厚煤层分层开采顶分层综采工作面防火设计

厚煤层分层开采顶分层工作面防止煤层自然发火设计及安全技术措施

为防止II883-1工作面煤层自然发火事故，确保II883-1工作面初采、回采、收作期间的安全生产，根据《煤矿安全规程》和集团公司有关防灭火技术管理规定，编制II883-1工作面防止煤层自然发火设计及安全技术措施。

一、II883-1工作面概况 （一）位置概况 该面位于井田西部，西部井西北部，矿区专用铁路东北部，地面受Ⅱ881、Ⅱ981工作面采动影响已塌陷下沉，地表多为农田，无其它建筑物。 该面上邻Ⅱ881工作面采空区，下邻Ⅱ885工作面（正在准备），东至Ⅱ八采区边界，西以F14断层为界。该工作面平均走向长314m，倾斜宽95m，平面积29830m2（斜面积31072m2）。 （二）所采煤层概况

从溜煤眼、钻孔及三巷揭露煤厚资料分析，该面8煤层煤厚1.1-16.7m，平均厚度8.4m，煤厚变化大,煤体结构复杂；煤层结构简单，全区发育1层8煤；煤层倾角5-29°，平均16°。 （三）所采煤层自然倾向性

II883-1工作面所采煤层为8煤层，由 2011年重庆煤科院进行的煤层自燃倾向性等级鉴定得出如下结论：8煤自燃倾向性等级为I类，属容易自然煤层。根据研究和现场实际确定煤层自然发火参考标志气体是一氧化碳。

二、防止煤层自然发火技术设计 （一）灌浆防火 II883-1工作面采用随采随灌与采后集中灌浆相结合的方案，工作面依靠新副井地面灌浆站。工作面回采期间进行随采随灌，收作后进行采后集中灌浆。 图1 灌浆系统布置示意图 1、浆液的制备 目前灌浆使用的浆液的制备是机械制浆，每配制一立方的浆液添加0.5kg的阻化剂、0.4kg的粘稠剂、1kg的发泡剂。使用2个搅拌池和1个注浆池，池深和直径均为2m，池体用砖砌筑水泥抹面或用钢板焊接，其上固定搅拌器。搅拌池底部留有出料口，在浆液流入注浆池前设双层过滤筛子(孔径为10mm)，各安设离心式液下泥砂泵2台。 2、灌浆管路设计 主要灌浆干管直径是根据管内泥浆的流速来选择。在设计中，泥浆给定后，先确定泥浆在管道中流动的临界流速，再求出泥浆的实际工作流速，使之大于临界流速即可。井下灌浆管道采用无缝钢管，其井筒内钢管直径取6吋；大巷、上山等灌浆管路直径取4吋；工作面管道直径取2吋。 灌浆管路路线：西部井灌浆站→西风井→II八进风上山→Ⅱ八回风上山→II881回风道→II881轨道巷→II881-3#联巷→材料眼→风巷。具体见灌浆系统图。 3、灌浆参数的设计 （1）浆液的水固比 水固比的大小影响着注浆的效果和泥浆的输送，一般情况下为4:1，冬季为5:1。 （2）灌浆量（煤矿注浆防灭火技术规范MT/T 702—1997）

至钻孔 注浆泵 滤网 搅拌池

搅拌器

水管 注浆池 潜水泵 输浆管 料 场 至钻孔 ()trM1+δGk

=Q

cw

式中 QW——工作面注浆量；

k——灌浆系数，一般0.03~0.12，本设计取0.03； G——工作面日产煤量，t； δ——土水比的倒数； M——浆液制成率，取0．90； rc——煤的密度，t/m3； t——工作面日灌浆浆时间，h。 ()()

396.4

24.1

9.014200003.01kmtrMGQcw=××+××=+=δ

所以，II883-1工作面每个月计划灌浆量为：2892m3。 （3）工作制度 地面灌浆站在正常情况下与矿井工作制度一致，年工作日为330d，每天早班灌浆，每天灌浆时间不小于2h。 4、灌浆疏水系统及预筑防火墙 （1）疏水系统 灌浆疏水系统设施设备主要有：水沟、集水坑、排水管路和小水泵等。 （2）预筑防火墙 矿井为防止工作面自然发火及采空区发火，需设置防火墙及预留防火墙位置。采煤工作面回采结束后，须及时砌筑永久性封闭。井下发生火灾不能直接灭火时，必须砌筑防火墙，封闭火区。 II883-1工作面的防火墙基础共有两处，一处位于II883-1工作面材料上山， 材料眼上口4米；一处位于II883-1工作面溜煤上山， 溜煤眼上口4米，均为瓦石墙结构。同时，在防火墙基础附近要提前备足防火材料，以备需要。 2）技术标准 ①. 防火墙基础，必须采用不燃性材料建筑； ②. 墙体厚度不得小于800mm； ③. 墙体四周应与巷壁接实，见硬底、硬帮、硬顶，其掏插深度不得小于300mm； ④. 墙体无重缝、干缝，灰浆饱满，不漏风； 5、灌浆方法——随采随灌和采后集中灌 （1）随采随灌。严格执行预防性防火灌浆制度，在工作面进行回采期间，每天必须安排防火灌浆，否则不准回采。灌浆管路设置在回风巷，可进行采空区埋管灌浆，即在工作面风巷铺设三趟2吋的管路，压茬距离不大于20m，进行迈步交替埋管灌浆，每天的灌浆时间不得小于2h。根据自燃预测预报结果，在出现火情征兆时增大灌浆量。 （2）采后集中灌。在工作面回采过眼和收作后，通风区必须对采空区进行集中灌浆。在过眼地点和收作线位置铺设两趟灌浆管路，压茬距离不大于20m，对收作地点进行大量灌浆，并及时对漏浆地点进行封堵，确保黄泥浆能够覆盖整个区域。在灌浆的过程中必须要安设专人在现场看管，确保灌浆质量。

（二）均压通风 充分利用均压技术减小采空区漏风是防止采空区遗煤及煤柱自然发火的有效手段。已经开采的区域实行均压通风，保证工作面机风巷进风断面，确保符合不小于设计断面的75%。回采工作面回采结束后，要根据矿实际情况充分利用现有联络巷道，做好调压工作，使工作面两巷密闭之间的压差尽量减小，以减小向采空区的漏风。通风区定期对工作面风量和风压进行测量和调节，确保均压通风的效果。

（三）预测预报 通风区要作好自然发火日常的预测预报工作，一旦发现冒高区、上隅角 CO浓度上升速度较快，温度有升高趋势，应及时向通风区、调度所汇报，以采取措施进行处理。 1、束管系统 ① 在工作面回风巷按一定间距布置束管，测定采空区范围内60m左右的气体，间隔20m进行迈步。 ② 工作面收作封闭后，在进回风侧密闭内分别设观测孔，并在密闭内各设置一个测点。 ③ 地面色谱分析。井下束管采样仪采样送至地面进行色谱分析，并对化验结果认真分析。 2、监测监控系统 为了实时监测CO情况，矿井应配备便携式一氧化碳检测报警仪。按照要求在采煤工作面及回风流中布置CO监测探头，并做到对传感器定期维护，确保探头灵敏可靠。具体见防止自然发火监控系统附图。 3、人工观测

在II883-1工作面形成后，通风区必须及时安装CO和温度传感器。明确自然发火观测点，并安排专人对观测地点进行观测、取样，主要防火观测点为：上隅角、工作面风巷、巷道冒高处、架间、抽放管道等。 根据预测预报结果，分析综放面自燃情况，制定相应措施及时处理局部火情。采用灌浆为主，堵漏风，阻化剂防火等相结合的自燃综合防治措施，在工作面回采的不同时期，根据自燃实际情况，制定详细的、有针对性的防灭火措施，对于工作面、采空区出现的自燃征兆或自燃隐患，编制防灭火补充措施进行处理，确保II883-1工作面安全回采。

（四）注氮（备用） 按照规定工作面机巷压两路注氮管路，20m迈步循环加以保护。注氮作为工作面异常时期的防火措施，注氮设计及安全技术措施另外编制。 三、防治自然发火安全技术措施

1、初采期间防火措施 开切眼形成后，工作面开始推进时，由于初采期间人员对设备和工作面环境条件需要一个适应期，此时工作面推进速度很慢，需加强自然发火预测预报工作。工作面推进一定距离后，即可对开切眼位置连续注入一定量的黄泥浆。初采时在工作面上出口处插管、挂牌，插管采用2吋钢管，深度2m，插管兼作取气化验孔使用，具体布置如图所示。

图2 回采前上出口插管示意图 2、工作面因故停采时期防火措施 当工作面因故停采或推进速度慢时，应加强上下隅角、抽放管道内和支架上方自然发火预测预报工作；如较长时间停采，应加强自燃预测预报工作，尽可能降低工作面风量。工作面回采前根据掘进提供的地质资料，超前100m制定工作面过构造期间防火措施，措施主要围绕加强预测预报，上下隅角充填堵漏，加大灌浆、注氮量，均压通风等环节开展。 （1）预测预报。距离构造带100m前调整取气化验频率，调整瓦斯检查人员巡回检查路线和次数。 （2）在距离地质构造带一定距离前，上下隅角每隔10m施工凝胶隔离封堵带，实现封堵采空区。 （3）过构造期间实行架间洒浆，架后注浆等措施，根据需要面内架后注浆孔密度合理控制。 （4）通防部门合理调整老塘抽采负压，并对抽采管路出口每天取气化验，

风巷煤壁

机巷

支架

撞管发现异常及时汇报。 （5）管路压设。及时调整灌浆、注氮管路压茬距离，将20m迈步改为10~15m迈步，增大灌浆、注氮量。 3、冒高的管理 9煤层为三软煤层，地压较大，II883-1工作面进、回风巷在掘进过程中，容易出现高冒，容易发生自燃。应加强巷道支护，必要时对底鼓进行清理，以增大巷道通风断面、降低巷道通风阻力，巷道支柱间背板，减少巷道松散煤体与风流的接触，预防巷道浮煤自燃。加强巷道高冒管理和自燃预测预报工作，在出现巷道高冒自燃情况时，采用井下移动式注浆设备注黄泥胶泥、凝胶或喷洒气雾阻化剂等方法进行处理。

4、停采前防火措施 工作面推进到距离收作线100m前，应加强自燃预测预报工作，进行每班连续检测，上下隅角加强堵漏工作，尽可能降低工作面风量，进行采空区连续灌浆。出现自燃征兆时，向顶底板浮煤喷洒阻化剂，向采空区注防火材料。并按照规定编制工作面收作防止煤层自然发火技术措施。 （1）灌浆、注氮管路敷设。工作面回采距离收作线100m前，超前制定收作防火安全技术措施，主要是固化凝胶隔离封堵带、灌浆、注氮、均压等措施。束管埋设按照“三带”规律进行敷设，确保取气可靠。间隔15m埋设两路束管，监测采空区30m范围内气体状况。