 7 無(wú)機(jī)組成為粘土類(lèi) 3 9 40 7 顯微煤巖類(lèi)型以混合暗亮煤亞型和混 合亮暗煤亞型為主 次為混合亮煤亞型和混合暗煤亞型 鏡煤最大反射率在 0 83 0 89 之間 煤變質(zhì)階段屬于 變質(zhì)階段 推斷本礦井情況類(lèi)似 根據(jù)以上煤的顯微煤巖組分和顯微煤巖類(lèi)型 分析 各煤層自燃程度中等 3 煤的含硫量 同牌號(hào)的煤中 含硫礦物愈多 愈易自燃 煤中所含硫鐵礦 低溫氧化時(shí)生成 硫酸鐵和硫酸亞鐵 使煤體膨脹而變得松散 增大氧化表面積 硫鐵礦氧化時(shí)放出 的熱量 也促進(jìn)煤炭自燃 據(jù)地質(zhì)報(bào)告 22 號(hào)煤層為低 中硫煤 原煤硫份平均 1 55 1 96 平均 1 72 煤的含硫量中等偏低 對(duì)自燃的危害性較小 4 煤的水份 煤中所含水份對(duì)自燃傾向影響比較復(fù)雜 近年來(lái)有 觀點(diǎn)認(rèn)為 同一種煤水份 愈多 著火溫度愈高 但當(dāng)它干燥 如不發(fā)生氧化 后 著火溫度又變?yōu)樽畹?炭 化程度低而水份多的煤 水份蒸發(fā)后 煤的自燃危險(xiǎn)性增加 這是因?yàn)樗终舭l(fā)使 煤的粉碎性增加 從而增大其吸氧面積 炭化程度高而水份少的煤 水份蒸發(fā)對(duì)煤 的自燃危險(xiǎn)性影響不明顯 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 15 據(jù)地質(zhì)報(bào)告 本井田 22 號(hào)煤層含水份較高 其自燃危害性會(huì)減少 這也說(shuō)明 寧武煤田井下煤層自然發(fā)火 情況基本沒(méi)有 但是地面堆放是容易自燃的主要原因 5 煤的破碎程度 煤的破碎程度越高 吸氧面積越大 自燃危險(xiǎn)性越高 本井田煤層韌性較差 據(jù)實(shí)際揭露 22 號(hào)煤層情況 煤塊易破碎 對(duì)自燃的危害性相對(duì)較大 由于煤的破 碎程度大 煤的氧化表面積 使煤的氧化速度加快 容易自燃 脆性與風(fēng)化率較大 的煤就易于自燃 本井田各煤層比較疏松 據(jù)此分析煤層自燃危險(xiǎn)性較大 6 煤的瓦斯含量 孔隙度及導(dǎo)熱能力等物理性質(zhì)也是影響自燃傾向的因素 煤炭的孔隙率越大 越易自自燃 變質(zhì)程度相同的煤 脆性越大 越易自燃 據(jù)實(shí)際揭露 22 號(hào)煤層情況 本井田煤層孔隙較發(fā)育 具有一定脆性 因此 自燃的危害性增加 7 煤層厚度 傾角 埋藏深度 煤層厚度與傾角愈大 自燃危險(xiǎn)性愈大 在厚煤層開(kāi)采時(shí) 由于開(kāi)采條件復(fù)雜 回收率較低 采區(qū)煤柱易遭破壞 采區(qū)封閉不嚴(yán) 漏風(fēng)較大等原因造成容易自燃 此外 煤是不良導(dǎo)熱體 煤層愈厚 愈易造成良好的熱積聚條件 煤層埋藏深度增 加 煤的原始溫度增加 自然水份減少 也將使自燃危險(xiǎn)性增加 8 地質(zhì)構(gòu)造 煤層遭到地質(zhì)作用 如褶曲 斷層 破碎帶及巖漿侵入等 破壞的地點(diǎn) 自燃 發(fā)火比較頻繁 原因是地質(zhì)構(gòu)造破壞處 煤質(zhì)較松 有大量裂隙 圍巖裂隙滲水 都使煤的氧化能力提高 巖漿侵入?yún)^(qū) 煤層受到局部干餾 煤的孔隙率增加 強(qiáng)度 降低 自燃危險(xiǎn)性也可能增大 本井田地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單 斷層 稀少 無(wú)巖漿巖侵入 從而使煤的自燃危險(xiǎn)性減小 9 圍巖性質(zhì) 煤層頂板堅(jiān)硬而裂隙發(fā)育 冒落后塊度較大 采空區(qū)漏風(fēng)大 供氧條件良好 若底板也較堅(jiān)硬 則煤柱所受地壓大 易破壞 均有利于煤層自燃 如頂板松軟 冒落后采空區(qū)充填較致密 且能很 快壓實(shí) 則采空區(qū)遺煤的自燃危險(xiǎn)性大大減少 10 開(kāi)拓方式及采煤方法 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 16 采區(qū)雖然采用煤巷開(kāi)拓 但支護(hù)方式為錨 網(wǎng) 噴 留煤柱少 煤層切割少 自燃發(fā)火危險(xiǎn)小 采煤方法對(duì)自燃發(fā)火的影響主要取決于采空區(qū)遺煤量及其集中程度 頂板管理 方法 煤層切割情況 煤柱破壞程度以及采空區(qū)封閉難易程度等 11 漏風(fēng)條件 空氣流通不僅使煤氧化 同時(shí)又把氧化生成的熱量帶走 風(fēng)速很小 供氧量不 足 風(fēng)速過(guò)大 熱量不能積聚 都不會(huì)發(fā)展成自燃火災(zāi) 因此 只有在既有風(fēng)流流 通而又風(fēng)速不大的情況下 煤才可能自燃 頂板冒落的采空區(qū) 煤巷冒頂 垮邦處 壓碎的煤柱等地點(diǎn)的漏風(fēng) 往往具備了這種自燃條件 本礦井回采工作面采空區(qū) 漏風(fēng)小 采空區(qū)煤層發(fā)火危險(xiǎn)性小 12 綜放一次采全高開(kāi)采工藝煤層自燃的特點(diǎn) 采煤方法 本礦井開(kāi)采的為 大傾角厚煤層 結(jié)合礦井開(kāi)拓布置 各采區(qū)的工 作面均采用走向長(zhǎng)壁式采煤法 后退式回采 全部冒落法管理頂板 綜采的易發(fā)火區(qū)為 兩道二線 工作面膠帶運(yùn)輸?shù)?輔助運(yùn)輸回風(fēng)道 開(kāi)切 眼 停采線 3 1 2 煤的賦存條件煤的賦存條件 22 號(hào)煤層位于太原組中下部 上距 16 號(hào)煤層 66 79 m 煤層厚度 10 40 20 94 m 平均 17 27 m 為穩(wěn)定全區(qū)可采煤層 含 3 9 層夾矸 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單 復(fù)雜 頂 板為粉 粗砂巖 底板多為砂質(zhì)泥巖 局部為泥巖 炭質(zhì)泥巖 3 1 3 開(kāi)采技術(shù)條件開(kāi)采技術(shù)條件 對(duì) 22 號(hào)煤層進(jìn)行分層放頂煤 上分層采高 10 m 采用綜采放頂煤采煤方法開(kāi) 采 容易造成采空區(qū)遺煤多 漏風(fēng)大 給煤層自燃造成良好條件 增加自燃的可能 性 因此 容易發(fā)生自燃的區(qū)域?yàn)楣ぷ髅?兩線 兩道 即工作面開(kāi)采線 停采線 進(jìn)風(fēng)道與回風(fēng)道 3 2 煤層自燃特性實(shí)驗(yàn)煤層自燃特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果 3 2 1 煤層自燃傾向性和煤塵爆炸性煤層自燃傾向性和煤塵爆炸性 煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院對(duì)東古城煤業(yè)公司煤層自燃傾向性 煤塵爆炸性 等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)鑒定和分析 鑒定結(jié)果見(jiàn)表 3 1 3 2 結(jié)果顯示 22 號(hào)煤層的 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 17 自燃傾向性等級(jí)為 類(lèi) 屬容易自燃煤層 煤塵具有爆炸性 火焰長(zhǎng)度為 270 mm 表表 3 1 東古城煤業(yè)有限公司東古城煤業(yè)有限公司煤自燃傾向性鑒定結(jié)果表煤自燃傾向性鑒定結(jié)果表 礦井名稱(chēng)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)有限公司 煤層名稱(chēng)22 號(hào)煤層采樣地點(diǎn)東 1 巷 樣品狀態(tài)塊 粉混合樣品質(zhì)量 3kg 檢 測(cè) 結(jié) 果 檢驗(yàn)項(xiàng)目符號(hào)單位結(jié)果 水分Mad 1 75 灰分Ad 18 65 揮發(fā)分Vdaf 37 06 全硫St ad 真相對(duì)密度TRD 1 48 吸氧量Vdcm3 g0 75 鑒定結(jié)論所檢樣品煤層的自燃傾向性等級(jí)為 類(lèi) 屬容易自燃煤層 表表 3 23 2 煤層爆炸性鑒定結(jié)果表煤層爆炸性鑒定結(jié)果表 檢測(cè)項(xiàng)目符號(hào)單位結(jié)果 水分Mad 1 75 灰分Ad 18 65 Vd 30 15 揮發(fā)份 Vdaf 37 06 火焰長(zhǎng)度 mm270 最低巖粉添加量 80 檢驗(yàn)結(jié)果此煤樣 有煤塵爆炸性 3 2 2 煤最短自然發(fā)火期解算數(shù)學(xué)模型及其求解煤最短自然發(fā)火期解算數(shù)學(xué)模型及其求解 本實(shí)驗(yàn)將絕熱條件下煤從常溫緩慢氧化 自熱升溫到加速氧化臨界溫度所需的 時(shí)間計(jì)為煤層最短自然發(fā)火期 通過(guò)差示掃描量熱法 DSC 測(cè)定煤樣比熱 升溫 氧化實(shí)驗(yàn)確定煤樣加速氧化臨界溫度 以升溫氧化實(shí)驗(yàn)中氣體產(chǎn)物的濃度變化計(jì)算 煤樣的放熱速率 根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型解算實(shí)驗(yàn)煤樣的最短自然發(fā)火期 本實(shí)驗(yàn)用煤樣由我院技術(shù)人員到山煤集團(tuán)東古城煤業(yè)公司取樣 委托我院對(duì)該 煤樣進(jìn)行最短自然發(fā)火期實(shí)驗(yàn) 參考重慶院自然發(fā)火期實(shí)驗(yàn)報(bào)告 編號(hào) WSSYBG2010 0205 相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié) 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 18 果為 東古城煤業(yè)公司東古城煤業(yè)公司 2222 號(hào)煤層最短自然發(fā)火期為號(hào)煤層最短自然發(fā)火期為 4444 天 解算過(guò)程見(jiàn)表天 解算過(guò)程見(jiàn)表 3 33 3 最短自然發(fā)火期的計(jì)算結(jié)果為實(shí)驗(yàn)室模擬最優(yōu)化條件下煤質(zhì)自燃特性 是對(duì)煤 體自燃情況的理想狀態(tài)下的模擬 具有參考意義 實(shí)際礦井自燃發(fā)火期除與煤質(zhì)自 身影響外 還受到開(kāi)采方法 通風(fēng)條件等多種因素影響 表表 3 33 3 實(shí)驗(yàn)煤樣最短自然發(fā)火期計(jì)算表實(shí)驗(yàn)煤樣最短自然發(fā)火期計(jì)算表 t i K VO2 10 6mol min VCO 10 6mol min VCO2 10 6mol min q J kg min m3 Kg Wp d 3150 712300 09646 18787 397 72 3351 310500 09138 98174 9611 32 3481 401700 08909 36833 826 58 3631 370700 09149 28872 836 62 3791 338600 08799 04432 060 08753 58 3921 39370 00240 09249 44871 591 66252 92 4061 36970 00670 11159 89371 202 43 4211 36720 02530 170511 64550 892 17 4343 82150 16580 575735 82260 680 91 45436 16632 25038 2944423 51080 460 11 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 19 4 礦井自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)礦井自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù) 礦井火災(zāi)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是礦井火災(zāi)防治的重要環(huán)節(jié) 特別是礦井內(nèi)因火災(zāi)的發(fā)生 要經(jīng)歷準(zhǔn)備期和自熱期 其變化過(guò)程具有明顯的征兆 故礦井火災(zāi)發(fā)展過(guò)程中的早 期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)顯得尤為重要 礦井防滅火規(guī)范 試行 要求每一自燃礦井均要及時(shí) 掌握自然發(fā)火動(dòng)向 建立自然發(fā)火觀測(cè)網(wǎng) 確定自然發(fā)火的臨界值 對(duì)全礦井的自 燃危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)的 定期的觀測(cè) 一旦發(fā)現(xiàn)某一指標(biāo)達(dá)到臨界值 應(yīng)迅速作出 預(yù)報(bào) 4 1 自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào) 所謂礦井自然火災(zāi)預(yù)報(bào) 就是根據(jù)火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律 應(yīng)用成熟的經(jīng)驗(yàn)和 先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段 采集處于萌芽狀態(tài)的煤炭氧化自熱信息 并進(jìn)行邏輯推斷工 作 報(bào)告高強(qiáng)點(diǎn)發(fā)生的空間位置及其發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)最常用的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法有氣體分析法 測(cè)溫預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)法 氣體分析法是根 據(jù)煤在自然發(fā)火過(guò)程中生成的氣體產(chǎn)物的組成 濃度及其變化速率等特性 確定煤 的自然發(fā)火進(jìn)程并預(yù)測(cè)煤的自然發(fā)火趨勢(shì)的預(yù)測(cè)方法 目前國(guó)內(nèi)外常用的氣體分析方法可以分為四類(lèi) 以 O2和 CO 濃度構(gòu)成指標(biāo) 預(yù)測(cè) 根據(jù)烷烴和烯烴濃度值及其變化趨勢(shì)預(yù)測(cè) 根據(jù)烯烴和鏈烷比預(yù)測(cè)自 然發(fā)火情況 根據(jù)芳香烴 苯 甲苯 二甲苯和氣體的 C H 比值預(yù)測(cè) 4 1 1 實(shí)驗(yàn)煤樣自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)及其臨界值實(shí)驗(yàn)煤樣自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)及其臨界值 在煤低溫氧化過(guò)程中生成 并能用來(lái)預(yù)報(bào)煤炭自然發(fā)火的氣體稱(chēng)之為指標(biāo)氣體 煤在熱解過(guò)程時(shí)要產(chǎn)生多種氣體 且各種氣體產(chǎn)生的最低溫度 以及氣體生成量和 煤溫之間的關(guān)系因煤質(zhì)不同而異 因此 通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選適合的指標(biāo)氣體為煤炭自燃 火災(zāi)早期預(yù)報(bào)提供了必要的前提條件 煤樣升溫氧化過(guò)程中氣體產(chǎn)物及其濃度變化見(jiàn)表 4 1 其臨界溫度為 152 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)所取煤樣氣體成分 濃度和指標(biāo)氣體分析如表 4 1 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 20 表表 4 1 煤樣實(shí)驗(yàn)指標(biāo)氣體原始數(shù)據(jù)煤樣實(shí)驗(yàn)指標(biāo)氣體原始數(shù)據(jù) 煤樣升溫氧化過(guò)程中的氣體 CO CO2以及烴類(lèi)氣體 變化趨勢(shì)如圖 4 1 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 020406080100120140160180200 溫度 氣體濃度 ppm CO CO2 圖圖 4 14 1 COCO COCO2 2 變化趨勢(shì) 變化趨勢(shì) 氣體濃度 ppm 溫度 COCO2CH4C2H4C2H6C2H2C3H8 30 064 7 00000 40 1 952 108 6 0 0000 50 3 424 282 5 00000 60 14 39 306 8 00000 70 39 77 411 0 0000 80 101 2 761 1 0 0000 90 201 2 1442 0 0000 100 401 5 3040 7 389 0000 110 614 3 4293 7 332 0000 120 878 1 5653 8 559 0 96490 824400 130 1517 8931 22 26 3 2143 02306 35 140 2173 11870 34 79 7 1246 027014 77 150 2497 13220 42 86 7 6357 236015 36 160 3039 1513055 99 8 0757 863019 95 170 3020 1455056 05 10 6867 869021 36 180 3017 1473052 69 16 27 7 832 023 03 190 3346 1589065 83 21 118 402021 77 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 21 0 10 20 30 40 50 60 70 020406080100120140160180200 溫度 氣體濃度 ppm CH4 C2H4 C2H6 C2H2 C3H8 圖圖 4 24 2 烴類(lèi)氣體變化趨勢(shì)烴類(lèi)氣體變化趨勢(shì) 從圖 4 2 中我們可以發(fā)現(xiàn)煤樣在 40 到 190 的氧化過(guò)程中有規(guī)律的出現(xiàn) CO CO2 其濃度隨煤溫升高基本而快速升高 煤樣在 120 時(shí)候出現(xiàn) C2H4 且生 成量隨溫度的升高而不斷升高 CH4在 100 時(shí)就出現(xiàn) 隨著溫度的升高而升高 這也說(shuō)明煤中原生的 CH4較少 CO 在 40 時(shí)開(kāi)始出現(xiàn) 其在低溫階段生成量較小 但在 80 90 時(shí) CO 溫升率迅速增加 說(shuō)明此時(shí)煤已經(jīng)開(kāi)始迅速氧化 物理吸附已經(jīng)越來(lái)越弱而化學(xué)吸 附和化學(xué)反應(yīng)占據(jù)了主要位置 因此可以看出 CO 在煤氧化自燃過(guò)程中出現(xiàn)較早 生成量較大 濃度增長(zhǎng)速度也較快 其濃度與煤體溫度之間存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系 因此作為煤炭自然發(fā)火早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)非常靈敏的指標(biāo)氣體 C2H4的生成量隨煤溫的上升而呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì) C2H4說(shuō)明此時(shí)煤與氧發(fā) 生了較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng) 而 C2H2在 30 190 沒(méi)有出現(xiàn) 說(shuō)明其出現(xiàn)的溫度高于 190 一旦有 C2H2則表明煤已經(jīng)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng) 因此 煤在的氧化自燃過(guò)程中 以 CO 和 C2H4為主要的現(xiàn)場(chǎng)自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo) 氣體 應(yīng)用 CO 作為預(yù)報(bào)自然發(fā)火指標(biāo)氣體時(shí) 要以 CO 的濃度或絕對(duì)值大于臨界 值 CO 的濃度或絕對(duì)值有穩(wěn)定增加的趨勢(shì)為主要參考依據(jù) 一般井下空氣中不含 C2H4 不需要制定臨界值指標(biāo) 煤礦井下若監(jiān)測(cè)到 C2H4氣體則說(shuō)明溫度已經(jīng)達(dá)到 120 以上 此時(shí)應(yīng)積極采取響應(yīng)的防治措施 說(shuō)明煤炭已經(jīng)激烈氧化 而預(yù)測(cè)指標(biāo)的優(yōu)選及指標(biāo)值的確定是預(yù)測(cè)準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵 根據(jù)理論研究以及 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 22 對(duì)東古城礦 22 號(hào)煤層氧化升溫實(shí)驗(yàn)研究 采用以 CO 為主 以 C2H4為輔助的標(biāo)志 氣體分析法 4 2 煤礦自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)煤礦自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng) 4 2 1 人工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 人們憑感觀可感知井下高溫點(diǎn)附近溫度升高 冒水霧 煤油味 冒煙等 從而 確定發(fā)火危險(xiǎn) 是礦井某些隱蔽高溫點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的有效途徑 應(yīng)充分利用礦工的這些感 知報(bào)告來(lái)監(jiān)測(cè)內(nèi)因火災(zāi) 人工檢測(cè)一直作為煤層火災(zāi)的主要監(jiān)測(cè)手段 人工氣體監(jiān)測(cè)主要采用 O2 CO CH4等便攜式氣體分析儀 由人工直接在各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行氣體檢測(cè) 并定期采 用氣袋取氣樣 送地面進(jìn)行氣相色譜分析 給出氣體的成分和濃度 以此判斷煤層 發(fā)火程度 該法適用性強(qiáng) 投入設(shè)備少 簡(jiǎn)單易行 但人工取樣工作量大 間隔時(shí) 間長(zhǎng) 不能連續(xù)實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè) 使用智能多參數(shù)檢測(cè)儀測(cè)定工作面和上隅角等處的 O2 CH4 CO 和溫度 使 用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)定放頂煤煤溫 每班派員進(jìn)行檢測(cè) 每天三班每班三次對(duì) 工作面回風(fēng) 隅角 尾部溜前后等位置的 CO 檢測(cè) 檢測(cè)到 CO 異常情況時(shí) 使用 束管監(jiān)測(cè)測(cè)系統(tǒng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè) 并人工取樣到地面實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行色譜分析 制定井下巡邏采樣制度 根據(jù)全礦回采 掘進(jìn)工作面數(shù)量 位置 采區(qū)回風(fēng)巷 位置 已封閉火區(qū) 密閉位置等 確定全礦需要采樣的數(shù)量 地點(diǎn) 制定每個(gè)采樣 工巡回采樣路線 間隔時(shí)日 并繪成圖表交由采樣工執(zhí)行 要對(duì)井下采樣工培訓(xùn) 使其了解自然發(fā)火預(yù)報(bào)的基本知識(shí) 學(xué)習(xí)井下采樣方法 便攜式儀器的操作使用方 法等 采樣工采集氣樣的同時(shí)記錄采樣點(diǎn)風(fēng)速 溫度 以便攜式儀器分析采樣點(diǎn)氣 體以便與分析室結(jié)果對(duì)照 當(dāng)班采集的氣樣必須當(dāng)天完成分析 結(jié)果制表報(bào)送通風(fēng)主管和礦安全副總 或 發(fā)送礦井管理局域網(wǎng)上 當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況要特別標(biāo)明并同時(shí)報(bào)礦總工程師 通風(fēng)主 管工程師對(duì)報(bào)來(lái)的分析結(jié)果 標(biāo)示出各測(cè)點(diǎn)變化圖表 并計(jì)算工作面 CO CO2的釋 放速率 qco qco2及 h1 h2參數(shù) 繪成變化圖表 并根據(jù)其變化規(guī)律及標(biāo)志氣體 C2H4 H2 C2H2及 C3H8 C2H6等的變化提出自然發(fā)火趨勢(shì)的預(yù)報(bào) 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 23 4 2 2 人工采樣實(shí)驗(yàn)室色譜分析人工采樣實(shí)驗(yàn)室色譜分析 通過(guò)建立地面色譜分析實(shí)驗(yàn)室 對(duì)井下容易自然發(fā)火區(qū)域定期取樣 送地面實(shí) 驗(yàn)室進(jìn)行氣相色譜儀氣體分析 在異常情況下 加強(qiáng)對(duì)井下自燃危險(xiǎn)區(qū)域的人工氣 體采樣分析 選用 SP 6800A MK 型氣相色譜儀 該專(zhuān)用色譜分析系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)包 括如下 最小檢測(cè)濃度 CO 1 ppm CO2 2 ppm CH4 1ppm C2H4 0 1ppm C2H6 0 5ppm C2H2 0 5ppm N2 O2 100 ppm 尺寸 寬 606 mm 高 450 mm 深 450 mm 重量 42 Kg 電源 200 V 50 HZ 2100 W 熱導(dǎo)檢測(cè)器 TCD 火焰離子化檢測(cè)器 FID 柱箱溫度范圍 10 399 增量為 1 控溫精度 0 1 檢測(cè)器溫度范圍 10 399 增量為 1 控溫精度 0 01 TCD 和 0 1 其它 可由鍵盤(pán)設(shè)定過(guò)熱保護(hù)值 工作站 4 2 3 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能通過(guò)預(yù)先安設(shè)于采空區(qū)及回采面的束管將各處氣體抽吸到一處 進(jìn)行分析 可以監(jiān)測(cè)各采樣點(diǎn)氣體的連續(xù)變化趨勢(shì) 是監(jiān)測(cè)采空區(qū)隱蔽自然發(fā)火的 有效手段 分為地面分析型束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和井下分析型束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 井下型束管火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比地面型束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 具有經(jīng)濟(jì)適用 維護(hù)方便 適用于大 中 小型煤礦自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防治工作 特別是大型礦井高產(chǎn)高效 工作面的自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào) 井下束管火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)井下任意地點(diǎn)的 O2 CH4和 CO 等氣體濃度實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和分析 對(duì)預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)自然發(fā)火危險(xiǎn)性和可燃混合氣體爆炸危險(xiǎn)性 分析 為煤礦自然發(fā)火和礦井事故防治工作提供科學(xué)依據(jù) 因此 選用 JSG 型井下束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 該系統(tǒng)可最多掛接 5 套井下分站 每套 井下分站可實(shí)現(xiàn)對(duì)井下 8 個(gè)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)抽取氣體 井下部分放置于井下采區(qū)石門(mén)或采 區(qū)上山附近的硐室中運(yùn)行 使用水環(huán)真空泵通過(guò)束管抽取監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣體 采用 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 24 CH4 O2 CO 傳感器連續(xù)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣體成分 對(duì)工作面及采空區(qū)有關(guān)火 災(zāi)參量進(jìn)行監(jiān)測(cè) 采用自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)專(zhuān)家系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào) 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置清單如下 井下分站 束管氣體采樣柜 1 套 內(nèi)含 一氧化碳傳感器 1 臺(tái) 高低濃度甲烷傳感器 1 臺(tái) 礦用氧氣傳感器 1 臺(tái) 礦用防爆電磁閥 8 個(gè) 礦用隔爆型接線盒 3 個(gè) 氣水分 離器 除塵器 流量計(jì) 真空表及附屬氣室和管路等 抽氣裝置 礦用防爆水環(huán)式真空泵 1 臺(tái) 井下分站控制箱 KXSG8C 井下束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制箱 1 臺(tái) 礦用單芯束管 礦用聚乙烯阻燃抗靜電束管 標(biāo)準(zhǔn)配置為 5000m 束管接頭及除塵除濕器等管路附件 1 套 通訊電纜 礦用通訊屏蔽電纜 標(biāo)準(zhǔn)配置 5000m 地面中心站 通訊接口 KJJ 2400 地面數(shù)據(jù)接口 1 臺(tái) 監(jiān)控軟件 JSG8 井下火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件 監(jiān)控主機(jī) 地面工業(yè)控制微機(jī) 1 臺(tái) 打印機(jī)和不間斷電源等 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 25 圖圖 4 34 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 安裝內(nèi)容 地面中心站的安裝 監(jiān)控主機(jī)的安裝 監(jiān)控主機(jī)應(yīng)該安裝在礦監(jiān)控中心 專(zhuān)人監(jiān)護(hù) 主機(jī)安裝 XP 系統(tǒng) 專(zhuān)機(jī)專(zhuān)用 由 重慶研究院技術(shù)人員指導(dǎo)安裝 JSG8 井下火災(zāi)束管系統(tǒng)軟件 數(shù)據(jù)通訊接口 將通訊電纜從井下安裝 KXSG8C 井下束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制箱 處鋪設(shè)至地面監(jiān)控 主機(jī)處 由重慶研究院技術(shù)人員指導(dǎo)安裝數(shù)據(jù)接口和監(jiān)控主機(jī)及井下通訊電纜的連 接 井下部分的安裝 安裝地點(diǎn)的選擇 山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云東古城煤業(yè)公司防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 26 a 首先要符合使用說(shuō)明書(shū)中關(guān)于工作環(huán)境的要求 溫度 0 40 相對(duì)濕度 井下 95 井上室內(nèi) 90 周?chē)鸁o(wú)腐蝕性氣體 無(wú)干擾 震動(dòng)沖擊的場(chǎng)所 大氣壓力 80 kPa 106kPa b 下部分應(yīng)安裝于井下采區(qū)石門(mén)或采區(qū)上山附近的硐室中運(yùn)行 如果系統(tǒng)處于 回風(fēng)流中 必須按照 煤礦安全規(guī)程 的要求采取相應(yīng)的安全措施 c 選取離各監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離最佳的地點(diǎn) 便于看護(hù)和值守 有條件的情況下設(shè)立柵 欄 獨(dú)立管理維護(hù) d 井下安裝地點(diǎn)水泥底座施工 由礦方選擇井下安裝地點(diǎn) 并按井下分站尺寸設(shè)計(jì)施工水泥底座 設(shè)計(jì)原則如 下 采樣分析柜放在中間 電控箱和水環(huán)真空泵按現(xiàn)場(chǎng)情況放置于采樣分析柜兩邊 采樣分析柜與巷道壁應(yīng)保持 500mm 距離 平臺(tái)后面應(yīng)有排水溝 保證水環(huán)真空泵排水順暢 所需電源 水源及材料 a 兩路 660v 電源 一路供電控箱使用 兩相 660v 容量大于 200VA 一路供水環(huán)真空泵使用 三相 660v 功率大于 10kw b 兩個(gè)防爆開(kāi)關(guān) 電控箱和水環(huán)真空泵各一個(gè) c 穩(wěn)定干凈的水源 可設(shè)置一個(gè)