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第五章矿井防灭火第一节概况一、煤的自燃倾向性根据《山西和顺正邦煤业有限公司（煤矿）》资源整合地质报告评审意见书和晋中市安全生产监督管理局市安监煤字〔2006〕30号文件，本矿15号煤层为容易自燃煤层。另据2007年8月19日和8月29日山西省煤炭工业局综合测试中心提交的和顺正邦煤业有限公司15号煤层检验报告，吸氧量分别为1.0302cm3/g和0.9194cm3/g，自燃倾向性为容易自燃，矿井自然发火期为XX月。本次设计15号煤层按容易自燃煤层设计。本矿近几年未开采8号煤层，没有8号煤层的检验报告。周边矿井仅有紫罗煤矿开采8号煤层，2006年已关闭。根据2003年9月山西省煤炭工业局综合测试中心提交的紫罗煤矿8号煤层检验报告，吸氧量0.9444cm3/g，自燃倾向性为II级，为自燃煤层。矿井自燃发火期为XX月。本设计参考紫罗煤矿8号煤层检验报告，按8号煤层为自燃煤层设计。二、设计采取的防灭火措施1．地面设有1座容积为300m3的井下消防洒水池，井下消防洒水管路沿副斜井布置，每隔100m或50m设置三通和阀门。井底车场、变电所、消防材料硐室、工作面上下入口、主要联络风门入口、胶带大巷胶带机头15m范围内等处设置了消火栓。2．井下严禁使用灯炮取暖和使用电炉。3．井下设置消防材料库，配备一定数量的消防器材，主要机电硐室设防火门。4．建立日常机电硐室防火制度，使用后的废油、杂物及时清理出井。井下使用的汽油、煤油和变压器油必须装入盖严的铁桶内，由专人押运送至使用地点，剩余汽油、煤油和变压器油必须运回地面，严禁在井下存放。井下使用的润滑油、棉纱、布头和纸等，必须存放在盖严的铁桶内。用过的棉纱、布头和纸，也必须放在盖严的铁桶内，由专人定期送到地面处理，不得乱放乱仍。严禁将剩油、废油泼洒在井巷或硐室内。5．矿井具有完善的自燃火灾防治系统及措施，主要有采空区灌浆防灭火、阻化剂防灭火、凝胶防灭火系统、氮气防灭火系统；配置了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。（参照后边相应的内容进行描述）6．主要巷道带式输送机机头20m内为不燃性支护，胶带选用阻燃胶带，安装胶带输送机火灾报警和自动洒水灭火装置。型号为DMH，数量3套。7．胶带采用阻燃抗静电胶带，必须按MTl47-5标准要求设置，胶带输送机为防爆产品，胶带输送机各种电气元器件均隔爆。滚筒、衬垫及非金属材料均抗静电及阻燃，必须符合MTl47-5要求，并设置了安全规程的所有保护装置。第二节开采煤层自燃预测及防治措施一、煤的自燃分析预测(一)煤岩特性分析1．从煤的煤化程度分析各种不同炭化程度的煤从理论和实践上都证明有自燃倾向性，不仅煤化程度低的褐煤和长焰煤具有自然发火危险性，而且煤化程度较高的焦煤和无烟煤也具有自燃倾向性。一般来说，随着煤化程度的增高，煤的自燃倾向性逐渐减少。15号煤属低灰－高灰、中硫－中高硫、低热－高热值的贫煤，变质程度较大，自燃倾向性相对较小。2．从煤岩成分分析因宏观煤岩成分包括有丝炭、暗煤、亮煤和镜煤，煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝炭时，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的煤，一般不易自燃。本井田各煤层均呈黑色，弱玻璃光泽，煤岩成分以暗煤为主，亮煤次之，泥质胶结，硬度小，比重中等，具条带状结构，贝壳及阶梯状断口。据此分析15号煤层具有自燃危险性。3．从煤的含硫量分析煤的含硫分越高，吸氧能力愈大，越易自燃。15号煤层硫分为0.94-1.79%，平均为1.39%；为中硫－中高硫煤，自燃倾向性偏低。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易于自燃。本井田15号煤质疏松，据此分析15号煤层自燃危险性较大。(二)煤的赋存条件分析矿井初期开采的15号煤层赋存浅，煤层平均厚度5.56m，属厚煤层，煤层厚度大，易于局部储热，故自燃发火倾向大。井田内断裂构造不甚发育，发现有两条断层，并发现有一个陷落柱，井田构造简单，不利于煤层自燃发火。(三)开采技术条件设计采用综采放顶煤采煤方法开采容易自燃厚煤层，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，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。根据《煤矿安全规程》结合当地开采技术条件，设计采用有效的防治自燃的技术措施及装备。综上所述，15号煤层自燃倾向性较大。根据《山西和顺正邦煤业有限公司（煤矿）》资源整合地质报告评审意见书和晋中市安全生产监督管理局市安监煤字〔2006〕30号文件，本矿15号煤层为容易自燃煤层。二、煤的自燃预防措施(一)开拓开采方面的措施1．15号煤层为容易自燃煤层，开拓巷道布置胶带大巷、轨道大巷、回风大巷，采用锚网喷加锚索补强支护，回风大巷为专用回风巷，对煤壁喷浆封闭。2．采煤方法采用综采放顶煤开采，机采推进速度快，不利于采空区遗煤自燃，但综采放顶煤采煤法遗留在采空区煤较多，漏风较大，容易形成煤自燃环境，因此在回采过程中应采取灌浆为主，并辅以阻化剂和凝胶防灭火等措施防止采空区浮煤自燃。在回采结束后将采空区永久封闭。3．井下机电硐室采用不燃性材料支护。(二)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，对防止自燃发火有利。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。(三)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，该系统克服了目前煤矿所使用的东西电子生产的气相色谱仪O2和N2分离效果较差，且不能检测氢气、重复性差、分析时间长等缺点，采用日本岛津技术，具有仪器稳定、重复性好，灵敏度高、能检测所有火灾气体、分析时间短等优点，目前，在山西焦煤集团、潞安集团、晋煤集团、大同、朔州、忻州等多个单位使用，效果良好。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5-2-1采样系统连接图图5-2-2KYSC-1系统外观图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5-2-3GC-950气相色谱系统1）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。2）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1）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5-2-4、图5-2-5所示。图5-2-4单巷布置工作面测点布置图图5-2-5双巷布置工作面测点布置图②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5-4-6所示，对于与采空区