安全專篇防滅火-自燃、易自然有注氮的

6.防滅火

6.1煤層自然發(fā)火危險性及防滅火措施

6.1.1煤層自然發(fā)火危險性

根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心測試2007年12月和2008

年1月鉆孔煤芯煤樣化驗結果及2009年11月檢驗報告，2、10號煤

層均屬自燃-容易自燃煤層。

6.1.2煤的自燃分析預測

6.1.2.1煤巖特性分析

1）從煤的炭化程度分析

因煤層的自燃性隨煤炭的變質(zhì)程度的增高而降低；煤的炭化程度

越低，揮發(fā)份含量越高，煤層自然發(fā)火傾向越強。一般說來，褐煤易

于自燃，煙煤中長焰煤危險性最大，貧煤及揮發(fā)份含量在12%以下的

無煙煤難以自燃。本井田2號煤為低灰?中灰，平均為低灰、特低硫、

低揮發(fā)分~中等揮發(fā)分，平均為低揮發(fā)分、高熱值~特高熱值，平均

為特高熱值瘦煤和焦煤；10號煤為特低灰~中灰，平均為中灰、中

高硫~高硫，平均為中高硫、低揮發(fā)分~中等揮發(fā)分，平均為低揮發(fā)

分、高熱值?特高熱值，平均為特高熱值瘦煤和貧瘦煤。本井田各煤

層均屬自燃-容易自燃煤層。

2）從煤巖成分分析

因煤巖成分包括有絲煤、暗煤、亮煤和鏡煤，煤層中有集中的鏡

煤和亮煤，特別是含有絲煤時，煤的自燃傾向就大；而暗煤多的煤，

一般不易自燃。

2號煤層宏觀煤巖特征為黑色，上部為半暗型，中下部為半亮型

和光亮型煤，光澤為金屬光澤，構造明顯，煤質(zhì)較硬，具深褐色條痕。

鏡煤為光澤極強之狹長條帶夾于亮煤之中，具明顯的貝殼狀斷

口，但層的界限不顯。暗煤光澤暗淡，呈角礫狀斷口，絲炭大多呈小

凸鏡體夾于其他各種成分中。

10號煤層宏觀煤巖特征為黑色，屬半亮及半暗煤型，弱金屬光

澤。層狀構造比較清晰。煤的光澤最亮部分為亮煤，內(nèi)生裂隙發(fā)育，

層理中夾有極少量的扁豆狀絲炭。光澤較暗的部分為暗煤，煤質(zhì)堅硬,

灰分及絲炭的扁豆狀夾層較多，斷口呈角礫狀，呈黑色條痕。

顯微煤巖特征：2號煤層自然分層一般為上、中、下三層。平均

有機組份含量在80%以上。其次為無機物組份。

2號煤層無機物組份含量不多，一般在6.3%?10%之間，礦物中

以粘土類為主，變化在5.6%?9.4%之間，黃鐵礦含量甚少，變化在

0.2%~1.1%之間，平均不超過0.6%,方解石更為少見，一般在

0.2%?0.5%之間,個別高達1.7之

無機礦物粘土分布狀態(tài)大致為兩種：一種是粗粒分布狀態(tài)，一種

為透鏡狀、似層狀出現(xiàn)，浸染狀也有，但較少；黃鐵礦也分為兩種：

一種是同生黃鐵礦以細晶狀分布于凝膠化基質(zhì)之中，此種較為常見，

一種是次生黃鐵礦，充填于煤的裂隙之中；方解石主要為次生，常充

填于裂隙之中。

在10號煤層有機組分中，主要組分鏡質(zhì)組平均為72.5%,其次

為絲質(zhì)組為22.8%,半鏡質(zhì)組為4.7%。在無機組分中粘土類最多，平

均為11.1%,硫化鐵類占0.87%,碳酸鹽類為0.4%,無石英。油浸最

大反射率為1.54%。

3）從煤的含硫量分析

煤的含硫分越多，吸氧能力愈大，越易自燃。2號煤層原煤硫分

0.28%?0.36%,平均0.31%;浮煤0.36%?0.62%,平均0.47%。為特低

硫煤,煤層不易自燃。10號煤層原煤硫分2.01%~3.12%,平均2.81%;

浮煤1.87%?2.96%,平均2.62%。為中高硫?高硫，平均為中高硫，

煤層容易自燃。

4）從煤的破碎程度分析

由于煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面積，使煤的氧化速度

加快，容易自燃。脆性與風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性較大。

6.1.2.2煤的賦存條件分析

井田內(nèi)可采的2、10號煤層賦存穩(wěn)定，為主要可采煤層。井田構

造總體上為走向NE,傾向NW的單斜構造。井田局部為緩波狀起伏背

向斜，地層傾角2。-15°,構造簡單。井田內(nèi)斷層、陷落柱不發(fā)育,

無巖漿巖侵入。

6.1.2.3開采技術條件

設計2號煤層采用長壁綜采放頂煤一次采全高采煤法，全部垮落

法管理頂板。

2、10號煤層自燃傾向均為ITI類級，屬自燃-容易自燃煤層。

2號煤層采用綜采放頂煤采煤方法開采，容易造成采空區(qū)遺煤多，漏

風大，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)域為工作面“兩線~兩道”，即工作面開采線，停采線，

進風道與回風道。

6.1.3煤層的自燃預防措施

1)開拓開采方面的措施

(1)運輸下山、軌道下山、回風下山布置在煤層內(nèi)，采用錨網(wǎng)噴、

錨索聯(lián)合支護，機電碉室采用錨網(wǎng)噴、現(xiàn)澆混凝土支護。

(2)回采工作面條帶布置，減少煤柱損失；回采工作面采用后退

式開采，加速回采進度；盡一切可能防止煤層自然發(fā)火。

(3)采用壁式采煤法回采率高，巷道布置比較簡單，便于使用機

械化裝備與加快回采進度，有較大的防火安全性。

2)通風方面的措施

(1)回采工作面采用后退式開采，“U”型通風系統(tǒng)，對防止自然

發(fā)火有利。

(2)回采工作面采完后及時構筑密閉墻，加強對采空區(qū)的密閉管

理。

3)監(jiān)測方面的措施

(1)礦井配備DMH型膠帶機碉室自動滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)通過地面總

站，對接收到的井下數(shù)據(jù)進行處理，顯示測點報警信息。從而對主要

運輸下山的帶式輸送機發(fā)火進行不同階段監(jiān)測預報。

(2)回采工作面上隅角、掘進工作面、瓦斯檢查員、班長配備便

攜式一氧化碳檢測報警儀。

6.2防滅火方法

該礦2號煤層屬于自燃煤層，根據(jù)煤礦特點及防滅火經(jīng)驗，礦井

具有完善的自燃火災防治系統(tǒng)及措施：主要配置KYSCT型礦井移動

式束管采樣系統(tǒng)、GC950型火災氣體色譜分析系統(tǒng)對煤層自然發(fā)火進

行采樣監(jiān)測；建立阻化劑防滅火、采空區(qū)灌漿防滅火、均壓防滅火、

凝膠防滅火系統(tǒng)、氮氣防滅火等系統(tǒng)。(注：防一一灌漿、注氮、阻

化劑；滅-凝膠；一般可以選擇灌漿、阻化劑、凝膠則可)注氮選擇

最少要800nl3/h以上的設備。監(jiān)測以選擇井下移動采樣設備為好,。

6.2.1煤層自燃監(jiān)測方面的措施

煤層自燃火災監(jiān)測與早期預報是礦井火災預防與處理的基礎，是

礦井防滅火的關鍵。只要能夠準確、及時地對煤層自燃火災進行早期

預報，就能有的放矢地采取預防煤層自燃火災的措施，從而避免自燃

事故的發(fā)生。對于煤層火災的預測預報而言，采樣監(jiān)測技術是至關重

要的。目前，煤層火災的監(jiān)測主要有礦井火災束管采樣監(jiān)測系統(tǒng)、煤

礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和人工檢測三種手段。

地面固定式礦井火災束管監(jiān)測系統(tǒng)是借助束管將礦井井下各測

點的氣體經(jīng)抽氣泵負壓抽取、匯總到指定地點，在借助氣相色譜檢測

裝置對束管采集的井下氣樣進行分析，實現(xiàn)對CO、CO2、CH八C2H2、

C2H八C2H6、。2、M等氣體含量的在線監(jiān)測，其監(jiān)測結果在以實時監(jiān)測

報告、分析日報等方式提供數(shù)據(jù)的同時，亦可自動存入數(shù)據(jù)庫中，以

便今后對某種氣體含量的變化趨勢分析，從而實現(xiàn)對礦井自燃火災的

早期預報。

安全監(jiān)控系統(tǒng)可以連續(xù)監(jiān)測CO、CO2、O2等環(huán)境參數(shù)，根據(jù)這些

環(huán)境參數(shù)的變化進行煤層火災的預報。

人工檢測一直作為煤層火災的主要監(jiān)測手段，人工氣體監(jiān)測主要

采用。2、CO、C艮等便攜式氣體分析儀，由人工直接在各測點進行氣

體檢測，并定期采用氣袋取氣樣，送地面進氣相色譜分析，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、投入設備少，

簡單易行，但人工取樣工作量大，間隔時間長，不能連續(xù)實時進行檢

測。

針對目前地面固定式束管監(jiān)測系統(tǒng)具有管路長，采樣測定滯后時

間長，管路積水和粉塵進入管路堵塞后難以處理，人為或其它原因破

壞管路的可能性大，管路維護量較大；地面設備多，需專人管理，管

理技術要求較高；全套設備所需費用高等缺點，防滅火科研單位研制

了井下移動式火災氣體束管采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)全部安裝于井下工作面

附近，并可移動布置在不同的監(jiān)測區(qū)域，體積小，重量輕，束管管路

短，操作、管理及維護方便。該套系統(tǒng)可用于在井下對重點危險區(qū)域

進行現(xiàn)場連續(xù)采樣，多個密閉集中采樣，現(xiàn)場和實驗室分析，監(jiān)測火

災氣體成份的變化，為煤層自燃預測預報提供了有效的手段，為分析

煤層發(fā)火情況及其變化趨勢提供了依據(jù)。目前，已在山西省大同、朔

州、忻州、陽泉、太原、晉中等地區(qū)近200個中小型煤礦進行了應用，

效果較好。

與該采樣系統(tǒng)配套的GC950型煤礦專用火災氣體色譜分析系統(tǒng)，

該系統(tǒng)采用日本島津技術，具有性能穩(wěn)定、功能齊全、自動化程度高、

重復性好、靈敏度高等優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)的色譜儀氮氣和氧氣分離效

果差，不能測氫氣等缺點；該系統(tǒng)能測定出、。2、％、CO、CO2、CH八

C2H八C2H6和C2H2等9種氣體，實現(xiàn)了測定氫氣這一重要火災氣體，

對于指導礦井火災的治理具有重要的參考價值；采用三氣路六通閥定

量管進樣，配TCD、雙FID及鑲轉(zhuǎn)化爐，四通道采樣分析，一次進樣

5分鐘內(nèi)完成所有氣體分析；檢測器均采用單元化設計，先進制造工

藝，具有靈敏度高、噪聲低、線性范圍寬等特點；工作站功能強大、

性能穩(wěn)定，直觀、簡單、易學。目前該系統(tǒng)已廣泛裝備到神華集團神

東煤炭公司、西山煤電集團、山西潞安集團、山西晉煤集團、中煤平

朔分公司等，為及時發(fā)現(xiàn)自燃隱患、處理火災事故等提供了科學依據(jù)。

DKYSC-1型束管采樣系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)既具有原束管系統(tǒng)的功能，又克服了原束管系統(tǒng)的一些不

足。系統(tǒng)經(jīng)濟適用，維護方便，適用于中小型礦井自然發(fā)火的預測預

報，也適用于大型礦井高產(chǎn)高效工作面的自然發(fā)火預測預報及火災治

理過程中火災信息的連續(xù)檢測。該系統(tǒng)由以下三部分組成：（1）抽氣

束管；（2）抽氣泵；（3）采樣柜；（4）氣水分離器。

氣水分離器SZ-IJ水環(huán)式R空奴氣體雙桿控犒拒

1.水位計2.壓力控制閥3.出氣口4.壓力表5.連接法蘭6.連

接管道7.皮管8.水泵出氣口9.水泵進氣口10.皮管11.負壓表12.

流量計13.八路控制開關14.氣體采樣口15.出水口

圖6-2-1采樣系統(tǒng)連接圖

2）KYSC-1型束管采樣系統(tǒng)技術參數(shù)

1）供電電壓:660V/380V;

2）功率：4kW;

3）供水量：lm7h;

4）抽氣量:1.35m7min;

5）負壓:-0.087MPa;

6）抽氣距離：5000m。

3）GC950型煤礦專用色譜分析系統(tǒng)技術特點和參數(shù)

圖6-2-3煤礦專用氣相色譜分析系統(tǒng)配置簡圖

6-2-4煤礦專用色譜分析系統(tǒng)連接示意圖

主要特點

①該儀器采用日本島津技術，具有性能穩(wěn)定、功能齊全、自動化

程度高等優(yōu)點；

②可以測定比、。2、M、CO、CO2、CH,、C2H八C2H6、C2H2共9種氣

體；

③選用氮氣作載氣，實現(xiàn)了測定氫氣這一重要火災氣體，對于指

導礦井火災的治理具有重要的參考價值；

④采用三氣路六通閥定量管進樣，配TCD、FID及鎂轉(zhuǎn)化爐，從

而排除了各組分之間的互相干擾，使重復性、靈敏性和準確性更好；

⑤CO、CO2及燒類測定采用分時進樣，雙柱并聯(lián)共用FID的流程,

從而避免了分流進樣造成最低檢測濃度達不到煤礦安全要求的不足，

同時通過進樣時間的控制，可以縮短總的分析時間，減輕分析人員的

工作量；

⑥內(nèi)置不銹鋼絲網(wǎng)過濾膜，從而避免了煤礦氣體粉塵較多容易堵

塞管路的問題；

⑦檢測器均采用單元化設計，先進制造工藝，具有靈敏度高、噪

聲低、線性范圍寬等特點；

⑧工作站功能強大、性能穩(wěn)定，直觀、簡單、易學。設有六種定

量方法（歸一法，內(nèi)標，外標，修正歸一法，帶比例的修正歸一法，

指數(shù)法），可實現(xiàn)任意多點標樣校準，任意多點校準平均，直觀顯示

校準曲線；靈活的峰識別和處理能力，適應各類色譜分析應用。

技術參數(shù)

①最小檢測濃度：H2＜5ppm;CO、C02＜2ppm;燒類《0.lppm

②尺寸：寬606mmx高450mmx深450mm

③重量：~42Kg

④電源：200V、50HZ、2100W

⑤熱導檢測器（TCD）

結構：半擴散式、四臂紫鴿絲；電源：恒流控制方式；靈敏度：

》1500mV?ml/mg（正十六烷）；噪聲：＜0.03mV;飄移：＜0.lmV/30min

⑥火焰離子化檢測器（FID）

結構：圓筒形收集極、石英噴口；檢測限：1x10-%八（正十六

烷）;噪聲：＜5x10-3A;飄移：＜5x10＜2A/30min

⑦柱箱溫度范圍：10~399C（增量為1C）;控溫精度：±0.1C;

可由鍵盤設定過熱保護值

⑧檢測器溫度范圍：10~399℃（增量為1C）;控溫精度：±o.orc

（TCD）和±0.1C（其它）；可由鍵盤設定過熱保護值

⑨工作站

高精度：USB接口，24位的高精度A/D,分辨率土luv

輸入通道電平范圍：外置數(shù)據(jù)采集盒,輸入通道2個。-lv至+lv（可

擴展

±2V）

采樣頻率：6、12、25、50次/秒

動態(tài)范圍：106（1uv為最小單位）

積分靈敏度：1RV?sec（即面積的個位數(shù)）。

線性度：＜±0.1%

重現(xiàn)性：0.06%

4）井下監(jiān)測方案

⑴測點布置方案

①選定一工作面在進回風順槽按一定間距布置束管采樣器，測定

采空區(qū)范圍大約距工作面150nl左右，約50m設一個測點，保持采空

區(qū)內(nèi)部進、回風側各三個探頭，上下順槽同時觀測，待距工作面最遠

測點進入采空區(qū)150m后，即可結束觀測，測點布置如圖6-2-5、圖

6-2-6所示。（下圖根據(jù)情況選一種）

采空區(qū)束管

"口

停

開

采

采空

區(qū)

切

線□

□眼

口

->

/

束管采樣點

圖6-2-5單巷布置工作面測點布置圖

采樣束管

聯(lián)絡卷

開

采空

區(qū)

切

眼

束管采樣點

采樣泵

圖6-2-6雙巷布置工作面測點布置圖

②工作面正常封閉后，在進、回風側密閉分別設觀測孔，并在密

閉內(nèi)各布置一個測點，測點布置如圖6-2-7所示，對于與采空區(qū)相連

（尤其是與火區(qū)相通）的閉墻內(nèi)也應設置測點進行監(jiān)測。

采樣束管

開

切

眼

圖6-2-7工作面封閉后測點布置圖

⑵地面色譜分析

井下通過束管采樣儀采樣并送至地面色譜分析，分析參數(shù)主要有

。2、N2,CO、CO2、CH八C2H6、C2H八C3H8、&正常情況下，每天早班檢

測一次，工作面異常時，每班檢測二次。

5)煤層自燃早期預測預報指標氣體

煤層自燃早期預測預報指標氣體應以CO作為指標性氣體，并輔

以C凡、C2H八C2H2來掌握煤炭自燃情況；CO的出現(xiàn)說明煤已經(jīng)發(fā)生氧

化反應。C3H8出現(xiàn)表明煤溫已經(jīng)達到40C,C2%出現(xiàn)表明煤溫已經(jīng)達

到130℃,C2H2的出現(xiàn)說明煤溫已經(jīng)超過180℃。

6.2.2防滅火方法

1.對采空區(qū)進行預防性灌漿

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，開采容易自燃和自燃的煤層時，必須對

采空區(qū)、突出和冒落空洞等孔隙采取預防性灌漿等防滅火措施。

預防性灌漿就是將水、漿材按適當比例混合，配制成一定濃度的

漿液,借助輸漿管路輸送到可能發(fā)生自燃的區(qū)域，用以防止煤炭自燃,

是使用最為廣泛、效果最好的一種技術。

(1)灌漿系統(tǒng)

目前傳統(tǒng)的灌漿使用的漿液的制備主要有水力制備和機械制備

兩種方法。水力制備是利用高壓水槍沖刷松散的粘土層使水土混合形

成泥漿，是一種操作較為簡單的制漿方式，但漿液濃度難以保證，防

火效果差；機械制漿是按照一定的比例將制漿材料和水送入攪拌池，

經(jīng)攪拌機攪拌，輸入注漿管路送至井下，但目前的灌漿系統(tǒng)普遍存在

易堵管、輸漿力度小、漿材要求高、投資大等不足。

KDZS-1型多功能煤礦防滅火灌漿系統(tǒng)選用移動式輕型設備、多

組漿池協(xié)同灌漿、經(jīng)過濾后有多個輸漿出口，可用黃土、粉煤灰等多

種灌漿材料，具有設備簡單、投資少、建設速度快、輸漿力度大、防

凍等優(yōu)點。在山西內(nèi)蒙等多個礦井使用，效果良好。

本次設計在風井場地設KDZS-1型多功能煤礦防滅火灌漿系統(tǒng)一

套，為全礦灌漿服務，灌漿方法采用當工作面束管采樣分析系統(tǒng)檢測

到煤層自燃隱患時即進行灌漿，即向采空區(qū)灌注漿液。在灌漿工作中，

灌漿與回采保持有適當距離，以免灌漿影響回采工作。

灌漿站建設：風井場地建2個攪拌池和1個注漿池（注漿池設在

較低的水平），池深和直徑均為2%池體用磚砌筑水泥抹面或用鋼板

焊接，其上固定攪拌器。攪拌池底部留有出料口，在漿液流入注漿池

前設雙層過濾篩子（孔徑為10mm）,攪拌池及注漿池側面設500mmx

500mmx1800mm下液泵坑兩個，各安設離心式液下泥砂泵2臺。灌漿

站布置如圖6-2-8所示。

灌漿注膠系統(tǒng)連接示意圖

圖6-2-8灌漿站布置示意圖

（2）灌漿方法

預防性灌漿方法有多種，根據(jù)采煤與灌漿先后順序關系可分為：

采前預灌、隨采隨灌和采后灌漿。

采前預灌就是在煤未開采之前即對煤層進行灌漿，適用于老空區(qū)

過多、自然發(fā)火嚴重的礦井；陋采隨灌就是隨著采煤工作面推進的同

時向采空區(qū)灌漿，主要有鉆孔灌漿、埋管灌漿和灑漿，能及時將頂板

冒落后的采空區(qū)進行灌漿處理；采后灌漿就等回采結束后，將整個采

空區(qū)封閉起來后進行灌漿。為了保證及時、簡便處理處理自燃隱患，

設計采用埋管灌漿法。

采用埋管灌漿法，在放頂前沿回風巷在采空區(qū)預先鋪好灌漿管

(一般預埋10~20m鋼管)，預埋管一端通采空區(qū)，一端接膠管，膠管

長一般為20~30m,灌漿隨工作面的推進，用回柱絞車逐漸牽引灌漿

管，牽引一定距離灌一次漿，要求工作面采空區(qū)能灌到足夠的泥漿。

圖6-2-8埋管灌漿示意圖

1-預埋注漿管；2-高壓膠管；3-灌漿管；4-回柱絞車；5-鋼絲繩；6-

采空區(qū)

(3)灌漿參數(shù)的選擇

①漿液的水固比選擇

泥漿的水固比是反映泥漿濃度的指標，是指泥漿中水與固體漿材

的體積之比。水固比的大小影響著注漿的效果和泥漿的輸送。泥漿的

水固比越小，則泥漿濃度越大，其粘度、穩(wěn)定性和致密性也越大，包

裹遺煤隔離氧氣的效果也越好，但同時流散范圍也越小，輸漿管路容

易堵塞；水固比大，則輸送相同體積的土所用的水量大，包裹和隔絕

效果不好，礦井涌水量增加，在工作面后方采空區(qū)灌漿時容易流出而

惡化工作面環(huán)境。漿液的水固比應根據(jù)泥漿的輸送距離、煤層傾角，

灌漿方式及灌漿材料和季節(jié)等因素通過試驗確定，一般情況下為4:1,

冬季為5:1。

②日灌漿所需漿材量

。材=KmLHC

3

式中Q材一一日灌漿所需漿材量，m/d;

m-----煤層采高，m；

L——工作面日推進度，m;

H一一灌漿區(qū)傾斜長度，m;

C——回采率，%;

K——灌漿系數(shù)，為灌漿材料的固體體積與需要灌漿的采空區(qū)

容積之比,一般取0.05?0.15。

③日制漿用水量

。水1=。土b

式中Q水1-----制漿用水量，nf/d;

6-----水固比。

④日灌漿用水量

。水2=K水Q水1

式中Q水2——日灌漿用水量，rn7d;

K水一一用于沖洗管路防止堵塞的水量備用系數(shù).一般取

1.10-1.25。

⑤日灌漿量

。漿i=（Q水2+Q土）M

式中Q漿1-----------日灌漿量，n?/d;

M一一泥漿制成率，取0.88;

⑥小時灌漿量

。漿2=皿

氽nt

式中：Q漿2——每小時灌漿量,m7h;

n一一每日灌漿班數(shù)，班/d;

t一一每班純灌漿時間，h/班。

⑦每小時最大灌漿量

考慮到今后生產(chǎn)規(guī)模擴大和煤層發(fā)火不確定等因素，灌漿主管路

按目前所需能力的1.5倍設計，則每小時最大灌漿量為：

。漿max=L5。漿2

式中：Q漿max----------每小時最大灌漿量，Ill'/ho

需要說明的是：灌漿系統(tǒng)的灌漿系數(shù)、水土比等各項參數(shù)在實際

生產(chǎn)中必須根據(jù)煤層發(fā)火情況、輸送距離、煤層傾角、灌漿方式及灌

漿材料和季節(jié)等因素通過實驗確定，以確保灌漿效果和生產(chǎn)的安全。

⑧工作制度：與礦井工作制度相匹配，但需注意以下原則：

灌漿工作是與回采工作緊密配合進行。為了選擇灌漿設備及能

力，設計灌漿為三班灌漿，每天灌漿時間為10h,若礦井自燃發(fā)火嚴

重，且所需灌漿的工作面較多，宜采用四班灌漿，每天灌漿時間為

15ho

在實際工作中，建議礦方投產(chǎn)時，應按規(guī)程要求編制防滅火專項

設計，對開采煤層煤樣進行自燃特性實驗，選擇早期預測預報指標氣

體，根據(jù)采空區(qū)氣體及溫度檢測結果，當出現(xiàn)CO等火災氣體異?；?/p>

者工作面無法正常推進、撤架過程中、采后進行灌漿。

（4）灌漿材料的選擇

為了環(huán)保要求，盡可能選擇粉煤灰作為灌漿材料。

①顆粒要小于2nlm，而且細小顆粒（粘土：40.005mm者應占60~

70%）要占大部分。

②主要物理性能指標

比重為：2.4~2.8t/m3

塑性指數(shù)為9?11（亞粘土）

膠體混合物（按MgO含量計）為25-30%:

含砂量為25?30%,（顆粒為0.5?0.25mm以下）

容易脫水和具有一定的穩(wěn)定性。

③不含有可燃物

目前常用的灌漿材料有黃土、粉煤灰等。與黃土相比，粉煤灰的

粒度較粗，但體積密度小。就注漿滅火而言，粉煤灰質(zhì)輕，顆粒表面

具有一定光滑度，容易攪拌成漿，便于管道輸送。注入火區(qū)后流動性、

穩(wěn)定性較好；粉煤灰具有一定的火山活性，其密封性能較好；粉煤灰

親水性差，粒度又大于黃土，注漿后漿體達到靜態(tài)時脫水快，并隨著

水的泄流帶走一部分熱量。因此粉煤灰用于注漿滅火，可以起到隔絕、

包裹、降溫作用。另外，使用粉煤灰，既處理了廢料，又有利于環(huán)保。

（5）灌漿管路的選擇

①灌漿管路布置

回采面采空區(qū)是該礦灌漿重點區(qū)域，因此，灌漿主管路應針對回

采面進行鋪設，其它地點的灌漿，則根據(jù)需要從主管路上分叉連接。

從風井由地面灌漿站鋪設一趟管路至回采面，管路鋪設路線為：

地面灌漿站T副斜井T軌道下山-20101工采面回風順槽T工

作面

②灌漿管道

主要灌漿干直徑是根據(jù)管內(nèi)泥漿的流速來選擇。在設計中，泥漿

給定后，先確定泥漿在管道中流動的臨界流速，再求出泥漿的實際工

作流速，使之大于臨界流速即可。

實際工作流速：

丫=4。漿皿/3600欣2

式中：v——管道內(nèi)泥漿的實際工作流速，m/s;

Q漿max-----小時灌漿量，m3/h,

d------管道內(nèi)徑，mo取108mm

該實際工作流速處于臨界流速最大值(泥漿鋼管的臨界流速通常

為l~4m/s),可滿足工程需要。

地面灌漿管道一般選用鑄鐵管；井下灌漿管道采用無縫鋼管，其

鋼管直徑取108mln;支管直徑取75mm;;工作面管道直徑取4寸膠管。

(6)制漿的主要設備見表6-2-1,灌漿系統(tǒng)布置如下圖6-2-9所

示：

圖6-2-8注漿系統(tǒng)布置示意圖

表6-2-1灌漿設備一覽表

序號設備名稱設備型號單位數(shù)量

1潛水泵ZBA-6B臺2

2泥漿攪拌機自制臺3

3減速器臺3

4下液式泥漿泵80NY150-20J臺6

5無縫鋼管D108x4.0米

6無縫鋼管D75x4.0米

74寸膠管DN100米

8供水管（軟管）4)30米

（7）灌漿疏水系統(tǒng)及預筑防火墻

1.疏水系統(tǒng)

灌漿前后要嚴密觀測采空區(qū)涌水量大小情況，如確定采空區(qū)內(nèi)有

較大積水區(qū)域或較大水量，可能威脅到工作面安全生產(chǎn)，則必須采用

適當琉水措施。疏水措施應根據(jù)煤層產(chǎn)狀、工作面采煤方法及回采方

式、采空區(qū)內(nèi)積水區(qū)位置、預測水量大小、工作地點排泄水設施、設

備能力綜合考慮，并應符合井下防治水的有關要求。

對于采空區(qū)積水，可采用探水鉆施工疏水鉆孔或通過密閉上預留

的放水孔疏放，也可以通過臨近順槽施工疏水鉆孔或順槽間聯(lián)絡巷內(nèi)

密閉上的放水孔排水。從采空區(qū)疏放出的積水，通過順槽內(nèi)水溝排到

大巷水溝（或流入順槽集水坑，通過水泵外排），后排入井下水倉。

疏水系統(tǒng)設施設備主要有：水溝、集水坑、密閉墻、排水管路、

探水鉆機及配套設備、小水泵等。

2.預筑防火墻

礦井為防止采掘工作面自然發(fā)火及采空區(qū)發(fā)火，需設置防火墻及

預留防火墻位置。采煤工作面回采結束后，須及時砌筑永久性封閉。

井下發(fā)生火災不能直接滅火時，必須砌筑防火墻，封閉火區(qū)。井底設

消防材料庫，內(nèi)有足量砌筑防火墻材料，并備有專用車輛，材料可直

接運往井下各使用地點；另外，也可在采區(qū)內(nèi)適當?shù)攸c設臨時材料儲

備嗣室，內(nèi)置砌筑防火墻的材料。

預筑防火墻的位置：①回采工作面順槽：進風順槽內(nèi)應設在工作

面停采線外部，距離不小于大巷保安煤柱尺寸，且需在各聯(lián)絡巷與順

槽交叉地點以里；回風順槽內(nèi)除上述要求外，防火墻應位于通風設施

及構筑物以里工作面一側；各進風順槽間、各回風順槽間不使用的聯(lián)

絡巷應密閉；所有與工作面連通的順槽、巷道都應按要求預留防火墻

位置。②掘進工作面：應參照回采工作面順槽預留要求因地制宜選定

防火墻預留位置，所選地點應在通風設施及構筑物、交叉巷道以里；

雙巷(多巷)同時掘進時，各巷道都應分別預留防火墻位置，巷道間

不使用的聯(lián)絡巷道應及時密閉；與掘進工作面連通的所有巷道內(nèi)，都

應預留防火墻位置。③礦井的兩翼，各生產(chǎn)水平之間，井下相鄰采區(qū)

間，井下自燃煤層或區(qū)域與其它煤層或區(qū)域連通的巷道間，其它可能

發(fā)生煤炭自燃并可能蔓延危害到與其連通地點的巷道內(nèi)等。

3.灌漿后防止?jié){、透水事故的措施

(1)灌漿材料應滿足相關規(guī)定的要求，嚴格控制漿液泥水比，

并控制灌漿量不使過大。

(2)工作面順槽內(nèi)設有水溝和集水坑，并配備小水泵，能夠滿

足工作面俯斜開采時的涌水和漿液析水的排放要求。

(3)本礦井下灌漿采用隨采隨灌方式，一部分灌漿水會從采空

區(qū)流入工作面運輸機道或順槽水溝內(nèi)(俯斜開采時)，這時最好在巷

道內(nèi)構筑濾漿密閉將泥漿滯留于采空區(qū)，使水放出。

(4)加強水情觀測，對采空區(qū)的灌漿量與排水量進行觀測記錄。

排水量過少，灌漿區(qū)內(nèi)可能有泥漿水積存；排水中含泥量較大，采空

區(qū)可能形成了泥漿通路。處理方法有：

a立即停止灌漿，采用間斷灌漿。

b在泥漿中加入砂子填塞通路。

C提高泥漿濃度。

d移動灌漿管口位置，改變漿液流動路線。

e工作面下部運輸機道見水即停止灌漿。

(5)本礦煤層采用綜采一次采全高工藝，但9煤、10煤間距較

小，開采上煤層9煤時會影響下層煤10煤，為防止上下層巷道、工

作面潰漿問題，兩煤層開采時間要錯開一定時間，保證一定距離，等

9層煤漿液水控出并穩(wěn)定后方可安排順10煤掘進及開采?；夭赏戤?/p>

的工作面與接替(相鄰)工作面間留有20nl保安煤柱，聯(lián)絡巷及時按

要求密閉并在密閉上部安置放水管，可保證工作面回采時采空區(qū)積水

不致潰入生產(chǎn)工作面順槽。如發(fā)現(xiàn)密閉內(nèi)積水較多，必須制定措施，

或進行放水。

(6)加強管路檢修。

6.2.2阻化劑防火技術

(1)阻化劑防火原理

阻化劑大都是吸水性很強的溶液，當它們附著在易被氧化的煤體

表面時，吸收了空氣中的水分，在煤體表面形成了含水液膜，從而阻

止了煤與氧的接觸，起到了隔氧阻化作用；同時水在蒸發(fā)時吸收熱量,

使煤體降溫，從而抑制煤的自熱和自燃，延長自然發(fā)火期的作用。

(2)阻化劑選擇

①原料來源廣泛，價格便宜，制備、使用方便，不會大幅增加采

煤成本；

②對人、設備及正常生產(chǎn)無影響；

③具有較好的滲透性和附著性；

④阻化率高，阻化壽命長。

目前，我國常使用的阻化劑有水玻璃(Na￡?nSiOJ、氫氧化鈣

Ca(OH)2、工業(yè)CaCL及鹵塊(工業(yè)MgCL)等。其中水玻璃模數(shù)n嚴格

要求在1~2之間，且其成本較高，噸煤成本高；氫氧化鈣溶解度較

小，和水混合而成是混濁液，且堿性強，具有很強的腐蝕性，對注液

設備的防腐蝕性要求高，又因為其溶液是顆粒懸浮狀混濁液，顆粒大

小對使用泵和封孔器的正常運行產(chǎn)生影響；而工業(yè)CaCL來源廣、供

應穩(wěn)定、成本低，故選用工業(yè)CaCL作為阻化劑。

(3)阻化劑濃度確定

阻化劑濃度的合理性是降低成本、提高阻化效果的重要方面。根

據(jù)國內(nèi)礦井使用效果來看，20%的溶液阻化率較高，阻化效果較好；

10%的阻化液也能防火，但阻化率有所下降，因此，阻化劑濃度控制

在15%?20%之間，一般不小于10%,可暫定把濃度控制在20%,以后

根據(jù)實際的阻化效果進行適當調(diào)整，并采用重量法進行濃度測定。

(4)阻化劑防火系統(tǒng)選擇

目前我國煤礦常用永久式、半永久式和移動式三種噴灑壓注系

統(tǒng)。

①永久式：在地面建立永久性的儲液池，從儲液池鋪設一趟管道

到采煤工作面上下口。利用靜壓或泵加壓進行噴灑或壓注，適用于井

下范圍小，采煤工作面距地表較淺的礦井；

②半永久式：在采區(qū)上下山或嗣室內(nèi)設置儲液池和注液泵，從注

液泵出口到采煤工作面上、下口鋪設管道，阻化液從儲液池經(jīng)加壓泵

輸送到工作面平巷，經(jīng)噴灑軟管和噴槍，噴灑在采空區(qū)浮煤上；或經(jīng)

軟管，注液鉆孔，壓注于煤體或發(fā)熱區(qū)，可為一個采區(qū)或一個區(qū)域服

務；

③移動式：儲液箱和注液泵安裝在平板車上，放置在采煤工作面

的平巷中，距工作面30m左右，經(jīng)過輸液管路將阻化劑輸送到工作面

進行噴灑，該系統(tǒng)工藝簡單、施工快、投資小、機動性大。因此，選

用移動式阻化劑噴灑壓注系統(tǒng)，在采煤工作面向采空區(qū)的遺煤噴灑阻

化液防止煤炭自燃。

（5）阻化劑防火裝備

液壓泵是阻化劑防火技術中的關鍵設備，BH-40/2.5型煤礦用液

壓泵體積小，重量輕，運輸攜帶方便，尤其對于井下自然條件較差，

設備和人員運行不方便，難以運進較大設備的地點最為合適。該泵可

用噴槍直接向殘煤噴射阻化劑，又可利用霧化噴頭噴霧，還可用于向

煤體壓注阻化劑。其主要技術規(guī)格如下：

型式：煤礦井下輕便型擔架式；

外形尺寸：（長x寬x高）1500x360x450mm;

轉(zhuǎn)速：700~800r/min;

額定流量：40L/min;

工作壓力：1~2.5MPa;

電壓：380/660V;

功率：2.2kW

（6）阻化劑防火工藝

在工作面軌道巷適當位置（盡量靠近工作面）放置兩輛礦車作為

阻化劑藥箱，交換使用，按需濃度（20%）將工業(yè)CaCL倒入1噸礦車內(nèi)，

用臨時供水管路按比例加足清水,配成溶液攪拌均勻后，用BH-40/2.5

型煤礦用液壓泵（置于平板車上）將阻化液沿順槽和大溜電纜槽下方

鋪設（每20m安一三通接一截止閥）的425mm高壓膠管壓至工作面，

與413mm的膠管和噴槍相連。一臺泵配一支噴槍，由專人手持噴槍,

從支架間隙向采空區(qū)噴灑，每間隔5組支架噴一次，每次噴灑至少

6min,流量不小于35L/min。正常回采期間每班噴灑一次，安排在檢

修班工作面放頂后進行，如遇停產(chǎn)、過斷層、收尾等情況時，必須對

采空區(qū)加大噴灑頻率。噴灑系統(tǒng)工藝圖如下圖所示。

圖6-2-10移動式噴灑系統(tǒng)工藝圖

1-供水管路；2-藥液箱;3-吸液管;4-壓力表；

5-阻化多用泵；6-高壓膠管；7-閥門；8-三通；9-噴槍

（7）阻化劑噴灑量計算

工作面一次噴灑藥液量的計算：

V=K.K2LSHA/y

式中：V——采煤工作面一次噴灑阻化劑的藥液量，m3;

￡一—易自燃部位藥液噴灑加量系數(shù)，一般取1.2;

3

K2——采空區(qū)遺煤容重（按采區(qū)遺煤煤樣實測），t/m;

L---工作面長度，m；

S-----次噴灑寬帶，m;

H---遺煤厚度，m;

A——遺煤吸藥量，（在采空區(qū)采取煤樣，由試驗確定），t/t;

Y---阻化液容重，t/m\

6.2.3.凝膠防滅火

凝膠防滅火技術是近幾年發(fā)展起來的新型防滅火技術，該技術集

堵漏、降溫、阻化、固結水等性能于一體，較好地解決了灌漿、注水

的泄漏流失問題，技術工藝及設備與井下有限作業(yè)空間等實際條件的

適應性，使該技術在滅火過程中充分發(fā)揮其效能，快速有效地控制和

撲滅火勢。主要用于煤柱、采空區(qū)自燃或者灌漿、阻化劑等無法實施

的情況下，特別是井下局部地點出現(xiàn)明火時，已成為煤礦井下必不可

少的防滅火技術之一。該技術具有如下特點：

a.滅火速度快：由于膠體獨特的滅火性能，其滅火速度很快，

通常巷道小范圍的火僅需幾小時即可撲滅，工作面后方大范圍的火也

只需幾天即可撲滅。

b.安全性好：膠體在松散煤體內(nèi)膠凝固化、堵塞漏風通道，故

有害氣體消失快；在高溫下，膠體不會產(chǎn)生大量水蒸汽，不存在水煤

氣爆炸和水蒸汽傷人危險。

c.火區(qū)啟封時間短：注膠滅火工程實施完，不需等待（《煤礦安

全規(guī)程》規(guī)定各項指標達到啟封條件后還需觀察穩(wěn)定一個月才能啟

封），即可啟封火區(qū)。

d.火區(qū)復燃性低：高溫區(qū)內(nèi)只要有膠體滲透到的地點都不會復

燃。

頂板

注凝膠管（2寸）

圖6-2-11密閉采空區(qū)內(nèi)自燃火災注凝膠示意圖

I措施巷

圖6-2-12工作面后部采空區(qū)自燃火災注凝膠示意圖

圖6-2-13相鄰工作面采空區(qū)自燃火災注凝膠示意圖

(1)凝膠材料選擇及配比

凝膠由基料、促凝劑和水按比例混合而成。主料為硅酸鈉水溶液、

促凝劑為碳酸氫鈉。

設計比例：基料：促凝劑：水=10:4：86(重量比)。

(2)注凝膠設備

①注膠設備：NJB-1-80型凝膠泵，見圖6-2-14。

該設備是一種用來輸送凝膠(水+基料+促凝劑)的泵組，由山西先

導科技開發(fā)有限公司研制開發(fā)。它可自動地將水、基料、促凝劑按一

定比例混合后，經(jīng)三個出液口輸送到用膠地點。根據(jù)各種材料的配比

不同，凝膠混合液可在十幾秒至幾十分鐘內(nèi)形成固態(tài)膠體，用于煤礦

直接滅火和堵漏。

圖6-2-14凝膠泵及凝膠

②凝膠泵性能參數(shù)

主泵流量：80L/min;

輔泵流量：3-8L/min,可無級調(diào)節(jié)；

壓力:0.5-2.OMPa;

電機功率：5.5kW;

電機轉(zhuǎn)速：1440rpm;

整機重量：220kg;

外形尺寸：長x寬x高=1100x540x780(mm)。

③輸送膠管

輸送膠管規(guī)格見表6-2-2.

表6-2-2輸送膠管規(guī)格

主泵井口膠管主泵井口膠管輔泵進口膠管輔泵進口膠管

內(nèi)徑長度內(nèi)徑長度內(nèi)徑長度內(nèi)徑長度

(mm)(m)(mm)(m)(mm)(m)(mm)(m)

19-20<419?20<30032-33<624-26<300

圖6-2-15設備連接圖

（4）操作步驟

①起動操作

a.首先檢查機器各緊固螺絲，不得有松動現(xiàn)象。

b.檢查各泵和流量調(diào)節(jié)器（變速器）油箱內(nèi)的潤滑油，必要時加

入各自的潤滑油。泵用潤滑油是30?40號機油，變速器用專用的UD

潤滑油（不可用其它機油代替）。

c.盤車檢查各泵能否轉(zhuǎn)動自如。

d.檢查電器開關、起動器。

e.檢查各輸送膠管、接頭和過濾網(wǎng)。

f.將主泵吸水管和溢流管放入配好促凝劑的水箱中；將膠管的

吸管和溢流管放入膠料箱（或膠料桶）中。

g.打開混合器出口的3個閥門。待起動正常后再按需要關掉1?

2個。任何情況下必須保證有1個閥門全開且暢通。

h.接通電源。

②注膠過程中的操作

a.待基料料箱內(nèi)的基料注完后，可在不停機的情況下快速地把

吸料管和溢流管換進另一只基料料箱中，這樣可保持連續(xù)注膠。

促凝劑箱只需不斷地往料箱中補充材料，不需要來回移動吸料膠

管。

b.膠料流量無級調(diào)節(jié)器（變速器）只能在泵運轉(zhuǎn)的情況下調(diào)節(jié)，

嚴禁停機時調(diào)節(jié)。

c.泵的調(diào)壓器是用來限定注膠壓力并防止電機過載的，供貨時

已經(jīng)調(diào)好，不要隨意調(diào)節(jié)。注膠時若發(fā)現(xiàn)溢流管有溢流，首先要檢查

輸送管和混合器是否堵塞，混合器出口閥門是否打開。一般情況下是

不會有溢流的。

③停泵操作

a.注膠結束后，必須將主泵和膠泵都輸送清水3分鐘以上，并

同時將混合器的3個出料閥門都打開，以保證泵內(nèi)、管內(nèi)和混合器內(nèi)

沒有混合液和膠料存在。

b.將各泵的吸管從清水箱中拿出，將吸口放在無粉塵和雜物的

地方（最好用手拿著），讓泵繼續(xù)運轉(zhuǎn)吸水5分鐘，這樣可將泵內(nèi)的積

水排出。

c.斷電。

d.清洗混合器，確保暢通。

④正常維護

a.新機器運轉(zhuǎn)一個月后，應全部更換泵內(nèi)和變速器內(nèi)的潤滑油。

b.階段性注膠結束后，應將機器全部運上地面進行清洗、維護

和保養(yǎng)，以備下一階段注膠時機器能及時、正常地投入使用，同時也

可延長機器使用壽命。

C.發(fā)現(xiàn)流量偏小時，檢查泵的密封圈和吸、排液閥，磨損嚴重

或損壞應即時更換。

d.檢查三角皮帶是否放松。過松是可首先用皮帶張緊螺釘調(diào)節(jié)

拉緊。若仍不能拉緊，可考慮將泵墊高。只要皮帶不損壞就不需更換。

若需要更換時，必須每泵的兩根或兩泵的四根皮帶同時更換。

（5）施工準備及步驟

①施工準備

a.準備兩個0.5n?的鐵箱（力0.8m,高度1m）,用于儲存基料；

并準備1個061n140.9m,高度1m）的鐵箱，用于配制促凝劑溶液。

將3個鐵箱放置于滅火巷道內(nèi)的注膠設備附近；

b.配好設備入口管路，并配好設備出口的變頭，使之能與混合

器通過25mm的高壓軟管相連；

c.配好混合器出口變頭，使之能與25nlm的注膠高壓軟管連接，

并準備25mm的注膠高壓軟管10根（10m長的6根，5m長的4根）；

d.1寸閥門6個（注膠時接在鉆孔上，鉆孔泄漏時可隨時關閉閥

門）；準備1寸管（接鉆孔口的1寸閥門）變25mm的高壓接頭（接25mm

的注膠高壓軟管）的變頭6個，連接設備出口和注膠鉆孔；

e.根據(jù)其它礦的滅火經(jīng)驗，基料在井下的運輸相當困難，為了

便于井下基料運輸，可將基料用汽油桶運至巷道開口處，用泥漿泵將

基料通過管道輸送到注膠設備的基料儲存箱；

f.每班按注膠6小時計算，每班注膠量為30m\井下膠體材料

需保證2天的用量，基料量為18t（54桶），促凝劑量為7t（140袋）。

地面需保證5天的用量，基料量為45t,促凝劑量為18t;

g.基料的泥漿泵兩臺，流量為3ni7h。并鋪設輸送基料的管路。

②注膠順序

先注終孔位置較低的鉆孔，再注終孔位置較高的鉆孔，防止因注

高位孔時，堵塞低位孔。

③施工步驟

a.將基料用泥漿泵輸送到基料儲存箱，每班需用泥漿泵輸送基

料兩次（共3t）,第一次輸送4桶（約1m*重1.3t）,根據(jù)注膠設備流

量，可使用約3小時，第二次輸送5桶。

b.注膠前先接清水管沖冼每個鉆孔3~5分鐘。

c.將注膠管路連接好（每次連接3個），注膠泵入口管路放入相

應的料箱，啟動注膠泵壓注凝膠。待基料料箱內(nèi)的基料注完后，可在

不停機的情況下快速地把吸料管和溢流管換進另一只基料料箱中，這

樣可保持連續(xù)注膠。促凝劑箱只需不斷地往料箱中補充材料（每3分

鐘向料箱內(nèi)添加1袋），不需要來回移動吸料膠管。

d.隨時檢查各鉆孔的進膠情況，如發(fā)現(xiàn)有不進膠的鉆孔，應及

時將其拆下，接上清水管沖冼。

e.如有鉆孔從鉆孔周圍向巷道返膠，應先將基料吸液管從料箱

中拿出，待注膠管沖冼過后，再關閉該鉆孔的閥門，然后再將基料吸

液管放入料箱繼續(xù)注膠。待將該鉆孔處理好后，再打開閥門繼續(xù)注膠

（或接至其它鉆孔注膠）。

f.停止注膠后，再用泵繼續(xù)注清水5分鐘，沖冼注膠管路，防

止凝膠堵塞高壓軟管。

g.將每班注膠量及注膠情況及時填入現(xiàn)場記錄本，以便下一班

查詢，并向防火辦公室匯報。

（6）其它安全技術問題

①在施工過程中應制訂各工序操作規(guī)程和安全技術措施。

②預防水、電、機械等人身傷害事故。

③對操作人員進行培訓教育，確保工程質(zhì)量。

④材料要防雨、防風；包裝帶要收集，以免造成環(huán)境污染。

⑤灌漿站及材料庫要建立在洪水水位線以上。

⑥各工程在施工過程中按各自行業(yè)規(guī)范操作。

⑦施工期間要嚴格監(jiān)控地面灌漿漿液是否流入井下工作面和巷

道，并加固所有與采空區(qū)聯(lián)通的密閉。

(7)凝膠防滅火系統(tǒng)設備選型

NJB--80凝膠泵2臺5.5kW

混合器、分離器1套現(xiàn)場加工

主泵進口膠管0204m

輔泵進口膠管0326m

主泵出口膠管020300m

輔泵出口膠管①24300m

0.757翻斗式礦車5輛

6.2.4.氮氣防滅火技術(可選擇)

應用氮氣防滅火技術防治礦井自燃火災，是世界主要產(chǎn)煤國家公

認的行之有效的技術措施。氮氣是一種無色、無味、無嗅、無毒的氣

體，其化學性質(zhì)相對穩(wěn)定，在常溫、常壓條件下氮氣很難與其它物質(zhì)

發(fā)生化學反應，所以它是一種良好的惰性氣體，隨著空氣中氮氣含量

的增加，氧氣含量必然降低。據(jù)有關資料介紹：當氧氣含量低到5~

10%時，可抑制煤炭的氧化自燃；氧氣含量降至3%以下時，可以完

全抑制煤炭等可燃物的陰燃與復燃?；谏鲜龅獨獾男再|(zhì)及煤的氧化

機理，向采空區(qū)及遺煤帶注入氮氣，使其滲入到采空區(qū)冒落區(qū)、裂隙

帶及遺煤帶，降低這些區(qū)域的氧含量，形成氮氣惰化帶，可達到抑制

采空區(qū)自燃，同時還能防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生。

1)氮氣防滅火的作用和特點

Q)氮氣可以充滿任何開形狀的空間并將氧氣排擠出去，使采空

區(qū)深部及其頂板高冒處因氧氣含量不足而使遺煤不能氧化自燃；

(2)注氮過程中，采空區(qū)經(jīng)常保持正壓狀態(tài)，致使新鮮空氣難以

漏入，有利于控制采空區(qū)遺煤自燃；

(3)注入氮氣后，可使采空區(qū)內(nèi)和采空區(qū)周圍介質(zhì)的溫度降低，

起到冷卻降溫作用；

(4)在瓦斯和火共存的爆炸危險區(qū)內(nèi)注入氮氣能抑制火區(qū)內(nèi)可燃

氣體爆炸，提高滅火作業(yè)的安全性；

⑸工藝簡單，不污染環(huán)境；

(6)氮氣防滅火存在的主要問題是在礦井負壓作用下，如果采空

區(qū)漏風嚴重，則注入的氮氣不易留存，易隨漏風流向采面或鄰近采空

區(qū)；加上氮氣本身雖然無毒，但具有窒息性，對人體有害，因此需與

均壓和其他堵漏風措施配合應用，使氮氣泄露量控制在最低限度。

2)注氮的要求

(1)氮氣源穩(wěn)定可靠；

(2)注入的氮氣濃度不小于97%;

（3）至少有一套專用的氮氣輸送管路及其附屬安全設施；

（4）有能連續(xù)不斷地監(jiān)測采空區(qū)氣體成分變化的監(jiān)測系統(tǒng)；

（5）有固定或移動的溫度觀測站（點）和監(jiān)測手段；

（6）有專人定期進行監(jiān)測、分析和整理有關記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時

報告處理等規(guī)章制度。

3）氮氣的制取

氮氣是空氣中的主要成分，是一種取之不盡、用之不竭的氣體。

加上它具有無毒、無臭和易于與空氣相混和等優(yōu)良特性，所以是一種

理想的防滅火惰性氣體。目前基本制取方法有深冷空分、變壓吸附和

膜分離三種工藝技術。

深冷空分是一種傳統(tǒng)的空分技術，已有九十余年的歷史，它的特

點是產(chǎn)氣量大，產(chǎn)品氮純度高，但設備裝機功率大，工藝流程復雜，

占地面積大，基建費用高，需專門的維修力量，操作人員較多，產(chǎn)氣

周期長（18?24h）,顯然不適合煤礦選用。

變壓吸附制氮是以空氣為原料，用碳分子篩作吸附劑，利用碳分

子篩對空氣中的氧和氮選擇吸附的特性，運用變壓吸附原理（加壓吸

附，減壓解吸并使分子篩再生）且在常溫下使氧和氮分離制取氮氣。

變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比，具有明顯的優(yōu)點：吸附分離是在

常溫下進行，工藝簡單，設備緊湊，占地面積小，開停方便，啟動迅

速，產(chǎn)氣快（一般在30min左右），能耗小，運行成本低，自動化程度

高，操作維護方便，安裝方便，無須專門基礎，產(chǎn)品氮純度可在一定

范圍內(nèi)調(diào)節(jié),產(chǎn)氮量42000m3/h.

膜分離制氮是以空氣為原料，在一定的壓力下，利用氧和氮在中

空纖維膜中的不同滲透速率來使氧、氮分離制取氮氣。它與上述兩種

制氮方法相比，具有設備結構更簡單、體積更小、無切換閥門、操作

維護也更為簡便、產(chǎn)氣更快（3min以內(nèi)）、增容更方便等特點，但中

空纖維膜對壓縮空氣清潔度要求更嚴，膜易老化而失效，難以修復，

價格高。

綜上所述，變壓吸附制氮裝置具有設備少、投資省、操作方便、

制氮時間短等優(yōu)點，并在40余個局礦中應用，為我國煤礦安全生產(chǎn),

發(fā)揮著重要的作用，故朱家店煤礦第二坑口選用變壓吸附法制氮。其

原理在吸附平衡情況下，任何一種吸附劑在吸附同一氣體時，氣體壓

力越高，則吸附劑的吸附量越大。反之，壓力越低，則吸附量越小。

如下圖所示：

吸附量與吸附壓力的關系曲線圖

碳分子篩對氧和氮吸附量有很大差異。碳分子篩是一種內(nèi)部有很

多微孔的物質(zhì)，變壓吸附的原理就是在一定的壓力下，利用空氣中的

氧、氮在碳分子篩微孔的吸附量的差異，達到氧氮分離的目的。在壓

力升高時，碳分子篩吸氧產(chǎn)氮，壓力降至常壓時，碳分子篩脫附氧氣

再生。變壓吸附制氮設備通常有兩只吸附塔，一只吸氧產(chǎn)氮，另一只

脫氧再生，如此交替循環(huán)不斷產(chǎn)出氮氣。

4）注氮系統(tǒng)

地面固定式和地面移動式制氮設備生產(chǎn)的氮氣，經(jīng)井上、下輸?shù)?/p>

管路送達采空區(qū)內(nèi)。該系統(tǒng)制氮設備產(chǎn)氮能力大，但需專門鋪設一趟

輸?shù)苈贰?/p>

井下移動式制氮設備安置于距需要防火的就近處，經(jīng)供電、供水、

管路連接，即可開機生產(chǎn)氮氣，經(jīng)輸?shù)芩瓦_防火區(qū)內(nèi)。該系統(tǒng)不需

鋪設專用輸?shù)苈?，但制氮設備產(chǎn)氮能力較小。

5)注氮參數(shù)計算

注氮防滅火惰化指標

(1)注氮防火惰化，即注氮后采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度不得大于7%;

(2)注氮滅火惰化，即火區(qū)內(nèi)氧氣濃度不大于3%;

(3)注氮抑制瓦斯爆炸，其采空區(qū)氧氣濃度指標小于12%o

由于開采煤層為容易自燃煤層，采空區(qū)防火惰化指標取7%,滅火

惰化指標取3%。

注氮量計算

確定注氮量主要根據(jù)防滅火區(qū)的空間大小及自燃程度確定，目前

尚無統(tǒng)一的計算方式，這里按產(chǎn)量進行計算，其實質(zhì)是在單位時間內(nèi)

注氮充滿采煤所形成的空間，使氧氣濃度降到防滅火惰化指標以下，

經(jīng)驗計算公式為：

QN=[A/(1440yom,n2)]x(C1/C2-V)xK

式中：QN---注氮流量，niVmin;

A----年產(chǎn)量,t;

t——年工作日，取300d;

P------煤的密度；

n.一一管路輸?shù)剩?,一般取0.9;

n2一一采空區(qū)注氮效率，%,一般在0.3?0.7之間；

C.一一空氣中的氧氣濃度，取20.8%;

C2——采空區(qū)防火惰化指標，可取7%;

K一一安全備用系數(shù)，

6)注氮方式和防滅火方法

(1)注氮方式

注氮方式分為開放式注氮和封閉式注氮。

開放式注氮一一對正在開采的采空區(qū)進行注氮；

封閉式注氮一一對已封閉的采空區(qū)或火區(qū)進行注氮。

在不影響工作面的正常生產(chǎn)和人身安全時，可采用開放式注氮。

火災及其火災隱患影響工作面的正常生產(chǎn)，或突然性外因火災，或瓦

斯積聚區(qū)域達到爆炸界限時，可采用封閉式注氮。

(2)注氮防滅火方法

連續(xù)性注氮一一工作面開采初期和停采撤架期間，或因地質(zhì)原因，

或因機電設備原因造成工作面推進緩慢，宜采用連續(xù)性注氮。

間斷性注氮一一工作面正?；夭善陂g，可采用間斷性注氮。

XX礦自然發(fā)火危險主要來自生產(chǎn)工作面后部采空區(qū)，因此，正常

生產(chǎn)條件下注氮方式采用開放式注氮，注氮方法采用間斷性注氮，當

推進緩慢時改用連續(xù)性注氮。

7)注氮工藝

1)工作面進風順槽埋管注氮

根據(jù)該礦實際情況，選用埋管注氮工藝，即在工作面的進風順槽

沿采空區(qū)埋設一趟管路，其中第一個氮氣釋放口設在開切眼。當?shù)谝?/p>

個釋放口埋入采空區(qū)30m后開始注氮，同時埋入第二趟注氮管路(注

氮管口的移動步距暫時選定為30m,可通過實際注氮效果考察進行修

正)。當?shù)诙俗⒌芸诼袢氩煽諈^(qū)30nl后向采空區(qū)注氮，同時停止

第一趟管路注氮，并又重新埋設注氮管路，如此循環(huán)，直至工作面采

完為止。如果發(fā)現(xiàn)注氮壓力異?；蚬苈范滤?，必須立即倒換管路。

圖6-2-16注氮管埋設及釋放口位置

2）旁路式注氮

如工作面為雙進風的工作面，可利用與工作面平行的巷道，在其

內(nèi)向煤柱打鉆孔采用旁路式注氮，或當煤炭自燃的危險不是來自本采

空區(qū)，而是來自相鄰回采工作面的采空區(qū)時，對其相鄰的采空區(qū)可采

用旁路式注氮防滅火。具體如圖6-2-17或6-2-18所示。

圖6-2-17旁路式注氮管路布置圖

圖6-2-18旁路式注氮管M布看圖?

8）注氮設備選型

根據(jù)該礦的具體情況選用2臺地面固定式注氮設備，參數(shù)如下:

氮氣產(chǎn)量：1000Nm7h（20℃,101.325KPa）

氮氣純度：》98%（無氧含量）

氧含量：02<2%

起動時間：（30min

氮氣出口壓力：0.6MPa

8）注氮區(qū)氣體監(jiān)測