矿井201工作面综合防灭火设计.doc
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1、201工作面综合防灭火设计 通风科2012年7月 201工作面综合防灭火设计审批签字 总工程师年 月 日生产矿长年 月 日安全矿长年 月 日通防副总年 月 日安全科长年 月 日调度主任年 月 日机电科长年 月 日通风科长年 月 日通风区长年 月 日审 核年 月 日编制年 月 日201工作面综合防灭火设计一、201工作面概况201工作面为腾晖煤业2#煤首采面,煤炭储量48万t。工作面右侧为202工作面,左侧为探明的采空区,地面位于刘庄岭村庄北部,地表为低地、丘陵地带,地面标高+815-+724m,工作面煤层标高+310-+315m,埋深约为+490-+399m,2#煤层厚度6.25-5.0m,平
2、均厚度5.4m,倾角平均2。 201工作面采用两进两回通风系统,机轨合一巷和辅助进风巷进风,回风巷及专排瓦斯巷为回风。设计工作面切巷长度130 m,顺槽长度610 m。201工作面基本情况见表11。表11 201工作面基本情况表工作面名称201煤层名称2#煤层水平名称+320m地面标高(m)+815+724井下标高(m)+310+315埋藏深度+490+399地面相对位置位于刘庄梁村庄北部,地面多为农田耕地,有少量荒坡。井下位置及与四邻关系201工作面位于大巷前进方的左翼,采面已形成,工作面左侧为已探明的采空区,右侧未布置工作面。巷道长度(m)材料顺槽:702m回风顺槽:618m煤层情况煤层厚
3、度(m)煤层结构煤层倾角(平均)稳定情况 6.255.0 5.6复杂结构煤层(含两层夹矸)2稳定该工作面煤层稳定,倾角平缓,为复杂结构,夹矸以泥岩、炭质泥岩为主,煤岩类型为半亮型-亮型,煤质较硬,具深褐色条痕。二、设计依据1、煤层自燃发火情况2010年12月10日由山西煤炭工业局综合测试中心对腾晖煤业2号煤层进行鉴定,鉴定结果自燃倾向性等级为类,属于自燃煤层。表2-5 自燃倾向性鉴定表煤层水分 (%)灰分 (%)挥发分(%)全硫 (%)真相对密度煤吸氧量(cm3/g)自燃倾向等级自燃倾向性2#0.213.9318.240.41.430.68自燃2、开采技术条件201工作面采煤方法采用走向长壁采
4、煤法,顶板管理采用垮落法,工艺采用综采放顶煤。综采设备采用一部MG250/630-QWD型双滚筒采煤机,支架采用87架ZF6000/17.5/28型放顶煤液压支架,工作溜子采用SGZ764/800型二部。采煤高度为2.5m,放顶煤高度为2.53.3m,采放平均比为1:1.16。201工作面回采后受采动影响,漏风会加剧煤体的氧化进度,同时回采期间采用专排瓦斯巷管理瓦斯,采空区氧化带相对会加长,对工作面防灭火管理带来一定难度。三、防灭火方法结合201工作面情况及防灭火设计要求,201工作面防灭火设计以“预防为主,综合防治”作为工作面火灾防治工作中的指导方针,考虑采用注氮方式为主,喷洒阻化剂方式为辅
5、的综合防灭火措施,并建立以束管监测系统为监测手段的管理办法。(一)发火监测1、外因火灾的早期预报 (1)标志气体法 充分利用煤矿环境安全监控系统和人力监测资源对201工作面有毒有害气体进行实时监控。当井下产生的 CO 气体浓度达到24ppm及以上并且由稳步增长趋势时,可以判定属于外因火灾发生。(2)烟雾法 可以判定发生外因火 井下如果出现烟雾(放炮产生烟雾除外)灾。以上办法根据发火点在采空区时确定为内因火灾,当人工监测工作面上隅角、专用排瓦斯巷、回风巷的温度明显上升且有增长趋势时,也可根据实际发火点的不同确定发火原因。 2、内因(煤炭自燃)火灾预报 为了及早掌控工作面煤炭自燃发火规律,201工
6、作面选用 SG-2003 型火灾预报束管监测系统配备 GC-4085 型色谱分析仪,通过对201工作面及采空区等处进行气体采样分析。确定工作面或采空区发火情况,做出自燃发火预测预报,做到早期发现,及时扑灭,以确保采空防灭火的管理到位。(1)束管监测系统: 结合矿井开采煤层具有自燃的倾向,设计采用SG-2003 型矿井火灾束管监测系统,该系统广泛用于煤矿自燃火灾预报和防治工作,通过束管对井下任意地点的一氧化碳、氧气、二氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯等标志性气体进行分析,通过烷烯比、链烷比的计算,及时预测预报发火点的温度变化,为煤矿自燃火灾和矿井瓦斯事故的防治提供科学依据。系统主要有粉尘过滤器、单管、束
7、管、分路箱、抽气泵、气体采样控制柜、监控微机、束管专用色谱仪、打印输出设备、网卡,系统软件等组成。 (2)适应范围:该系统广泛适用于测定煤矿井下采空区,密闭区以及巷道空气中气体浓度,根据气体变化趋势判断自燃发火程度,为综合防治煤矿自燃火灾确保安全生产提供科学依据。(3)组成:系统由5部分组成:束管专用色谱仪部分;气体采样控制部分;数据采集处理部分;输气管路部分;滤水、滤尘部分。(4)工作原理:该系统是在微机控制下,由地面抽气泵将气体抽入色谱仪,色谱仪检测出结果后,由电脑进行分析。(5)束管管路布置从地点束管监测室引20芯束管一趟经主井通过回风联巷沿专用回风巷敷设至201专用排瓦斯巷口,共计敷设
8、管路1200米。201下隅角束管通过引3趟单芯束管经抽放泵通过皮带大巷沿201机轨合一巷至工作面正前。201上隅角束管通过引3趟单芯束管沿201回风巷至工作面正前。201专用排瓦斯巷引2趟单芯束管,一趟至巷道口15米处,一趟至巷道迎头。201回风巷引1趟束管至回风巷15米处。(6)采空区自然发火监测束管测点布置在工作面采空区内布置三带布置测点6个,根据工作的回采推进同步进行回撤。在采空区上下隅角内各布置测点3各,上隅角侧测点布置为上隅角、上隅角以里20米处、上隅角以里40米处,上隅角束管测点随着工作面推进逐步前移,位置为上隅角支架切顶线处;上隅角以里处两个束管监测点为一次迈步监测,当最里侧束管
9、监测点距切巷口达40米处即在切巷口将其切断,重新安装束管监测头,两个监测点依次交替,确保采空区内监测地点保证在20-40米之间。具体布置如下图: (7)其它监测点布置201专用排瓦斯巷正前、201专用排瓦斯巷口15米处、201回风巷口15米处各安装测点一个。束管监测探头应悬挂在监测地点回风流中,且应靠近巷道顶部,吸气口正对风流方向,探头应设在顶板完好,无淋水。(8)地面色谱分析和自然发火标志气体标志气体主要有:O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H2、C2H4、C3H8等,设计优先考虑选用CO和烯烃及烯烷比标志气体及其指标(包括:标志气体组分浓度、标志气体浓度增率、标志气体产生的临
10、界温度、链烷比及其峰值温度、烯烷比及其峰值温度、各标志气体氧化阶段的特征温度范围等),早期预报煤炭自然发火预兆。(9)束管敷设布点注意事项束管敷设要平、直、稳,与动力电缆之间的距离不应小于0.5m,并要避免与其他管线交叉。为防止束管因煤尘和冷凝水堵管,应在监测点进气口处设置滤尘器和吸湿器。加强束管所经巷道的完好性维护,专人定期检查束管管路情况,避免造成气体漏气。3、火灾监测监控管理 (1)矿井成立以矿长、总工程师为首的“一通三防”工作领导小组,充分利用煤矿防灭火资源,强化煤矿防灭火管理工作。(2)每周对矿井防灭火系统进行一次专项安全大检查,具体检查矿井防灭火制度落实情况:查灭火器储备情况、查消
11、防管路系统运转情况、查环境监控系统实时监控情况,查注氮防灭火管路系统运转情况,查火灾束管监测系统运行情况,发现隐患及时处理。(3)严格遵守矿井环境监控系统操作程序等管理制度,确保监控中心 24 小时连续正常安全运转,每周对工作面各种传感器、分站、监控线路进行严格检查、标校,确保监测数据真实可靠。报表每天报送矿长、总工程师审阅。(4)每天在工作面生产期间对工作面各点气体进行采样分析一次,每5天对各点监测结果进行一次综合分析,预测自燃发火情况。附:201工作面束管监测图(二)注氮防灭火系统1、氮气防灭火设计技术要求:(1)设计必须严格遵守煤矿安全规程第二百三十八条的各项规定。(2)设计前要明确防灭
12、火区域的位置、范围及漏风位置及漏风风量。漏风严重时,不得使用氮气灭火。(3)制定防止井下工作人员和进行注氮工作人员吸入氮气而窒息的安全措施。(4)注氮量多少的主要根据是采空区内的惰化程度,注氮量过大,也会使采空区内CH 4 和CO大量外泄。使回风巷道中氧含量急聚减少,要制定相应的防范措施。(5)注氮期间一定要加强气体监测。2、氮气防灭火原理:(1)降低采空区或火区内氧气的含量,使采空区或火区内气体惰 化,降低或阻止煤炭的氧化。 (2)使采空区或火区形成正压,减少或杜绝空气进漏入采空区或 火区形成窒息区域。 (3)降低采空区或火区的气体温度和周围介质温度,使煤炭氧化停止。 (4)使采空区或火区内
13、有爆炸性的混合气体转变为无爆炸性的惰 性混合气体,消除爆炸危险性。 综合来讲,其防灭火原理为:窒息作用、抑爆作用、冷却作用。3、制氮设备设备选型(1)防火注氮量计算选用的注氮设备的制氮能力既要满足防火注氮流量的要求,又能充分体现经济技术上的合理性。201回采工作面采用综合机械化放顶煤开采,工作面通风方式为两进两回通风系统,注氮量主要取决于被注地点的几何体积、氧化空间大小、裂隙情况、漏风量大小以及气体组分等。目前尚无统一的计算方式,可按工作面的产量、吨煤注氮量进行计算。按产量计算 =600000/(14401.353300.980.75)(0.208/0.07-1) =2.5m3/min=360
14、9m3/天;式中:QN供氮能力(注氮量),m3/min; A 年产量,t,取600000t; t年工作日,取330d; p煤的密度,t/m3;1.35; n1管路输氮效率,%;0.98; n2采空区注氮效率,%;0.75; C1空气中的氧浓度;20.8%; C2采空区防火惰性指标,可取7%。 按吨煤注氮量计算此计算法是指工作面每采出1t煤所需的防火注氮量,根据国内外的经验,每吨煤需5m3氮气量,可按下式计算注氮量:QN=5日产量回采率=5170593%=7928m3/日QN日注氮量,m3式中:日产量回采工作面每日产量,t(1.81305.41.35)=1705t回采率工作面回采率,93%按照以
15、上计算取最大值确定每日注氮量不得小于为7928 m3。(2)注氮泵型号的确定目前井下移动式防灭火注氮装备技术较为成熟,具有性能可靠、体积小、机动灵活、节省建筑及管路安装、注氮压力高等优点,单台制氮机流量可达1000m3/h。根据技术经济合理性及注氮量的需要,故选择DM-1000型井下移动式膜分离制氮机,做为201综采工作面日常注氮防灭火装备。可以满足201工作面注氮需求。制氮机技术参数为:氮气产量:1000m3/h氮气纯度:98%氮气出口压力:0.8MP a 设备外形尺寸:376014502100mm1节(空压机车) 380014501800mm1节(膜制氮车)装机功率:370KW4、输氮管路
16、的计算与选取井下供氮时,除应采用钢管外,在满足输氮压力的情况下,可选用耐压橡胶软管,但进入采空区或火区的管路必须采用钢管。按氮气流量600m3/h,计算,管路管径计算如下:=103根据以上计算选择管径108mm输氮管路完全能够满足工作面注氮防灭火的要求。采空区埋设管路选用108mm的无缝钢管。5、输氮管路的铺设(1)管路铺设路线:注氮硐室(二部皮带大巷后部)二部皮带大巷201机轨合一巷201工作面采空区(2)管路的铺设要求管路从注氮硐室沿二部皮带大巷非行人侧敷设至201工作面皮带机头,从201皮带机头沿201机轨合一巷敷设至距工作面迎头50米处,管路用专用管卡每三米固定一次。在工作面迎头右帮沿
17、1米高度敷设两趟75mm注氮管,通过埋线管将巷道右帮管路与左帮管路连接实现注氮。巷道右帮两趟管路为迈步敷设,确保前后错位20米,在第一趟管路埋入采空区20米起,敷设第二趟管路。在初始注氮时为工作面推进20米起,当推进40米前使用第一趟管路,到40米时,从切巷位置切断第一趟管路,使用第二趟管路,依次迈步使用。管路吊挂必须平直,杜绝出现死弯;每根管路吊挂位置在接口管路进行防锈处理,并进行编号。6 、注氮地点的安全通风量根据煤矿用氮气防灭火技术规范(MTT701-1997)第11.2条的规定,注氮地点及与其相连巷道的安全通风量按下式计算: 式中:Q0工作场所的安全风量,m3min;QN最大氮气泄漏量
18、,m3min,取16.67 m3min;CN泄露氮气中的氮气浓度,%,取97%;C1工作面或巷道中原始氧气浓度,取20.8%;C2工作场所的安全氧浓度指标,取18.5%;在输氮管路沿途或工作面,假设所输送1000m3/h的氮气全部泄漏,能否造成泄漏区域缺氧。按工作场所安全氧浓度指标18.5%的要求,经计算,此时巷道的安全风量应为129.01m3/min(取150 m3/min),二部皮带后部风量为688m3/min,可满足需求。7、注氮防灭火工艺和方法(1)注氮方式在采空区深部预埋管道,在自燃发火期之前或有发火预兆时,进行连续注氮,使采空区深部的氧气含量降到防火 惰化指标以下,然后根据工作面推
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