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1、第一章井田概况及开采条件第一节井田概况一、交通位置山西煤炭运销集团和顺益德煤业有限公司矿井位于和顺县西南10km处，行政区划属喂马乡管辖。地理坐标为：东经1132917-1133058，北纬371453-371606。阳泉黎城（207国道）公路从井田中部通过，距阳涉铁路和顺煤运站8km，向北80km抵阳泉，向南百余公里至涉县，西距榆次136km，东距河北邢台129km，交通条件便利。二、地形、地貌井田地处太行山西麓，为地貌起伏较大的中山-黄土(阶地)沟壑侵蚀地貌，井田西南部大面积为基岩出露，北部、东部大面积为黄土覆盖，井田沟谷发育，总体地势西高东低，最高点位于井田南部山顶，海拔1626.50m
2、，最低点位于井田东部沟谷中，海拔1432.00m，相对高差194.50m。三、河流井田属海河流域漳河水系。井田内无常年性地表水体，仅在汛期可见季节性水流，中部有西沟、庙沟由西向东穿越井田，沟内水流不大，呈涓涓溪流汇入南峪掌沟(南峪河)，而后向北流入梁峪河(清漳河支流)。本区为清漳河东源补给区。四、气象及地震情况、气象本区属暖温带大陆性季风气候，冬春干燥多风，夏季温和多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷而少雪。全年平均气温6.3，7月份气温最高，极端最高气温35；1月份气温最低，极端最低气温-24.8。降水：年平均降水量592.8mm，最大降水量1069.0mm，雨季集中在7、8月份，一般占全年降水量5
3、0.5%，年平均蒸发量为1584.1mm，蒸发量是降水量的2倍。风向：全年风向主要为西南风，冬季多为西风，夏季多为北风。冰冻期：冰冻期平均为11月底至次年3月中旬，最大冻土深度110cm。最大积雪厚度40cm。、地震地震烈度：据中华人民共和国标准(GB50011-2001)建筑抗震设计规范，圈定本区抗震预防烈度为7度，本井田地震动峰值加速度为0.10g。五、水源和电源情况1、水源情况矿井生活用水由深井水供给，矿井生产用水及地面井下消防用水水源由井下水处理达标后供给。兼并重组后井下正常涌水量48m3/h，最大涌水量60m3/h，经处理后可作为矿井生产及消防用水水源，因此，矿井水源较为可靠。2、电
4、源情况矿井采用35kV双回路供电，分别引自温源110kV变电站和晴岚110kV变电站35kV侧，导线均采用JL/GIA-240/30，温源站-本站线路长度约为19.2公里，晴岚站-本站线路长度约为20公里。两回路电源线路均满足矿井全部负荷用电要求。第二节资源及开采条件一、瓦斯根据山西省煤炭厅晋煤瓦发【2013】160号文件关于晋中市2012年度矿井矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复，该矿为瓦斯矿井，处于基建期间，矿井瓦斯最大绝对涌出量为1.63m3/min，掘进面瓦斯最大绝对涌出量为0.34m3/min，矿井二氧化碳最大绝对涌出量为5.75 m3/min，掘进面二氧化碳最大绝对涌出量为
5、5.03m3/min，属瓦斯矿井。二、煤尘爆炸性根据山西省煤炭工业管理局综合测试中心对15号煤层进行煤尘爆炸性试验。其试验结果分别为：15号煤层火焰长度20mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量均为45%，有煤尘爆炸危险性。三、煤的自燃倾向根据由山西省煤炭工业厅综合测试中心对该矿15号煤层采样的测试结果，该矿15号煤层煤吸氧量1.01cm3/g，自燃倾向性等级均为级，不易自燃。根据地质报告及评审意见论述，由于14号煤层为高硫、高磷煤层，煤层自燃发火期较短，属自燃煤层，开采15号煤层放顶跨落14号煤层，在采空区内容易自燃，所以15号煤层按自燃煤层对待。四、地温、地压根据地质报告，井下地温一直保持在正常值
6、范围内，一般为1617，井田平均地温梯度为2.29/100m，地热增温率为垂向增深43.67m地温升高1，属地温正常区。本矿及相邻矿井在生产过程中未发生过冲击地压危害，属地压正常区。五、井田构造井田西部为一背斜构造，一向斜构造，地层基本呈一走向北北东，倾向北西西的单斜构造，倾角平缓，一般在3- 8之间，局部受断层影响可达14。向斜S1位于井田西部，向斜轴向为北东，延伸长度1500m，东翼较缓，倾向西南，西翼较陡，倾向南东，为一宽缓的不对称倾伏向斜；背斜S2位于井田中部，背斜轴向为北西-南东，延伸长度1100m，倾向东南，为一宽缓的背斜。井下发现6个小陷落柱。井田内地质构造属简单型。六、煤层及煤
7、质1、可采煤层井田可采煤层共3层，其中山西组3号煤层为较稳定大部可采煤层，太原组的14号煤层为较稳定的局部可采煤层，15号煤层为全区稳定的可采煤层。、3号煤层位于山西组下部，煤层厚度0.20-1.81m，平均1.07m，结构简单，局部含1层夹矸，夹矸厚0.20-0.25m。井田东南局部变薄不可采外，其余均可采，厚度变异系为32%可采性指数为0.83。井田内大面积被剥蚀。顶板为砂质泥岩，底板为粉、细砂岩。本井田发育较稳定大部可采，井田内基本采空。、14号煤层位于太原组下段上部，煤层厚0.65-0.90m，平均0.77m，结构简单，不含夹矸，煤层顶板一般为K2石灰岩，底板多为泥岩。为本井田较稳定的
8、局部可采煤层。、15号煤层位于太原组底部，煤层厚度5.00-5.86m，平均5.52m，煤层结构较简单，含1-3层炭质泥岩夹矸，夹矸厚度0.10-0.84m。可采性指数为1，煤层厚度变异系数12.80%，煤层厚度在横向上无明显变化。顶板为泥岩，底板为铝土泥岩。此煤层层位稳定，分布广泛，埋藏较深，保存良好，厚度变化不大，是本井田稳定可采的厚煤层，该矿现开采15号煤层。表1-2-1 可采煤层特征表地层时代煤层编号见煤点厚度最小-最大平均(m)煤层结构(夹矸层数)煤层间距最小-最大平均(m)顶板岩性底板岩性稳定性可采性山西组30.20-1.811.07简单(0-1)100.00-130.0115.0
9、0泥岩砂质泥岩细砂岩粉砂岩较稳定大部可采太原组140.65-0.900.77简单(0)石灰岩泥岩较稳定局部可采10.00-20.0013.61155.00-5.865.52较简单(1-3)泥岩炭质泥岩泥岩铝土泥岩稳定全区可采2、煤质3号煤层为中灰、低硫贫瘦煤，为高灰、特低硫。贫瘦煤，可作为动力用煤。14号煤层为特低灰高灰分、中硫高硫分低热值、特高热值贫煤，没有工业价值。15号煤层为特低灰中灰分、低硫高硫，高热值特高热值贫煤，可作为动力用煤和气化用煤。表1-2-2 煤质特征统计一览表煤层号水分Mad（%）灰分Ad（%0挥发分Vadf（%）全硫St.d（%）发热量Qnet.v.d（MJ/kg）焦渣
10、特征CRC粘结指数(GR.I)3原煤3.9836.9719.560.2821.205浮煤0.6211.1614.500.4051514原煤1.00-4.372.289.88-35.6619.0612.60-16.7414.541.09-4.343.2521.46-29.3826.98浮煤0.64-0.960.815.67-10.387.7010.22-12.5111.711.29-2.091.53015原煤0.20-5.261.897.17-23.2218.5512.12-14.8513.690.75-4.522.1325.94-33.4727.472-32浮煤0.77-2.581.163.6
11、3-10.097.3411.12-12.2011.680.79-1.241.022-330第二章矿井概况第一节井田境界一、井田境界根据山西省国土资源厅C1400002009111220045956号采矿许可证，矿井批准开采3-15号煤层，批准井田面积4.881km2，开采深度由1490米至1230米标高，有效期限2012年11月13日至2026年11月13日。井田范围由以下12个拐点坐标连线圈定（1980西安坐标系）：详见井田范围拐点坐标表1-2-1。表1-2-1 井田范围拐点坐标表序号XY序号XY14127816.4638456022.9074124111.5738455018.442412
12、6785.0638457330.0784124368.1638454873.5934126145.2738457009.8094124510.9338454628.1344125407.1738456636.42104124982.0238454908.0554124386.9638455384.15114125183.0638454559.4564124426.9638455255.40124126409.2238455308.30二、矿井储量、设计生产能力及服务年限根据矿井地质报告，参加井田储量计算的煤层为15号煤层，全井田保有资源/储量为30800kt，经计算，设计矿井可采储量21581
13、kt，矿井设计生产能力为900kt/a，全矿井服务年限为17.1a。三、井田开拓矿井采用斜井开拓，井田内的15号煤层划分为一个开采水平，水平标高为1320m，主斜井落底标高为+1284.6m，利用现有的井底煤仓，井底煤仓垂深35m，净直径4m。副、回风斜井落底到标高+1326m后分别建井底车场、布置采区回风上山，然后以方位角120布置三条采区上山。轨道、回风巷均沿15号煤层顶板布置，皮带巷沿15号煤层底板布置，皮带大巷和轨道大巷水平间距25m；轨道大巷与回风大巷间距为30m；大巷两侧留足煤柱35m。据开拓布置，达产时共布置3个井筒，即主斜井、副斜井和回风斜井。各井筒特征如下：1、主斜井：X=4
14、129789.086Y=19722137.599Z=1474.100。半圆拱粗料石砌碹，净宽4.2m，净高3.6m，净断面积13.22m2，倾角24.5，斜长457m（到15号煤层底），井筒内安设皮带、架空乘人器，担负矿井提煤、运送人员、进风任务。井筒内铺设检修道，敷设一趟通讯电缆、信号电缆一趟、洒水管路一趟。井筒内设置台阶和扶手，作为矿井一个安全出口。2、副斜井：X=4129770.947Y=19722196.229Z=1465。表土段半圆拱钢筋混凝土支护，基岩段为半圆拱锚网喷+锚索支护，净宽4.2m，净高3.6m，净断面积13.22m2，倾角24.5，斜长335m（到+1326水平），井筒
15、铺设30kg/m单轨，担负矿井下料、出矸、进风任务。井筒内敷设排水管路两趟，洒水管路一趟，黄泥灌浆管路一趟，压风管路一趟，下井高压电缆两趟，通讯、信号、监控电缆一趟。井筒内设置台阶和扶手，作为矿井一个安全出口。3、回风斜井：X=4129833.591Y=19722116.773Z=1473.4。净宽4.2m，净高3.6m，净断面积13.22m2，倾角24，斜长351m（到+1326水平），担负矿井回风任务，表土段半圆拱钢筋混凝土砌碹，基岩段为半圆拱锚网喷+锚索支护，井筒内设台阶扶手，兼安全出口之一。井口安设防爆门，设有风峒口及行人出口。第二节采区布置及装备一、采区布置据开拓方案，矿井采用斜井单
16、水平开拓，初采工作面设在一采区。采区皮带上山沿15#煤层底板布置，采区轨道上山、采区回风上山均沿15#煤层顶板布置，采区皮带上山与采区轨道上山间距为25m，采区轨道上山与采区回风上山间距为30m，两侧留足35m煤柱。二、采煤方法矿井现开采15#煤层，根据矿井地质报告，15#煤层厚度5.00-5.86m，平均5.52m，根据煤层赋存条件、开采技术条件、地面保护要求、采掘运装备水平和有关要求，以及提高单产、效率、回采率、生产安全、经济效益等因素，经综合技术经济比较，15#煤层选用综采一次采全高采煤方法。设计15#煤层布置一个长壁综采工作面，首采工作面煤层平均厚度5.52m，工作面长度200m，工作
17、面”三机”配套MG750/1915-GWD型采煤机、SGZ1000/2525型刮板输送机、ZY10000/27/60D型掩护式液压支架。回采工作面作业制度采用“四六”制，三班生产，一班检修，每班一个循环，循环进度0.8m，日循环数为3个循环。三、巷道掘进矿井配备1个综采工作面，1个综掘工作面和1个炮掘工作面，采掘比为12。第三节矿井通风一、通风方式和通风系统根据井田开拓布置，矿井采用中央并列式通风方式，通风方法为机械抽出式。矿井布置进风井2个，回风井1个，即主斜井、副斜井进风，回风斜井回风。二、掘进通风及硐室通风掘进通风采用局部通风机压入式通风，每个掘进工作面配两台，一台工作、一台备用。井下硐
18、室均设在新鲜(进风)风流中。三、矿井通风设备矿井安设两台FBCDZ-27 型防爆抽出式轴流式通风机2台，风量范围80-179m3/s，风压范围700-2643Pa；配套YBF-10防爆电动机，功率2220kW，电压10kV，转速580r/min。通风机采用反转风机反风。掘进工作面均采用KDF-6.3型局部通风机压入式通风。每个掘进面配备两台局部通风机，一备一用。局部通风机供电采用三专供电，由中央变电所专用变压器供给，风机选用同等能力的双风机，受电开关采用QBZ-4120/660SF型矿用隔爆型双电源双风机组合式真空电磁起动器(智能化)，实现双风机、双电源自动切换。局部通风机供风地点实现风电、瓦
19、斯电闭锁。第四节主要设备一、提升设备1、主斜井提升设备该矿主提升选用DTC80/250型大倾角带式输送机，电动机功率250kW，电压为660V，转速1480r/min，减速器型号为ZSY500型，传动比45。采用变频起动/制动方式，制动器选择YWZ5-400/121型电力液压块式制动器。2、副斜井辅助提升设备副斜井安装JK-2.52型矿用提升机，钢丝绳配24 6V19+FC 1670 B ZS 型纤维芯钢丝绳，直径24mm，抗拉强度1670MPa，单位重量2.12kg/m，全部钢丝破断力总和408kN。天轮选用TD1000/800型活动天轮。配套YR355L18型异步电动机，功率355kW，电
20、压10kV。电控采用JD-BP38-400T矿井提升电控系统。二、排水设备该矿现有三台多级离心泵，主水泵型号为MD155-308，流量155m3/h，单级扬程30m，效率74%，配用电动机为二级防爆电机，型号为YB2450S1-2，功率185kW，电压660V，转速2950r/min，正常涌水时1台工作、1台备用、1台检修，最大涌水时2台工作、1台备用。排水管安装1945.5mm无缝钢管,吸水管为2196mm无缝钢管。三、压缩空气设备矿井地面安装两台2台DH-350A型螺杆式压缩机，额定排气量为40m3/min，工作压力0.8MPa，配套防爆电机功率为220kW，电压660V。每台配一个立式风
21、包，其容积4.0m，压力1.0MPa。井筒和井下主要巷道采用1594.5mm型无缝钢管。四、井上下主要运输设备1. 地面运输该矿现有县乡级公路连接工业场地，该公路进行拓宽改造后完全可以满足本矿煤炭外运要求，该公路设计按平原微丘三级公路标准进行改造，设计路面宽度为7.0m，路基宽度为9.0m，路面为水泥混凝土高级路面，线路最小平曲线半径30m，计算行车速度30kmh，最大纵坡4，设计荷载：不小于汽车130t。煤炭外运，材料、设备运输可直接利用该公路。场内运输是场外运输和井下运输的一种延伸，本场地场内运输的主要形式为窄轨铁路运输和道路运输。矿井对外运输均为公路，矿井辅助生产区内主要采用窄轨铁路运输
22、。场内道路及铺砌场地采用25cm厚水泥混凝土高级路面、一般加固场地采用25cm厚泥结碎石面层加固，路面宽度为9.0m及6.0m。路面铺装总面积3500m2，一般加固场地铺装面积9500m2。路面内缘最小平曲线半径9.0m，最大路面纵坡5，设计荷载等级：汽车超20级。场内窄轨铁路主要与副斜井井口相联系。窄轨铁路由副斜井井口车场引出，通往综采设备库、矿井修理车间及木材加工房。线路长度约465m，采用的技术标准为：600mm轨距，30kgm钢轨，最小曲线半径9.0m。考虑到装卸的需要，配备型号为CCQ3和CC5的内燃叉车各一台。2. 井下煤炭运输（1）煤炭运输回采工作面刮板输送机运输顺槽转载机运输顺
23、槽带式输送机一采区皮带上山井底煤仓主井带式输送机运煤至地面。（2）辅助运输辅助运输巷道为轨道上山，担负运送设备、材料、矸石等辅助运输任务。根据辅助运输货流不均衡，品种多样，工作量大和瓦斯矿井的特点，一采区轨道上山采用无极绳连续牵引车完成运输矸石、材料、设备任务。材料及设备运输：副井井底车场轨道上山回风顺槽回采工作面。掘进工作面。矸石运输： 掘进工作面回采工作面煤层回采工作面回风顺槽轨道上山副井井底车场。第五节矿井供电一、供电电源矿井采用35kV双回路供电，分别引自温源110kV变电站和晴岚110kV变电站35kV侧，导线均采用JL/GIA-240/30，温源站-本站线路长度约为19.2公里，晴
24、岚站-本站线路长度约为20公里。二、地面供配电矿井地面变电站主变压器设一台SZ11-10000/35/10型有载调压变压器，二次输出引入矿井10kV的1#母线段，矿井另一回电源为10kV电源，通过进线开关引入10kV的2#母线段。35kV控制开关选用KYN61-40.5型高压真空成套开关设备，10kV系统选用KYN28A-12N型高压真空移开式成套开关设备，0.4kV系统选用GCK型低压开关柜。变电站10kV侧不同母线段出线各设一台S11-1000/10/0.4型变压器，供工业场地内(包括空压机房)设备用电。变压器采用分列运行，互为备用。保证一、二类负荷两回路供电。三、井下供配电井下安装设备容
25、量6663kW，工作设备容量5789kW，有功功率4483kW，无功功率4671kvar，视在功率6474kVA。下井高压电缆采用MYJV22-3240型矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆中央变电所采用BGP43-10型矿用隔爆型高压真空配电装置，安设4台干式变压器，2台KBSG-500/10型供主水泵房、大巷设备、采区设备及井底车场、大巷等照明信号、监控系统用电；2台KBSG-200/10型供掘进面局部扇风机专用。变电所内变压器分列运行，互为备用。 第六节矿井通讯与监控系统一、通讯调度通讯系统选用JSQ-31-512型512门数字程控交换机，耦合器选用KTH安全耦合器，井下硐室、
26、转载点和采掘工作面采用KTH101型抗噪声本安型自动电话机，地面采用KCD电子电话机。井下无线通信采用KDLT矿用无线通信系统，由核心机房设备及地面通信设备、井下设备和其它附属设备组成。二、安全监控系统矿井采用KJ90NB型安全监控系统，分站型号为KJ90-F16型，矿井共有11个分站，在地面设有KJ90-F16型1个分站，井下设有KJ90-F16型10个分站，分别设置在主通风机房、副井控制房（包括地面生产系统）、中央变电所（包括水泵房、充电硐室）等。三、人员定位系统为便于集团公司统一管理，人员管理采用KJ251型井下人员管理系统，由KJ251-J数据传输接口、KJ251-F隔爆兼本安型考勤定
27、位分站、KJ251-D读卡器、KJ251-K人员识别卡组成。第七节地面生产系统一、主井生产系统地面生产系统生产能力与主斜井胶带输送机能力一致为220t/h。地面生产系统主要设施主要有筛分间、卸载点、筒仓和胶带输送机走廊等。主斜井胶带输送机将原煤提升出井后进入2YAH1836型圆振动筛，上层筛上物+50mm级块煤经筛前溜槽转载至手选胶带输送机，选矸后的+50mm级块煤经手选胶带输送机机头溜槽转运至筛分间至2号卸载点胶带输送机上，经机头溜槽卸至大块煤储煤场存放。选出的矸石经矸石溜槽落地，由汽车运往矸石场地处理。下层筛上物5030mm级经筛分间至1号卸载点胶带输送机机头溜槽卸载至储煤场存放。筛下物3
28、0mm级末煤经筛下溜槽至末煤仓末煤胶带输送机、经卸料器进入末煤仓存放。地面设两座末煤筒仓，直径18m，高25m，每个末煤仓容量为4.0kt，筒仓总容量为8.0kt，储煤场总容量约10kt，总容量为18kt，约等于矿井6天的产量，符合设计规范3 7天的要求。煤仓设防堵仓的空气炮。二、副井生产系统副井主要担负矿井的提矸、上下设备、材料等任务。副井绞车房安设有JK-2.52型单滚筒绞车，井筒与井底车场连接处及井口布置阻车器，井口布置轻轨设平车场，连通井口车场与机修车间、设备库、坑木加工房等辅助厂房，窄轨运输系统轨矩600mm，轨型30kg/m。三、给水系统1、给水给水分为两个系统即：生产给水系统和生
29、活给水系统。设计主井口附近建两座容量为4003静压水池，供井下消防洒水及地面消防。地面供水管网分为生活、消防合并的环状管网及生产供水管网。利用高位水池保证地面生活、消防管网压力及水量的要求。消防采用临时高压给水系统，消防时启动消防水泵增压供水。室外生产、生活、消防合用管网每隔120m设置一个地下室外消火栓。供水管网由阀门井、地下式消火栓、水表井等组成。给水管材选用：DN100选用带水泥砂浆内衬给水铸铁管，DN100选用衬塑镀锌钢管，管道外做防腐处理后直埋入冻土以下。2、排水矿井排水主要来自井下涌水及矿井工业场地生产、生活污废水与场地雨水，采用分流制排水系统。井下排水主要污染物为井下采掘过程中的
30、煤粉和岩粉等悬浮物，矿井工业场地生产、生活污废水为联合建筑、单身宿舍、机修等处的排水，主要污染物为BOD、COD及SS。工业场地设有排水管网，收集各排污点的污废水。由于矿井内不建居住区，所以生活污水排放量很小，这部分粪便污水设化粪池处理，使有机物进行厌氧分解，在消灭细菌病源后方可排入室外排水管网。室内排水先经化粪池、降温池、隔油池、中和池等构筑物简单处理后，再经排水管网排入地埋式污水处理设备，经生化处理达到污水综合排放标准（GB8978-1996）二级排放标准后，用于绿化。井下水排出地面后，经处理系统处理后，直接回用于地面生产用水及井下生产、消防洒水及工业场地绿化降尘等；剩余部分与经过生化处理
31、后符合排放标准的生活污水混合，排入附近沟渠或山沟低洼处，用于农田灌溉。煤泥经干化场处理后进行综合利用。由于污水量较小，采用WSZ-10型地埋式污水处理设备进行处理。该设备主要处理手段采用目前较为成熟的生化处理技术接触氧化法。第三章矿井自燃风险评价及总体设计方案第一节煤的自燃预测分析根据2010年4月20日该矿委托山西省煤炭工业管理局综合测试中心对15号煤层进行煤层自燃倾向性试验。其试验结果分别为：煤吸氧量1.01cm3/g，自燃倾向性等级均为级，不易自燃。根据地质报告及评审意见论述，由于14号煤层为高硫、高磷煤层，煤层自燃发火期很短，属自燃煤层，开采15号煤层放顶垮落14号煤层，在采空区内容易
32、自燃，所以15号煤层按自燃煤层对待。一、从煤的炭化程度分析因煤层的自燃性随煤炭的变质程度的增高而降低；煤的炭化程度越低，挥发份含量越高，煤层自然发火倾向越强。一般说来，褐煤易于自燃，烟煤中长焰煤危险性最大，贫煤及挥发份含量在12%以下的无烟煤难以自燃。本井田15号煤层为特低灰中灰分、低硫高硫、低挥发分、高热值特高热值贫煤，可作为动力用煤和气化用煤。本井田15号煤层属不易自燃。二、从煤岩成分分析因煤岩成分包括有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤，煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的煤，一般不易自燃。15号煤层，表现为黑色，条痕为棕黑色，条带状结构，块状构造，玻璃光泽，煤岩
33、组分以亮煤、镜煤为主，为光亮型煤。三、从煤的含硫量分析煤的含硫分越多，吸氧能力愈大，越易自燃。15号煤层原煤硫分0.75-4.52%，平均2.13%；浮煤0.79-1.24%，平均1.02%。为低硫-高硫煤，煤层易自燃。四、从煤的破碎程度分析由于煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面积，使煤的氧化速度加快，容易自燃。脆性与风化率较大的煤就易于自燃。本井田15号煤层比较疏松，据此分析煤层自燃危险性较大。五、开采技术条件矿井15号煤层回采工作面采用综采一次采全高采煤法，采用全部垮落法管理顶板。可降低15号煤层的自燃因素，但各煤层采空区的遗煤，有自燃的可能性；因此，容易发生自燃的区域为工作面采空区。综上
34、所述，从煤的碳化程度、煤的含硫量、地质构造、开采方式等方面分析，必须采取一定的预防措施。第二节煤层发火原因分析煤是主要由碳元素组成的古生物化石，其内部又存在许多孔隙。除此之外，煤还包含有杂质，特别是比起碳元素来更容易被氧化的硫元素。在煤层未被开采以前，由于煤埋藏于地下，与地面空气基本隔绝，加之煤的内部不断释放出瓦斯，由于瓦斯的作用使得煤层内部相对于外部大气处于正压状态，空气中的氧气不能进入煤层内部，无法发生氧化反应。所以除少数特殊情况外，自然状态下的煤不会发生自燃。矿井开采活动过程中，由于煤层不可能被100%全部采出，有很多煤被遗留在地下，包括采空区内遗留的松散煤块和一些保护煤柱。这些被遗留的
35、煤所处的外部条件比起未被开采前发生了极大的变化：第一，外部空气进入采空区直接与煤发生接触；第二，煤被破碎成小块，极大地增加了其表面积；第三，煤内部的瓦斯在毫无外部压力的情况下基本全部逸出，原来被瓦斯占据的孔隙被空气占据。这样，煤中的碳元素、硫元素就会与空气中的氧发生氧化反应并放出热量，当某一局部的煤被氧化后所放出的热量大于向外部散发的热量时，此处的温度会越来越高以至于达到煤的燃点而发生煤的自燃。第三节矿井防灭火设计总体方案一、矿井防灭火技术简介目前主要采用的防灭火技术及其特点如表3-4-1所示。表3-4-1现有主要防灭火技术特点防灭火方法主要材料优点缺点预防性灌浆技术黄土、粉煤灰、水泥、高水材
36、料、矸石、砂子、等1.包裹煤体、隔绝氧气；2.吸热降温；3.工艺简单；4.胶结底板、增加漏风阻力；5.成本较低。1.浆体只流向地势低处，不能向高处堆积，对高位火作用有限；2.不能均匀覆盖浮煤，容易形成“拉沟”现象；3.易跑浆和溃浆，恶化工作环境，影响煤质。喷洒阻化剂技术MgCl2、CaCl2、Ca(OH)2、水玻璃等1.成本低、材料来源广；2.惰化煤体表面活性结构，阻止煤氧复合作用；3.吸热降温，并使煤体长期处于潮湿状态。1.不容易均匀分散在煤体上；2.腐蚀井下设备；3.失水后促进煤的自燃。注惰性气体技术氮气、二氧化碳等1.降低氧气浓度，惰化火区；2.抑爆；3.对井下设备无腐蚀；4.扩散性好，
37、可充满整个注入区域；1.注入的气体易随漏风扩散，难以长期滞留在注入区域；2.降温效果差，灭火周期长；3.初期投资大。注凝胶技术氨盐凝胶、高分子凝胶1.包裹煤体、封堵裂隙效果较好；2.耐高温；3.固水性较好，不易流失；4.灭火速度快、安全性好。1.流量小，成本高，难以大面积使用；2.时间长胶体会开裂；3.胶体会产生氨气。均压技术经济、实用、效果高、成本低。技术含量高，管理复杂，操作不当，还可能引起火灾。惰性气体泡沫技术氮气泡沫、二氧化碳泡沫等1.避免“拉沟”现象；2.水能均匀分布；3.适用于采空区或煤堆深部。1.泡沫容易破灭；2.只有液相水，一旦水分蒸发，防灭火性能消失。固化泡沫技术粉煤灰、水泥
38、、发泡剂等1.泡沫能固化，有一定强度；2.堵漏及防灭火效果好。1.发泡倍数低，覆盖面积有限；2.工艺复杂，成本高。二、矿井自燃防治技术对策由于和顺益德煤业开采的15号煤层按容易自燃煤层对待，设计采取灌浆为主、注氮为辅的防灭火技术措施。根据目前常用防灭火技术特点，结合益德煤业开采煤层的自燃特性、地质条件、开拓条件、开采方法、通风条件等实际情况，设计矿井在正常生产时采用以灌浆为主，注氮为辅的综合防灭火技术，同时完善煤自燃早期预测预报制度及监测监控体系，防患于未“燃”，并对相关的技术进行防灭火设计。1、煤自燃早期预测预报技术煤矿安全规程第二百四十一条规定：开采容易自燃和自燃煤层时，在采区开采设计中，
39、必须明确选定自然发火观测站或观测点的位置并建立监测系统、确定煤层自然发火的标志气体和建立自然发火预测预报制度。所有检测分析结果必须记录在专用的防火记录薄内，并定期检查、分析整理，发现自然发火指标超过或达到临界值等异常变化时，立即发出自然发火预报，采取措施进行处理。因此，需建立相应的自然发火监测系统和预测预报制度，即束管监测系统。2、灌浆防灭火技术灌浆防灭火技术已在我国有自然发火危险的矿井中得到普遍应用，也取得了良好的效果。灌入的泥浆能够吸热降温，对煤体有包裹作用，起到隔氧降温目的，同时能胶结顶板、降低采空区空隙率、增加漏风阻力。3、阻化剂防灭火技术考虑到阻化剂防火效果较好，来源广泛，使用方便，
40、防火成本低等因素，设计采用阻化剂作为日常防灭火技术。4、注氮防灭火技术采空区内注入大量的高浓度的氮气后，可降低氧气浓度，减少漏入采空区的风量，并能抑制火区内可燃气体爆炸，对抑制采空区自燃相当有效，因此，选用注氮作为一种防灭火技术措施。三、益德煤业矿井防灭火设计总体方案1、采集开采煤层煤样进行煤自燃标志气体测试，优选出15#煤层自然发火的标志气体，并根据矿井不同自燃监测点要求建立和完善煤层自燃监测方法和手段，强化煤层自然发火的早期预测预报工作，及时测定气体、温度的变化情况，结合煤层自燃标志气体优选试验，科学地对煤层自然发火进行预测预报，防患于未“燃”。2、工作面正常回采期间主要针对回采工作面采空
41、区遗煤自燃为重点，采用以黄泥灌浆为主，注氮为辅的综合防灭火措施，并加强自然发火的早期预测预报工作，及时掌握煤层自然发火的进程。正常生产时，应进行间断性注氮防止采空区自燃。3、当出现停产、CO超限等异常情况，改为以灌浆为主的防灭火措施，灌浆采用四班灌浆；同时改间断性注氮为连续注氮，及时处理自燃征兆，直至恢复正常并稳定在3天以上。4、加强对矿井外因火源的管理，机电设备、带式输送机等满足相关规定，完善各种保护措施。5、健全相应的防火构筑物、消防材料，建立防灭火应急救援预案及管理制度。第四章煤自燃监测系统和预测预报制度煤矿安全规程第二百四十一条规定：开采容易自燃和自燃煤层时，在采区开采设计中，必须明确
42、选定自然发火观测站或观测点的位置并建立监测系统、确定煤层自然发火的标志气体和建立自然发火预测预报制度。所有检测分析结果必须记录在专用的防火记录薄内，并定期检查、分析整理，发现自然发火指标超过或达到临界值等异常变化时，立即发出自然发火预报，采取措施进行处理。煤自燃是一个渐进变化的过程，是处于破碎状态堆积的煤在与空气(氧气)接触后，发生一系列物理吸附、化学吸附和化学反应，并产生热量，当产生的热量大于向环境散发的热量时，热量得以聚集，煤岩体和周围空气温度逐渐上升，并释放出一系列气体，其中某些气体的出现和产率随煤温的上升而发生规律性变化，可以用来预报煤炭自然发火的情况，这些气体称之为煤自然发火的标志气
43、体。目前标志气体分析法比较完善，相应的分析技术和监测系统都已配套，在煤矿中得到了广泛应用。因此，对益德煤业开采煤层自燃火灾的预报以标志气体分析法为主，测温法为辅。第一节煤自燃监测系统煤层自燃的发生要经历潜伏期、自热期和燃烧期，其变化过程具有明显的征兆，实时、准确的监测到这种变化从而及时采取针对性措施是有效防治矿井内因火灾的基础。煤层自燃监测系统就是对井下煤层自燃监测点，采用一定的方法定期或连续的进行取样分析，结果均需记录完备，并定期检查、分析整理，总结各点气体组分、浓度的变化规律，结合煤自然发火标志气体，判断煤自燃的发展进程，当发现自然发火指标超过或达到临界值等异常变化时，作出煤自然发火的早期
44、预测预报，采取措施进行处理。一、回采工作面采空区自燃“三带”划分采空区作为井下煤层自然发火的高危区域，往往存在着很大的安全隐患，它的自然发火防治就作为井下自然发火综合防治的重中之重。其自然发火防治的首要技术前提是要搞清采空区自燃“三带”的分布范围，它是采空区注氮、堵漏风等技术措施的主要技术依据，同时也作为确定回采合理推进速度的重要参考，因此采空区自燃“三带”的测试与划分是防灭火工作的主要基础内容之一。1、采空区自燃“三带”概述对于非充填采空区的回采工作面来说，随着工作面不断前移，切顶线之后的采空区顶板开始逐渐垮落，在这一区域内形成了比较松散的冒落区，因而漏风比较严重，在此期间，浮煤在氧的综合作
45、用下开始发生氧化反应，并释放出微量的热，但由于其间的漏风风流比较大，浮煤氧化所产生的热量绝大部分随风流带走，无法积聚，从而不能发生自然发火，这一区域就是我们通常所说的“散热带”或称之为“冷却带”。随着工作面的继续前移，这些松散的冒落区也逐渐被压实，其间漏风通道减小，漏风强度亦随之减弱。此时的漏风，一方面携带着足够的氧气供给浮煤，保证浮煤氧化的继续进行，另一方面这种漏风流已不能过多地带走氧化所生成的热量。这样，氧化产生的热量不断积聚，反过来又为浮煤的氧化提供能量，加速浮煤的氧化，使煤的氧化反应不断地加速，最终发展到加速氧化和激烈氧化阶段，甚至出现明火燃烧现象，这一区域我们可以称之为“氧化带”。“
46、氧化带”再往里延伸，此时，冒落区已基本压实，漏风基本消失，漏风风流流经“氧化带”时，其所含的氧气已被大量消耗，加之只有很少一部分漏风能抵达这一区域，因此，浮煤的温度起先可能仍比较高，但由于漏风不能供给足够的氧气而被迫处于窒息状态，因此我们可以把这一区域称之为“窒息带”。2、采空区自燃“三带”的划分主要指标采空区自燃“三带”之间的区别主要是看浮煤周围的氧气浓度能否满足煤炭氧化的需要，这就有一个临界氧浓度的概念(即煤能够氧化自燃的最低氧浓度值)，如果浮煤周围的氧气浓度高于临界氧浓度，浮煤的氧化就能够持续进行，此区域处于“氧化带”中。反之，如果浮煤周围的氧气浓度低于临界氧浓度，浮煤的氧化就会因缺氧而延缓甚至停滞，此时处于“窒息带”中。因此，“三带”范围的确定以临界氧浓度为主指标来划分为宜。二、煤层自然发火观测点设置观测点分为固定点、移动点和临时观测点，应设置在能采集到观测区内有代表性气体的地点，并尽量设置在巷道周围压力较小，支架完整，没有拐弯，断面没有突然扩大或缩小的地点。根据益
