中煤楊澗煤礦90105綜放面防滅火
設計山西中煤楊澗煤礦
中國礦業大學
二零一三年三月
目錄1 90105工作面概況 1
2 90105工作面易自然發火危險區域分析 1
3 總體設計思路 2
4 煤層自燃早期**預報設計 2
4.1煤自燃特性及標誌性氣體的測試分析 2
4.2煤層自燃早期**預報技術措施 3
4.2.1束管監測 3
4.2.2人工**預報 3
5 防滅火系統的構建 4
5.1防火管路的布置 4
5.2 三相泡沫系統的設計 4
6 開切眼處防滅火技術方案 5
6.1開切眼處氣體監測監控 5
6.2 預埋管灌注三相泡沫、注氮 5
7 正常回採期間防滅火技術方案 6
7.1正常回採時期煤層自燃**預報 6
7.2 回採時期防滅火措施 6
8 緩慢推進期間防滅火技術方案 7
9 停採撤架期防滅火方案 8
9.1 工作面收作前加強封堵和減少丟煤 8
9.2加強收作期間防火探查，做好防火**預報工作 8
9.3 強化灌三相泡沫和注氮 9
9.4 加強採空區堵漏措施 10
附件1 三相泡沫操作步驟及注意事項 10
附件2 90105工作面注氮防滅火安全管理要求 11
附件3 三相泡沫防滅火新技術簡介錯誤！未定義書籤。
三相泡沫防滅火需採購裝置材料彙總表錯誤！未定義書籤。
中煤楊澗煤業有限責任公司90105工作面防滅火設計方案
90105工作面為楊澗煤礦9#煤層第3個工作面，工作面走向長度190m，傾斜長度為運輸順槽長，軌道順槽短的不規則形狀。整個工作面呈「刀把形」。雖然回採時間長，但存在二次搬家和倒架問題，所以自然發火風險依然存在。
9#煤煤層平均厚度11.2m，平均傾角4°左右，2023年經山西省煤炭工業局綜合測試中心檢測為自燃煤層。工作面採用綜採放頂煤工藝回採，回採過程中採空區遺留浮煤相對較多；同時，90105工作面上部為4#採空區，9煤與4煤層間距約40m，90105採空區來壓後勢必與4煤採空區溝通使得工作面漏風複雜；加之開採初期作業人員與裝置存在一定的磨合期，磨合期間工作面回採速度相對較慢。
這些都增加了90105工作面煤層自燃的危險性。臨近礦井開採9#煤時已不同程度的出現過自然發火的徵兆。因此，90105工作面若不開展針對性的防滅火研究，一旦發生自燃勢必影響到整個礦井的安全生產。
由於90105工作面煤層厚度大，採用常規的黃泥灌漿技術後注入採空區的大量黃泥漿易在採空區內形成「拉溝」現場，一旦黃泥漿形成固定流失通道後大量泥漿極易回流至工作面影響正常施工環境；同時單一的注漿技術，難以有效覆蓋採空區較高位置的遺煤，對於厚煤層工作面回採期間的煤層自燃防治工作難以起到有效的作用。此外，工作面回採期間採空區屬於半開放空間，單一注氮技術注入採空區的氮氣易隨風流很快擴散出去，不能長時間發揮氮氣防滅火的窒息性。因此，針對90105工作面防滅火工作的實際情況，提出以三相泡沫為主的綜合治理技術。
本方案分不同開採時期針對性的給出90105工作面的綜合防滅火技術方案。
（1）工作面採空區
楊澗煤礦90105工作面煤層平均厚度達到11.2m，採用綜採放頂煤工藝回採，採空區遺煤較多
（2）開切眼、停採線
90105綜放工作面的開切眼斷面大，受礦壓影響部分煤體壓裂破碎，存在漏風供氧；同時，工作面初期推進速度一般相對較慢，增加了開切眼鬆散煤體氧化時間。停採撤架前一段距離工作面一般不放煤，撤架期間在支架頂部與尾部形成大量破碎煤體，加之一般搬家時間相對較長，這些都增加了自燃危險性。因此，開切眼、停採線易發生自燃火災。
，提出「以三相泡沫為主、注氮堵漏結合」的綜合防治方案，對不同危險區域進行有針對性的防治。即利用三相泡沫的高堆積性和良好的擴散性對採空區的遺煤和高位隱蔽自燃區域進行均勻覆蓋，同時配合施工擋風牆等封堵技術對上下隅角進行堵漏風，達到防止工作面煤炭自燃，安全回採的目的。總體技術路線如圖1：
圖1 總體設計路線示意圖
煤層自燃**預報系統設計包括煤層自然發火基礎特性的測試分析和氣體監測系統的設計兩部分。
4.1煤自燃特性及標誌性氣體的測試分析
煤層自然發火基礎特性的測試是研究和掌握自燃規律、設計煤層自燃**預報的前提。90105工作面採用現場取樣，送中國礦業大學通風防滅火研究所測試分析的方法對90105工作面煤層自燃特性和自燃指標氣體進行分析。
4.2煤層自燃早期**預報技術措施
根據90105工作面煤層自燃特性基礎引數測試結果，通過束管系統自動取樣監測和人工取樣分析相結合的方法對90105採空區氣體成分、濃度進行分析，對比指標氣體來達到對煤層自燃的早期**預報。根據監測結果及時採取相應的防滅火措施消除隱患。
4.2.1束管監測
束管監測系統是用抽氣幫浦通過束管（多孔塑料管）抽取各取樣點的氣樣，並通過色譜分析儀器自動進行氣體成分、濃度分析，對自燃火災作出**預報的監測系統。
監測系統由束管、氣體分析儀器、監測微機和相關的附屬裝置組成，能對井下任意地點的o2、n2、co、ch4、co2、c2h4、c2h6、c2h2等氣體含量實現24小時連續迴圈監測，通過烷烯比、鏈烷比的計算，及時**預報發火點的溫度變化，為煤礦自然火災和礦井瓦斯事故的防治提供科學依據。
束管敷設的要求是：束管敷設巷道內的高度一般不低於1.8m，集束管用吊台勾吊掛，束管用夾板吊掛，束管入口處的敷設要平、直、穩，且與動力電纜之間的距離一般不應小於0.
5m，同時避免與其它管線交叉。束管入口處必須安設濾塵器，整條束管至少要安設三個吸濕器。
4.2.2人工**預報
為了彌補束管迴圈監測可靠性差的缺點，在建立以連續監測為特徵的束管監測**預報系統的同時，還建立人工監測**預報制度。根據現有裝備和技術，詳細規定每個班的監測時間、監測人、監測地點和監測內容。在工作面回採過程中瓦檢員每天三班對工作面中部、下隅角、回風巷、下隅角採空區和高冒區的氣體進行取樣，送到地面色譜分析，並將分析報表報送給通風部、安全副總、總工、礦長等進行審批，發現異常情況及時向通風排程和礦排程匯報，做到及時發現及時處理,防患於未然。
在工作面回採期間沿擋風牆靠採空區一側預留一段束管，束管長度為約20m，如圖2所示。每天利用束管對採空區氣體進行取樣並送至地面對氣體中co、o2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2成分和濃度進行色譜分析。同時瓦檢員定期對上下隅角co、o2、ch4進行檢測，如有異常及時通知排程。
氣體色譜分析儀安裝除錯完畢後，通過預留束管每天三班對採空區氣體進行取樣，並對氣體中的co、o2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2成分和濃度進行分析，通過每天對分析資料的對比，來更好的了解採空區遺煤的氧化狀況。
5.1防火管路的布置
楊澗煤礦90105工作面煤層採用下行通風，若採用正常的防滅火方式，注氮管路和注漿管路應全部布置在進風巷。但由於該工作面傾向較長（約200m）、坡度較小，僅靠上隅角的預埋管路，防滅火介質很難有效的擴散到下隅角附近，不能對回風巷附近的自燃隱患進行處理。鑑於此，90105工作面採用上下巷同時預埋防火管路灌注三相泡沫的方法開展防火工作。
防火管路布置如圖3所示，進、回風巷各鋪設一趟4寸管路，上巷為注泡沫和注氮管路，下巷為注泡沫管路，
5.2 三相泡沫系統的設計
三相泡沫系統主要由地面制注漿系統和礦用三相泡沫發生器組成，製備和灌注流程如圖2所示。
圖2 三相泡沫製備和灌注的工藝流程
在地面製漿站，通過三相泡沫發泡劑定量新增幫浦將發泡劑注入到注漿管路的入口處，將發泡器安裝在距離工作面200m的位置處，同時在該位置將氮氣管路和發泡器連線，漿體通過發泡器後即可形成緻密的三相泡沫。
6.1開切眼處氣體監測監控
①根據現有情況，每班對開切眼處co、ch4、o2、c2h4等氣體進行全面監測，對地質構造帶處重點監測，高冒區進行插管監測，插管採用6分管，入口扁狀且端頭為花管，插管高度如圖3所示；
圖3 插管示意圖
②在安裝裝置之前對開切眼氣體、溫度進行全面排查，在氣體、溫度不超標的情況下開始安裝；
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