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1、项目三 矿井内因火灾及其预防,防止煤炭自然发火的开采技术因素 预防性灌浆 阻化剂防火技术 凝胶防灭火技术 氮气防灭火技术 均压防灭火技术 其他防灭火技术简介,矿井自燃火源的分布规律,根据统计分析，矿井自燃火源主要分布在采空区、煤柱、巷道顶煤和断层附近。 1）采空区，采空区火灾占50以上。自燃火源主要分布在有碎煤堆积和漏风同时存在、时间大于自然发火期的地方。 2）煤柱，尺寸偏小、服务期较长、受采动压力影响的煤柱，容易压酥碎裂，其内部产生自燃火源。鹤岗新一矿在实行无煤柱开采前，煤柱火灾占矿井总火灾55.5。 3）巷道顶煤，采区石门、综采放顶煤工作面沿底掘进的进回风巷等，巷道顶煤受压时间长，压酥破碎
2、，风流渗透和扩散至内部（深处），便会发热自燃。 4）断层和地质构造附近。,任务一 防止煤炭自然发火的 开采技术因素,掌握如何选择合理的矿井开拓系统 熟悉合理采煤方法的选择要求,一、选择合理的矿井开拓系统,1、开拓巷道的布置 基本要求：最小的煤层暴露面、最少的煤柱和易于隔绝的采空区。 具体要求： 1）开采有自燃倾向性的煤层时，应尽可能采用岩巷布置。特别是容易自燃的厚煤层或煤层群在开拓布置时，应将开拓巷道布置在稳定的岩层内或不易自燃的煤层内。 2）在进行采区划分时，要综合考虑煤层的自燃倾向性和开采、地质等因素，合理确定采区范围，尽量在自然发火期内将圈定的采区煤量全部采完。而且从时间安排上，控制每个
3、采区结束的时间，并及时封闭，以隔绝空气，防止遗煤继续氧化而自燃,2、开采顺序 具体要求： 煤层群开采时，应先采上层后采下层； 倾斜或急倾斜煤层开采时，应先采上阶段后采下阶段； 避免先采下层或下阶段破坏上层或上阶段煤体的完整性，造成空气进入煤层而自燃。 采区采用由井田边界向井筒方向开采的顺序； 采煤工作面一般从采区边界开始，作后退式开采； 若分层回采，要先采靠近顶板分层，后采靠近底板分层。,3、合理的通风系统 基本要求： 1）通风系统在一定范围内应具备可调性，当一个采区发生火灾时，能够根据救灾的需要，做到随时停风、减风或反风，避免事故范围的扩大。 2）采取通风系统应采用分区式，尽量消除或减少角联
4、风路。分层多的工作面回采时，要合理调整采区内的通风系统，避免出现高、低压区邻接的通风状况，并采取措施防止分层之间、工作面之间的采空区漏风。,二、选择合理的采煤方法,预防煤层自燃的开采要求：巷道布置简单、煤层的切割量最小、煤炭采出率最大、回采速度最快、采空区漏风最小。 1、准备巷道的布置 为了预防煤层自然发火，对一些服务年限较长的采准巷道应尽量布置在稳定的岩层内或不易自燃的煤层内，以减少对自然发火煤层的切割，且最好采用跨上山回采，以免停采线处的煤炭自燃。,2、回采巷道的布置 1）区段巷道采用重叠布置 近水平或缓倾斜厚煤层分层开采时，分层区段平巷的布置有内错、外错和垂直三种形式，前两种布置方式对防
5、止采空区浮煤自燃都有一些不利因素。 外错式布置：下分层回采是煤巷顶煤冒落堆积易于形成易自燃带。 内错式布置：在采空区上下分层巷道形成的台阶煤柱内侧隅角带易蓄热氧化自燃。 各分层巷道沿垂直线重叠分布：可以减小煤柱尺寸或不留煤柱，能消除采空区浮煤自燃的基本条件且巷道避开了支承压力的影响，容易维护。,2）区段巷道采用分采分掘布置 分采分掘的概念： 回采工作面的进、回风巷同时掘进，而在上下相邻近区段的进、回风巷之间不再掘联络眼，即可减少上区段间的漏风，减少自然发火的机会。 3、采用先进的采煤工艺 （1）推行综合机械化采煤工艺，加快回采速度。 （2）提高回收率，减少采空区的遗煤。 （3）采用合理的顶板管
6、理方法,4、采用无煤柱开采 无煤柱开采就是在开采中取消了各种维护巷道和隔离采区的煤柱。 优点：可以取得良好的经济效益；有效的预防煤柱的自然发火。 缺点：相邻采区无隔离带，造成采区难以严密封闭，造成漏风。 防止漏风的措施： （1）沿空巷道挂帘布 （2）充填隔离带隔绝采空区 （3）喷涂泡沫塑料堵漏,任务二 预防性灌浆,能够选择灌浆材料 能够进行泥浆制备输送 分析计算泥浆输送参数 制定灌浆方法，确定灌浆参数 制定灌浆管理措施,预防性灌浆是将水、固体材料按适当的比例混合，制成一定浓度的浆液，借助输浆管路送往可能发生自燃的地区，以防止自燃火灾的发生。 预防性灌浆的作用 ： 浆液中的固体物沉淀充填于浮煤缝
7、隙之间，包裹浮煤，隔绝氧气与煤体的接触，杜绝漏风，防止氧化； 浆液中的水分有助于增加煤的外在水分，抑制煤自热氧化的发展，同时有利于已自热煤体的散热。,一、灌浆材料的选择 灌浆材料的选取应满足下列要求： (1)不含助燃和可燃的材料； (2)粒度直径不应大于2mm，小于1mm的应占75； (3)相对密度为 2.42.8； (4)具有一定的可塑性，塑性指数 9 14 ；胶体混合物 25 % 30 % ；含砂量 25 30 % ； (5)易脱水又具有一定的稳定性。 (6)具有能与较少的水混合成泥浆的能力； (7)运输时不堵塞管路或泥浆糟。,煤矿中应用最多的灌浆材料是黄土，但大量应用黄土会使农田遭到破坏
8、，有的矿区无土可取。因此，有些矿区采用破碎后的页岩、破碎后的矸石、热电厂的炉灰等作为代用材料，在实践中也取得了很好的防灭火效果。 二、泥浆的制备 (一) 灌浆站 1灌浆站的形式和适用条件 灌浆站是制取浆液的场所，其形式有以下三种： 固定式灌浆站：适用于煤层赋存或开采深度较深、需在地面建立永久或半永久灌浆站的条件； 分区式灌浆站：适用于煤层赋存或开采深度较浅、灌浆分散，可从地面打钻孔灌浆的条件；,移动式灌浆站：适用于井下采区分散、灌浆量小和从地面输送泥浆困难的地区条件。 说明：灌浆站的设置要结合井型、风井分布、采区的布置等综合考虑。 2取土方式 从采土场取土的方式有以下三种： (1) 人工取土。
9、利用风镐或电钻，人工打眼、装药、爆破的取土方式。 (2) 机械取土。利用抓斗、推土机、挖掘机、铲运机等机械装备的取土方式。 (3) 水力取土。利用高压水力通过水枪冲刷采土工作面的取土方式。,说明：我国煤矿多采取人工和水力取土方式，其中以水力取土较多。 水力取土的优点是：设备简单、投资少、管理方便、且无大型的复杂设备、可就地取材、效率高、劳动强度低、使用人工少，并且一次制成泥浆。 缺点是：泥浆浓度难以控制。 (二) 制浆工艺 1水力取土制备泥浆工艺 其流程是：利用高压水枪（压头50m80m，流量85266m3/h ）直接冲刷地表黄土（或预先人工松散），然后经泥浆沟混合成泥浆，经筛板过滤（除掉杂质
10、和大块岩块）流入灌浆集中钻孔或喇叭口再流入沿井筒敷设的井下灌浆干管，如图4-8所示。,图3-8水枪冲刷表土制浆 1水池；2水泵；3水管；4水枪；5采土工作面； 6泥浆沟；7筛板；8钻孔,优点：设备简单，投资少，劳动强度低，效率高，适用于地表黄土层较厚、灌浆地点分散的矿井； 缺点：水土比难以控制，不易保证泥浆质量，影响灌浆效果。 水力制浆的主要设备、设施有： （1）水枪。多采用开滦755型水枪，也有部分矿区使用自制水枪。 水枪的水力特性可按下式计算： 水枪喷嘴出口的射流速度 式中 水枪喷嘴出口的射流速度，m/s； 流速系数，=0.920.96，取0.94； H0水枪的工作压头，kPa。,水枪的喷
11、嘴流量 Q=A (3-2) 式中 Q水枪喷嘴流量m3/s； 流量系数，如射流没有压缩，； A喷嘴出口截面积，m2。 水枪的喷嘴直径 d0=0.55 (3-3) 式中 d0喷嘴直径，m。 水枪的喷嘴压头损失 hM=0.06 (3-4) 式中 hM水枪的喷嘴压头损失，kPa。 水枪台数。水枪的台数可按下式计算，但不少于2台，其中1台备用。 N= (3-5) 式中 N所需水枪台数，台； Q水水枪采土小时用水量，m3/h； Q枪水枪的流量，m3/h。,(2) 泥浆沟 泥浆沟是用水枪冲掘地表而成的自然沟，也可用砖石、水泥等砌筑或用溜槽（铁质、木质）构筑。为了便于泥浆流动，泥浆沟必须有一定的坡度，泥浆沟的
12、最小坡度见表3-2 。 泥浆沟的输浆能力： my= 3600VS (3-6) 式中 my 泥浆沟的输浆量， m3 / h ； V 泥浆流速，m / s ，可按表 3-3计算； S 输浆沟的横断面， m 2。,(3) 集浆池 作用：贮存、控制泥浆浓度或泥浆泵吸送泥浆的设施。 布置方法： 用于暂时集浆的集浆池体积，可根据水枪冲土能力或泥浆泵的吸泥量确定，按小时冲土能力或泥浆泵的小时吸泥量，选其大者为计算依据。 用于贮存泥浆、控制泥浆浓度的集浆池，存浆时间较长，集浆池的体积相应加大，可根据每班灌浆量计算。 集浆池上设有过滤筛板、放水口，底部有510的坡度。集浆池的标高，根据泥浆泵的吸程高度和泥浆沟的
13、坡度确定，集浆池的深度一般为 1.5m2.0m。,（4）灌浆喇叭口 喇叭口是泥浆沟或 泥浆沟与钻孔（或 管路）的接口，是 为防止空气进入管 口并使泥浆沿管路 满管流动而设置， 如图 4-9 所示。 图 4-9 灌浆喇叭口 1筛板；2喇叭口； 3下浆口,(5) 贮土场 土源距灌浆站较远时，需在灌浆站设贮土场。根据地形贮土场可设置成栈桥或绞车房栈桥的结构形式，贮土场的贮土量根据地形可按 10 天左右的灌浆用土量计算，用水力或矿车送至泥浆搅拌池。 2机械制备泥浆工艺 当矿井灌浆量很大、土源较远或受限于地形条件时，可采用机械取土、泥浆搅拌池制备泥浆的工艺系统，如图3-10所示。这种制浆系统产浆量大，水
14、土比容易控制，能够保证泥浆的浓度，灌浆防灭火效果好。,图3-10 机械制备泥浆的灌浆站布置图 1矿车；2轨道；3储土场及栈桥；4水枪；5输水管；6自流输浆沟； 7泥浆搅拌池；8自流输浆管；9风井；10水泵房；11绞车房；12取土场,泥浆搅拌池的布置如图3-11所示，采用料石砌筑，分为两池：一池存土浸泡，一池搅拌，轮流使用。泥浆池的容积根据矿井最大灌浆量和取土供给能力确定，其底部向出口方向有25的坡度。黄土在泥浆池浸泡2h3h后，土质松软即可加水搅拌，浓度由供水管的控制阀调节。两个泥浆池浸泡和搅拌交替进行，泥浆搅拌均匀后，由浆池出口通过两层直径分别为15mm和10mm的筛板过滤后流入输浆管，送到
15、井下灌浆地点。,图3-11 机械制备泥浆搅拌池布置图 1泥浆搅拌池；2窄轨铁路；3供水管；4搅拌机轨道；5闸板；6道岔；7筛板；8管子筛；9电动机；10胶带轮；11平板车,三、泥浆的输送 1输送压力 输送浆液的压力有两种： 一是利用浆液自重及浆液在地面入口与井下出口之间高差形成的静压力进行输送，叫静压输送； 二是当静压不能满足要求时，采用的加压输送。加压输送多采用PN型或PS型泥浆泵。 2输浆倍线 输浆倍线是指泥浆在输浆管路内流动时，输浆管路的总长度同输浆管路入口与出口处高差之比，用N表示。,静压输送时： N = (4-7) 加压输送时： N = (4-8) 式中 N输浆倍线； L输浆管路的总长度，m； H泥浆在输送管路内流动时，其入口与出口处之高差，m； h泥浆泵的压力，m。,倍线的实质是表示泥浆在输送过程中能量损失的关系，与水土比、土质、井下灌浆管路布置等因素有关。 说明:在给定的系统中，将有相应的倍线与一定的水土比相适应，过大或过小都不利。倍线值过大，管路阻力大，容易堵管；倍线值过小，泥浆出口压力过大，泥浆分布不均匀，灌浆效果差。根据经验一般情况下倍线值为38为宜。 3输浆管道 泥浆的输送有两种方法： 地表灌浆站距井筒较近时，泥浆可沿井筒敷设的管路输送
