煤矿防灭火设计

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)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。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6-2-1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，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≤0.1ppm②尺寸：宽606mm×高450mm×深450mm③重量：～42Kg④电源：200V、50HZ、2100W⑤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/30min⑥火焰离子化检测器(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/30min⑦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：106(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