《山煤集团东古城矿防灭火方案设计(修改)1024.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山煤集团东古城矿防灭火方案设计(修改)1024.doc（64页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、XX煤炭进出口集团左云东古城煤业XX防灭火专项设计（三次修订稿）煤炭科学研究总院XX研究院工程设计乙级资质编号：A250004477二O一一年十月63 / 64XX煤炭进出口集团左云东古城煤业XX防灭火专项设计（三次修订稿）院长邵军研究员总 工 黄声树 研究员项目负责陆 伟 高 工报告编制 郝宇 工程师煤炭科学研究总院XX研究院二O一一年十月参加设计及审核人员参加设计人员XX职称签字郝 宇工程师陈 辉工程师叶正亮工程师王正辉高级工程师X青松工程师审核人员陆 伟高级工程师王正辉高级工程师目录目录41 前言61.1设计编制依据61.2 设计指导思想71.3设计主要特点71.4 设计的主要内容72
2、矿井及工作面基本概况82.1位置及交通82.2 自然地理82.2.1地形地貌82.2.2水系82.2.3气象82.2.4地震92.3煤层、地质情况92.4矿井开拓与开采102.5 工作面基本概况112.6 瓦斯、火灾等灾害情况122.6.1瓦斯122.6.2煤尘爆炸危险性122.6.3 火灾133 煤层开采自燃危险性分析及自燃特性实验研究143.1煤层自然发火影响因素分析143.1.2煤的赋存条件163.1.3开采技术条件163.2 煤层自燃特性实验结果163.2.1 煤层自燃倾向性和煤尘爆炸性163.2.2 煤最短自然发火期解算数学模型及其求解174 矿井自然发火预测预报技术194.1 自然
3、发火预测预报194.1.1 实验煤样自然发火预测预报指标及其临界值194.2 煤矿自燃预测预报系统224.2.1人工监测系统224.2.2人工采样实验室色谱分析224.2.3 束管监测系统234.3矿井自然发火监测方案264.3.1 束管监测系统测点布置方案274.3.2 人工取样检测285自燃综合防治方案305.1 注浆防灭火系统305.1.1注浆防灭火系统设计参数305.1.2制浆站及泥浆的制备工艺流程355.1.3 注浆方法365.1.4 地面灌浆系统及设备365.1.5 注浆日常工作385.2氮气防灭火技术395.2.1氮气防灭火指标395.2.2矿井防灭火注氮流量的计算395.2.3
4、 制氮系统405.2.4 输氮管路405.2.5 注氮的工艺和方法415.2.6注氮区气体监测425.3阻化剂防灭火技术425.4 其他方面防灭火措施446井下外因火灾防治466.1电器事故引发的火灾防治措施及装备466.1.1井下机电设备硐室防火措施466.1.2井下电气设备的防火措施466.3.3井下电缆的选择、敷设、连接476.4.4井下电气设备的各种保护486.4.5井下电气设备的检查、维护、修理和调整486.2.带式输送机的防、灭火措施496.3其它火灾的防治措施及装备496.3.1防止地面明火引发井下火灾的措施496.3.2防止地面雷电波及井下526.3.3防止井下爆破引发火灾53
5、6.3.4爆炸器材运输、储存安全措施536.4井下防火构筑物546.5职工消防培训567 矿井防灭火组织与管理587.1 组织保障措施587.2 生产管理措施597.3 专业管理措施607.4 监督检查措施618矿井防灭火系统所需资金概算631前言煤矿安全规程规定：开采有自燃倾向性煤层的矿井，在矿井和新水平的设计中，必须采取综合（包括开拓方式，巷道布置，开采方法，回采工艺，通风方式和通风系统等）以及专项（包括注浆或注砂、喷注阻化剂、注入惰性气体、均压技术等）预防煤层自然发火措施；开采有自燃倾向的煤层，必须对采空区、突出和冒落孔洞等空隙采用预防性注浆或全部充填、喷洒阻化剂、注入阻化泥浆、惰性气体
6、以及均压通风等措施，防止自然发火。煤炭工业矿井设计规X（GB50215-2005）规定：一级自燃矿井应建立以注浆（或注砂）为主、以阻化剂或均压技术为辅的防灭火系统和预测预报系统并配备惰气灭火装置；二级自燃矿井应建立注浆（或注砂）为主，以阻化剂或均压技术为辅的防灭火系统和预测预报系统。1.1设计编制依据煤炭工业矿井设计规X（GB50215-2005）；煤矿安全规程（2011版）；矿井防灭火管理规X；煤矿注浆防灭火技术规X（MT/T 702-1997）；煤矿用氮气防灭火技术规X（MT/T 699-1997）；煤矿采空区阻化汽雾防火技术规X（GB50116-98）；矿井均压防灭火技术规X（MT/T6
7、26-1996）；采矿工程设计手册；矿井均压防灭火技术规X（MT/T698-1997）；煤层自然发火标志性气体色谱分析及指标优选方法(AQ/T1019-2006)；中煤国际工程集团XX设计研究院编制的XX煤炭进出口集团左云东古城煤业XX矿井兼并重组整合项目初步设计说明书；煤炭科学研究总院XX研究院关于东古城煤业公司22号煤层自燃倾向性、自然发火期、煤层煤尘爆炸性、自燃标志性气体优选分析等实验鉴定报告和测试分析报告；国家和地方政府有关煤炭工业生产的法律、法规、技术政策等。1.2 设计指导思想本项目设计坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的原则，严格贯彻执行煤矿安全规程等安全生产法规、条例。采取综
8、合防灭火技术设计方案，借鉴相似矿井防灭火成功经验，积极推广使用成熟有效的防灭火新技术、新工艺和新设备，将矿井建成装备先进、抗灾能力强、安全高效的现代化矿井。1.3设计主要特点本设计方案从矿井的系统设计着手，通过结合煤层地质情况、开采开拓系统、开采方法，采取以注浆防灭火技术为主，以阻化剂防灭火技术等为辅助的综合防灭火技术，对矿井工作面及采空区等容易自燃的区域采取有针对性的防灭火技术措施，同时健全和完善矿井防灭火的安全管理工作制度。通过实验室实验研究，对类似矿井防灭火系统设计调研，并结合类似矿井防灭火设计方案实例，对所设计矿井进行防灭火方案专项设计。1.4 设计的主要内容本专项设计的主要内容包括：
9、煤层开采自燃危险性分析；矿井煤层自燃监测方案设计矿井火灾预测预报系统及装备包括：矿井火灾束管监测系统、人工现场检测，和人工采样色谱分析。煤层自燃综合防治技术方案注浆防灭火技术及装备，注阻化剂技术相关的设计和装备选型。矿井防灭火组织与管理措施组织保障措施、生产管理措施、专业管理措施、监督检查措施等。2 矿井及工作面基本概况2.1位置及交通该矿位于左云县小京庄乡西南14km处东古城村。行政区划属小京庄乡管辖。其地理坐标为：东经11235471123700，北纬394851394956。井田南北长2.029km，东西宽1.783km，井田面积3.4991km2。批准开采煤层为5、6、26号煤层。该矿
10、井位于左云县小京庄乡西南14km处东古城村，左云县西南，距左云县城直距25km。矿区内有简易公路与109国道和口泉公路相连，经109国道和口泉公路通往XX及左云。井田外东部有小京庄至酸茨河公路通过，西距右玉至山阴柏油公路6.5km左右，东距左云县至怀仁县吴家窑18km左右，距XX市约60km，东距大运高速公路20km，交通条件较为便利。2.2自然地理2.2.1地形地貌本井田位于XX煤田中部东缘，为侵蚀的中低山地貌，地表大部被黄土覆盖，零星出露有白垩系左云组,井田内东侧有东古城自然村，工业广场位于井田中部，地势总体为西高东低，最高点位于井田北部边界，海拔为1488.10m，最低处位于井田东南部边
11、界沟谷中，海拔1413.30m，相对高差为74.8m。2.2.2水系本区属海河流域桑干河水系，各沟谷平时干枯无水，只有在雨季汇集流水，由西向东流出本井田，汇入井田外东侧的酸茨河，酸茨河碾转向西汇入元子河，元子河向东南归入桑干河。2.2.3气象本区属高原地带干旱大陆性气候。冬季寒冷，夏季炎热，气候干燥，风沙严重。年降水量分配极不均匀，暴雨强度大，降水量多集中在7、8、9三个月，约占年降水量的60%75%，年最大降水量为628.3mm。全年日照时间为28803140小时，平均为3011.4小时，年日照百分率为68%，历年来蒸发量大大超过降水量，一般蒸发量为降水量的45倍。年蒸发量在16442105
12、mm之间，平均年蒸发量为1847.8mm。47月间，月蒸发量为200300mm，最大日蒸发量为19.2mm。XX左云及朔州右玉地区一向以风沙多而著称，西北风几乎贯穿全年，每年有风时间占全年总时间70%，多集中于冬春季节，年平均风速为3.2m/s。历年年平均相对温度为4652。初霜期一般为9月上、中旬，无霜期122天。冰冻期为10月上旬至翌年4月下旬，最大冻土深度60cm。2.2.4地震根据GB183062001中国地震动参数区划图，本区地震基本烈度值为度，地震动峰加速度值为0.10g。2.3煤层、地质情况井田内含煤地层为XX组和XX组。XX组平均厚度112.23m，含煤7层,编号为2-1、2、
13、22、23、26、9、10号，2-1、9、10号煤层为不稳定不可采煤层，2号煤层仅在Z101、Z102号孔中达到可采厚度，其他孔均为不可采，厚01.81m，平均0.65m，属不稳定不可采煤层。22、23、223号煤层为稳定可采煤层。本组煤层总厚24.35m，含煤系数为21.70%。可采煤层厚度22.95 m，含煤系数为20.45%。XX组平均厚60.76m，含煤4层,其中123号煤层，为稳定大部可采煤层，其余为不可采煤层。煤层总厚3.13m，本组含煤系数为5.15%。可采煤层厚度2.48m，含煤系数为4.08%。本井田内可采煤层为XX组123号煤层和XX组22、23、223号煤层。本井田位于X
14、X煤田西部边缘，含煤地层主要为石炭、二叠系，井田煤层主要可采煤层为16、22、23、223号层。本井田位于XX煤田西部边缘，总体为一背斜构造，地层倾角28，在井田南部发现有两条正断层，未发现陷落柱。1、褶曲S1背斜：位于井田内中部，Z103北侧、左14号钻孔与2号钻孔之间，轴向北东南西向, 向西南翘起，北翼地层倾向北西，产状平缓，倾角23。南翼地层倾向较陡，倾向南东，倾角58。背斜轴在井田内延伸长度2200m左右。2、断层F99正断层：位于井田南部512和1号钻孔之间，左XX普查勘探时108、711、1304等钻孔推测的正断层，本井田内由512、1、Z102号钻孔推测，走向南西西，倾向北北西，
15、落差70100m，倾角70，井田内延伸长度为1750m左右。F98正断层：位于F99正断层北侧，左XX普查勘探时909、左40等钻孔控制的正断层，本井田内512号钻孔发现此断层，走向南西西，倾向南南东，落差1020m，倾角70，井田内延伸长度为1330m左右。与F99正断层构成一地堑构造。2.4矿井开拓与开采1、 井田境界根据XX省国土资源厅2010年8月17日为东古城煤矿颁发的采矿许可证,证号为C46814，批准矿井开采山16、22、23、26煤层，开采高程由+1330+1060m，井田南北长2.029km，东西宽1.783km，面积3.4992km2。矿井工业资源/储量104.16Mt，矿
16、井设计资源/储量为71.53Mt，矿井设计可采储量为38.29Mt，巷道煤柱取40m。在井田的东部边界有东古城饮用水水源地一级保护区，水资源保护区设计按一级标准保护，在靠近井田一侧留保护煤柱，煤柱留设按表土移动。2、 矿井设计生产能力根据XX省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室以晋煤重组办发20099号关于XX市直和左云县、XX县煤矿企业兼并重组整合方案的批复，确定矿井的设计生产能力为0.90Mt/a。3、 矿井服务年限虽然本井地质构造简单，煤层赋存稳定，但井田X围内钻孔数量有限，可采储量尚有一定的不确定性，因此储量备用系数取1.3，按矿井生产能力0.90Mt/a计算，矿井服务年限为32.7
17、年。4、 井田开拓方式本井资源埋藏较浅，矿井的开拓方式为斜井开拓。目前有主工业场地和风井工业场地两处，主工业场地位于井田的南部东古城村附近，场地内有主、副斜井2条；风井工业场地靠近井田中部，场地内有回风立井1条，设计废弃风井工业场地和已有风井井筒，单独保留主工业场地。在22号煤层上部67m左右，有山4号煤的剩余储量赋存，主要分布在井田的中部、南部和中西部，与22号煤层存在压茬关系。本井田煤层倾角平缓，平均26，确定采用大巷条带式开采方式。主要大巷两组，其中主水平带式输送机大巷沿26煤底板布置，辅助运输大巷及回风大巷由8煤挑至5#煤煤层，5#煤辅助运输大巷沿煤层底板布置，5#煤回风大巷沿煤层顶板
18、布置，待回采26号煤层时，再在26号煤层内布置辅助运输大巷和回风大巷，辅助水平三条大巷没山4#号煤层布置。三条大巷均南北方向布置，终止于北部井田边界保护煤柱。根据煤层的层位关系，先采二盘区，再采一盘区，最后再采二盘区，采盘区沿井田西部边界布置8煤带式输送机大巷、22煤辅助运输大巷和5煤回风大巷，三条大巷水平间距30m。在22号煤层上部井底车场附近布置首采工作面，采用长壁式开采。矿井利用一个盘区一个工作面达到矿井的设计生产能力。运输顺槽通过盘区车场与22煤辅助运输大巷相连；煤炭运输由运输顺槽通过溜煤眼与26煤带式输送机大巷相连；回风顺槽直接与22煤回风大巷相连。采煤工作面依次由南向北接续。2.5
19、 工作面基本概况1、工作面生产能力井田X围内共赋存煤层4层，其中22号煤层为主采层，煤层厚，赋存稳定。22号煤层平均厚度17.27m，先沿顶部采3.5m后，剩余厚度13.77m采用放顶煤工艺，采放比1：3.22号煤层采用一次放顶煤工艺，因此设计初期在22号煤中布置一个综采工作面，达到0.90Mt/a设计生产能力。2、22号煤层位于XX组中下部，上距123号煤层66.79m，煤层厚度10.4020.94m，平均厚度17.27m，为稳定全区可采煤层，含39层夹矸，结构较简单复杂。顶板为粉粗砂岩，底板多为砂质泥岩，局部为泥岩、炭质泥岩。3、采煤方法选择根据井田内煤层的赋存特征及对井田煤层开采技术条件
20、和矿井规模综合分析，井田内所有可采煤层均适合采用长壁垮落采煤法。4、采煤工艺选择井田X围内共赋存煤层4层，其中22号煤层为主采层，煤层厚，赋存稳定，适合分层综采、预采顶分层放顶煤综采等多种综合机械化采煤工艺。二盘区22号煤层顶底板特征见表2-1。表2-1二盘区22号煤层顶底板特征煤层编号煤层厚度(m)最小最大平均煤层结构夹石层数顶 底 板 岩 性埋藏深度(m)最小最大平均稳定性顶 板底 板2210.4020.9417.27较简单-复杂39粉砂岩、中、粗砂岩泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩245290270稳定5、矿井通风本设计通风方式采用抽出式，采用中央并列式通风系统，主斜井和副斜井入风，回风斜井1和
21、回风斜井2回风。综采工作面20m3/s，综掘工作面10m3/s，普绝工作面6m3/s，爆炸材料发放硐室6m3/s。2.6 瓦斯、火灾等灾害情况2.6.1瓦斯XX市煤炭工业局同煤机字2008193号文件关于XX市地方煤矿年产0.3Mt以下94座矿井2008年度瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复，该矿2008年度矿井瓦斯等级鉴定结果，瓦斯相对涌出量2.05m3/t，绝对涌出量为0.66m3/min，二氧化碳相对涌出量3.44m3/t，绝对涌出量为1.11m3/min，为低瓦斯矿井。中国矿业大学（）编制的XX煤炭进出口集团左云东古城煤业XX矿井瓦斯含量测定和瓦斯涌出量预测研究报告，本矿井瓦斯绝对
22、涌出量为7.64m3/min。相对瓦斯涌出量为4.03m3/t，为低瓦斯矿井。邻近XX兴煤矿同样为整合煤矿，现开采5、26号煤层，根据整合前各个矿井的鉴定报告看，矿井为低瓦斯矿井。整合后东古城煤矿开采X围不变，瓦斯涌出量按照2008年瓦斯等级鉴定结果，即矿井绝对瓦斯涌出量为0.66m3/min，相对瓦斯涌出量为2.05m3/t，为低瓦斯矿井。2.6.2煤尘爆炸危险性根据XX省煤炭工业局综合测试中心2010年6月对该矿123号煤层煤样的测试结果：火焰长度400mm，最低岩粉用量75%，有爆炸危险性。根据XX省煤炭工业局综合测试中心2010年3月对该矿22号煤层煤样的测试结果：火焰长度400mm，
23、最低岩粉用量80%，有爆炸危险性。2.6.3火灾根据XX省煤炭工业局综合测试中心2010年6月对该矿123号煤层煤样的测试结果：吸氧量0.64cm3/g，自燃等级为级。根据XX省煤炭工业局综合测试中心2010年3月对该矿22号煤层煤样的测试结果：吸氧量0.76cm3/g，自燃等级为级，倾向性质为容易自燃。补充勘探时在Z102孔中对22、23、223号煤层采取了煤芯煤样，测试了煤的自燃倾向性，2008年1月10日由XX省煤炭工业局综合测试中心测试，123号煤层倾向性质为自燃，其余各煤层均属容易自燃。该矿曾在2008年1月在22号煤层井下西一巷、西二巷、西三巷、西四巷距皮带运输大巷50m处发生自燃
24、现象；在2009年7月在22号煤层井下西六巷、西七巷发生一氧化碳涌出现象，测表已超限，由于及时采取措施，没造成任何事故。在今后的开采中一定要注意浮煤的清除和采空区的密闭，防止发生煤的自燃及有毒气体的涌出。3 煤层开采自燃危险性分析及自燃特性实验研究3.1煤层自然发火影响因素分析1、煤的炭化程度根据有关资料，一般认为煤的自燃倾向性，是随炭化程度增高而减少的，事实上，同牌号的煤也有自燃难易之分，这是由煤的化学物理性质的多样性所决定的。据地质报告，井田内主采的22号煤层变质阶段为1/3JM。2、煤岩成分在丝煤、暗煤、亮煤、镜煤四种煤岩成分中，具有纤维构造而表面吸附能力很高的丝煤在常温下吸氧能力特别强
25、，着火点低，可以起着“引火物”的作用，所以含丝煤愈多，自燃倾向愈大。据邻近杜家村矿井详查报告，D5、D23号钻孔中采取22号煤层煤岩样，22号煤层显微组分为：镜质组77.683.8%，惰质组14.118.3%，壳质组2.14.7%，无机组成为粘土类3.9-40.7%，显微煤岩类型以混合暗亮煤亚型和混合亮暗煤亚型为主，次为混合亮煤亚型和混合暗煤亚型。镜煤最大反射率在0.830.89%之间，煤变质阶段属于变质阶段，推断本矿井情况类似。根据以上煤的显微煤岩组分和显微煤岩类型分析，各煤层自燃程度中等。3、煤的含硫量同牌号的煤中，含硫矿物愈多，愈易自燃。煤中所含硫铁矿，低温氧化时生成硫酸铁和硫酸亚铁，使
26、煤体膨胀而变得松散，增大氧化表面积。硫铁矿氧化时放出的热量，也促进煤炭自燃。据地质报告，22号煤层为低中硫煤，原煤硫份平均1.551.96%，平均1.72%。煤的含硫量中等偏低，对自燃的危害性较小。4、煤的水份煤中所含水份对自燃倾向影响比较复杂，近年来有观点认为：同一种煤水份愈多，着火温度愈高，但当它干燥（如不发生氧化）后，着火温度又变为最低；炭化程度低而水份多的煤，水份蒸发后，煤的自燃危险性增加，这是因为水分蒸发使煤的粉碎性增加，从而增大其吸氧面积；炭化程度高而水份少的煤，水份蒸发对煤的自燃危险性影响不明显。据地质报告，本井田22号煤层含水份较高，其自燃危害性会减少。这也说明宁武煤田井下煤层
27、自然发火情况基本没有，但是地面堆放是容易自燃的主要原因。5、煤的破碎程度煤的破碎程度越高，吸氧面积越大，自燃危险性越高。本井田煤层韧性较差，据实际揭露22号煤层情况，煤块易破碎，对自燃的危害性相对较大。由于煤的破碎程度大，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。本井田各煤层比较疏松，据此分析煤层自燃危险性较大。6、煤的瓦斯含量、孔隙度及导热能力等物理性质也是影响自燃倾向的因素。煤炭的孔隙率越大，越易自自燃；变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。据实际揭露22号煤层情况，本井田煤层孔隙较发育，具有一定脆性，因此，自燃的危害性增加。7、煤层厚度、倾角、埋藏深度
28、煤层厚度与倾角愈大，自燃危险性愈大。在厚煤层开采时，由于开采条件复杂，回收率较低，采区煤柱易遭破坏，采区封闭不严，漏风较大等原因造成容易自燃。此外，煤是不良导热体，煤层愈厚，愈易造成良好的热积聚条件。煤层埋藏深度增加，煤的原始温度增加，自然水份减少，也将使自燃危险性增加。8、地质构造煤层遭到地质作用（如褶曲、断层、破碎带及岩浆侵入等）破坏的地点，自燃发火比较频繁。原因是地质构造破坏处，煤质较松，有大量裂隙；围岩裂隙渗水，都使煤的氧化能力提高。岩浆侵入区，煤层受到局部干馏，煤的孔隙率增加，强度降低，自燃危险性也可能增大。本井田地质构造简单，断层稀少，无岩浆岩侵入，从而使煤的自燃危险性减小。9、围
29、岩性质煤层顶板坚硬而裂隙发育，冒落后块度较大，采空区漏风大，供氧条件良好。若底板也较坚硬，则煤柱所受地压大，易破坏，均有利于煤层自燃；如顶板松软，冒落后采空区充填较致密，且能很快压实，则采空区遗煤的自燃危险性大大减少。10、开拓方式及采煤方法采区虽然采用煤巷开拓，但支护方式为锚（网）喷，留煤柱少，煤层切割少，自燃发火危险小。采煤方法对自燃发火的影响主要取决于采空区遗煤量及其集中程度、顶板管理方法，煤层切割情况、煤柱破坏程度以及采空区封闭难易程度等。11、漏风条件空气流通不仅使煤氧化，同时又把氧化生成的热量带走。风速很小，供氧量不足；风速过大，热量不能积聚，都不会发展成自燃火灾。因此，只有在既有
30、风流流通而又风速不大的情况下，煤才可能自燃。顶板冒落的采空区，煤巷冒顶、垮邦处，压碎的煤柱等地点的漏风，往往具备了这种自燃条件。本矿井回采工作面采空区漏风小，采空区煤层发火危险性小。12、综放一次采全高开采工艺煤层自燃的特点采煤方法：本矿井开采的为大倾角厚煤层，结合矿井开拓布置，各采区的工作面均采用走向长壁式采煤法，后退式回采，全部冒落法管理顶板。综采的易发火区为“两道二线”（工作面胶带运输道、辅助运输回风道、开切眼、停采线）。3.1.2煤的赋存条件22号煤层位于XX组中下部，上距16号煤层66.79m，煤层厚度10.4020.94m，平均17.27m，为稳定全区可采煤层，含39层夹矸，结构较
31、简单复杂。顶板为粉粗砂岩，底板多为砂质泥岩，局部为泥岩、炭质泥岩。3.1.3开采技术条件对22号煤层进行分层放顶煤，上分层采高10m，采用综采放顶煤采煤方法开采，容易造成采空区遗煤多，漏风大，给煤层自燃造成良好条件，增加自燃的可能性；因此，容易发生自燃的区域为工作面“两线两道”，即工作面开采线，停采线，进风道与回风道。3.2 煤层自燃特性实验结果3.2.1 煤层自燃倾向性和煤尘爆炸性煤炭科学研究总院XX研究院对东古城煤业公司煤层自燃倾向性、煤尘爆炸性等进行了实验室实验鉴定和分析，鉴定结果见表3-1、3-2。结果显示：22号煤层的自燃倾向性等级为类，属容易自燃煤层；煤尘具有爆炸性，火焰长度为27
32、0mm。表3-1东古城煤业XX煤自燃倾向性鉴定结果表矿井名称XX煤炭进出口集团左云东古城煤业XX煤层名称22号煤层采样地点东1巷样品状态块、粉混合样品质量3kg检测结果检验项目符号单位结果水分Mad%1.75灰分Ad%18.65挥发分Vdaf%37.06全硫St,ad%真相对密度TRD1.48吸氧量Vdcm3/g0.75鉴定结论所检样品煤层的自燃倾向性等级为类，属容易自燃煤层表3-2煤层爆炸性鉴定结果表检测项目符号单位结果水分Mad%1.75灰分Ad%18.65挥发份Vd%30.15Vdaf%37.06火焰长度mm270最低岩粉添加量%80检验结果此煤样“有煤尘爆炸性”3.2.2 煤最短自然发
33、火期解算数学模型及其求解本实验将绝热条件下煤从常温缓慢氧化、自热升温到加速氧化临界温度所需的时间计为煤层最短自然发火期。通过差示扫描量热法（DSC）测定煤样比热、升温氧化实验确定煤样加速氧化临界温度，以升温氧化实验中气体产物的浓度变化计算煤样的放热速率，根据建立的数学模型解算实验煤样的最短自然发火期。本实验用煤样由我院技术人员到山煤集团东古城煤业公司取样，委托我院对该煤样进行最短自然发火期实验。参考XX院自然发火期实验报告（编号WSSYBG2010-0205），相关实验测试结果为：东古城煤业公司22号煤层最短自然发火期为44天，解算过程见表3-3。最短自然发火期的计算结果为实验室模拟最优化条件
34、下煤质自燃特性，是对煤体自燃情况的理想状态下的模拟，具有参考意义。实际矿井自燃发火期除与煤质自身影响外，还受到开采方法、通风条件等多种因素影响。表3-3实验煤样最短自然发火期计算表t(i)(K)VO2(10-6mol/min)VCO(10-6mol/min)VCO2(10-6mol/min)q(J/kg.min)(m3/Kg)Wp(%)(d)3150.712300.09646.18787.397.723351.310500.09138.98174.9611.323481.401700.08909.36833.826.583631.370700.09149.28872.836.623791.33
35、8600.08799.04432.060.08753.583921.39370.00240.09249.44871.591.66252.924061.36970.00670.11159.89371.202.434211.36720.02530.170511.64550.892.174343.82150.16580.575735.82260.680.9145436.16632.25038.2944423.51080.460.114 矿井自然发火预测预报技术矿井火灾的预测预报是矿井火灾防治的重要环节，特别是矿井内因火灾的发生要经历准备期和自热期，其变化过程具有明显的征兆，故矿井火灾发展过程中的早期
36、预测预报显得尤为重要。矿井防灭火规X（试行）要求每一自燃矿井均要及时掌握自然发火动向，建立自然发火观测网，确定自然发火的临界值，对全矿井的自燃危险区域进行系统的、定期的观测，一旦发现某一指标达到临界值，应迅速作出预报。4.1 自然发火预测预报所谓矿井自然火灾预报，就是根据火灾发生和发展的规律，应用成熟的经验和先进的科学技术手段，采集处于萌芽状态的煤炭氧化自热信息，并进行逻辑推断工作，报告高强点发生的空间位置及其发展状况。我国最常用的预测预报方法有气体分析法，测温预测预报法。气体分析法是根据煤在自然发火过程中生成的气体产物的组成、浓度及其变化速率等特性，确定煤的自然发火进程并预测煤的自然发火趋势
37、的预测方法。目前国内外常用的气体分析方法可以分为四类： 以O2和CO浓度构成指标预测； 根据烷烃和烯烃浓度值及其变化趋势预测； 根据烯烃和链烷比预测自然发火情况； 根据芳香烃、苯、甲苯、二甲苯和气体的C/H比值预测。4.1.1实验煤样自然发火预测预报指标及其临界值在煤低温氧化过程中生成，并能用来预报煤炭自然发火的气体称之为指标气体。煤在热解过程时要产生多种气体，且各种气体产生的最低温度，以及气体生成量和煤温之间的关系因煤质不同而异。因此，通过试验优选适合的指标气体为煤炭自燃火灾早期预报提供了必要的前提条件。煤样升温氧化过程中气体产物及其浓度变化见表4-1，其临界温度为152。在实验过程中对所取
38、煤样气体成分、浓度和指标气体分析如表4-1。表4-1煤样实验指标气体原始数据温度/气体浓度/ppmCOCO2CH4C2H4C2H6C2H2C3H830064.7 00000401.952 108.6 00000503.424 282.5 000006014.39 306.8 000007039.77 411 0000080101.2 761.1 0000090201.2 1442 00000100401.5 30407.3890000110614.3 4293 7.3320000120878.1 5653 8.559 0.96490.8244001301517 8931 22.263.2143
39、.02306.351402173 1187034.79 7.1246.027014.771502497 1322042.86 7.6357.236015.361603039 1513055.99 8.0757.863019.951703020 1455056.05 10.6867.869021.361803017 1473052.69 16.27 7.832 023.031903346 1589065.83 21.118.402021.77 煤样升温氧化过程中的气体（CO、CO2以及烃类气体）变化趋势如图4-1图4-1 CO、 CO2、变化趋势图4-2 烃类气体变化趋势从图4-2中我们可以发现
40、煤样在40到190的氧化过程中有规律的出现CO、CO2，其浓度随煤温升高基本而快速升高；煤样在120时候出现C2H4，且生成量随温度的升高而不断升高；CH4在100时就出现，随着温度的升高而升高，这也说明煤中原生的CH4较少。CO在40时开始出现，其在低温阶段生成量较小，但在8090时CO温升率迅速增加，说明此时煤已经开始迅速氧化，物理吸附已经越来越弱而化学吸附和化学反应占据了主要位置。因此可以看出，CO在煤氧化自燃过程中出现较早、生成量较大、浓度增长速度也较快，其浓度与煤体温度之间存在明显的对应关系，因此作为煤炭自然发火早期预测预报非常灵敏的指标气体。C2H4的生成量随煤温的上升而呈现出增加
41、的趋势， C2H4说明此时煤与氧发生了较强的化学反应。而C2H2在30190没有出现，说明其出现的温度高于190。一旦有C2H2则表明煤已经发生剧烈的化学反应因此，煤在的氧化自燃过程中，以CO和C2H4为主要的现场自燃预测预报指标气体。应用CO作为预报自然发火指标气体时，要以CO的浓度或绝对值大于临界值，CO的浓度或绝对值有稳定增加的趋势为主要参考依据。一般井下空气中不含C2H4，不需要制定临界值指标，煤矿井下若监测到C2H4气体则说明温度已经达到120以上，此时应积极采取响应的防治措施，说明煤炭已经激烈氧化。而预测指标的优选及指标值的确定是预测准确与否的关键。根据理论研究以及对东古城矿22号
42、煤层氧化升温实验研究，采用以CO为主，以C2H4为辅助的标志气体分析法。4.2 煤矿自燃预测预报系统4.2.1人工监测系统人们凭感观可感知井下高温点附近温度升高、冒水雾、煤油味、冒烟等，从而确定发火危险，是矿井某些隐蔽高温点发现的有效途径，应充分利用矿工的这些感知报告来监测内因火灾。人工检测一直作为煤层火灾的主要监测手段，人工气体监测主要采用O2、CO、CH4等便携式气体分析仪，由人工直接在各测点进行气体检测，并定期采用气袋取气样，送地面进行气相色谱分析，给出气体的成分和浓度，以此判断煤层发火程度。该法适用性强、投入设备少，简单易行，但人工取样工作量大，间隔时间长，不能连续实时进行检测。使用智
43、能多参数检测仪测定工作面和上隅角等处的O2、CH4、CO和温度。使用便携式红外线测温仪测定放顶煤煤温，每班派员进行检测。每天三班每班三次对工作面回风、隅角、尾部溜前后等位置的CO检测，检测到CO异常情况时，使用束管监测测系统加强监测，并人工取样到地面实验室进行色谱分析。制定井下巡逻采样制度，根据全矿回采、掘进工作面数量、位置、采区回风巷位置、已封闭火区、密闭位置等，确定全矿需要采样的数量、地点，制定每个采样工巡回采样路线、间隔时日，并绘成图表交由采样工执行。要对井下采样工培训，使其了解自然发火预报的基本知识，学习井下采样方法、便携式仪器的操作使用方法等。采样工采集气样的同时记录采样点风速、温度
44、，以便携式仪器分析采样点气体以便与分析室结果对照。当班采集的气样必须当天完成分析，结果制表报送通风主管和矿安全副总，或发送矿井管理局域网上，当发现异常情况要特别标明并同时报矿总工程师。通风主管工程师对报来的分析结果，标示出各测点变化图表，并计算工作面CO、CO2的释放速率qco、qco2及h1、h2参数，绘成变化图表，并根据其变化规律及标志气体C2H4、H2、C2H2及C3H8/C2H6等的变化提出自然发火趋势的预报。4.2.2人工采样实验室色谱分析通过建立地面色谱分析实验室，对井下容易自然发火区域定期取样，送地面实验室进行气相色谱仪气体分析。在异常情况下，加强对井下自燃危险区域的人工气体采样分析。选用SP-6800A-MK型气相色谱仪，该专用色谱分析系统技术参数包括如下：最小检测浓度：CO1 ppm；CO22 ppm；CH41ppm；C2H40.1ppm；C2H60.5ppm；C2H20.5ppm；N2、O2100 ppm 尺寸：宽606 mm高450 mm深450 mm；重量：42 Kg；电源：200 V、50 HZ、2100 W；热导检测器(TCD)；火焰离子化检测器(FID)
