防灭火设计

2024-07-25

防灭火设计（精选9篇）

防灭火设计篇1

随着国民经济的快速发展,煤炭的需求量和产量也越来越大。在原煤产量快速增长的同时,必须保证煤矿的安全高效开采。火灾是影响煤矿安全的重要因素,而煤炭自燃又是矿井火灾的主要形式。自燃火灾如不能及时扑灭,燃烧的范围会逐渐扩大,烧毁大量的煤炭资源和设备。另外,自燃火灾还会产生大量的有毒有害气体,危及矿井工作人员的生命安全。我国有不少煤矿有自燃发火的特征,所以在进行煤矿设计的同时,应采取煤矿防灭火措施。目前实施的煤矿防灭火措施有灌浆防灭火、阻化剂防灭火、均压防灭火、新型高分子材料防灭火等方法。黄泥灌浆防灭火法是所有措施中最有效方法之一,黄泥灌浆就是将水、黄土按适当比例,制成一定浓度的黄泥浆液,通过输送管路送往可能发生自燃的采空区,黄泥凝固后可起到隔离氧气、散热的作用,从而防止自燃火灾的发生。

黄泥灌浆防灭火措施在我国各个矿区已经实施了很长时间,但大多为半人工的工作方式,人员工作量较大、效率低,而且水土配比不易控制、配比变化范围大。此外,半人工灌浆系统制浆灌浆过程不连续,往往是先制浆再灌浆,自动化程度不高。所以,必须实现黄泥制浆灌浆控制系统的智能化、自动化,以降低工人的工作强度,提高工作效率,同时也使灌浆的质量大为提高。笔者设计了以可编程控制器为核心的黄泥防灭火注浆灌浆全自动智能化系统。

1 系统组成

黄泥注浆灌浆系统的平面布局如图1所示,系统主要由高速粉碎机、皮带输送机、细碎机、制浆机、储浆池、集渣池、注浆泵等设备构成。

黄土由粉碎机粉碎后经皮带输送机输送到地面,形成备用黄土原料。黄土原料通过铲车等方式由人工不停地运输到储土罐中,再由变频控制的输土机按设定的量稳定地输往制浆机。由变频控制的水泵则稳定输送清水,与黄土在制浆机中进行混合制浆,形成一定浓度的黄泥浆液,经过过滤网过滤后进入储浆池备用。为了防止浆液在储浆池中沉淀,储浆池的两端各有一台搅拌装置。搅拌好的浆液可以选择两种方式流入管道:一是自流方式,二是输浆泵泵送方式。

图2为黄土注浆灌浆系统的工艺流程及控制关系图。该系统的控制核心是可编程控制器,上位机是触摸屏人机界面。为了能处理水流量计、浆流量计以及储浆池液位计得到的4~20 mA的模拟量信号,系统配置了模数AD转换模块,转换成数字量后由可编程控制器处理运算。此外,可编程控制器要控制水泵变频器、输土机变频器、放浆调节器等模拟量驱动的设备,必须要有数模DA转换模块,将0~4 095的数字信号转换成4~20mA的模拟电流信号或0~10V的模拟电压信号。

图3为系统控制的触摸屏界面,各设备之间的关系如前所述。触摸屏界面上可以进行水土配比的设定、自流和泵送方式的选择、灌浆输出流量的设定,并可以控制注浆系统的启动和停止。此外,系统停止方式可以是按钮停止,也可以通过设定灌浆总量实现停机。

可编程控制器的控制电路图,如图4所示。控制器由一台PLC主机和两个含有4路AD转换通道、2路DA转换通道的模拟量扩展模块组成。PLC主机连接输入输出开关量,相应的端子分配表,如表1所示。X1和X2为系统启动和停止按钮输入端,X3为触摸屏控制和外部按钮开关控制选择开关。X4、X5和X6组合用于设置水土配比,分别作为二进制数的位权“1”、“2”、“4”,开关闭合表示该位有效。第1个模拟量扩展模块的4个模拟量输入分别为水流量计、浆流量计、浆液位计和流量设定电位器,2个模拟量输出为水泵和输土机的变频器。第2个扩展模块的2个模拟量输出为自流输浆阀调节器和输浆泵的变频器。

2 系统控制流程

系统开启前,先在人机界面上设置合适的水土配比、选择灌浆方式(自流和泵送)、到量停机设定。制作泥浆时,水土的比例是一个重要参数。水土比大,黄泥的浓度小,泥浆粘度小,易于输送,输送距离长,但容易造成土水分离和跑浆。反之,泥浆浓度越大,泥浆的黏度、稳定性与致密性也越高,包裹隔离的效果也越好。但是,当土水比过大时,流动性差,容易造成管道的堵塞和过度磨损。能否设置好水土配比是保证灌浆工作能否顺利进行的关键。

系统运行的控制流程,如图5所示。在进行必须的设置之后,按下启动按钮时先关闭放浆调节阀,同时开启储浆池的搅拌机和制浆机,为制浆和储浆做好准备。再启动变频水泵,使之全量运行,以最大泵水量送水。同时,按配比计算得到输土机的变频器频率,从而使输送黄土的速度符合设定的配比要求。此时制浆机得到的黄泥浆液不断地通过过滤器进入储浆池并进行搅拌,液位不断上升,直到最高液位的70%时开启输浆泵或放浆调节阀开始注浆。与此同时,控制系统通过智能PID算法自动调节水土的供应量,从而使系统注浆时维持液位在70%。如果按下停止按钮或注浆量已达设定值时,先关闭水泵、输土机和制浆机,使浆液位下降至5%以下,再关闭搅拌机、放浆调节阀或输浆泵,系统结束。

3 典型程序

在系统启动之前,须先进行水土配比的设定。配比设定可以由外部开关和触摸屏两种方式得到,两种方式的选择由PLC主机的X3确定。选择外部操作时M10闭合、选择触摸屏方式时M10断开。D25寄存器用于存储配比,选择外部操作即M10闭合时,其低3位分别对应X4、X5和X6,作为二进制数的位权“1”、“2”、“4”,开关闭合表示该位有效。因此,可以得到1∶1至7∶1的7种配比。触摸屏设定时直接输入配比值。

系统需要实时显示浆的瞬时流量及本次开机的累积灌浆量。浆流量计与第1块模拟量扩展模块的第1个AD转换通道连接,其分配的寄存器为ID10000,并将其数据送至普通寄存器D1后进行浮点数强制转换,得到的浮点数存于D104。由于扩展模块的AD转换位数为14位,数据范围为0~16 383。将转换得到的数据与16 383进行浮点数除法后与浆流量计的最大量程(75m3/h)作浮点数乘法,即可得到黄土浆液的实际瞬时流量,存于D108中,进一步可以显示于触摸屏上。将D108中的每小时流量除以3 600,可以得到每秒流量,并在特殊功能继电器秒时钟SM13的上升沿驱动下实现每秒更新当前累加的灌浆量D112。

流量设定有两种方式,即触摸屏按键调整和外部电位器旋钮调整。系统上电时将D170置数16 383,使流量设定的初始值为最大值60m3/h,每m3/h对应的数据为273.049 98。选择触摸屏方式时,由触摸屏上的上调和下调按钮调节流量,对应的PLC动作位分别为M50和M51。当设定值小于最大值时,M50的上升沿使D170的流量设定值加1m3/h;M51的上升沿使流量设定值减1,取整后得到整数型式的数据,存于D172。

4 结语

黄泥防灭火注浆灌浆全自动智能化系统已经产品化并应用于多个煤矿的防灭火实践,采煤之后通过输送管路送往可能发生自燃的采空区,黄泥凝固后起到了隔离氧气、散热的作用,从而防止了自燃火灾的发生。实践应用表明,该系统可以大为降低工人的工作强度,提高工作效率,可以实现制浆灌浆的连续性,自动化、智能化程度高,同时也使灌浆的质量大为提高。

摘要：介绍用于煤矿防灭火的黄泥注浆灌浆系统。针对半人工控制方式灌浆的工作量较大、效率低、水土配比变化范围大、制浆灌浆过程不连续问题,设计以可编程控制器和触摸屏为核心的黄泥防灭火注浆灌浆全自动智能化系统。介绍系统的结构组成、控制关系、工作原理、典型程序。实践应用表明该系统可降低工人的工作强度,提高工作效率和灌浆的质量。

关键词：黄泥,防灭火,注浆,智能化系统,控制流程,典型程序,灌浆质量

参考文献

[1]秦波涛,王德明.矿井防灭火技术现状及研究进展[J].中国安全科学学报,2007,(12):80-85.

[2]郭晓刚.新型黄泥制浆设备在煤矿防灭火的应用[J].煤矿现代化,2012,(6):22-23.

[3]马衍颂,肖兴明.智能型黄泥灌浆给料系统设计[J].煤矿机械,2011,32(8):150-151.

[4]吴丽.电气控制与PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2011.

[5]解庆雪,穆海洋,邓素华.金佳矿1135采空区水淹法灭火应用[J].消防科学与技术,2011,30(10):959-961.

防灭火设计篇2

防灭火专项设计

矿长：

总工程师：

编制：通风科

2013年1月

营脚煤矿防火专项设计

为有效防止矿井火灾，根据煤矿煤层条件、井田开采计划安排，特编制此2013年防灭火设计。

一、矿井概况：

矿井采用斜井单水平开拓，采煤方法为走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。矿井瓦斯等级属高瓦斯矿

3井，2012年鉴定情况为：矿井瓦斯绝对涌出量7.12m/min，相对涌出量31.26m3/t，二氧化碳绝对涌出量0.85m3/min，相对涌出量3.73m3/t。采区内各煤层均属Ⅰ级自燃发火煤层，自燃发火期为3-6个月。防灭火方法以密闭为主，以灌浆、喷洒阻化剂、移动式注氮防灭火系统为辅的防灭火方法，同时加强检测监控等，注氮及喷洒阻化剂系统及灌浆防灭火系统现在准备建设中。

二、防灭火总体要求

根据2013年度的采掘计划安排，回采工作面接续情况为：111603采面→111606采面→111608采面。防灭火重点为：矿井各采掘工作面、总回风巷及主要皮带线路等。为有效防止煤层自然发火，防灭火设计本着“预防为主，防止结合，依靠科技进步，采取多种形式防灭火”的原则，具体规定如下： 1、2013年度，井下所有掘进巷道高冒区、巷道透采空区或接近采空区、有自然发火征兆的其它架棚巷道及采空区、老采空区必须采取装帮顶灌浆措施；对部分灌浆地点使用凝胶防灭火新材料替代黄泥灌浆或与黄泥灌浆混合使用。

2、矿井必须设地面消防水池和井下消防管路系统，管路必须按规定铺设到位。井下消防管路每隔100米设置支管和阀门，皮带道消防管路每隔50米设置一组支管和阀门。消防管路距离采掘工作面不超过20米。

3、矿井必须有完整的阻化剂喷射系统和注氮系统，灌浆管路距掘进工作面不超过100米，采煤工作面风道必须接至距工作面40米，运输道必须接至停采线位置。2013年度主要灌浆地点：采煤工作面采空区、开采线、停采线、掘进工作面透老塘及巷道高冒区和自然发火隐患地点。

4、灌浆防灭火是按适当比例混合制成一定浓度的浆液，并通过管路注入到容易自然发火区域，利用浆液中的固体沉淀充填浮煤缝隙堵塞漏风通道，减少供氧量，并且包裹浮煤，隔绝氧气与煤体的接触，防止氧化。浆液中的水分能够抑制煤自热氧化发展，利用浆液中的沉淀及其粘性和包裹性，与周围破碎煤岩形成再生围岩，加强了围岩的稳定性，从而减少了压裂、侧裂的产生。同时，采用灌浆防灭火能够达到减少漏风，提高围岩整体完好性的目的。

5、灌浆质量要求：黄土粒度直径不大于2mm，1mm的粒

3度占75%，相对密度2.4—1.8T/m，塑性9—14，胶体混合物占25%—30%，含沙量25%—30%，易脱水。灌浆浓度泥水比为1：5左右。

6、灌浆防灭火坚持少灌、勤灌，以灌满不漏浆为止，并认真做好注浆记录，仔细检查注浆地点的压力、疏水情况，灌浆跑漏泥浆要及时清理。工作面灌浆疏水系统，必须与灌浆系统同时进行安装，并充分利用泄水巷疏水、施工临时水仓增设排水设备进行灌浆疏水，保证文明生产。

7、防火墙位置选择：必须尽可能缩小封闭范围，构筑防火墙的数量尽可能少和施工快的原则。火区进风防火墙的位置要选择在距火源尽可能近且支护完好的地方，切忌

防火墙与火区间有连接火区前后的通道。

8、防火墙封闭火区及采空区顺序：进、回风侧的防火墙可先后构筑，但必须留有通风孔以稀释瓦斯，最后同时封闭两侧的通风孔，并在封闭后，立即全部撤离灾区，尽量将火区进、回风侧通风短路。对封闭后的火区要按《瓦斯管理制度》对其进行瓦斯监测。

9、回采工作面两道及切眼布置方式、隔离煤柱尺寸设计必须充分考虑防火需要，应遵循以下原则：

⑴、2013年的回采工作面布置均为U型长壁式布置，采煤方法为炮采，全部垮落法管理顶板。

⑵、区段隔离煤柱尺寸为15米。

10、防火门的位置、井下消防材料库、机头硐室等地点使用的消防器材种类、数量必须符合《煤矿安全规程》和《矿井灾害与处理计划》规定。

11、健全和加强瓦斯检查，特别是预防自燃发火预防预报制度，做到定线、定人、定点检查，井下交接班，重点地点重点检查，特殊地点专人长期检查，随时汇报。自燃发火预告内容包括温度、标志性气体、阻化剂浓度配比、注氮量、氮气浓度、注氮时间及质量等。

12、完善KJ90NA矿井安全监控系统，建立健全自然发火观测点，采掘工作面及自然发火隐患地点设置CO传感器，传感器设置在距工作面回风片口10—15米。矿井所有自然发火隐患地点必须增设瓦斯检查牌板，加强防灭火检查工作，实现“人机互检”。

13、完善束管监测系统，矿井采用的自燃火灾束管监测系统是利用2BE103型真空泵和一束多芯的塑料管缆远距离的抽取监测地点的气样，利用GC-4085气相色谱仪连续分析，实时测定各测点的气体组分浓度，同时可以对监测地点煤自燃过程中标志气体浓度超值时发出警报的成套装

置。主要由地面气体分析中心和井下束管取样系统组成。

三、防灭火总体设计

1、掘进巷道冒顶区、透采空区或接近采空区时的巷道防灭火设计

⑴、掘进巷道冒顶区必须装顶灌浆；掘进巷道透采空区及接近采空区的巷道必须进行装帮顶注浆；其它有自然发火隐患架棚巷道必须进行装帮顶注浆；对于揭穿老空、周围5米内有老空旧巷、沿空送巷等准备巷道，采取随掘随装帮顶随灌浆，装帮顶滞后掘进工作面50米，灌浆滞后掘进工作面不小于70米，质量要求是所有灌浆处的内部形成一层至少30mm厚的连续黄泥封闭带，并经常补浆，达到消防火的目的。主要砌碹巷道实施碹后灌浆。必要时，要同时对巷道进行打钻注浆。

⑵、装帮顶施工安全技术措施

1）根据包帮、顶处的地点、面积制定材料计划，并将所需材料预先运至施工地点，并带齐所需的材料、工具。2）、装帮顶前，要检查周围安全状况。确认帮顶完好、支护牢固，方可进

行装帮顶工作。严禁在无风区、微风区或瓦斯及其它有害气体超限区域进行装帮顶作业。在有自然发火征兆地点从事装帮顶作业时，必须有专职瓦斯检查员随时检查一氧化碳浓度。火区装帮顶时，要制定安全措施，由矿山救护队监护或由矿山救护队完成装帮顶工作。3）、装帮顶时，要注意过往车辆。车辆通过及设备运转时，要保证装帮顶安全，否则停止装帮顶工作。

4）、装帮顶前清理所要施工地点的浮煤、杂物；准确测量棚距，根据棚距的大小锯出所需木板长度。如果巷道是木支护，必须在棚梁的两侧分别钉上50×30mm以上的方木，用以托住木板。如果巷道是工字钢支护可在工字钢槽上直

接挂木板来封闭帮顶。然后将木板鱼鳞式的铺在职预先钉好的方子木上或钢梁的槽中。在被包帮顶的最高点预留注浆孔，装帮顶地点的注浆管路顶端必须接近冒顶区顶部。5）、装帮顶完毕后，必须用水泥进行勾缝，直至全部封闭为止，装帮顶处必须能够全部封闭具有自燃发火倾向的冒落空洞、透老塘等地点，严禁漏风。

6）、装帮顶施工完毕后要彻底清理施工现场，并清理好附近的水沟，以及准备的相应的排水设备，以便注浆时的水能够及时的排除。

7）、清理施工现场，保证文明生产。

⑶、对接近老空或透老空附近的巷道，采用打钻灌浆方法进行防灭火。钻孔长度根据实际情况确定，用煤电钻或钻机打眼后，选择1.2寸前端设置几个灌浆孔的管路，设置在钻孔中，连接管路后即可进行灌浆。钻孔初步设计为每组三根，5—10米一组。钻孔数量、角度、距离等设计要根据现场实际情况在作业规程中具体确定。

⑷、钻孔灌浆安全技术措施

1）钻孔施工前，要仔细检查钻孔施工的工具、材料是否齐全完好。

2）、钻孔施工前必须检查施工地点的安全状况，确认无危险后方可作业。

3）、使用钻机打钻前，要加强钻场附近巷道的支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。清理施工现场的巷道，挖好排水沟。当钻孔施工地点位于巷道低洼处时，必须配备相应的排水设备。

4）、打钻地点附近必须有专用电话，并保证电话畅通，以便钻孔注浆时能及时取得联系。

5）、钻孔施工时，技术人员必须亲临现场，以便确定钻孔位置、方位、角度和深度等数据。钻孔时要严格按照测量

人员标定的孔位及施工措施中规定的方位、角度、孔深等进行施工。

6）、严禁在瓦斯超限区域作业。无风地点必须安设局部通风机或采用导风筒通风，在打钻过程中不准停风，且要有可靠的风电闭锁装置。

7）、使用钻机深孔灌浆时，钻机必须在地面进行试运转，经机电部门验收检查合格后，方可装运入井。钻机运输时

要在专用的平车上，捆绑牢固由专人负责运送至工作地点。8）、钻机必须安装在专用的台架上，调整好方位角度以后用戗柱及压柱将钻机稳牢，以防止钻机钻进时晃动造成钻孔偏差。机身安放平稳后，应上紧底固螺丝，各机械转动部位要安装防护栏、保护罩。

9）、钻进过程中，发现煤岩松动、片帮、来压、见水或孔内水量、水压突然加大或减小以及顶钻时，必须立即停止钻进，但不得拔出钻杆，要立即派人监视水情，并迅速向有关部门汇报。

10）、钻孔透采空区发现有害气体喷出时，要停钻加强通风，并用黄泥封孔，同时向矿调度室汇报。

11）、往钻孔下管前必须清除孔内煤、岩粉，注浆孔所下管子必须设置阀门，以控制泄水量和灌浆量。

⑸、报废巷道必须在24小时内封闭并灌浆，密闭施工标准及要求同采煤工作面两道采终密闭。

2、开采过程中采空区防止自然发火设计

⑴、为控制采空区自然发火，炮采工作面月推进度不小于45米。

⑵、采煤工作面两道直头放顶线必须符合作业规程规定，严禁超距离空顶作业。进风顺槽直头必要时要强制放顶或施工局部挡风帘（墙）。

3、回采工作面采终后采空区防止自然发火设计

⑴、采煤工作面采终后必须在45天内进行永久性封闭，并进行加强性灌浆，密闭采用料石或砖砌筑密闭位置要尽量设计在距片口入风侧不超过6米、回风侧不超过5米的位置，避免产生局部需风点，在密闭上部、中部、下部分别布置好管粗不小于3寸的注氮孔（灌浆孔）、观察孔和排水孔，最上面中央处设置维护口，注氮孔管必须设在密闭里边高顶处并固定牢固，在闭内长度平巷应大于5m。闭处孔口管处露应不小于0.5m。

⑵、采煤工作面采终时，在其停采线、工作面要分别向采空区及其附近巷道打钻注浆并及时封堵上下隅角。

⑶、采煤工作面风道距离采终100米、运输道距离采终50米时，在上下两道埋设灌浆管路，管路每隔12米加一个三通，在封闭工作面后向采空区灌浆。

⑷、所有回采工作面采终线附近要加强灌浆工作，一是防火墙内加强灌浆，二是在采终线附近打钻注浆，钻孔设计为每隔3—5米向巷道顶部及工作面侧各打一组钻孔进行灌浆，三是在采终线附近巷道内埋设灌浆管路30米，进行埋管灌浆。

4、注氮防灭火设计（1）、防灭火机理

氮气是一种良好的灭火用惰性气体．当氧含量降低到5％一10％时，可抑制煤的氧化自燃；当氧含量降低到3％以下时，则可以使煤炭燃烧熄灭并阻止其复燃。将具有惰性的氮气注入工作面采空区，形成采空区微负压或微正压，防止或杜绝新鲜空气流入，使其氧含量降到煤自燃临界值以下，使采空区缺氧和惰化，降低煤炭氧化自燃的速度，破坏煤炭自燃条件，达到了防止煤自燃的目的；将氮气注入火区，降低氧气含量，控制火势或使火区熄灭；将氮气注入被控制区域，维持火区稳定，缩封和启封火区．

（2）、注氮工艺及参数

1）、一般采取埋管方式进行注氮防火，可在井下巷道敷设注氮管路，埋入采空区内或火区，即注氮系统：井下移动式制氮机→输送管路→综采面运输顺槽→采空区。

2）、保证注氮设备区域内风量，注入的氮气浓度在97%以上。

3）、在综采面回采的过程中，采用“拉管移动式”注氮方式，即埋管移动周期与工作面推进速度保持同步，使注氮孔始终在采空区氧化自燃带内注入氮气。

4）、在回采结束至封闭期间，对综采采空区进行注氮，降低采空区内氧气浓度，有效的防止采空区内浮煤氧化自然。

（3）注氮条件：工作面在初采初放阶段采用采空区预防性开放式注氮；当工作面日推进度连续7天小于3 m/d的安全推进距离时；在工作面或采空区出现自燃发火征兆(挂汗、煤焦油昧、浓烟等)时；工作面上隅角或采空区出

-6现CO，且呈连续上升趋势，其质量分数达到50×10以上时；采空区出现高温，但高温区域距工作面距离大于20 m，-6且工作面回风流中CO质量分数小于24×10时；经自燃发火预测预报，采空区存在自燃发火危险时。

5、自然发火火灾处理 ⑴、现场处理：任何人发现井下火灾时，应视火灾性质、灾区通风和瓦斯情况，立即采取一切可能的方法直接灭火，控制火势，并迅速报告调度室。矿调度室接到井下火灾报告后，应立即按照“矿井灾害预防和处理计划”的规定，将所有可能受火灾威胁地区中的人员撤离，并组织人员灭火。电器设备着火时，应首先切断电源，在切断电源前，只准使用不导电的灭火器材进行灭火。抢救人员和灭火过程中，必须指定专人检查瓦斯、一氧化碳、煤尘、氧气以

及其它有害气体和风向、风量的变化，还必须采取防止瓦斯、煤尘爆炸和人员中毒的安全措施。在撤除人员时要有序的进行，不能撤出或未接到通知的人员立即做好自救和互救工作。

⑵、保证救灾人员的安全。严格执行《煤矿安全规程》、《矿山救护规程》中关于救灾灭火的有关规定，并在所有通往灾区的通路上设置警标，警戒区内除救灾外不许作其他工作。必须坚持快、准、稳的作风和原则。

⑶、灭火方法：首先要尽可能采用直接灭火法，即分挖出可燃物、用水灭火、灌浆灭火、泡沫灭火、胶体材料灭火、隔绝灭火。确认无法直接灭火时，可采用封闭灭火方法进行处理，即采用断风封闭法、通风封闭法进行封闭处理。

1）、断风封闭灭火方法：即不维持火区通风而进行封闭的灭火方法。适用条件：救灾中确定火区中的空气贫氧而且低于失爆界限。此时以最快速度在火区进、回风侧贫氧区边界建立临时防火墙封闭火区，并尽快使风流短路使火区从网路中脱离。

2）、通风封闭火区方法：即保持火区通风条件下封闭火区，在火区的进、回风侧同时构筑带通风孔的防火墙，以保持封闭区内通风。适用条件：火区有可能形成可燃气体聚积达到爆炸下限的情况下使用。以尽量稀释瓦斯并排往回风侧，并在封闭过程中，只留通风孔加强通风作用。封闭通风孔时应以最少人员最快速度同时完成封闭。

3）、联合灭火法：火区管理主要是对火区气体、温度等进行连续检测，对火区周围采掘进行管理，必须严格执行《煤矿安全规程》第246、250条之规定。启封火区必须严格执行《煤矿安全规程》第208、249条之规定。启封方法可分通风启封和锁风启封。

防灭火设计篇3

1 灌浆防灭火系统

由于矿井灌浆量大、煤层埋藏比较深, 采用集中灌浆系统, 井下部分设备主要有输浆管道和矿用注浆机。

(1) 制浆量计算

根据下式计算:

式中:Q—日灌浆所需土量, m3/d;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, 取0.01;G—矿井日产量;r煤—煤的密度, 3号煤取1.41t/m3;

工作面灌浆所需土量代入公式计算得:

考虑到土中含一定杂质及开采运输过程中的损失, 取10%的备用系数, 则日灌浆实际所需土量:Q土1=1.1×51.6=56.8m3/d, 取60m3/d根据泥浆的输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料等因素确定泥浆的泥水比为1∶4, 并考虑冲洗管路防止堵塞水量的备用系数1.093, 则灌浆所需水量为:矿井Q水1=60×4×1.093=262.4m3/d。综上所述:矿井制浆所需土量为60m3/d, 所需水量为262.4m3/d;泥浆泥水比1∶4。

(2) 地面制浆系统

a.地面制浆站

本工程灌浆系统需土量60m3/d, 需水量262.4m3/d, 日灌浆量为273m3/d, 每日灌浆时间15h, 则小时灌浆量为18.2m3/h, 采用行走式矿用泥浆搅拌机。灌浆系统采用的制浆材料为黄土, 黄土储量300m3。地面制浆站由制浆车间、值班室和土棚三部分组成, 制浆车间和值班室为地上式;土棚设有防雨棚。

b.注浆管道规格的选用

该灌浆系统采用的制浆材料为黄土, 水土比为4∶1, 泥浆密度约为1.16 t/m3。管径为D89×6时, 临界流速为1.225m/s;管径为D114×6时, 临界流速为1.342m/s。

当管径选用DN80的管径时, 实际工作流速为0.98m/s;当管径选用DN100的管径时, 实际工作流速为0.67m/s。流速均小于临界流速。

考虑到灌浆管路内输送介质黏度大, 流动性差, 易堵塞, 会减少实际的过流面积, 井筒内选取管径为DN100, 井下大巷及工作面内的管径选用DN80。

由主斜井井口至井底, 井深约353m, 经计算井筒内注浆管路的最大壁厚为:6.1mm, 主斜井井筒内灌浆管路选用D108×7的无缝钢管。大巷及工作面灌浆管路为水平管路, 经计算工作面灌浆管路的最大壁厚为3mm, 工作面灌浆管路选用D89×4.5的无缝钢管。井下灌浆最不利点处距主斜井井口灌浆管路总长4626m, 管路首末两端高差为298m, 输送倍线为15.5。

c.灌浆管路

灌浆管路采用D108×7的无缝钢管, 沿主斜井接至井底, 再经联络巷将灌浆管路敷设至+780m水平北翼回风大巷, 最终到达工作面的回风巷内。

2 氮气防灭火

为防止采空区的残留煤自燃发火, 矿井采用拖管间歇注氮方式作为防灭火的措施之一, 以确保矿井安全生产。

(1) 注氮量的确定

按国内外经验计算, 防火注氮量一般为300m3/h;灭火注氮量一般为552m3/h (回风敞口) 或480m3/h (全封闭) 。矿井最大注氮量为QNmax=k×QN

式中:k-安全备用系数, 取1.2, 则:工作面产量为2.40Mt/a时, QN=1.2×552m3/h=663m3/h。根据煤科总院重庆分院多年注氮防灭火经验, 工作面灭火注氮量一般为500~600m3/h, 因此本矿井防灭火注氮量按以上计算的最大值选取。矿井注氮量取800m3/h。

(2) 设备制氮量计算

式中:α―沿管道全长的漏气系数, 取1.2;γ―海拔高度修正系数, 取1.0;Q’―需要注氮量。

设计推荐选用膜分离制氮设备。

(3) 注氮设备

根据计算所需氮气量选用1套DM-1200型井下移动式膜分离制氮机。制氮机组主要技术参数及设备配置如下:产氮量1200Nm3/h, 氮气纯度97%, 输出压力0.6MPa, 机组装机功率370k W, 电压1140V, 风冷型。制氮设备设置于采煤工作面巷道口附近带式输送机巷和回风巷的联络巷内, 通过输氮管路将氮气送至采煤工作面。制氮设备随工作面搬迁而移动。

(4) 氮气输送管路

输氮管路选用φ133×4无缝钢管, 沿1303综放工作面带式输送机巷底板敷设。输氮管路采用法兰连接, 管路及管件应做防腐处理。

3 阻化剂防灭火

设计在回采工作面均布置一套阻化剂喷洒压注系统。该系统主要设备安放在两辆平板车上, 与工作面乳化泵站相连接, 并随之移动, 在采煤工作面每间隔40m距离设置1个三通及高压球阀与1台雾化器。根据国内经验, 设计暂按10%Ca Cl2和15%Mg Cl2溶液配制阻化剂溶液, 实际使用过程中可根据具体情况加以适当调整。

4 其他防灭火措施

防治井下火灾, 应本着“预防为主, 消防并举”的基本原则, 主要巷道尽量布置在岩层中, 布置在煤层中的主要巷道, 应采用锚网喷等不燃性材料支护;回采过程中除设计外不得任意留设煤柱和顶煤;采煤工作面采到停采线时, 必须采取措施使顶板冒落严实;采煤工作面回采结束后, 必须及时进行永久性封闭;束管监测系统等其他安全管理措施。

5 结束语

招贤矿井采用了综合防灭火技术体系, 通过严谨的计算校核, 确定了综合防灭火体系的各项参数及设备, 其体系集多种防灭火手段的优点于一体, 避免了单一技术的缺陷和不足, 能显著提高防灭火工作的效果。井下一旦出现煤炭自燃的隐患时, 能够快速及时方便地选择相应的防灭火手段, 并能够根据实际需要快捷可靠地进行各种防灭火技术的相互切换, 保证矿井的安全生产。

摘要：依据招贤矿井井下地质资料和煤层自然发火特点以及采煤工艺, 井下综放工作面采用综合防灭火设计, 通过对各项灭火系统的设备及参数选择计算, 设计招贤矿井综合防灭火系统, 对综放工作面防进行灭火管理, 防治煤炭自燃, 确保矿井安全生产。

关键词：综放工作面,综合防灭火,矿井安全

参考文献

[1]张长喜.矿山安全技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2001.

[2]张荣立, 何国纬, 李铎.采矿工程设计手册 (下) [M].北京:煤炭工业出版社.

[3]王省身.矿井灾害防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1996.

防灭火设计篇4

防灭火设计

二0一二年一月八日

煤炭自燃火灾是矿山重大自然灾害之一，煤矿自燃发火不但浪费煤炭资源,而且还会释放出大量的有毒有害气体,造成环境污染,危害矿山工人身体健康，因此,如何治理煤矿自燃发火是目前亟待解的问题。结合华侨煤矿地质特征及自然条件等实际情况，特作如下防灭火设计：

一、总体思路

针对华侨煤矿开采的特点，为减少矿井漏风，采用简化系统、低压通风技术与方法，实现“降压防火”。为缩短煤氧接触时间，研究快掘、快采、工作面快速搬家回撤和快速密闭技术，实现“以快防火”。为充分利用当地黄土资源防灭火，采取井外拌浆，管道输送，采空区灌浆，实现“以浆防灭火”。

二、技术方案

针对华侨煤矿煤层赋存特点、矿井开采规模小、煤层容易自燃的特点，以“降压治火”、“以快治火”、“以浆治火”为指导思想，矿技术科提出以下技术方案：

1、减少采掘面个数，实现高度集中生产，简化矿井开拓系统；通风系统采用大断面、多通道通风技术，降低通风阻力，减少漏风。通过开拓、通风系统的优化，实现系统“降压”防火，防止井下煤层的自燃。

2、采用先进可靠开采技术实现快速开采；及时封闭采空区，实现“以快”防火。

3、针华侨煤矿具有丰富的地表黄土状况，利用当地黄土资源作为灌浆材料，对采空区进行灌浆处理。

设计方案的具体实施情况如下：

1、系统“降压”防火技术

(1)直接在主要巷道两侧布置壁式采煤工作面，工作面走向长度200～400m，倾斜长度60～80m，简化通风系统，减少生产环节、井巷工程量、工作面的搬家次数和采空区的数量，相应也延长了工作面连续生产的时间。从而使矿井的通风压力下降，从系统上实现了降“压”减“漏”，减小了矿井煤层自然发火的危险性。

2、以“快”防火技术

在煤炭生产过程中坚持“快采、快撤、快闭”原则，减少煤与氧气的接触时间，消除热量聚集的环境，实现“以快防火”。

（1）、采用先进可靠采煤技术快速开采。

为达到“快采”的目的，关键是对采煤工作面设备的选型配套。在浅埋煤层条件下，快速回采，老顶表现为重载荷作用的整体下沉运动，在采空区内，靠近工作面的部分，顶板完好，没有冒落，漏风很大，为“不燃带”。再向里则为顶板整体下沉带，采空区完全压实，进入了自燃“窒息带”。而自燃带不明显，大大减少了采空区自燃的可能性，快速开采达到了控制煤炭自燃的效果。（2）、辅巷多通道采煤工作面的快速搬家技术采用了“辅巷多通道”快速搬家新技术，大大缩短了搬家时间，减小了自然发火的可能性。

这为快速密闭采空区，缩短煤氧复合时间，有效控制采空区尤其是停采线煤炭自然发火提供了时间保证。

（3）、快速封闭技术

利用本矿开采的特点，运输设备采用绞车和人力推车配合，直接运送材料到达各工作面与作业点，为“快速封闭技术”的实现提供了条件。

对采面实施快速密闭采取的主要技术有：①通过联络巷密闭向采空区灌注以黄泥为主要原料的浆液；②利用混泥土堵裂隙及加固巷道。

4、黄土浆的制备及注浆工艺

根据华侨煤矿防灭火的需要，制定符合本矿的制浆设备及工艺。

（1）、地面制浆系统及组成

地面制浆系统由黄土选取、电气控制和砂浆生产三部分子系统组成。

（3）、砂浆生产系统

砂浆生产系统包括两台搅拌机、提砂装置及出浆泵、手控阀等。

（2）、井下注浆工艺结合我矿的现场条件，确定采空区注砂浆采用穿透隔离煤柱打钻注浆方式。该种方式操作简便，占用设备少，减少了冲洗管路环节，能够更有效的发挥泥浆的防灭火性能。

①、钻孔布置

采取在联络巷向煤柱中打钻注浆的方式。选用直径Φ75mm钻头，钻孔开孔位置距巷道底板1.5m，钻孔分为仰角和俯角两种类型，角度为2～4度。打完钻孔后插入Φ65mm的套管，套管顶端焊接法兰盘（法兰盘上配堵头以利于对采空区气体进行封堵），管长2 m并用毛巾、聚胺脂进行封孔，封孔段长度大于1m。

②、注浆方式

采用矿车运送的方式，即地面生产出的砂浆装入矿车中，矿车将泥浆运输到注浆钻孔位置处，采用注浆泵将砂浆输送至钻孔内。

③、泥浆运输

泥浆运输采用十辆矿车，从地面制浆站直接运输至采煤工作面回风巷，该巷道高度为2 m，宽为2m，适于运输。

煤矿防灭火技术研究篇5

1 选择合理的防灭火措施

1.1 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阴燃与复燃。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。氮气防灭火的作用和特点: (1) 氮气可以充满任何开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。

1.2 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。

1.3 在所采区域实施均压通风。

均压技术实施速度快, 防火效果好, 防火成本低, 主要用于防火。均压是通过降低漏风通道两端的风压差, 即削弱漏风的动力源来达到减少漏风的目的, 主要用于煤层自燃火灾预防、封闭火区等。均压技术的实施:1.3.1根据生产布局及周围采空区的关系, 确定需要均压的区域或范围。1.3.2对需进行均压区域内的所有巷道进行通风阻力测定, 绘制出各巷道的压能图, 掌握均压区域及其周围相关巷道的通风压力和风量分布状况, 选择好调压的参考点, 确定均压区域控制目标。1.3.3全面了解均压区域及相关巷道内的通风设施 (风门、调节风门, 局扇等) 。1.3.4均压区域内的风门要闭锁, 实现遥讯, 若采用局扇均压, 必须保证均压风机持续稳定地运转, 并有当均压风机突然停止运转时, 保证人员安全撤出的措施。1.3.5根据均压区域具体情况 (主要是巷道系统及其压力分布状况) , 选择出合理、有效可靠的均压方案, 并编制出均压方案, 报批后, 方可实施。

2 自燃火灾应急技术

2.1 巷道自燃火灾应急技术。

一旦发现巷道自燃火灾, 必须按照《煤矿安全规程》的有关规定, 立即采取措施控制火势的发展, 并上报矿调度室, 成立灭火救灾指挥部, 组织制定灭火方案, 指挥井下灭火救灾工作。2.1.1控制火势。 (1) 用水直接扑灭巷道表面明火, 打钻注水、灌浆, 并应用火区快速控制系统注胶控制火势发展; (2) 设专人检测火区及其下风侧CO、CH4和O2等气体变化情况, 并随时汇报; (3) 根据气体变化情况, 确定是否撤出火区下风侧人员和设置警戒。2.1.2判定巷道自燃火区范围及严重程度。 (1) 根据巷道气体监测数据, 判定火势; (2) 采用红外测温仪测定巷道表面温度, 推断高温区范围; (3) 在可自燃区域打钻探测, 确定火区范围和严重程度。2.1.3确定注胶灭火范围及注胶量。根据判定出的巷道火区范围和严重程度, 确定注胶灭火范围, 并初步估计总的灭火注胶量。2.1.4布置注胶钻孔注凝胶。根据确定的注胶范围, 从火区上风侧开始布置注胶钻孔, 钻孔孔间为2-3m, 长度为4~6m, 倾角60度, 下l寸套管, 并用水泥和海带封孔。注胶材料选用水玻璃凝胶, 其材料及配方如为:基料 (水玻璃) 10%;促凝剂 (碳酸氢氨或碳酸氢钠) 3%。2.1.5气体检测。采用色谱和现场观测定期检测火区气体变化情况。

2.2 阻止有害气体涌入生产区域。

当火区距矿井生产区域较远时, 产生的有害气体通过采空区和巷道裂隙或闭墙涌入生产区域, 针对这种情况, 主要采取以均压、封堵和注氮为主的技术措施:2.2.1通过调节通风系统, 对有害气体涌出的地点进行升压, 减少或杜绝有害气体向生产区域的涌入;2.2.2针对现场实际情况, 选用喷浆或密闭堵漏弹性体材料等方法, 对有害气体涌出地点进行堵漏;2.2.3矿井内与火区相关的闭墙应按防火墙的要求进行施工或加固;2.2.4通过与火区相关的闭墙或施工相应的钻孔, 向火区注氮进行惰化;2.2.5加强火区管理和气体监测。

3 结论

对于矿井自然发火的防治措施, 从预防性措施和灭火措施两方面考虑, 介绍了常规的矿井自燃防灭火措施。制定的灭火系统主要由注氮灭火技术、注凝胶灭火技术和均压防灭火技术组成。其次应用防灭火应急技术, 对于综放工作面煤炭自燃发火有着显著的效果, 在火灾发生后做出有效的对策, 防止火灾进一步的扩大。

参考文献

[1]王永湘.利用指标气体预测预报煤矿自燃火灾[J].煤矿安全, 2001 (6) .

[2]张国枢.煤层的自然发火期及其延长途径[J].煤矿安全, 1990 (6) .

[3]贾学勤, 周军民.极易燃厚煤层综放开采防灭火技术研究[J].煤.2002, 11 (1) .

[4]王省身, 张国枢.中国煤矿火灾防治技术发展与展望[J].火灾科学, 1994, 3 (2) .

[5]徐精彩, 张辛亥等著.煤层自燃胶体防灭火理论与技术[J].煤炭工业出版社, 2003 (12) .

[6]王省身, 张国枢.矿井火灾防治[M].北京:中国矿业大学出版社, 1990, 4.

[7]徐精彩, 张辛亥, 文虎.胶体防灭火技术在阳泉二矿的应用[J].矿业安全与环保, 1999 (2)

矿井防灭火材料改性研究篇6

矿井火灾是影响矿井安全生产的主要灾害之一[1]。我国存在自燃发火问题的矿井占比达56%, 其中由煤自燃引发的火灾为矿井火灾的94%, 采空区发火占内因火灾的2/3。为有效地防止采空区遗煤自燃, 国内外学者从改变煤体氧化条件和控制漏风两方面进行防灭火改性方面的研究。前一类材料的改性研究主要通过改变煤内部活性官能团结构, 来改变煤的自燃属性, 如高效化学阻化剂[2]、高分子胶体材料、阻化泡沫[3]等;另一种材料的改性主要是提高材料自身堵漏、降温特性, 使其更加安全、经济、高效、长久, 如液态CO2、液态N2、无机材料泡沫水泥、无机轻质充填材料[4]、高水充填材料[5]、无机固化泡沫、膏体材料[6], 有机材料高分子凝胶[7]、酚醛泡沫等。本文通过总结近年来防灭火材料研究的最新进展和现场应用, 为矿井现场防灭火工作者对防灭火材料的选择提供了依据, 同时为防灭火材料的研究指出了方向。

1 化学阻化剂

阻化剂是一种井下常见的防灭火材料, 传统的阻化剂为物理阻化剂, 主要成分为CaCl、MgCl, 通过改变煤表面和其环境的物理条件, 并借助材料的物理吸水性达到延缓煤自燃的目的。

近年来, 中煤科工集团重庆研究院叶正亮[8]等基于煤中各官能团在氧化反应时活性的不同表现, 通过采取化学试剂破坏或预先惰化煤的活性、在可控条件下释放热量的方法, 研究一种新型的化学阻化剂Na2S2O8, 并进行了Na2S2O8对高硫煤的阻化实验, 并利用气相色谱对煤氧化产生的CO、CO2气体进行阻化前后分析, 用傅里叶- 红外分析仪对煤样进行阻化前后测试, 分别从宏观和微观角度验证了Na2S2O8可以作为防止高硫煤自燃的化学阻化剂, 并经测试得出:当质量分数为5%时, 阻化效果最好。

河南理工大学教授余明高[9]团队研究了防老剂型化学阻化剂, 并基于锥形量热仪实验对比研究了防老剂型阻化剂和MgCl对煤 (实验煤样为极易自燃的义马烟煤) 自燃的影响, 分别对三组煤样进行防老剂处理、MgCl阻化处理和清水处理, 对比实验结果得出:MgCl处理过煤样的引燃时间最长, 热释放速率最小;防老剂在煤自燃后期有较好的阻化效果。西安科技大学马砺[10]等通过程序升温实验得出:各氯盐阻化剂对气煤和长焰煤的阻化效果不同, 且整体而言对气煤的阻化效果要优于长焰煤。

2 阻化泡沫材料

惰化泡沫是一种采用惰气泡沫向发火地点压注以控制火灾的方法, 对控制和扑灭巷道明火具有很好的优越性, 但由于功能单一, 取得的效果并不理想。而阻化泡沫技术是将高性能化学阻化剂与泡沫体相结合[3], 借助高性能泡沫长时间流动和堆积的特点, 使阻化剂充分接触煤体, 可最大限度地发挥其阻化性能。

西安科技大学曹旭光[11]通过程序升温和红外光谱实验对阻化泡沫的阻化性能进行测定, 证明了阻化泡沫可以抑制煤中活性官能团的放热反应;并对阻化泡沫在采空区中的运移进行了数值模拟分析和现场应用。中煤科工集团重庆研究院刘朝文等[12]通过对发泡剂、稳泡剂和水的配比进行实验优化, 形成了具有泡沫稳定性好、发泡倍数高的阻化泡沫。

专利文献中指出, 中国科技大学[13]发明公布了一种防治煤自燃的泡沫型阻化剂及其使用方法。该泡沫型阻化剂是将物理阻化剂和化学阻化剂按比例加入到起泡剂、稳泡剂、增稠剂中复配而成, 化学氧化剂采用高锰酸钾、次氯酸盐、过氧化物等强氧化剂, 物理阻化剂主要为无机盐类, 泡沫剂选用第四代环保型泡沫剂, 例如脂肪醇醚琥珀酸酯二钠盐、椰油酰胺甜菜碱、α- 烷基磺酸钠等。泡沫型阻化剂采用物理阻化剂和化学阻化剂相结合、以环保易降解泡沫为载体的复合处理技术, 克服阻化剂覆盖不均匀等阻化效果差的缺点。

3 液态惰气防灭火

惰气防灭火是指通过向处理区输送高浓度的惰气来降低氧气的相对含量, 从而防止煤炭氧化自燃的方法。目前煤矿通常采用的惰性气体主要有CO2和N2。煤炭行业将注N2作为一种常规的防灭火技术, 并制定有《煤矿用氮气防灭火技术规范》。煤矿一般采用井下移动式注氮机, 其N2产生流量和压力有限, 只能起到惰化窒息的作用, 对灭火区域降温治理效果不好, 而且N2治理的火区容易复燃。随着化工技术的发展, 化工副产品液态CO2和液态N2出现, 其良好的降温性可以解决常温惰气防灭火的不足, 开始陆续在全国矿井应用。

西安科技大学文虎教授[14]对液态CO2的降温特点和煤体对CO2的吸附惰化作用进行了实验研究, 认为液态CO2在矿井火灾治理中起到惰化降氧、吸热降温、吸附阻化三方面作用。西安科技大学与西安森兰科贸有限责任公司合作, 开发了一套CPW- 2.0 井下矿用移动式液态CO2防灭火装置, 解决了液态CO2井下灌注难题。液态CO2灭火材料先后在淮北、淮南、皖北等矿区取得成功应用, 经济优势明显。

中国矿业大学周福宝教授[15]研究了液态N2的惰化降温性能和液氮在管路中的相变及压力分布规律。发现液氮汽化后的气液两相分离会导致注氮管路堵塞, 液态N2在直注过程中会出现“气塞”、“间歇泉”等现象。中国矿业大学通过与神华宁煤集团合作, 针对宁煤集团乌兰矿、汝箕沟矿井高瓦斯、浅埋藏、易自燃的特点, 利用液态N2化工附产品, 在研究液氮流动物理特征的基础上, 发明了地面直注式液氮防灭火系统和液氮井下直注式防灭火装置, 实现了对火区的快速降温和安全启封。

4 无机充填材料

矿井在开采过程中会产生很多空硐, 而这些空硐在不充填的情况下会发生瓦斯集聚[16]。在周期性矿压的作用下, 砖混结构的密闭容易发生漏风, 空硐周围煤体破碎遇漏风缓慢氧化逐渐蓄积热量, 可导致煤体自燃或诱发空硐内瓦斯爆炸。工作面煤体采出后, 采空区的冒落不实为采空区创造了漏风通道。为防止缓慢推进期间煤炭自燃, 一些矿区采取充填开采方式, 既有利于防止煤自燃也有利于控制地面下沉。尽管无机充填材料具有不燃、来源广泛等优点, 但目前采用无机充填材料充填仍存在着密封不良、成本高、工艺复杂、密度大的缺点。

中国矿业大学李增华教授[4,16]对无机材料进行改性, 研发了一种由特高强水泥 (A料) 和适量速凝剂、发泡剂 (B料) 组成的无机轻质充填材料。该材料与水反应后能迅速形成具有一定抗压强度的轻质充填体, 可用于上隅角、高位钻场、空洞等场所的充填, 并已在安徽涡北、桃园等煤矿进行了现场应用。西安科技大学赵大龙[17]等以水泥和粉煤灰为骨料, 通过材料配比优化, 开发出一种新型无机固化膨胀充填材料, 并进行了小型工业试验, 取得了良好效果。

冯光明教授[5]研制出一种由A、B两种复合试剂构成的超高水速凝材料。该材料具有成本低、流动性好、含水量高 (水体积可达到97%) 、速凝早强、固结水能力强以及可泵性能好等优点。在较高的水体积比下, 通过调节不同外添加剂配方, 可控制固结体抗压强度和初凝时间。超高水材料除用于采矿充填外, 也成功处理了矿井火灾。山西吕梁金地煤矿发生了一起大范围密闭区域和周围压酥煤体的发火事故, 通过采用高水注浆材料对顶煤冒落区进行注浆并结合向密闭发火区进行大流量灌浆的方式, 成功扑灭了火灾。

徐州意创化工科技有限公司2009 年研制出LFM轻型充填- 喷涂堵漏材料。这种材料在保持较高表面喷涂强度的基础上, 具有喷涂回弹率低 (回弹率低于15%) 的优势;材料施工工艺简单效率高, 无需专用喷涂设备。LFM轻型充填材料-喷涂型材料在兖矿、阳煤集团、淮南、淮北、徐州、义马、济宁、淄博等矿务集团得到推广使用。

5 高分子堵漏材料

高分子泡沫材料因具有轻质, 对电、热具有良好的绝缘性、耐腐蚀, 密封性好、抗渗性好、膨胀率高等特点, 被广泛应用于快速堵截有害气体、隔绝地热、充填冒顶区和煤矿密闭墙堵漏风等方面。但由于其固化过程为放热反应, 易造成煤炭自燃等火灾事故的发生。此外, 高分子材料在灌注过程中会挥发出甲醛等刺激性气体, 对矿工身体健康损害较大。

中煤科工集团重庆研究院董军[18]等对高分子泡沫材料进行改性, 并对其产热特性进行实验室研究, 得出:改性剂具有降低混合物反应活性、增加热量传递、增大抗压强度的特点。太原理工大学邬建明[19]将表面处理后的纳米二氧化硅和二氧化钛对聚氨酯弹性体充填材料进行改性, 通过一系列表征和性能测试, 获得了一种高强高韧的新型聚氨酯弹性体纳米复合充填堵漏材料。湖南科技大学田兆君[20]发明了一种不产热的廉价高分子堵漏材料—凝胶泡沫, 充分发挥了凝胶和泡沫的各自优点, 避免了反应产热问题。中国矿业大学胡相明[21]创新性地将多聚甲醛、脲素和苯酚进行一步合成, 并通过纳米粘土和玻璃纤维对其改性, 得到了一种新型酚- 脲- 醛复合堵漏泡沫材料。

浩珂矿业科技有限公司与德国公司合作开发了矿用高分子堵漏泡沫材料—罗克修, 并对其进行改性研究。在确保发泡倍数不低于25 倍和抗压强度不低于2 MPa的基础上, 控制反应放热温度不超过140℃, 提高了对其产品的阻燃要求。在材料改性研究的基础上, 2011 年, 该公司起草并制订了AQ1008- 2011《煤矿喷涂堵漏风用高分子材料技术条件》煤矿行业标准。

6 结语

(1) 介绍了煤矿防灭火材料改性研究的最新研究进展, 列举了包括化学阻化剂、阻化泡沫、无机充填材料和高分子堵漏材料等各改性产品的特点及应用情况。

煤矿自燃火灾防灭火技术分析篇7

矿井火灾是直接威胁矿井安全生产的主要灾害之一。我国煤矿自燃发火非常严重,有56%的煤矿存在自燃发火问题,而我国统配和重点煤矿中具有自燃发火危险的矿井约占47%,矿井自燃发火又占总发火次数的94%,其中采空区自燃则占内因火灾的60%。我国在20世纪80年代仅统配煤矿就发生10多起重大胶带输送机火灾,造成200多人死亡和上亿元的经济损失。进入90年代后,矿井生产逐步向高产、高效集约化发展,其火灾发生的严重性和危害性也随之升级。1990年小恒山矿因胶带火灾死亡80人,伤23人,直接经济损失567万元。1995年12月,大屯煤电公司姚桥矿-400 m水平东翼胶带输送机大巷发生特大胶带输送机火灾事故,烧毁胶带8 500m,造成27人死亡,事故波及-400 m大巷及三个采区,并引燃煤仓及巷道顶部煤体多处,直接经济损失达到130余万元。在矿井救灾过程中,因密闭不及时、密闭范围过大,控制火势时间较长,和快速密闭无法实现延时自动密闭,引起二次事故发生的事例也不胜枚举。造成这些事故及损失的主要原因是我国煤矿整体防灭火技术水平和装备能力与生产发展不相适应。

矿井火灾按引火热源的不同分为外因火灾和内因火灾。内因火灾又称自燃火灾,是矿井火灾防治的重点。80%以上的矿井火灾为自燃火灾,它的火源比较隐蔽,致使灭火难度大,火灾持续时间长。现有的矿井防灭火技术大多针对自燃火灾采取相应的措施。目前我国煤矿的防灭火措施有以下几类。

1矿井自身防灭火

煤炭只有处于破碎状态、连续供氧而又易于蓄热的环境中才能产生自燃,因此,在矿井设计、建设和生产管理的各个阶段中,采取一些有效的技术手段来控制自燃的各因素,可使矿井本身具有一定的防灭火能力。实践证明,正规合理的开采、最小的煤层暴露面、最大的煤炭回收率、最快的回采速度、易于隔绝的采区、岩石巷布置、无煤柱开采技术,能让煤与氧尽可能地少接触,从而降低煤自燃发火的可能性,对防止煤炭自燃起到相当的作用。然而,在煤矿的实际开采过程中,采空区留有大量浮煤和含煤研石,漏风严重,这给煤的自燃发火创造了条件。

2灌浆防灭火

灌浆就是把黏土、粉碎的页岩、电厂吃灰等固体材料与水混合、搅拌配制成一定浓度的浆液,借助输浆管路注入或喷洒在采空区里,达到防火和灭火的目的。此法能充填煤岩裂隙及其孔隙表面,增大氧气的扩散阻力,减小煤与氧的接触和反应面;浆水能浸润煤体,增加煤的外在水分,可吸热冷却煤岩;由于其材料特性,可加速采空区冒落煤岩的胶结,增加采空区的气密性。此方法的实质是抑制煤在低温时的氧化速度,延长自燃发火期。灌浆的不足之处在于不能均匀覆盖煤体,对中、高处的浮煤起不到作用,同时采空区容易出现“拉沟”现象而跑水跑浆。

3阻化剂防灭火

阻化剂防灭火是在煤的表面喷洒阻化剂,形成一层隔氧膜,阻止或延缓煤的氧化进程。目前常用的阻化剂有氯化钙、氯化镁等氯化物,水玻璃氢氧化钙以及工业废液等。由于阻化剂的负催化作用,增加煤在低温时的化学惰性或提高煤氧化的活能,形成的液膜包围煤块和煤的表面及内部裂隙面,阻止了煤氧接触;阻化剂的吸水性增加了煤体的蓄水能力,延长了煤的白然发火期。此方法的不足之处在于形成的液膜易破裂,影响防灭火效果,并且阻化剂可腐蚀井下设备和危害工人身心健康。

4胶体防灭火

胶体防灭火是注入配置好的溶液后,在需要的时间和范围内发生凝胶作用,使不流动、半固体状的凝胶包裹高温煤体,起到防灭火的作用。目前使用的胶体主要有无机凝胶、胶体泥浆、稠化胶体和复合胶体等类型。由于成胶过程是吸热反应,形成的胶体又固结了水,使此方法有很好的降温灭火作用;成胶前后的状态变化使其具有一定的渗透、堵漏和充填性能。

使用的材料为阻化剂,使胶体具有通用阻化剂的性能;成胶时间的可控制提高了现场操作的针对性。使用胶体的不足在于流量小、作用有限;胶体水分散失后容易龟裂;成本较高;部分种类(如普通硅酸凝胶)成胶时会释放有毒有害气体。

5惰性气体防灭火

惰性气体防灭火是向采空区氧化带内或火区内注入一定流量的惰性气体,使其氧含量降到10%或3%以下,达到防火、灭火和抑制瓦斯爆炸的目的。常用的惰性气体有CO2、N2和燃油惰气。N2主要用于集约化综采及综放开采条件下采空区防灭火;CO2适用于电器设备和精密、贵重仪器的火灾;燃油惰气主要用在因外因火灾或自燃火灾而导致的封闭区。惰性气体可快速的充满采空区或火区,使煤因氧气不足而不能氧化自燃,火源因缺氧而熄灭;注入的气体能够减少封闭区内外的压力差,起到减少漏风的作用;惰性气体对井下环境和机电设备无污染。此方法的不足之处在于惰性气体易随漏风扩散,不易滞留在注入区域内,防灭火效果较差。

6泡沫防灭火

泡沫防灭火是将气体在混合液体中充分分散,形成泡沫,充填火区空问,窒息火区,隔绝空气,达到防灭火的目的。目前应用的泡沫主要有惰性气体泡沫、阻化泡沫、三相泡沫和粉煤灰固化泡沫。泡沫材料具有较高的发泡倍数,可以覆盖高低处的浮煤;泡沫具有一定的强度,可以起到充填、堵漏的作用;泡沫内的气体可在目标区域内有效驻留,起到降温、窒息的效果。但是泡沫稳定时间短,不能实现固化,在表面破碎区域压注发泡性能差,成本相对较高。

7均压防灭火

均压防灭火是利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施,改变漏风区域的压力分布,降低漏风压差,减少漏风,从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区或熄灭火源的目的。主要使用的方法有调节风窗调压、风机调压、风窗—风机联合调压等。该方法可大量减少漏风,使煤的氧化减弱,但由于其不能将压差降为零,对煤柱、工作面顺槽顶煤、上分层采空区的自燃预防作用较小。

8结语

矿井火灾是制约煤矿安全发展的重要因素。近年来,我国煤矿的防灭火技术有了较大的发展与提高,但单一的技术不足以保证煤矿的安全生产。因此,要根据煤矿的实际情况,以“预防为主,防治结合,综合治理”的思想为指导,采用几种防灭火措施相结合的方法,制定一套矿井的个性化防灭火技术体系。

摘要：矿井自燃火灾是威胁煤矿安全生产、造成煤矿重特大事故的主要灾害之一。就我国现有的煤矿自燃火灾防灭火技术进行了全面系统的分析。介绍了目前煤矿企业采用的主流防灭火技术,指出矿井应根据实际情况,采取各种防灭火措施相结合的方法,制定一套适用的防灭火技术体系。

关键词：煤矿自燃,防灭火技术,研究进展

参考文献

[1]杨起.中国的煤炭资源[G]//共同走向科学——百名院士科技系列报告集(上).北京:科学出版社,1997:276-288.

[2]谢和平.中国能源发展趋势与跨世纪煤炭科技展望[G]//可持续发展与煤炭工业报告文集.北京:煤炭工业出版社,1998:1-15.

[3]周心权.灾害防治科技发展现状与对策分析[J].煤炭科学技术,2002,30(1):1-5.

[4]国家安全生产监督管理总局.国有煤征安全生产状况调查与预测研究[R].北京:中国煤炭工业发展研究咨询中心,2004.

[5]管海晏,冯·亨特伦,谭永杰,等.中国北方煤田自燃环境调查与研究[M].北京:煤炭工业出版社,1998:6-26.

残煤开采综合防灭火技术篇8

1准备采区掘进期间防火工作

掘进期间, 随掘进巷道向前方施工, 每隔5米向顶板方向打一组两个防火钻, 钻孔与水平成30°仰角, 与中心线成15°夹角, 孔深8~12m, 下直径25㎜, 长度1500mm的铁插管, 插管间采用丝扣连接, 下管长度一般为4.5~10.5m, 用封孔剂封严插管与钻孔间的空隙。插管外侧安设阀门, 用高压胶管与水管或注浆管相连接, 随时注水或泥浆。注浆前先用压力水拉通插管, 然后各个钻孔循环注浆, 每个钻孔注浆量0.5~3m/次, 泥浆注入顶板后, 迅速脱水, 达到降温并充满煤层裂隙及包裹煤体的目的, 切断煤层供氧条件阻止煤体氧化, 起到防火作用。接设2寸铁管作为注浆管路, 注浆使用煤矿用注浆泵, 设在进风水平大巷。

2开采期间工作面的防火措施

沿走向超前40米向工作面打注水防火钻, 在工作面运输、回风顺槽内, 分别沿煤层倾斜方向, 向工作面每隔5米间距打一注水钻, 钻孔长度一般为15米, 钻孔下直径25mm铁插管, 向煤层中注水, 水压力为2.5MPa, 循环注水, 使回采工作面煤体及顶板始终保持潮湿状态, 起到防尘、防火作用。

3工作面上下顺槽的防火措施

根据工作面实际情况, 合理配备工作面风量, 在上下顺槽内局部见旧巷、采迹处重点加强防火工作。采用发板碹或喷浆等方法隔绝与旧巷采迹的联系, 发板碹或喷浆前预留好注浆管, 然后用双液注浆泵向隔绝区内注水泥玻璃水, 确保不漏风、不氧化、不自燃发火。

4综采工作面采空区的防火措施

相对于两道、两口而言, 采空区自燃发火隐患不易发现, 不易处理, 只能在防火上下功夫, 在采区投产前, 在工作面运输顺槽接设一趟4寸PE管路至采空区内, 并与地面注氮机房相联, 末端埋入采空区用4寸铁管, 法兰连接, 管口位置一米范围内, 钻三排直径30mm左右圆孔, 管口位置搭设木垛, 并用菱形网包裹防止管口被浮煤堵上, 影响注氮效果。向采空区内连续注氮气, 使采空区内的遗煤不氧化或降低氧化速度, 达到采空区预防性防火要求, 并且班班通过束管监测系统对采空区内的注氮情况进行取样化验分析。

经过了一个时期的实践, 我们发现选择合理的时段对采空区进行间歇性注氮, 既可以满足采空区防火需要, 又可以节约大量电能, 于是我们根据用电的“峰谷平”三个时段, 确定了“躲峰填谷”的注氮方法, 即用电高峰时段不开注氮机, 用电平、谷时段开注氮机注氮。仅此一项全公司两台注氮机每月可节省费用30余万元。

随着采空区注氮时, 束管监测数据的不断积累, 我们通过对采空区气体成分进行跟踪监测, 并有针对性的停止注氮、改变注氮管头位置, 通过对采空区埋设束管化验数据分析, 得出结论:在采煤工作面正常推进度 (小班一条帮0.5米, 全月开帮40~45米) 情况下, 只需要在采煤工作面下隅角以里5~15米位置, 埋设注氮管, 注氮流量在300m3/h时, 氮气即可散布在氧化带范围内, 起到与下隅角以里30~50米位置埋设注氮管同样的防火作用。

根据注氮数据的总结及实践经验, 我们确定了最合理的注氮“拖管”长度。所谓最合理就是既能保证注氮管头位置在工作面下隅角以里5~15米位置, 又能随着开帮及时把管头拖出来。经过实验拖管如果超过10米, 埋入下隅角后, 难以拖出, 于是确定拖管长度为8米 (整根厚壁管) , 埋入距离为5~7米, 每天由采煤段配合防火段用手摇葫芦或单体液压支柱拖管, 就这样每个采煤工作面均可以节省其走向全长的注氮埋管费用。

2015年初, 采煤工作面上下两口更换了自移式端头支架, 我们用溜子链或特制的连接装置把注氮拖管直接固定在端头支架上, 支架行走, 直接带动注氮拖管, 真正实现了拖管步距与工作面开帮进度同步。就这样通过不断改革, 拖管注氮方法已经演变成一套较为成熟、日趋完善、成本低廉、操作可靠、切实可行的采空区防火手段, 为残煤开采采空区防灭火提供了重要保障。

煤矿井下防灭火技术浅谈篇9

1.1 火灾事故发生的影响因素

矿井火灾简言之就是煤炭的自燃, 主要因素包括煤炭本身特性、煤堆实际情形、空气温度湿度情况、开采现场的煤层地质情况、通风状态以及采煤工序等, 除此之外就是生产过程中的安全管理水准、员工的安全意识、安全设备设施的配备以及技术操作水平等也会产生一定的影响。

1.2 煤炭自燃所需的条件

(1) 煤自身具备一定的自燃倾向性, 这样才会发生煤炭的燃烧, 而其煤堆的堆积方式也应该是破碎式堆积, 并且堆积厚度要达到一定的程度, 只有满足了这个最基本的条件, 才能实现煤炭与空气的充分接触, 这样就会发生煤炭与空气中的氧气的化学反应, 产生一定的热量, 在达到一定的堆积厚度的煤堆中, 也就有了热量的储蓄, 热量的不断积累就可能会引起煤炭的自燃。

(2) 煤炭堆积环境要具备良好通畅的通风环境, 现场良好的通风状态能保障充足并稳定的氧气供应, 这样煤炭与氧气之间反应的过程才能持久, 产生的能量才能足够多, 达到自燃的程度。

(3) 热量要容易积累凝聚, 在煤炭与空气中的氧气进行反应产生的热量的积聚主要取决于稳定的风流速度, 如果工作面的风流速度过小, 氧气的供应量就会不足, 这样煤炭是不容易自燃的;如果是风流速度过大, 热量也不容易凝聚, 就不会发生自燃现象, 经过统计风速一般在0.1-0.24m/min之间, 是比较容易发生煤炭自燃灾害的风速界限。

(4) 要达到煤炭的自燃发火期, 破碎的煤堆从低温经过不断地与氧气反应, 然后慢慢积累热量直到可以自燃, 这个过程是比较漫长的, 而这个时间段也就被称为自燃发火期。

2. 灭火的有效执行措施

2.1 注氮方式

通过注入氮气的方法实施灭火, 可以在火灾现场任何空间位置进行任意扩散, 这样就可以把空气中的氧气慢慢排挤分散, 使火区中氧气含量降低就可以有效控制火势, 最终实现扑灭火灾的目的。或是促使空气中氧气含量不足, 这样煤炭与氧气不会发生反应, 也就不会氧化导致自燃了。

2.2 阻化剂灭火方式

阻化剂是在煤炭表层铺设一些物质, 可以起到阻止隔离的作用, 比较常见的阻化剂有CaCl2、MgCl2、NaCl、Ca (OH) 2、水玻璃等, 当将这些阻化剂铺撒到煤炭表层时, 这些阻化剂就可以吸收空气中存在的水汽, 从而形成一层液体形式的保护膜, 就可以将煤炭与空气中的氧气隔离, 也就有效阻止了煤炭的氧化反应, 同时, 这些盐类的阻化剂具有强吸水性, 使煤炭总是处于一种湿润的状态, 而水分的蒸发也会带走煤炭自身的热量, 这样就可以保证煤堆温度难以持续升高, 从而就彻底遏制了煤炭的自热乃至自燃情况, 实施阻化剂灭火一般利用的是喷雾装置或是一些输液管道等, 以达到防灭火的目的。

2.3 胶体方式

利用胶体实现防灭火措施, 是后期发展出来的一种新型的措施, 它可以有效实施降低温度、阻止煤炭氧化、凝聚水分以及堵漏等功能, 是实用性比较强的一种模式, 能保障液体在有效时间和区域内产生胶凝, 从而可以围住高温区域, 极力发挥降温作用。同时还可以解决灌浆以及在注水过程中可能发生的泄漏状况, 除此之外, 临近1000℃的火灾区域不会发生汽化现象, 而只会因为水分的蒸发渐渐的缩小, 这样就可以确保灭火过程的安全度。

2.4 三相泡沫措施

三相泡沫是由黄泥浆、氮气、水三相物质构成, 水里面还可以加上一定比例的泡沫剂, 以降低浆液的表面张力, 改变煤炭表层的湿润度。浆液与气体在通过发泡机的过程中, 会运用浆体和氮气自身的动能对三相回合液体做功, 这样就会逐步形成了很多三相介质的泡沫, 然后利用了泥浆形成的覆盖、氮气的隔离性以及液体吸热降温的特性可以进行有效防灭火。

2.5 均压通风方式

均压通风防灭火方式主要是利用了风门、风机、调压气室以及可以改变风流方向的流动线路等, 均衡通风巷道和其他巷道的风流大小、方向, 从而达到防灭火的目的。

其采用的主要方式方法包括有边眼畅通均压方式、预埋管路导风均压方式、回风巷道设置调节风门均压方法等, 这些可以根据不同的生产条件或开采方式进行合理地选择。

3 防灭火的其他措施要求

首先, 就是严格的管理体系, 制定完善的监督监控制度, 委派技术人员进行各项指标的监督管理, 实施每日的定时定位的指标统计工作, 每月统计数据曲线图, 收集详尽可靠的数据资料, 以达到防灭火的目的。

其次, 做好开采工序的合理布局, 提升煤炭的开采率, 减少遗漏现象, 从源头上遏制煤炭自燃概率, 因为在采空区如果存煤量大, 发生火灾的概率必然高, 其危害性也会更大。

最后, 就是合理铺设工作面的通风设施, 根据现场的瓦斯含量、煤炭堆积情况等, 科学安排风量, 合理建立通风设施, 并保证通风系统的稳定运行。

4 对于开采前煤炭自燃的预防治理

通过探讨导致煤炭自燃的多方面因素与条件, 整理详细的基本资料信息并制定预防措施, 将自燃发生率降到最低。

5 结语

火灾作为重大事故, 其预防和治理工作也是煤矿企业重要工作事项之一, 要积极采取预防治理措施, 培养职工的安全防范意识, 将安全深入人心, 并严格落实有关制度措施规定, 合理利用防灭火方法, 做到预警预报, 科学配置设备设施, 以达到降低火灾发生概率, 保障矿井安全持续的发展的最终目的。

摘要：矿井火灾的发生作为煤炭行业主要的灾害事故, 时常出现在新闻报道中, 其危害之大让人生畏, 做好有效得预防保障措施, 对于煤矿企业特别是一些高瓦斯矿井是势在必行的。