塔山煤矿防灭火实施方案(06.4.21)

同煤集团同煤大唐塔山煤矿公司 易燃超厚煤层综放面自燃综合防治研究

初步方案

大 同 煤 矿 集 团 公 司 同煤大唐塔山煤矿有限公司 煤炭科学研究总院重庆分院

重 庆 大 学 中 国 矿 业 大 学

2006年3月26日

同煤集团同煤大唐塔山煤矿公司 易燃超厚煤层综放面自燃综合防治研究

1矿井基本情况

矿井位于大同煤田东翼中东部边缘地带，在大同市西南，距市区约30km。 井田范围东西走向长17.22~20.84km，平均走向长24.3km，南北倾斜宽9.36~12.56km，平均倾斜宽11.7km，井田面积170.91km2。

井田内可采贮量总计为316298.35万t，其中主采5(3-5)＃和8#煤层可采储量218242.25万 t，占矿井可采储量的69.8%，按设计1500万t，矿井服务年限可达140a。

井田内共有可采煤层5层，分别是山4#，2#、3#、5#、8#煤层，其中主要可采煤层为上组煤5(3-5)和下组煤8#煤层，按照盘区和煤层的接续程序，依次开拓开采塔山区一、二盘区上组煤的3-5#煤层和三盘区上组煤的山4#煤层，其余各盘区由山4#，2#、3#、5（3-5）#煤层，最后开采下组煤8#煤层。

全井田分两个水平开采，前期第一水平（＋1070m）开采3-5#及以上煤层，并划分为8个盘区，一、二盘区分别布置综采放顶煤工作面。后期第二水平（＋1030m）主采8#煤层。

据«塔山煤矿初步设计说明书»（安全专篇），煤尘爆炸性：各煤层均存在煤尘爆炸危险性，爆炸指数一般为37%左右。煤的自燃性：据«塔山煤矿初步设计说明书»（安全专篇），山4#煤层属容易自燃煤层；2#、8#煤层属不易自燃煤层；3～5#煤层属自燃煤层，见表1；另据小窑调查，多数矿井3~5#煤层有自然发火现象，堆积6~12个月即发热；自燃发火期为24个月。 表1 煤层爆炸性、自燃倾向性鉴定结果表 煤层代号

火焰长度 mm

山4#煤 2#煤 3-5＃煤

加岩粉量％

有无爆炸性

着火温度FT

353 77 容易自燃 366 28 不易自燃 356 19 自燃～容易自燃

ΔT

自燃倾向性

14 30 有 15 20 有 44 38 有

2

8＃煤 70 49 有 358 28 不易自燃

2 工作面概况

该面3－5#煤层厚度13～22m，平均17m，煤层倾角3~10º 。 直接底为深灰色沙质泥岩，浅灰色含砂高岭岩，粉砂岩，夹不稳定煤层6#层，含植物化石。直接顶为灰黑色沙质泥岩，高岭岩，粉沙岩，局部含高灰煤，含植物化石。

该面位于一盘区第二个工作面，运输巷断面呈矩形，宽度为5.5m， 高度3.3m断面18.15m2， 回风巷呈矩形，宽度为5.2m， 高度3.5m断面18.2m2。工作面长度230m，走向长度1450m，回采3.5m，放煤高度13.5m，设计年产原煤600万t，设计通风量2000m3/min。

3 8102综放工作面的特点和火灾防治的难点

8102综放工作面的特点：一是3-5#煤层自燃倾向性属自燃等级，在巷道掘进过程中已经出现过自燃现象；二是煤层厚度大，平均煤厚17m，局部最厚达到23m，采放比达到1:4，工作面推进速度慢。三是顶板比较坚硬，不易冒落，形成的采空区空间大，一旦出现大面积冒顶，采空区积聚大量的瓦斯容易被压出，一旦有火源存在，极易发生瓦斯爆炸；四是地面裂缝的封堵；五是密闭的巷道断面大，能否承受大的冲击地压和防治密闭漏风；六是三条主要运输巷道均布置在煤层，既不沿底板，又不沿顶板，设计服务年限长达140年，受采动影响，很容易发生自燃。

8102综放工作面火灾防治的难点：一是在抽采空区瓦斯的情况下，采空区的防灭火和抑爆瓦斯爆炸问题；二是所建密闭要能承受采空区大面积垮落形成的冲击地压。

4 主要研究内容

鉴于目前全矿防灭火基本参数不全，为全面了解和掌握各煤层自然发火基本参数，便于指导8102综放工作面自然发火预测预报；同时由于矿井开采煤层的条件不同，为有针对性地开展防灭火工作，需要解决以下几个方面的技术问题。 4.1 实验研究

采取塔山矿5（3－5）#煤层煤样，并进行以下实验研究： ⑴ 对煤层煤样进行煤自燃倾向性、煤尘爆炸性鉴定；

⑵ 对煤层煤样进行升温氧化特性的实验，研究其煤层煤样的最短自然发火

3

期的评定；

⑶ 煤层自燃潜伏期的研究； ⑷ 煤层自然发火标志气体的研究；

⑸ 煤层自然发火预测预报指标及临界值的研究； 4.2现场工业性试验

选择8102综放工作面作为试验工作面，并对其进行如下试验研究： ⑴ 巷道掘进和回采期间自然发火防治技术研究；

⑵ 综放面采空区自然发火防治技术（巷道高冒、开切眼、非正常回采、撤架期间）；

⑶ 采空区自燃“三带”与工作面推进速度、自燃潜伏期间关系的研究； ⑷ 采空区合理注氮流量、注氮时机、注氮地点、注氮方式和方法的研究； ⑸ 工作面合理通风量的研究；

⑹ 采空区抽瓦斯与注氮的合理抽注关系； ⑺ 新型密闭、材料、工艺及技术研究;

⑻ 三相泡沫防灭火工艺及效果考察（见附件1－―中国矿业大学同煤集团同煤大唐塔山煤矿公司三相泡沫防灭火技术方案）；

⑼ 采空区冒落范围和漏风考察（见附件2－―重庆大学同煤集团同煤大唐塔山煤矿公司特厚煤层放顶煤开采微地震监测安全参数研究）。

4.3预期研究或工作目标

研究完善特厚易燃煤层高产高效综放工作面自然发火综合防治技术、装备和工艺，形成集煤层自然发火预测预报、注氮、注浆、三相泡沫、堵漏、密闭材料及工艺、微地震监测采空区技术等综合防治技术体系，确保易燃特厚煤层8102高产高效综放工作面的安全回采。

5 火灾防治技术方案

8102综放工作面开采煤层为3-5#煤，煤层自燃倾向性为容易自燃。该面煤层厚度13-22m，平均17m，回采3.5m，放煤高度13.5m，采放比平均达到1:4，最高达到1:7，工作面推进速度较慢，采空区浮煤多，自燃发火危险性增大；开切眼、运输巷、回风巷成型时间长和停采期间因撤架完成封闭的时间长，同时“两道两线”的因丢煤量大，也容易发生自然发火。此外，巷道在掘进过程中发生的

4

高冒顶也是易发生自燃的部位。因此，塔山煤矿8102综放工作面能否实现优质高产防灭火是关键。

鉴于上述，根据我国综放工作面防治自然发火的成功经验，结合塔山煤矿的实际情况，研究适用于塔山煤矿自然发火防治的有效措施，保障8102首采面的安全回采是十分必要的。

拟采取的技术方案是：采用自然发火预测预报技术、氮气防灭火技术和灌浆防灭火技术及三相泡沫防灭火技术、堵漏风防灭火技术以及新型密闭技术、微地震监测采空区技术等相结合的综合防灭火措施。通过技术集成与示范，形成一套完整的火灾防治技术体系，保障8102综放工作面的安全回采。 5.1建立煤层自然发火预测预报系统

通过在完成实验室自然发火基本参数测定的基础上，利用其研究成果，用于

指导8102综放面自然发火预测预报工作。

煤层自然发火预测预报系统拟采用地面色谱束管火灾监测系统、人工取样地面色谱分析和便携式检测相结合的方式，对工作面进行自然发火预测预报。 5.1.1 建立地面色谱束管火灾监测系统

与氮气防灭火配套的最重要措施就是火灾检测系统。一是《煤矿安全规程》规定，采用氮气防灭火必须有能连续不断地检测采空区气体成分变化的检测系统；二是必须准确地监测采空区和火区的气体成分的变化及其态势，才能比较准确进行自然发火预测预报；三是放顶煤采空区发火一般不易发现，必须及时监测采空区发火征兆，为采取相应的防灭火措施提供依据。因此，需要建立井下火灾束管监测系统。

目前国内用于监测火灾的系统有两种：一是井下型火灾束管监测系统；二是地面色谱束管火灾监测系统，前者是将真空泵、气体采样分析柜和控制箱安置于井下工作面附近的联络巷或机电峒室内，电信号通过传输电缆送到地面计算机，并进行数据处理，存贮，火灾系数分析，爆炸危险性判断，报表打印等，具有系统管理和维护简单的优点。后者是将井下采空区或封闭区内的气体通过束管抽到地面，然后通过气相色谱仪分析，具有分析组分多的优点，其缺点是井下和地面存在温度差，束管内容易积水，另外，井下束管铺设路线长，管理和维护不易。经综合分析比较，设计选用KSS200型地面色谱束管火灾监测系统。 5.1.1.1技术要求

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⑴ 色谱仪的适应性

必须满足煤矿气样中水、尘较大的需要。 ⑵ 分析组分

分析组分为：O2、N2、CO、CO2、H2、CH4、C2H2(乙炔)、C2H4(乙稀)、C2H6(乙烷)、C3H8(丙烷)、C4H10(丁烷)11个组分。

⑶ 分析精度: ±1PP m

⑷ 数据工作站（必须配置工业控制计算机，研华，P3，内存256M；17寸液晶显示器；不间断电源和打印机）。

⑸ 标准气配置上述11个组分。

⑹ 地面色谱束管火灾监测系统(信号输出要求4-20mA或0-5V)应与塔山煤矿采用的矿井综合自动控制系统联网运行，并能进行数据自动处理，自动贮存，打印分析结果等功能。

⑺聚乙烯束管和单管及真空泵均应具有有效的安全标志。 5.1.1.2 采空区测点的设置

日常监测采空区自然发火的情况下，束管测点的设置共7个，分别为： 8102综放工作面进、回风侧采空区、上、下隅角、顶回风巷、8102工作面进、回风巷

当工作面推进10～15m，采用6’钢管作套管，分别在进、回风巷沿采空区各埋设一趟取气管路，进风侧设1个测点，回风侧设1个测点；当埋入采空区50m后，再埋第二趟，如此交替埋设，直至采完为止。

埋入采空区的束管管口取样点处，应用大块矸石或木跺防护，以防止浮煤堵塞束管取样口。

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图1 8102综放面束管测点布置示意图

5.1.1.3 地面色谱束管火灾监测系统的布设

从8102综放工作面进、回风侧采空区、上、下隅角、顶回风巷、8102工作面进、回风巷7个测点用单管铺设到1070回风巷口，后接到18芯束管并沿1070回风巷至付平硐到办公大楼，进入真空泵房，抽出的气体进入气体分析采样控制柜，再接入气相色谱仪分析，分析数据由数据工作站进行数据处理、自动存贮，打印报表。实时监测数据进入塔山矿井综合自动控制系统。

从副平硐口以里100m起到办公楼间，束管进入办公楼，应采取防冻措施。 5.1.1.4 人工检测

人工检测是指每班派专人使用便携仪巡回测定工作面、上隅角、回风巷等处的O2、CH4、CO、和放顶煤温，发现问题及时报告，以便采取相应措施进行处理。

5.2 建立注氮防灭火系统

氮气防灭火技术的实质是将氮气送入拟处理区，使该区域空气惰化，氧气浓度降低到煤自然发火的临界浓度以下，以抑制煤的氧化自燃，直到火区窒息的防灭火技术。氮气防灭火机理主要有惰化、抑爆、减小漏风和吸热等应用氮气防灭火技术防治矿井火灾，是世界主要产煤国家所公认的行之有效的方法。自上世纪70年代以来，国外煤矿普遍采用氮气防灭火技术，取得了很大的成就，并都将该项技术作为常规的防灭火手段。我国从1980年起，通过10余年的试验研究，为我国煤矿推广应用该项技术奠定了技术基础和积累了经验，1992年氮气防灭

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火技术纳入了《煤矿安全规程》，并于1997年制定和颁布了《煤矿用氮气防灭火技术规范》，从此，氮气防灭火技术走上了法制化、科学化和规范化的轨道。 5.2.1制氮能力的确定 5.2.1.1设计依据

根据塔山煤矿设计年产能力为1500万t ，其中2~3个综放工作面，每个综放工作面600万t，加上掘进出煤达到设计产量，因此，按8102综放工作面的生产能力来计算注氮防灭火流量，在实际生产实际中，2个综放面同时着火的可能性很小，本着满足8102综放面注氮防灭火需要，又兼顾全矿达产后防灭火的需，制氮能力的确定主要依据MT/T 701-1997«煤矿用氮气防灭火技术规范»，现依据8102综放面的设计能力为600万吨，“三八”工作制，按300天计算，日产原煤20000t。

5.2.1.2防灭火注氮流量的计算

氮气防灭火技术已作为综采和综放工作面的主要防灭火措施，由于每个矿井的地质条件、煤层开采条件及外围因素各不相同，因此，确定防灭火注氮流量就成为一个比较剌手的问题。从理论上讲，注氮流量越大，防灭火（特别是灭火）的效果就越好，反之就越差，甚至不起作用。要使选用的制氮能力既能满足防灭火所需注氮流量的要求，又能充分体现经济技术上的合理性，根据我国应用氮气防灭火的经验，在设计时着重考虑以下几个指标。

⑴ 采空区防火惰化指标

预防综放面采空区内煤炭自然发火，重点是将采空区氧化带进行惰化，使氧含量降到阻止煤炭氧化自燃的临界值以下，从而达到使氧化带内的煤炭处于不氧化或减缓氧化的状态。

按煤炭氧化自燃的观点，采空区气体组分中除氧气外，氮气、二氧化碳等均可视为惰性气体，对煤炭的氧化起抑制作用。氧气是煤炭自燃的助燃剂，注氮后采空区氧化带内氧气浓度的高低反映出注氮效果的好坏，因此把氧含量临界值作为惰化指标是合理的。根据国内外实验研究表明：当空气中氧含量降到7%—10%时煤就不易被氧化，我国煤矿安全规程也明确规定，注氮后采空区氧化带内氧含量应小于7%，因此煤矿安全规程将采空区防火惰化指标定为7%是合理的，并将其指标作为设计依据。

⑵ 火区惰化指标

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采空区或巷道一旦发生火灾，采用注氮方法灭火时，在注氮的初期注氮流量要大，这是因为：一方面要迅速将火区空间惰化，另一方面注入的氮气还要惰化漏进的新鲜风流。火区惰化后，继续注入的氮气主要起惰化漏风的作用，注氮流量就相应减少。国外如德国和法国，灭火注氮流量一般每分钟为几十至几百立方米，总耗氮量达数十到数百万立方米，若按此计算，我国煤矿自身的经济承收能力是难以满足的。通常灭火注氮量可按封闭火区体积的3倍计算。

实验研究表明：气体成分中当氧含量低于5%时就能阻止煤炭的氧化和燃烧，为防止采空区内可燃气体因明火而发生爆炸，因此，煤矿安全规程将火区惰化指标定为以氧含量低于3%是合理的，并将其作为设计依据。

⑶ 防火注氮流量的计算

工作面防火注氮流量的大小主要取决于采空区的几何形状、氧化带空间大小、岩石冒落程度、漏风量大小及区内气体成分的变化等诸多因素。MT/T701-1997标准中推荐的计算方法为按采空区氧化带氧含量计算，其余的计算方法仅作参考。

① 按采空区氧化带氧含量计算（MT/T701-1997标准中推荐的计算方法） 此法计算的实质是将采空区氧化带内的原始氧含量降到防火惰化指标以下，按下式计算注氮流量。

QN=60•Q0•k

C1−C20.15−0.07

=60×20×1.3×=3120m3/h

CN+C2−10.97+0.07−1

式中：QN——注氮流量，m3/h;

Q0——采空区氧化带内漏风量，m3/min，现取20m3/min; C1——采空区氧化带内平均氧浓度，20%～10%，取15%； C2——采空区惰化防火指标，取 7%。

CN——注入氮气中的氮气浓度，97%。 K——备用系数，一般取1.2~1.5,现取1.3。

② 按产量计算

按产量计算的实质就是向采空区注入一定流量的氮气，以惰化每天采煤所

形成的空间体积，使其氧气浓度降到惰化指标所需要的注氮流量，按下式计算。

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QN=k•

A

24•ρ•N1•N2•t

⎛C1⎞6000000⎛0.209⎞3

⎟11.3•⎜−=××−1=2626m/h⎜⎟⎜C⎟24×1.3×0.9×0.7×3000.07⎝⎠⎝2⎠

式中：QN——注氮流量，m3/h;

A——年产量，t，取6000kt/a; t——年工作日，取300d; ρ——煤的密度，t/m3，取1.3t/m3; N1——管路输氮效率，一般取0.9；

N2——采空区注氮效率，一般为0.3—0.7，取0.7； C1——空气中的氧含量，取20.9%;

C2——采空区防火惰化指标，规程定为7%。 K——备用系数，一般1.3～1.5，取1.3。 ③ 按吨煤注氮量计算

此法计算是指综放面每采出一吨煤所需要的防火注氮量。根据国内外的经验每吨煤需5m3氮气量，按下式计算注氮流量。

QN=

5A5×6000000

==4166m3/h 24t24×300

式中：QN——注氮流量，m3/h;

A——年产量，600万t。 ④ 按瓦斯量计算

QN=

60Q0C60×2000×0.2

=2449m3/h =

10−C10−0.2

式中：QN——注氮流量，m3/h;

Q0——综放通风量，m3/min;工作面通风量2000m3/min; C——综放面回风巷瓦斯浓度，%，按0.2%计。

5.2.1.3 灭火注氮流量

扑灭采空区火区或巷道发火点所需氮气量，主要取决于发火区域的几何形状、空间大小、漏风量、火源范围和燃烧时间的长短等因素。 （1）扑灭巷道火灾所需氮气量

对于巷道火灾，可主要按空间量及漏风量计算，国内外试验表明，灭火用氮量为巷道空间的3倍。

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（2）扑灭巷道火灾所需氮气量 扑灭采空区火灾可按下式进行估算：

⎛C1⎞

⎟−1QN=V0•⎜⎜C⎟ ⎝2⎠式中：QN——注氮量，m3;

V0——火区体积，m3; C1——火区原始氧浓度，%；

C2——注氮区欲达到的氧浓度，取3%。 一般按灭火时间5～10d确定灭火注氮流量，即为

QN

(m3/h)

24×(5−10)5.2.1.4 防灭火注氮流量的确定，见表2。

表2

理论计算结果 注氮流量（m3/h）

按采空区氧化带氧

含量计算 3120 按工作面产量

计算

按吨煤注氮量计算

按瓦斯量计算

防灭火注氮流量的确定

2627 4166 2449 3000 通过上述计算， 依据国内外应用氮气防灭火的经验，结合塔山矿8102综

放工作面的开采条件，以及按设计全矿2综放工作面投产后就可达产，将防灭火注氮流量确定为3000m3/h。

应当指出：当还增加1个综放工作面时，则应增加1套1000m3/h的制氮能力，以4000m3/h的制氮能力来确保全矿3个综放工作面日常防灭火的需要。 5.2.1.2 制氮设备的选取

近年来，随着我国空气分离技术的进步，矿用制氮设备的开发研制也有很大的发展，目前已被煤矿大量选用的变压吸附制氮设备和膜分离制氮设备也已系列化，能满足我国煤矿的需要。设计选用变压吸附碳分子筛制氮设备。

通过上节计算和确定的防灭火注氮流量，为便于制氮厂房的修建，现选取地面固定式变压吸附碳分子筛制氮设备3套同等制氮流量的制氮设备，,制氮总能力为3000m3/h，其中2套运行，1套备用。同时塔山矿煤层顶板坚硬，采空区范围和空间大，一旦出现火灾或隐患或外因火灾，3套同时运行，为确保8102综放面火灾防治提供充足的氮气源。

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该矿已订购的2套制氮设备技术参数为： ●氮气产量：1000×2=2000m3/h ●氮气纯度：98%

●氮气出口压力：0~0.6MP a可调 ●空压机和冷干机均为风冷。

●设备外形尺寸：11.8×4.28×4.0m(山西汾西皆利空分设备有限公司)

15.15×4.5×4.0m（杭州博达化工科技发展有限公司）

●装机功率：350KW(山西汾西)+335KW（杭州博达）＝685KW ●设备最大高度4.0m，设备最大件重量12t。

设计还需增加1套1000m3/h制氮设备，主要氮气产量、纯度、压力按已购产品考虑，装机功率按350KW ，设备高度和最大件重量按12t考虑。

根据上述，制氮设备厂房设计为：长20m,宽25m,高7.0m。

在制氮厂房的走向方向上设计三间平房，主要用途是存放备件、休息室和集中控制室。休息室和集中控制室应考虑供暖。制氮设备平面布置图见附图1。

3套制氮设备总功率为1035kw，考虑到照明等其它用电，变压器容量不得小于1400KVA。

制氮设备的日常维护，若安装行车，则利用率太低，因此设计采用手动葫芦起吊。

制氮设备应具有：远程开停，氮气流量、压力、纯度、净化部分的压差等信号输出为4~20mA或0-5V，并与塔山矿井自动控制系统联网。鉴于已订设备已经交货，其联网等由塔山矿协调解决。

制氮厂房的位置：根据塔山矿工业广场的总体布局和盘道风井的征地情况，现按制氮厂房距盘道进风立井150m左右考虑，具体位置由北京华宇工程公司设计确定。

应当说明：以后全矿达产后增加的1套1000m3/h制氮设备的制氮厂房位置根据采区布局另定。 5.2.1.3 输氮管路 （1）输氮管路的铺设

制氮厂房建设在盘道进风井口附近，将4套制氮设备安放其内，采用Φ200无缝钢管入盘道进风立井——盘道进风联巷——1070回风巷——8102工作面

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进、回风巷口（长度约1260m），管路经变径到Φ150分别进入8102进、回风顺槽距工作面约150m接到泡沫发生器上,然后将管路埋入采空区氧化带，进行埋管注氮（长度约1740m），取20%的不平和不直度系数，管路全长约3000m。管路铺设路线及阀门安设位置见附图2。

管路铺设应尽量减少拐弯，要求平直稳，接头不漏气，每节钢管的支点不少于3点。

（2） 输送压力验算

输氮管路的直径应能满足最大输氮流量和压力的要求，其供氮压力：

2⎡⎛D0⎛Qmax⎞P1=⎢0.0056⎜⎟∑⎜⎜D1000⎠⎢⎝⎝i⎣

⎞

⎟⎟⎠

5

⎤2⎛λi⎞2

⎜⎜λ⎟⎟Li+P2⎥=0.39MPa

⎥⎝0⎠⎦

1式中：P2——管路末端的绝对压力，MPa;

Qmax——最大输氮流量，按3000m3/h计; D0——基准管径，150mm； Di——实际输氮管径，mm； Li——相同直径管径的长度，km； λ0——基准管径的阻力损失系数，0.026;

λi——实际输氮管径的阻力损失系数，对于不同的钢管直径，则有如下表 3 的关系：

表3 阻力损失系数和钢管直径对应表

管径Di，mm 阻力损失系数λi

100 150 200 250 0.029 0.026 0.024 0.023

上述计算说明：主管径选用Ф200mm无缝钢管作主输氮管路，支管路选用Ф150无缝钢管，输送距离3000m，管口末端压力为0.1MPa的情况下，制氮设备的供氮压力只需0.39MPa，就可将3000m3/h的氮气送到8102综放面采空区，因此制氮设备供氮压力0.6MPa可以满足输送压力要求,也能满足三相泡沫所需压力大于0.25MPa的要求。 （3） 注氮工艺和方法

采空区防火注氮，采用埋管注氮工艺。具体作法是：在8102综放面的进风

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侧沿采空区埋设一趟注氮管路。当埋入一定深度后开始注氮，同时又埋入第二趟注氮管路（注氮管口的移动步距通过三带考察确定）。当第二趟注氮管口埋入采空区氧化带与冷却带的交界部位时向采空区注氮，同时停止第一趟管路的注氮，并又重新埋设注氮管路，如此循环，直止工作面采完为止。在未对“三带”考察时注氮管口的错距暂定为40m。

注氮工艺可采用钻孔注氮、埋管注氮、密闭注氮等。对于8102综放工作面的日常防火注氮采取开放性注氮方式和向进、回风顺槽埋管注氮工艺。工作面停采撤架封闭后向采空区采取封闭注氮工艺。

注氮方式根据对火情的预测情况，当工作面推进正常的情况下采取间断性注氮，即每天注氮16小时，当工作面因故推进度慢时则采取连续性注氮，即每天注氮24小时。

应当指出：扑灭瓦斯积聚的火灾，需建防爆密闭墙，采取构建双墙方式，墙厚一般是巷道高度的3倍。注氮的同时，取样分析灾区气体成分的变化，并用空气—甲烷混合物的爆炸三角形法进行失爆性的判定。 （4） 注氮时机

应用实验研究得出的标志性气体及其指标等进行火灾预测预报，对开切眼、停采撤架、因故停采或工作面推进度不正常期间，工作面或采空区或上隅角等处出现CO且达到一定值时；放顶煤煤温超过50℃，则采取每天24h连续不断地注氮。除此之外，则采取每天16h注氮。 （5） 管理制度

根据塔山煤矿的实际情况，待注氮系统等建成后，再制定«塔山煤矿注氮防灭火管理暂行规定»等和各工种岗位责任制。 5.3 建立黄泥灌浆防灭火系统

灌浆防灭火方法是将注浆材料（黄土、页岩、矸石、粉煤灰、尾矿等）细粒化后加水制备成浆，用水力输送到煤矿井下注入需要防灭火区域内，封堵漏风通道、包裹煤岩阻止氧化、冷却煤岩温度而预防或扑灭矿井火灾的一项技术措施。

塔山矿8102综放面开采煤层的特点：一是煤层倾角小于5º，不利于浆体沿倾斜方向的扩散；二是工作面倾斜长度达230m，注浆管口在进、回风侧采空区，浆体很难到达采空区中部，更不用说充满采空区。三是采高平均达到17m，浆体根本不能将采空区充填满，预防和扑灭大采高采空区高顶处的火源点难度大。四

14

是大同矿区冬季寒冷，水土冻结，不能正常开展防灭火灌浆工作。鉴于此，建立的黄泥灌浆系统主要作用一是间断性地向采空区注入三相泡沫；二是为工作面停采撤架后对停采线及密闭内的巷道进行大量灌浆充填，三是作为抢险救灾时，结合三相泡沫快速处理火灾。 5.3.1 灌浆防灭火作用机理

灌浆的防灭火作用机理有以下3点：

(1) 浆体灌入采空区后，借助其粘结性将浮煤和其他可燃物包裹起来，隔绝空气与可燃物接触的机会，防止其氧化发热而发生自然发火。

(2) 浆体灌入采空区或火区的周围煤岩冒落体的裂隙中，使其形成再生整体，加强了采空区或火区的密闭性，减少了漏风。

(3)浆体直接灌入火源点或高温煤体时，浆水能冷却煤体和围岩，起冷却降温作用，能快速扑灭火源。 5.3.2 灌浆材料的选择

在我国，灌浆材料主要采用黄土，灌浆代用材料的种类主要有页岩类（包括飞仙关页岩、粘土页岩、铝土页岩等）、矿井矸石山的矸石、火力发电厂的粉煤灰。塔山煤矿建有火力发电厂，因此，在发电厂未投产之前采用黄土作为灌浆材料，待发电厂投产后，就改为粉煤灰作灌浆材料。 5.3.3 主要注浆参数

⑴灌浆系数 （K）

对于煤层倾角小的煤层，灌浆系数（K）一般为1.5%～3%，本设计取2%；灭火灌浆系数视灭火情况可相应加大。

⑵土水比

泥浆土水比的确定相当重要，因为它直接影响灌浆的质量与效果。随着煤层倾角、注浆方式、处理对象、注浆季节、输浆倍线的不同对它应作相应的改变，采空区注浆通常以1:2～1:5，本设计取1:4。

⑶ 矿井灌浆量

针对综放工作面采高大，工作面长，倾角小，所以目前国内还没有可供参考和借鉴的经验值可取，现只能用长壁采煤法的经验公司，并结合三相泡沫所需灌同时只计算综放开采采煤机割煤高度（放煤高度不计），浆量30～40m3/h 的要求，按下式进行估算：

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KGA(δ+1)M2%•4000•（24+1)0.9

=21.4m3/h ＝Qw=

γcT1.4•24

式中：QW—矿井灌浆量，m3/h K—灌浆系数，1.5% G—矿井日产煤量，4000t δ—土水比的倒数 ，1:3 M—浆成率，取0.9

Υc—— 煤的密度，1.4t/m3

T—矿井日灌浆时间，按24h计(灌浆站工作制度与回采工作紧密配合，采用三班灌浆)

A——工作面个数，2个。

根据上述计算结果为21.4m3/h，为了与三相泡沫要求注浆流量30m3/h相一致，同时可供2个综放面灌浆，因此制浆站的制浆能力确定为60m3/h。按土水比1:4计，每个综放面每小时注浆量按30m3，每天所需黄土或粉煤灰量为180m3，每天灌浆能力为720m3。

⑷ 输浆倍线

输浆倍线是指泥浆在输浆管路内处于有压流动的情况下，其输浆管路的总长度与输浆管路入口与出口处高差之比，即： N=

L3000==6.4 467H

式中：N——输浆倍线；

L——输浆管路的总长度，m；

H——泥浆在有压输浆管路内流动时其入口与出口之高差，m。 输浆倍线一般为3～8。输浆倍线过大或过小都不利，过大泥浆容易在管路内沉淀，过小则容易爆管跑浆或损坏阀门。根据上述计算，输浆倍线在合理的范围内。 5.3.4 制浆方法

本设计采用推土机或汽车将黄土或粉煤灰运到储料场内（盘道进风立井附近），采用水直接冲刷疏松的黄土混合成浆，浆液经地沟流入（设置过滤网）

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浆池(10m×5.0m，深2.0m,容积100m3)，在泥浆池上安设行走式搅拌机，搅拌过滤（筛网孔径为10mm）后进入输浆管路，在输浆管路的出口端安设泥浆流量计。

为防止黄泥浆或粉煤灰浆沉淀过快而容易造成管路堵塞，在制浆池内计量加入0.5%的悬浮剂。 5.3.5 输浆方式

注浆方式有两种，即静压注浆和动压注浆：

静压注浆是利用制浆点与灌浆地点标高不同而产生的自然压差，借助输浆管路（钻孔）将泥浆输送到灌浆区，最后通过（钻孔）采空区埋管将泥浆注入采空区内。

由于盘道进风立井的垂深达467m，该垂深完全能满足静压输注浆的要求，因此设计采用静压输浆方式。 5.3.6输浆管路

输浆管路的临界管径按下式计算。

⎡

⎢⎢

Q

D1=2.312⎢

⎢⎧⎛γ−γ⎞⎛γ−γ3221⎢2.92⎪⎜⎜⎟⎨⎜γ⎟⎜γ−γ⎢11⎪⎝⎠⎝3⎩⎣⎛γ2−γ1⎞⎛γ3−γ2λV

⎜⎟i=+⎜⎜⎟2gD2⎝γ1⎠⎜⎝γ3−γ1n=5(1−0.2log

1000W1d

2

n

12⎤

⎥⎥⎥

0.25η0.2⎥⎫⎞⎪⎛W2⎞⎥

⎟⎜W⎟⎟⎥⎟100W1⎬⎜

1⎠⎪⎝⎠⎭⎦

＝0.169m

⎞W1

⎟⎟V＝0.047⎠

η)＝3.66

式中：D1——输浆管路的临界管径（内径），m；

Q——浆液流量，m3/s；0.02278m3/s； γ1——水的密度，1.0t/m3； γ2——浆液的密度，1.13t/m3；

γ3——注浆材料自然堆积密度，2.4～2.5t/m3，取2.45； n——干扰沉降指数； 4.6～4.7取4.65； W1——加权平均自由沉降速度，m/s; 取0.0167；

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W2——颗粒分布曲线上相当于95%处粒径的自由沉降速度，m/s；取0.0876;

i——每米管道长度的水头损失值，m;

λ——水的摩擦系数；（D内＝100mm时，＝0.026; D内＝150mm时，＝0.035）； V——浆液流速，m/s；取1.7～2.0； g——重力加速度，m/s2; 取9.81；

D2——实际选用的管径（内径），m; 取DN150； d——注浆材料的当量直径，mm，取0.013； η——水的运动粘滞系数，mm2/s;，取0.01；

输氮管路的管材选用无缝钢管；主管路管径选Φ159mm，支管路管径选Φ108mm。

输浆管路铺设路线为：地面制浆池——盘道进风立井井底——盘道进风联巷——1070m回风巷——8102综放工作面进、回风顺槽口（管径Φ159mm）——8102综放工作面进、回风顺槽至采空区（管径Φ108mm）。取20%的不平不直度系数，管路铺设距离约3000m。

阀门及三通的设置：分别在地面浆池出口设置Φ159mm阀门和8102综放工作面进、回风顺槽口分叉处设置Φ108mm阀门和三通。 5.3.7注浆方法

对8102回采工作面进、回风侧采空区采用交替埋管灌浆，错距约为40m；停采撤架后停采线及密闭内巷道的采取埋管注浆。 5.3.8 水池与制浆池

为保证制浆系统的用水量，在盘道进风立井口附近修建200m3园形蓄水池。 制浆池长10m,宽5.0m,深2.0m，容积100m3。制浆厂房长20m,宽9.0m,高5.0m。其厂房布置见附图3。 5.3.9 注意事项

⑴ 输浆管路系统避免两头高中间低的布置。井下输浆管路应紧靠井巷壁铺设，固定牢固，每节管路不少于3点支撑，并涂以防绣漆。

⑵ 除严格控制大颗粒进入输浆管路中外，注浆前应先用清水冲洗输浆管路，然后再下浆。灌浆结束后，再用清水清洗，以免泥浆在管路内沉淀。

⑶ 为防止泥浆堵管，应在地面浆池中加入5‰的悬浮剂。

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5.4三相泡沫防灭火 5.4.1 主要技术参数

（1） 发泡倍数大于30倍，稳定时间高于12h； （2） 水灰比（质量比）为2：1～4：1； （3） 耗浆量：20m3/h；

（4） 制氮机或压缩空气的气量应该不小于600 m3/h，发泡器进气口压力应不小

于3个大气压；

（5） 三相泡沫产生量为600 m3/h； （6） 发泡剂使用的比例0.2～0.5%；

每次连续不间断灌注36h。 5.4.2 三相泡沫制备的工艺流程

首先在制浆站中，将一定比例的水与粉煤灰或黄泥搅拌混合形成粉煤灰或黄泥浆体，通过压力泵或者矿井的自然垂直高差输送到注浆管路中，再通过定量螺杆泵将发泡剂加入到注浆管路中，浆液与发泡剂在流动的混合器中混合后进入发泡器，在发泡器中接入氮气管路，氮气与含有发泡剂的粉煤灰或黄泥浆体相互作用产生三相泡沫。 三相泡沫 管路 制浆站（粉煤灰或黄泥） 混合器 发泡器

料箱（发泡剂） 制氮装置（氮气）图2 三相泡沫制备流程图 5.4.3 发泡器位置的管路安装

在发泡器处的管路安装如图3所示：

5

图3 发泡器处的管路安装图 19

1．浆液； 2、15、10、11、14、16．阀门；3．过滤罐；4．过滤网（12mm）；5．排污管；

6．旁通管；7．压力表；8．搅拌器；9．发泡器；12．氮气管；13．制氮气机；

5.4.4三相泡沫灌注方案

塔山矿煤层倾角小于5℃，采空区预防性灌注三相泡沫时，采用在进回风巷道预埋管同时注三相泡沫工艺，如图4所示。发泡器安装在回风与进风巷道中，随着工作面的推进不断前移。在准备过程中，应当注意两点：

（1）由于采空区的特殊情况，为防止管被堵塞，预埋管应采用管径为4寸的管路。

（2）预埋管前段以花管形式出现，管路前段随机打20个左右孔径为1cm的小孔。

（3）管路中的每隔42m接一个三通，三通长1.5m，前段随机打20个左右孔径为1cm的小孔。

（4）管路的出口离发泡器的位置一般不要超过150m。

正常情况下工作面每推进40m后就开始连续注三相泡沫，进回风巷道连续注36小时后停止。等工作面再推进40m后又开始连续注三相泡沫，如此循环。

工作面不能正常推进时需要加强灌注，直到上下隅角出现三相泡沫为止，停止灌注。

工作面停采后在停采线附近加强灌注力度，其停采线管路布置如图5所示；要求停采线处三通长度为80m,每隔40m随机打20个左右孔径为1cm的小孔。

如采空区出现异常情况立即进行灌注。 5.4.5注三相泡沫的注意事项

（1） 注三相泡沫前应先检查整套管路系统是否连接好，包括注浆管道、搅拌器和发泡器装置、气体管路和注发泡剂装置；

（2）检查完毕，先用清水清洗管路，结束后开始往管路中注泥浆，当泥浆开始进入管道后，打开注发泡剂泵，开始往管道中注发泡剂；

（3）井下有人专门负责注三相泡沫，当开始注浆后，井上负责人应电话通知井下负责人员，井下负责人员要随时注意管路中的浆液。如果是以氮气为气相，那么在注浆前就可以打开氮气管路；如果是注压缩空气，当浆液快要到达发泡器

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（离发泡器约10米左右）时，打开气体阀门，让空气进入管道，切记不能打开的过早；

（4）井上浆液的配制、发泡剂及注发泡剂泵的维护应有专人负责；井下注三相泡沫、发泡器的维护应有专人负责；

（5）当下浆受堵时，井下和井上负责人员应该及时通知。首先关掉注发泡剂泵的电源开关并停止注浆液和气体；然后检查管路和发泡器是否受堵；清理和维修完毕后，恢复正常工作；

（6）当停止注三相泡沫时，应立即关掉注发泡剂泵的电源开关，以免浪费发泡剂。

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法兰盘发泡器浆液阀门寸氮气采空区工作面阀门氮气浆液法兰盘图4 塔山矿三相泡沫管路布置图发泡器 22 法兰盘发泡器浆液阀门氮气采空区停采线阀门氮气浆液法兰盘图5 塔山矿停采线三相泡沫管发泡器 23

5.5 堵漏风防灭火

1070进风巷、1070回风巷和1070辅运巷煤柱均为40m，这三条巷道既服务于8102综放工作面，又为整个矿井服务，三条巷道都是布置在煤层中。随着8102工作面推到停采线，煤柱受采动影响，这三条巷道的煤柱将会出现不同程度的裂隙，需要注浆充填裂隙堵漏。

当8102工作面回采结束，进、回风顺槽，以及1070进风巷、1070回风巷和1070辅运巷与8102工作面的联巷，所建密闭也需要注浆充填堵漏。

鉴于上述，必须进行粉煤灰胶体或黄泥胶体或防灭火胶体充填堵漏。为方便注浆堵漏，需新增KBJ-100/5井下注浆设备和KBJ-10/40/2.0井下注浆泵各2套。 5.5.1 堵漏设备

该设备主要用于煤矿井下远距离输送粉煤灰、尾矿、黄泥、黄泥胶体、凝胶等高浓度 (固体含量≤60%，粒度≤8mm)的浆液进行快速密闭、巷旁、高冒点和裂隙灌注、以及巷道喷涂等堵漏风防灭火或火灾灾害处理，具有较长距离输送尾矿、煤泥、泥浆、砂浆以及其它含有固体杂质 (固体含量≤60%，粒度≤8mm)的液态、半固态高粘度、高浓度介质的特点。技术参数及构成见表5所示。

表5 井下注浆泵技术参数

单螺杆泵

型号/构成

额定 流量

压力MPa

电机功率

最大 流量

计量泵 压力MPa

电机功率

有效 容积

搅拌机

电机 功率 kW 3

m3/h kWL/h kW m3 KBJ-100/5.0 6 5 22 400 5 2.2 0.4 KBJ-10/40/2.0* 3 2 4 *说明：该泵为双液螺杆泵。

5.5.2应用工艺

根据使用的防灭火材料来源和处理的地点，可采用如下两种组合方式：⑴ 采用黄泥胶体、凝胶等两种以上组份，需要单独添加速凝剂的注浆或喷涂方式。⑵ 采用黄泥（粉煤灰、尾矿）等单一材料，无需添加速凝剂的注浆方式。

根据使用的防灭火材料来源和处理的地点，可采用如下两种组合方式。 ⑴ 采用黄泥胶体、凝胶等两种以上组份，需要单独添加速凝剂的注浆或喷涂方式：

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注浆设备由搅拌机（2台）、单螺杆泵、计量泵、混合器等部分组成，具体布局如图6所示。其中计量泵用于添加速凝剂。

1 2 3 4 5 6 7 8

图 6 采用双组份材料注浆设备布局示意图

1—1#搅拌机 2—2#搅拌机 3—三通 4—单螺杆泵 5—盛速凝剂容器 6—计量泵 7—混合器 8—注（喷）浆点

工作原理：将黄泥（电厂粉煤灰或洗煤厂尾矿、水泥）、外加剂和水按照一定比例在搅拌机中搅拌均匀，经过滤（过滤器在搅拌桶内），由单螺杆泵将浆液输送到注浆点附近，和由计量泵输送来的速凝剂在混合器中混合后，喷射或灌注到需要的地方。

⑵ 采用黄泥（粉煤灰、尾矿）等单一材料，无需添加速凝剂的注浆方式： 和⑴不同的是不使用计量泵，其具体布局如图7所示。

1 2 3 4 5 6

图7 采用单一材料注浆设备布局图示意图

1—1#搅拌机 2—2#搅拌机 3—三通 4—单螺杆泵 5—管路 6—注（喷）浆点

工作原理：将黄泥（或电厂粉煤灰、洗煤厂尾矿）和水按照一定比例在搅拌机中搅拌均匀，过滤后（过滤器在搅拌桶内），由单螺杆泵经管路将浆液输送到注（喷）浆点附近，灌注或喷射到需要的地方。

⑵ 注防灭火胶体

在储液箱内按一定比例将水和碳酸氢铵混合，用往复泵通过管路将混合液输送

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入混合器；和用计量泵输送来的按凝胶配比要求需要一定量的水玻璃原液混合，两种液体在混合器混合后经管路和钻孔注入火区形成凝胶，实现防火或灭火目的，设备连接和工艺见图8。

⑶ 注黄泥（粉煤灰）胶体

对于建立有地面灌浆系统的矿井，可采用井下往复泵配合灌浆系统灌注黄泥胶泥防灭火。在地面泥浆池按一定比例的水，黄泥和碳酸氢铵，经搅拌后沿输浆管路也注入井下混合器，在井下用计量泵将按黄泥胶泥配比中所需水玻璃压入混合器，两种溶液在混合器里混合后注入支架上部插管或钻孔注入支架上部高冒区形成黄泥胶浆灭火，见图9。

图 8 注凝胶工艺示意图

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图 9 注黄泥（粉煤灰）胶体工艺示意图

6主要研究考察内容

6.1 实验室试验研究

在煤炭科学研究总院重庆分院实验室对5(3－5)#煤层煤样进行煤升温氧化特性、自然发火预测预报标志气体优选及其指标值的研究。 6.2 现场考察内容

6.2.1 注氮前后采空区自燃“三带”规律的考察

⑴ 考察内容

考察注氮前、后采空区“三带”划分范围和考察采空区各测点的温度和气体成分。

⑵ 测点布置

在综放面后部刮板输送机后方采空区内布设束管，分别在回风巷、进风巷和采空区中部埋设取气头和热敏电阻。共设2个测点，其中上角布置1个测点，下隅角布置1个测点，如图10所示。取气束管外套DN50钢管作保护套管。取样头根据要求制作，设置三通连接在套管上。取样头采用DN50钢管制作，前端封口并在前端0.5m长范围内周边钻6～9个直径为5mm透气小孔（见图11）。埋入采空区的束管采样测点的取样头，应用大块矸石或木跺防护，以防止浮煤、水、泥浆堵管和抽取到套管内气体堵塞管路。

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图10 8102综放面采空区束管布置图

图11 取样头布置图

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⑵工作面合理通风量的考察

8102综采放顶煤工作面设计通风量为2000m3/min。从防火角度考虑，在保证工作面瓦斯不超限，又能保证人员需氧量和机电设备散热的需要，温度不超过安全规程的规定，尽可能减少工作面的通风量，无疑对该面的防火有利。基于此，拟分别考察工作面通风量为1500m3/min、1800m3/min、2000m3/min、2500m3/min、3000m3/min五种情况下的工作面气象参数的变化。研究得出合理的工作面通风量。

（3）采空区抽瓦斯与注氮合理抽放参数的考察

采空区在不同抽放量及瓦斯浓度，考察采空区三带范围的变化以及气体成分

的变化基础上，最后确定采空区抽放量及抽放浓度指标。 （4）注三相泡沫工艺及效果考察

对三相泡沫注入工艺及效果等参数进行考察。 （5）微地震监测采空区冒落空间分布参数考察

利用重庆大学微地震系统监测采空区顶板岩层的冒落情况，以确定采空区的

动态冒落范围，为注浆和防止采空区漏风及自然发火提供设计依据。微地震系统监测的详细内容见附件2。

7 火灾防治措施

7.1 日常防火措施

⑴运用建立的火灾束管监测系统、人工取样色谱分析和人工便携仪检测，加强自然发火预测预报，根据检测结果，分析采空区各气体成分的发展态势。

⑵每天坚持向采空区注氮8h。 ⑶每天坚持向采空区注浆200 m3。

⑷在有条件的情况下，分别在工作面上、下隅角挂风帘。

⑸在有条件的情况下，分别在工作面的上、下隅角每隔10m构建挡风墙，具体作法是：用就地的碎煤和矸石（粒度不大于2cm），并混合防灭火剂，其比例为20：1，装入编织袋内（只装2/3）封口，然后堆放成墙，最后向编织袋注水或喷水，防灭火剂遇水膨胀。此墙遇顶板垮落后越压越紧。 7.2 有针对性的防灭火措施

⑴开切眼防火

开切眼形成后，在综放支架安装期间，采用人工至少三次对开切眼浮煤和煤

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壁喷洒防灭火剂并喷水，进行开切眼自然发火预防。

工作面开始推进时，由于此时工作面推进速度很慢，需要加强自然发火预测预报工作；

工作面推进一定距离后，即可对开切眼采空区内连续注入高纯度小流量的氮气。

若开且眼出现自燃，则在进、回风巷内向开切眼打钻孔注入氮气泡沫或防灭火胶体灭火。

⑵采空区防灭火

工作面推过开切眼进入氧化带后，应向开切眼区域注入氮气，使该区域得到惰化。

当采空区或工作面出现一定量的CO，可判定浮煤处于缓慢氧化阶段时，可每天12h向采空区注入氮气。

当采空区或工作面出现一定量的CO和PPm级的C2H4，可判定浮煤处于加速氧化阶段时，可每天18h向采空区注入氮气和火灾隐患部位注入粉煤灰（黄泥）胶体灭火。

当采空区或工作面出现一定量的CO、 C2H4 和PPm级的C2H2，可判定处于剧烈氧化阶段时，可每天24h向采空区注氮和火灾隐患部位注入粉煤灰（黄泥）胶体灭火。

当工作面上隅角、回风顺槽出现CO浓度达到50PPm，则对上隅角煤壁表面喷涂黄泥胶体或防灭火胶体，并对可疑点采取插管注黄泥胶体。

在有条件的情况下，由地面钻孔注浆充填灭火。 ⑶ 工作面因故停采时期的防火

当工作面因故停采和推进速度慢时，应加强上、下隅角和支架上方自然发火预测预报工作；如出现较长时间的停采，每天应向采空区氧化带进行连续24h注氮。

⑷工作面停采撤架期间防火

工作面停采撤架时，在保证工作面和回风巷瓦斯不超标的情况下，应尽可能降低工作面通风量，并进行每班连续检测，此时应进行采空区连续注氮和灌浆。

工作面推进到距停采线20m左右时不放顶煤。 ⑸支架上部自燃火灾防治

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对支架上方管理温度为35℃，使用红外测温仪检测支架上方和支架间温度，当超过风流温度10℃，或出现明显的煤壁和支架挂汗现象、焦油味、烟气味或芳香味，应及时注水降温，或使用气动注浆泵进行插管注防灭火胶体，有条件时进行钻孔注浆。

若8102综放工作面支架上部出现自燃现象，采用在支架间隙向上插管或钻孔注入粘稠胶体剂等方法进行处理。 ⑹巷道自燃的防治

巷道高冒顶火灾防治：8102工作面的进、回风巷都是沿煤层底板布置，在掘进过程中，出现过高冒，虽然采取了注罗克休泡沫充填，但随着工作面的推进，受采动影响导致 二次供氧极易发生自燃。可采用粘稠胶体剂、黄泥（粉煤灰）胶体等方法进行处理。

巷道周边火灾的防治：三条运输巷道都是布置在煤层中，当出现煤壁温度升高，通过打钻采用泵送粘稠胶体剂或黄泥（粉煤灰）胶体或等方法进行充填。

巷道煤柱自燃的防治：采取向煤柱钻孔注入粘稠胶体剂、黄泥（粉煤灰）胶体等方法进行处理。 ⑺地面裂缝的封堵

大同矿区顶板坚硬，采空区不易冒落，一旦垮落都呈大面积，地面出现裂隙和裂缝，随着气温和季节的变化，地面裂隙和采空区将出现“呼吸”状态的漏风现象，其遗留在采空区的浮煤更容易发生自燃。因此，当地面出现裂隙和裂缝时应及时的封堵，根据具体情况，可采取人工回填或推土机回填封堵工艺。 ⑻密闭堵漏

A. 按照《矿井密闭防灭火规范》设置双墙密闭，每道墙总厚度不得低于7.0米，其墙间用KF快速封堵材料充填，密闭墙的外立面采用水泥砂浆抹面，并达到质量标准要求。在密闭上设置Ф50的取样管（带阀门），并在上、下顺槽密闭墙上预埋Ф50注浆管路（带阀门）和Ф100注氮管路（带阀门）。密闭墙建好后向闭墙间注入胶体，以充填袋间的空隙。

B. 封闭后利用闭墙上预埋注浆管路对密闭内的停采线和采空区内进行大量灌浆，注满为止，防止停采线煤柱密闭漏风后采空区自燃。

C. 上、下顺槽密闭后，对墙外所有裸露煤体进行水泥砂浆喷浆处理，以避免裂隙漏风。

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D. 密闭工程结束后，及时对采空区进行注氮。

E. 每周对采空区进行自燃预测预报气体检测，出现异常时进行密闭补充注浆。

F. 闭墙前设置栓栏和密闭墙记录牌。 ⑼抢险救灾的防灭火措施

在有条件的情况下，采用地面钻孔或井下钻孔注三相泡沫灭火。

8 防灭火相关管理措施

⑴加快工作面推进速度，提高回采率，减少采空区丢煤量。

⑵综合运用防灭火措施，制定火灾监测、注氮、注浆、注粘稠胶体剂、黄泥（粉煤灰）胶体、地面和井下堵漏、火源探测等管理制度。

⑶建立日工作面推进度与日产原煤和束管监测、注氮、灌浆、密闭墙等台帐，每月汇总上报。

9 所需资金概算汇总

8102综放工作面火灾综合防治所需资金概算汇总，见表6。

10 进度安排

2006年1月－3月 在煤炭科学研究总院重庆分院实验室进行煤样试验； 2006年3月－6月 制定实施方案；采购所需设备、仪器仪表，定购防灭火材料；

2006年6月前 束管系统安装、调试，运转；

2006年6月20日 注氮、注浆、泡沫、设备安装调试运转；

2006年7月－10月 工作面回采期间，开切眼注氮、三相泡沫惰化效果考察，采空区“三带”观测；

2006年8月－2007年7月 工作面回采期间，注氮、注浆、泡沫效果考察、微地震监测；

2007年8－9月 工作面撤架、封闭； 2007年9-10月，编写技术资料； 2007年11-12月，项目鉴定。

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图12 注氮、注浆及泡沫系统布置示意图

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表6 所需设备和仪器仪表材料费用概算汇总 单位：万元

序号 一

名称

自燃发火预测预报系统

规格型号

技术参数

功能要求

数量

单价

金额 42

建议生产厂家

1 束管监测系统

2 2.1

便携式检测仪表 甲烷氧气检定仪

分析组分为：O2、N2、CO、CO2、

CH4、C2H2(乙炔)、C2H4(乙稀)、与目前塔山矿

山东淄博祥龙测控技术公司

C2H6(乙烷)、C3H8(丙烷)、C4H10(丁已安装的环境1套 KSS200 38 38 烷)十个组分。信号输出为

监测系统联网5-15HZ。

配18芯束管7000m,单管10000m。

4.0 CZ4/25 KCO-1型

测量范围：O2，0~25%；CH4，0~5%测量范围：0~2000PPm 测量范围：温度－50℃~＋150℃测量范围：－32℃~600℃

氮气产量1000m3/h, 纯度98%，

出口压力0.6MPa ,启动时间30min。

长20m,宽25m高7.0m 长20m,宽6m,高3.0m

2台 2台 2台 2台

0.2 0.4 煤科总院重庆分院 0.48 0.96 煤科总院重庆分院 0.68 1.34 煤科总院重庆分院 0.65 1.3 煤科总院重庆分院

769.6

2．2 一氧化碳检测报警仪 2.3 2.4 二 1 2 3 4

智能多参数检测报警仪 AZD—1 红外测温仪 注氮防灭火系统 制氮设备 制氮厂房 集中控制室等

MST-60

地面固定式

与目前塔山矿

160 480 已安装的环境3套

监测系统联网

500 m20.1260 120m20.08

9.6 输氮管路（无缝钢管） D262×6

可选用PVC管 2500m 448 112 34

5 6 7

输氮管路（无缝钢管） D159×4.5 供配电 供暖设施

可选用PVC管 3000M190 57 38

1套

3

1400KVA

分别将流量（含累计流量）、纯度、

压力、压差及空压机开停、设备运行状况显示等进入集中控制室，并与矿井自动控制系统联网。

圆形

长10m,宽5m,深2.0m 长20m,宽9m,高5.0m

8 制氮设备运行参数联网 1套 10

三 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

灌浆防灭火系统 水池 制浆池 制浆厂房

200m350 m3

1座 2座

152.4

10 12 0.08

180m2

14.4 输浆管路（无缝钢管） D159×4.5 输浆管路（无缝钢管） D108×4 计量泵 挖掘机 自卸汽车 推土机

2500M 190 47.5 3000M95 28.5 1台 用于添加悬浮剂 4.0

1台 1台 1台 2台

取土 运土 推土

ZJ4-400/5.0

供水泥浆泵 2PN－30，制浆供水 5 10 35

11KW 11 12 13 14 15 16 17 18 19 四 1 2 五 1 六 1 2

水 高压水龙带 电磁流量计 开方积算器 核辐射密度计 比重计 旋转湿式水表 弹簧式压力表 行走式搅拌机 堵漏设备 井下注浆设备 井下注浆设备 三相泡沫 泡沫发生器 防灭火材料 发泡剂

高效浆液悬浮材料

DN76

耐压0.8Mpa，

2把

11-1合计10万元。 10 500m 1台 1台 1台

1台

测量灌浆流量 累计灌浆量 测量灰浆浓度 测定灰浆浓度 测计供水量 测定输浆压力

LD-100 DXS-202 NNF-212 婆美比重计

LXS50-150 0～6000Kpa

KBJ-100/5 KBJ-10/40/2.0

订作

流量6m3/h,压力5.0Mpa 流量分别为0.6m3和2.4m3,压力2.0MP a

1只

1只 2套 2套 2套 3套

用于搅拌黄泥浆或粉煤灰浆 8 16

50

煤科总院重庆分院 18 36 煤科总院重庆分院 7 14

27

中国矿业大学 9 27

290

中国矿业大学 120t 2 240 煤炭科学研究总院重庆分院 XFA 50t 1 50 36

合计

注：发泡剂为2006年使用量。 说明：

1331

1、根据忻州窑矿束管监测系统招标情况，全套系统为107万元。故束管监测系统资金缺口为70万元左右。 2、由于中矿三相泡沫技术服务费是设备费的3倍，故将其服务费压至20万元，具体情况再与中矿协商处理。 3、表内部分设备材料费不是十分准确，但总体资金情况在1500万元左右。 4、放灭火系统以外的设备（如供电设备、控制设备等）应在正规施工设计中体现。

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