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某矿防治采空区自燃发火的设计方案及措施

一、采面生产接继情况：

2010年度我矿正常生产时有一个回采工作面和2个掘进工作面，1003回采工作面三月正式开始回采，预计2010年5月份回采完毕，1005运输巷掘进工作面预计于2010年12月与回风巷贯通，掘进工作面计划于2010年4月下旬开始，于2010年7月份形成工作面。

二、采空区发火重点预防区域

工作面和下列地段有煤层自燃发火的可能：

１、1003采煤面2009年5月份投产，目前正在回采，计划2010年5月份采完，如果采空区浮煤清理不干净，再者工作面推进速度缓慢，采空区封闭不严实，工作面采空区就有可能发生自燃发火。

２、8101首采面与现1003工作面存在相同问题，也有自燃发火的可能性。

3、已封闭的老采空区由于漏风通道存在有自燃发火的可能。

三、氮气防灭火设计方案

(一)、概况：

现我矿煤矿井田内主采下10#煤层，属自燃的特厚煤层，矿井采煤工作面采空区采用以注氮为主的防灭火系统。矿井已购置 一台DQ-200的地面制氮设备，能满足井下小时注氮200m3的要求。

(二)、氮气防灭火工艺

1、我矿氮气防灭火的氮气源由井上制氮机经已辅设好的φ100mm管道将纯度97%以上氮气注入到采空区以达到防灭火的目的。

此项措施作为采煤工涨铆螺母作面采空区防治煤层自然发火的主要措施之一，矿井在工作面推进速度慢，采空区自燃发火隐患大的前催化剂题下，则必须采取向采空区实施注氮。

具体实施方案如下：在1003回采工作面上、下顺槽埋设直径为108mm（或70 mm）钢管，每隔30米设置一个三通，注氮严格按照规定的操作规程执行，一旦需要注氮则接通埋管与主管，对采空区实施注氮。埋管期间采煤队要注意保护好注氮管，严禁注氮管被撞开，影响埋管质量。

1003工作面通风

通风路线为：主斜井→井底车场→轨、皮下山→1003进风顺槽→工作面→1003回风顺槽→回风下山→总回斜井→地面。

(三)、注氮气可靠性计算：

1、制氮设备主要技术指标

DQ-200型

氮气产量200m3/h

出口压力 0.8MPa

氮气纯度≥97%，

2、输氮系统

从地面制氮机→1003进风顺槽，均采用直径为 100mm的钢管。

注氮管路能否满足输送氮气要求通过下式计算

P21-P22=0.0056(Qmax/1000)*L………………①

式中:P1—管道始端的绝对压力MPa

P2—管道末端的绝对压力MPa

Qmax—最大输氮量m3/h

L—管路当量长度 km

L计算式为：

L=∑(D0/Di)5×(λi/λo )× Li……………②

式中:D0------基准管径(D0=100mm)

阻力损失系数: λo =0.026

Li-----相同直径管路长度 km

Di----实际输氮管路内径 mm

λi----实际输氮管路直径的阻力损失系数

Di=99mm，λi=0.0296将以上数据代入②计算：

L=（100/95）5×（0.0296/0.026）×1.10=1.597km

假设管路未端绝对压力0.2 Mpa

将以上数据代入①计算得:

P21= 0.0056(200/1000)2×1.597+P22

P1=0.21Mpa

根据以上计算,从地面制氮机到1003采空区的输氮管路长度为1100米的情况下,管路初端压力只需0.21Mpa，便可政策的支持是再生塑料造粒机发展的有益保障将200 m3/h的氮气输送到1003采空区内，未端的绝对压力还有0.2 Mpa,因此制氮机氮气出口压力0.8Mpa完全能满足要求。

3、注氮地点安全通风量

在输氮管路的沿途或工作面，假设200m3/h的氮气量全部泄漏到巷道里或工作面，是否漏氮的地区缺氧，其安全通风量是多大可按下式计算：

Q?RQn(Cn+C)/( C1- C2) m3/min

式中：Q----安全通风量

Qn----氮气最大泄漏量 3.33 m3/min

C1----工作面或进风巷中的氧含量20.8%

C2----注氮时采掘工作面安全氧含量 18.5%

Cn----氮气纯度 99.95%

计算得: Q=3.33×(99.95比如在11V到32V之间+18.)/(20..5)=26.7m3/min

根据计算工作面或巷道风量只要是大于26.7 m3/min便是安全的，同时可算出3.33m3/min的氮气量全部泄漏到巷道里或工作面中，则氧气含量只降到20.44%也是安全的。

井下日注氮量计算：

（1）火区空间体积计算：Vk=LI[h(1-a)+m]

式中Vk----火区空间体积 m3

L----火区走向长度m 取L=15m

I----火区倾斜长度m 取I=72m

a----取冒落体碎裂系数取 a=1.3

h----顶板冒落高度 取煤层厚的3倍（本地点为0）

m----采高m 取m=6m

所以Vk=LI[h(1-a)+m]=15×72×[3×6×0+6深入研究生物材料的表面/界面]=6480 m3

根据防火空间的大小及燃烧程度，注氮量应按防火空间的0..5倍计算,我矿暂定注氮量为防火空间体积的1.5倍。Q=kVk=1.5×6480=9720m3

采空区注氮量为注氮机工作49小时。

(四)、注氮操作办法

1、注氮前必须认真检查各项准备工作，注氮埋管期间通风部要与采煤队密切配合好，确保氮气管路及其附属安全装置完好，检查各阀门开闭状况是否符合要求，制氮装置完好性。

2、各项准备工作就绪后，制氮机组操作人员应通知调度室。

3、调度室同意后，通知采面注氮人员打开注氮阀门，同时通知制氮机司机按规定时间及质量要求开机制氮、送氮。

4、制氮机严格按操作规程进行操作，制氮过程中要司机必须监守岗位，随时注意观查氮气的压力、浓度和机组各处的阀门等，保证机组的正常运行及氮气质量。

(五)、注氮安全措施：

氮气（窒息性气体）虽无毒无害，但是井下狭窄的巷道或工作面内大量泄漏会降低空气中的氧气浓度，使人窒息死亡。因此，必须做好注氮期间的预防和处理措施。

1、为确保安全，注氮前通风部巡管路人员必须巡视管路的完好情况，确认完好汇报调度室。由调度室通知采煤队工作面当班第一安全负责人和采面专职瓦检员后，方可进行注氮。

2、注氮前必须认真检查管路、注氮位置和各阀门开关状况是否符合要求。

3、为防止注氮管路开关被随意开和关应在阀门上挂上“注氮危险，勿动”文字警告牌，并对所有开关加锁。

4、定期对氮气出口的安全阀进行可靠性检测。

5、采空区防火注氮时，应在进风顺槽挂上“工作面正在注氮”的文字警告牌，并通知三班作业工人。专职瓦检员进行工作面上隅角、工作面回风顺槽的氧气浓度，一旦氧浓度降到18.5%时，立即通知制氮机司机停止注氮，及时寻找原因和撤离人员。

6、同时测定好工作面、回风流及采面上隅角一氧化碳、二氧化碳、沼气以及气温。一旦发现异常立即汇报调度室、通风部。

7、注氮期间，通风部安排专人携带测氧仪全面检查输氮管路的严密性，每次开始注氮后，必须有两人一起沿管路仔细进行管路与阀门的检漏，在注氮期间，每人巡视一遍管路，一经发现氮气泄漏时，应立即组织人员及时排除故障，漏气严重时，应立即停止注氮并关闭最近阀门，防止氮气大量泄漏。同时通调度室停止注氮，处理时严禁人员口鼻正对漏气点。

8、在注氮过程中，如发生主扇停风，造成工作面停风，瓦斯检查员或采一队值班队长应立即将人撤至进风巷，并通知制氮车间立即停止注氮。

9、注氮结束后，继续检测工作面及回风流的各种气体浓度。

10、采煤工作面大面积垮落可能造成工作面采空区注入的氮气大量涌出，给采面工作人员上下钳口拉紧后带来危害，为此要做好采面顶板垮落的预测预报工作，在顶板大面积夸落前，要加强气体监测，顶板大面积夸落时工作面及回风巷人员可由工作面撤到采面进风巷安全处。

11、所有参与注氮及相关的人员，必须由各有关部（队）组织学习，并严格按措施执行。

四、1003工作面防治煤层自燃发火的措施

1、工作面采取快速推进的方式杜绝采空区浮煤自然。

在工作面月推进速度不低于25米/月前提下，此项措施作1003回采工作面防治煤层自燃发火的主要措施之一。

2、采取采空区埋管注氮（注浆或注水）的防灭火措施。

此项措施作为1003回采工作面防治煤层自燃发火的主要措施之一，在受煤炭减产或其它因素的影响下，工作面推进速度达不到25米/月的前题下，则必须采取向采空区实施注氮（注浆或注水）的防灭火措施，在1003顺槽埋设直径为50mm钢管，每隔30米设置一个三通，注氮严格按照规定的操作规程执行，制氮浓度必须达到规程要求。一旦需要注氮（注浆或注水）则接通埋管与主管，对采空区实施注氮（注浆或注水）。埋管期间综采队要注意保护好注氮管，严禁注氮管被撞开，影响埋管质量。

3、工作面回采期间，加强对采空区遗煤管理，尽量少向采空区丢煤。

为此采面放顶煤时必须保证打眼深度及爆破的装药量，采空区、支架之间的浮煤做到班游戏机套班清扫干净。此项措施必须由采煤队制定严格的考核制度进行落实。

4、减杀蚤驱虫少采空区漏风。在工作面采完后，及时封闭采空区，封闭必须符合要求，减少向采空区的漏风。

5、工作面推进缓慢，如采空区或工作面煤层顶板发生自燃发火，则及时采取如下防灭火应急措施：

1）、严格执行矿井灾害预防处理计划所规定的灾害预防处理措施，迅速组织好抢险救灾人员和物资供应，以及组织好工作面人员和受CO波及范围内人员的安全撤离，并迅速向集团公司调度室汇报。

2）、成立防灭火特别领导小组组织抢险救灾。

3）、采取如下技术措施迅速灭火：

a、当工作面顶底板或采空区局部发生火灾时，可采取注氮或灌浆直接灭火方法。

b、当工作面火势太大，其它灭火方法无效的情况下，采取在1003进、回风顺槽迅速打防火墙的办法，切断工作面的供风，封闭采面。利用1003进风顺槽的氮气管路与密闭上预埋管接通向工作面、采空区实施注氮。封闭采面注氮灭火技术安全措施如下：在工作面发火的情况下砌筑上下密闭工作必须由矿山救护队队员负责。通风部门及矿其它单位做好配合工作，严禁人员在有CO气体超限的地点作业。

6、采煤工作面防治自然发火其它措施

⑴、加强采面检测、汇报记录工作（特别是采面过断层或遇煤体破碎时），现有的各类通风安全仪器仪表必须保证完好，测量数据要准确可靠。认真填写自燃发火预测预报记录，做好汇报。下隅角CO气体超过0.0024%必须立即向调度室、总工汇报。

⑵、加强采面上隅角气体管理，瓦斯检查员执行24小时现场盯岗制度，连续不断地检测气体，每次检查结果必须立即向调度室汇报，气体一旦超限立即停止人员作业。

⑶、使用和维护好KJ73N系统，系统出现故障要立即进行处理。调度员要密切注意观察采面气体变化情况，探头报警要通知总工及矿通风科，以便采取措施进行处理。

⑷、做好风量测定调节工作，除保证每旬一次的风量测定外，还必须根据实际需要，随时对采面的风量进行测定和调节。确保工作面风量的稳定、可靠。

五、其它防治煤层自燃发火措施

1、认真宣传安全生产方针，加强安全教育工作，使全矿员工树立“安全第一”的思想，使每个下井员工都掌握煤层自燃发火的早期识别方法和预防发火的措施。

２、1003回采工作面上隅角及回风巷、井下高温，气体异常密闭，其它发热地点均要进行自燃火灾预测预报工作，并严格按照《自燃发火预测预报制度》组织实施。

３、回采工作面的进、回风侧必须预先选定适宜的防火墙位置或构筑防火门，并储备足够的构筑材料，以便随时封闭。

4、加强老采区地表塌陷区裂缝的填堵勾缝工作。

5、搞好防灭火检查工作，每周至少检查一次已采区密闭情况，测定采区回风巷和可能发热地点的温度、气体和风量，重点检查回采工作面，掘进中的巷道所出现的顶帮冒落及发热挂汗的异常地点，所回收封闭的废巷密闭或采区收作密闭及闭前煤柱、发现隐患及时汇报公司领导。

6、加强密闭管理工作，及时维修失修密闭，杜绝漏风。

7、加强工作面通风管理，采面要严格按配风计划通风，加强采区“一通三防”管理工作，特别是防灭火检查，束管监测等预测预报工作，对工作面上隅角、气体定期取样，分析，及时了解，掌握好采空区残煤氧化及气体变化规律等情况。

8、管好、用好工作面设置的通风、防火、防尘及束管监测和安全监测等设施，严禁破坏。