項目三礦井內因火災(huǒzāi)及其預防防止煤炭自然發(fā)火的開采技術因素預防性灌漿阻化劑防火技術凝膠防滅火技術氮氣(dànqì)防滅火技術均壓防滅火技術其他防滅火技術簡介共一百五十六頁礦井自燃火源的分布(fēnbù)規(guī)律

根據(jù)統(tǒng)計分析，礦井自燃火源主要分布在采空區(qū)、煤柱、巷道頂煤和斷層附近。

1）采空區(qū)，采空區(qū)火災占50％以上。自燃火源主要分布在有碎煤堆積和漏風同時存在、時間大于自然發(fā)火期的地方。

2）煤柱，尺寸偏小、服務期較長、受采動壓力影響的煤柱，容易壓酥碎裂，其內部產(chǎn)生自燃火源。鶴崗新一礦在實行無煤柱開采前，煤柱火災占礦井總火災55.5％。

3）巷道頂煤，采區(qū)石門、綜采放頂煤工作面沿底掘進的進回風巷等，巷道頂煤受壓時間長，壓酥破碎，風流滲透和擴散至內部（深處(shēnchǔ)），便會發(fā)熱自燃。

4）斷層和地質構造附近。共一百五十六頁任務一防止煤炭自然發(fā)火的

開采(kāicǎi)技術因素掌握如何選擇合理(hélǐ)的礦井開拓系統(tǒng)熟悉合理采煤方法的選擇要求共一百五十六頁一、選擇(xuǎnzé)合理的礦井開拓系統(tǒng)1、開拓巷道的布置基本要求(yāoqiú)：最小的煤層暴露面、最少的煤柱和易于隔絕的采空區(qū)。具體要求：1）開采有自燃傾向性的煤層時，應盡可能采用巖巷布置。特別是容易自燃的厚煤層或煤層群在開拓布置時，應將開拓巷道布置在穩(wěn)定的巖層內或不易自燃的煤層內。2）在進行采區(qū)劃分時，要綜合考慮煤層的自燃傾向性和開采、地質等因素，合理確定采區(qū)范圍，盡量在自然發(fā)火期內將圈定的采區(qū)煤量全部采完。而且從時間安排上，控制每個采區(qū)結束的時間，并及時封閉，以隔絕空氣，防止遺煤繼續(xù)氧化而自燃共一百五十六頁2、開采順序具體要求：煤層(méicéng)群開采時，應先采上層后采下層；傾斜或急傾斜煤層開采時，應先采上階段后采下階段；避免先采下層或下階段破壞上層或上階段煤體的完整性，造成空氣進入煤層而自燃。采區(qū)采用由井田邊界向井筒方向開采的順序；采煤工作面一般從采區(qū)邊界開始，作后退式開采；若分層回采，要先采靠近頂板分層，后采靠近底板分層。共一百五十六頁3、合理的通風系統(tǒng)基本要求：1）通風系統(tǒng)在一定(yīdìng)范圍內應具備可調性，當一個采區(qū)發(fā)生火災時，能夠根據(jù)救災的需要，做到隨時停風、減風或反風，避免事故范圍的擴大。2）采取通風系統(tǒng)應采用分區(qū)式，盡量消除或減少角聯(lián)風路。分層多的工作面回采時，要合理調整采區(qū)內的通風系統(tǒng)，避免出現(xiàn)高、低壓區(qū)鄰接的通風狀況，并采取措施防止分層之間、工作面之間的采空區(qū)漏風。共一百五十六頁二、選擇(xuǎnzé)合理的采煤方法預防煤層自燃的開采要求：巷道布置簡單、煤層的切割量最小、煤炭采出率最大、回采速度最快、采空區(qū)漏風最小。1、準備巷道的布置為了預防煤層自然發(fā)火，對一些服務年限較長的采準巷道應盡量布置在穩(wěn)定的巖層內或不易自燃的煤層內，以減少對自然發(fā)火煤層的切割，且最好采用(cǎiyòng)跨上山回采，以免停采線處的煤炭自燃。共一百五十六頁2、回采巷道的布置1）區(qū)段巷道采用重疊布置近水平或緩傾斜厚煤層分層開采時，分層區(qū)段平巷的布置有內錯、外錯和垂直三種形式，前兩種布置方式對防止采空區(qū)浮煤自燃都有一些不利因素。外錯式布置：下分層回采是煤巷頂煤冒落堆積易于形成易自燃帶。內錯式布置：在采空區(qū)上下分層巷道形成的臺階煤柱內側隅角帶易蓄熱氧化自燃。各分層巷道沿垂直線重疊分布：可以減小煤柱尺寸或不留煤柱，能消除采空區(qū)浮煤自燃的基本條件且巷道避開了支承壓力(yālì)的影響，容易維護。共一百五十六頁2）區(qū)段巷道采用分采分掘布置(bùzhì)分采分掘的概念：回采工作面的進、回風巷同時掘進，而在上下相鄰近區(qū)段的進、回風巷之間不再掘聯(lián)絡眼，即可減少上區(qū)段間的漏風，減少自然發(fā)火的機會。3、采用先進的采煤工藝（1）推行綜合機械化采煤工藝，加快回采速度。（2）提高回收率，減少采空區(qū)的遺煤。（3）采用合理的頂板管理方法共一百五十六頁4、采用無煤柱開采無煤柱開采就是在開采中取消了各種維護巷道和隔離采區(qū)的煤柱。優(yōu)點：可以取得良好的經(jīng)濟效益；有效的預防煤柱的自然發(fā)火。缺點：相鄰采區(qū)無隔離帶，造成采區(qū)難以嚴密封閉，造成漏風。防止漏風的措施：（1）沿空巷道掛簾布（2）充填(chōnɡtián)隔離帶隔絕采空區(qū)（3）噴涂泡沫塑料堵漏共一百五十六頁任務(rènwu)二預防性灌漿

能夠(nénggòu)選擇灌漿材料能夠進行泥漿制備輸送分析計算泥漿輸送參數(shù)制定灌漿方法，確定灌漿參數(shù)制定灌漿管理措施共一百五十六頁預防性灌漿是將水、固體材料按適當?shù)谋壤旌?，制成一定濃度的漿液，借助輸漿管路送往可能發(fā)生自燃的地區(qū)，以防止自燃火災的發(fā)生。預防性灌漿的作用：漿液中的固體物沉淀充填于浮煤縫隙之間，包裹浮煤，隔絕氧氣(yǎngqì)與煤體的接觸，杜絕漏風，防止氧化；漿液中的水分有助于增加煤的外在水分，抑制煤自熱氧化的發(fā)展，同時有利于已自熱煤體的散熱。共一百五十六頁一、灌漿材料的選擇灌漿材料的選取應滿足下列要求：(1)不含助燃和可燃的材料；(2)粒度直徑不應大于2mm，小于1mm的應占75％；(3)相對密度為2.4～2.8；(4)具有一定的可塑性，塑性指數(shù)9～14；膠體混合物25%～30%；含砂量25％～30%；(5)易脫水又具有一定的穩(wěn)定性。(6)具有能與較少的水混合(hùnhé)成泥漿的能力；(7)運輸時不堵塞管路或泥漿糟。共一百五十六頁

煤礦中應用最多的灌漿材料是黃土，但大量應用黃土會使農(nóng)田遭到破壞，有的礦區(qū)無土可取。因此，有些礦區(qū)采用破碎后的頁巖、破碎后的矸石、熱電廠的爐灰等作為代用材料，在實踐中也取得了很好的防滅火效果。二、泥漿的制備(一)灌漿站1．灌漿站的形式和適用條件灌漿站是制取漿液的場所，其形式有以下(yǐxià)三種：固定式灌漿站：適用于煤層賦存或開采深度較深、需在地面建立永久或半永久灌漿站的條件；分區(qū)式灌漿站：適用于煤層賦存或開采深度較淺、灌漿分散，可從地面打鉆孔灌漿的條件；共一百五十六頁移動式灌漿站：適用于井下采區(qū)分散、灌漿量小和從地面輸送泥漿困難的地區(qū)條件。說明：灌漿站的設置要結合井型、風井分布(fēnbù)、采區(qū)的布置等綜合考慮。2．取土方式從采土場取土的方式有以下三種：(1)人工取土。利用風鎬或電鉆，人工打眼、裝藥、爆破的取土方式。(2)機械取土。利用抓斗、推土機、挖掘機、鏟運機等機械裝備的取土方式。(3)水力取土。利用高壓水力通過水槍沖刷采土工作面的取土方式。共一百五十六頁說明：我國煤礦多采取人工和水力取土方式，其中以水力取土較多。水力取土的優(yōu)點是：設備簡單、投資少、管理方便、且無大型的復雜(fùzá)設備、可就地取材、效率高、勞動強度低、使用人工少，并且一次制成泥漿。缺點是：泥漿濃度難以控制。(二)制漿工藝1．水力取土制備泥漿工藝其流程是：利用高壓水槍（壓頭50m～80m，流量85～266m3/h

）直接沖刷地表黃土（或預先人工松散），然后經(jīng)泥漿溝混合成泥漿，經(jīng)篩板過濾（除掉雜質和大塊巖塊）流入灌漿集中鉆孔或喇叭口再流入沿井筒敷設的井下灌漿干管，如圖4-8所示。共一百五十六頁圖3-8水槍(shuǐqiāng)沖刷表土制漿1—水池；2—水泵；3—水管；4—水槍；5—采土工作面；6—泥漿溝；7—篩板；8—鉆孔共一百五十六頁優(yōu)點：設備簡單，投資少，勞動強度低，效率高，適用于地表黃土層較厚、灌漿地點分散的礦井；缺點：水土比難以控制，不易保證泥漿質量，影響灌漿效果。水力制漿的主要設備、設施有：（1）水槍。多采用開灤755型水槍，也有部分礦區(qū)(kuànɡqū)使用自制水槍。①水槍的水力特性可按下式計算：水槍噴嘴出口的射流速度ν＝Φ式中ν——水槍噴嘴出口的射流速度，m/s；Φ——流速系數(shù)，Φ=0.92～0.96，取0.94；H0——水槍的工作壓頭，kPa。共一百五十六頁水槍的噴嘴流量Q=μA(3-2)式中Q——水槍噴嘴流量m3/s；μ——流量系數(shù)，如射流沒有壓縮，μ＝Φ；

A——噴嘴出口截面積，m2。水槍的噴嘴直徑d0=0.55(3-3)式中d0——噴嘴直徑，m。水槍的噴嘴壓頭損失hM=0.06(3-4)式中hM——水槍的噴嘴壓頭損失，kPa。②水槍臺數(shù)。水槍的臺數(shù)可按下式計算，但不少于2臺，其中1臺備用(bèiyòng)。N=(3-5)式中N——所需水槍臺數(shù)，臺；Q水——水槍采土小時用水量，m3/h；Q槍——水槍的流量，m3/h。共一百五十六頁(2)泥漿溝泥漿溝是用水槍沖掘地表而成的自然溝，也可用磚石、水泥等砌筑或用溜槽(liūcáo)（鐵質、木質）構筑。為了便于泥漿流動，泥漿溝必須有一定的坡度，泥漿溝的最小坡度見表3-2。泥漿溝的輸漿能力：my=3600VS(3-6)式中my——泥漿溝的輸漿量，m3/h；V——泥漿流速，m/s，可按表3-3計算；S——輸漿溝的橫斷面，m2。共一百五十六頁(3)集漿池作用：貯存、控制泥漿濃度或泥漿泵吸送泥漿的設施。布置方法：用于暫時集漿的集漿池體積，可根據(jù)水槍沖土能力或泥漿泵的吸泥量確定，按小時沖土能力或泥漿泵的小時吸泥量，選其大者為計算依據(jù)。用于貯存泥漿、控制泥漿濃度的集漿池，存漿時間較長，集漿池的體積相應加大，可根據(jù)每班灌漿量計算。集漿池上設有過濾篩板、放水口，底部有5％～10％的坡度(pōdù)。集漿池的標高，根據(jù)泥漿泵的吸程高度和泥漿溝的坡度(pōdù)確定，集漿池的深度一般為1.5m～2.0m。共一百五十六頁（4）灌漿喇叭口喇叭口是泥漿溝或泥漿溝與鉆孔（或管路）的接口(jiēkǒu)，是為防止空氣進入管口并使泥漿沿管路滿管流動而設置，如圖4-9所示。圖4-9灌漿喇叭口1—篩板；2—喇叭口；3—下漿口共一百五十六頁(5)貯土場土源距灌漿站較遠時，需在灌漿站設貯土場。根據(jù)地形貯土場可設置成棧橋或絞車房棧橋的結構形式，貯土場的貯土量根據(jù)地形可按10天左右的灌漿用土量計算，用水力或礦車送至泥漿攪拌池。2．機械(jīxiè)制備泥漿工藝

當?shù)V井灌漿量很大、土源較遠或受限于地形條件時，可采用機械取土、泥漿攪拌池制備泥漿的工藝系統(tǒng)，如圖3-10所示。這種制漿系統(tǒng)產(chǎn)漿量大，水土比容易控制，能夠保證泥漿的濃度，灌漿防滅火效果好。共一百五十六頁圖3-10機械(jīxiè)制備泥漿的灌漿站布置圖1—礦車；2—軌道；3—儲土場及棧橋；4—水槍；5—輸水管；6—自流輸漿溝；7—泥漿攪拌池；8—自流輸漿管；9—風井；10—水泵房；11—絞車房；12—取土場共一百五十六頁

泥漿攪拌池的布置如圖3-11所示，采用料石砌筑，分為兩池：一池存土浸泡，一池攪拌，輪流使用。泥漿池的容積根據(jù)礦井最大灌漿量和取土供給能力確定，其底部向出口方向有2％～5％的坡度。黃土在泥漿池浸泡2h～3h后，土質松軟即可加水攪拌，濃度由供水管的控制閥調節(jié)。兩個(liǎnɡɡè)泥漿池浸泡和攪拌交替進行，泥漿攪拌均勻后，由漿池出口通過兩層直徑分別為15mm和10mm的篩板過濾后流入輸漿管，送到井下灌漿地點。共一百五十六頁圖3-11機械制備泥漿攪拌池布置圖1—泥漿攪拌池；2—窄軌鐵路；3—供水管；4—攪拌機軌道；5—閘板；6—道岔；7—篩板；8—管子(guǎnzi)篩；9—電動機；10—膠帶輪；11—平板車共一百五十六頁三、泥漿的輸送1．輸送壓力輸送漿液的壓力有兩種：一是利用漿液自重及漿液在地面入口與井下出口之間高差形成的靜壓力進行(jìnxíng)輸送，叫靜壓輸送；二是當靜壓不能滿足要求時，采用的加壓輸送。加壓輸送多采用PN型或PS型泥漿泵。2．輸漿倍線

輸漿倍線是指泥漿在輸漿管路內流動時，輸漿管路的總長度同輸漿管路入口與出口處高差之比，用N表示。共一百五十六頁

靜壓輸送時： N=(4-7)加壓輸送時：N=(4-8)式中N——輸漿倍線；L——輸漿管路的總長度，m；H——泥漿在輸送管路內流動時，其入口與出口處之高差(ɡāochà)，m；h——泥漿泵的壓力，m。共一百五十六頁倍線的實質是表示泥漿在輸送過程中能量損失的關系，與水土比、土質、井下灌漿管路布置等因素有關。說明:在給定的系統(tǒng)中，將有相應的倍線與一定的水土比相適應，過大或過小都不利。倍線值過大，管路阻力大，容易堵管；倍線值過小，泥漿出口壓力過大，泥漿分布不均勻，灌漿效果差。根據(jù)經(jīng)驗一般情況下倍線值為3～8為宜。3．輸漿管道泥漿的輸送有兩種方法：地表灌漿站距井筒較近時，泥漿可沿井筒敷設(fūshè)的管路輸送，大巷安設主干管路，采區(qū)（工作面）安設分支管路至各灌漿區(qū)；共一百五十六頁地表灌漿站距井筒較遠或因井筒附近(fùjìn)的土源已枯竭，泥漿不能沿井筒敷設的管路輸送時，則可采用集中鉆孔輸送泥漿。

集中鉆孔就是從地面打一鉆孔（φ108mm）貫穿到井下某一水平巷道，再與主干管路相連接至各分支。輸漿管道的直徑可根據(jù)管內泥漿的流速來選擇。把為保證泥漿在輸送中漿液不沉積或堵管的最小平均流速稱為臨界流速，其值可從表3-4中選取。與臨界流速對應的管徑叫臨界管徑，二者有以下對應關系：υ臨＝（4-9）共一百五十六頁式中Q漿——小時灌漿量，m3/h；υ臨——管內泥漿的臨界(línjiè)流速，m/s；d——管道直徑（內經(jīng)），mm。小時灌漿量一定時，管內泥漿的臨界流速與管道直徑對應有很多組，可采用式3-9試算來確定管道直徑。四、灌漿方法灌漿方法可分為：采前預灌、隨采隨灌和采后灌漿三種。（一）采前灌漿適用條件：井田內老窯較多，并且老窯自然發(fā)火嚴重的井田開采。共一百五十六頁操作過程：在巖石運輸巷和回風巷掘出后，分層巷未掘通前，按設計的方向進行打鉆孔，打鉆要求鉆孔經(jīng)巖石穿透煤層到煤層頂板，終孔間距為30m～50m，當工作面的長度超過90m時，應在巖石運輸巷和回風巷都布置鉆孔，兩巷中鉆孔的位置要錯開，鉆孔呈放射狀。然后鉆孔和灌漿管連接即可灌漿。說明(shuōmíng)：1）打鉆孔的作用有二：一是探明地質構造、煤厚及老空情況；二是進行采前預注。2）灌漿過程應連續(xù)，灌滿一個再灌另一個，把整個工作面的老空區(qū)灌滿，經(jīng)足夠的脫水時間后，方可進行開采。

共一百五十六頁(二)隨采隨灌作用：防止工作面后方采空區(qū)遺留煤炭的自燃，另外，對于厚煤層分層開采形成再生頂板起到膠結作用。隨采隨灌可分為埋管灌漿、打鉆灌漿和工作面灑漿等方法。1．埋管灌漿隨工作面推進，放頂前沿回風巷在采空區(qū)內預先埋好灌漿管（一般埋5m～8m)，管的一端(yīduān)通向采空區(qū)，另一端(yīduān)用膠管與灌漿支管相連，放頂后即開始灌漿，隨工作面推進，按放頂步距用回柱絞車逐步牽引灌漿管，牽引一定距離灌一次漿，如圖3-13所示。共一百五十六頁圖3-13埋管灌漿示意圖1—預埋鋼管(gāngguǎn)；2—高壓膠管；3—灌漿管路；4—回柱絞車；5—鋼絲繩，6—采空區(qū)共一百五十六頁2．打鉆灌漿操作方法：在開采煤層(méicéng)已有的巷道或專門開鑿的底板灌漿道內，每隔10m～20m向采空區(qū)打鉆灌漿，如圖3-14所示。為了減少鉆孔長度，保證鉆孔質量和便于操作，也可沿灌漿巷道每隔20m～30m開鑿一小巷道（鉆窩），然后在鉆窩內向采空區(qū)打鉆灌漿，如圖3-15所示。說明：打鉆灌漿的鉆孔應打到采空區(qū)的空頂內,并深入采空區(qū)5m左右,打完鉆孔后立即下入套管。鉆孔與工作面的距離一般不小于20m～30m，當工作面太長,泥漿不能灌到采空區(qū)下部時,可打兩排孔。第一排鉆孔的孔底落于采空區(qū)回風道冒落的免壓圈之內,第二排落于采空區(qū)中部或偏下部,鉆孔間距為20m～30m。共一百五十六頁圖3-14利用灌漿巷道打鉆灌漿1—底板巷道；2—回風道(fēnɡdào)；3—鉆孔；4—進風巷；共一百五十六頁圖4-15由底板巷道(hàngdào)打鉆灌漿1—底板巷道；2—鉆窩；3—鉆孔；4—回風巷；5—進風巷共一百五十六頁3．工作面灑漿灑漿法就是從灌漿管接出一段膠管，在工作面放頂時，沿工作面自下而上向采空區(qū)冒落巖塊上灑漿。如圖3-16所示。說明：為安全和工作方便，灑漿一般落后于放頂15m～20m。灑漿通常作為灌漿的一種補充措施，使整個采空區(qū)特別是下半段采空區(qū)也能灌到足夠的泥漿。4．綜采工作面插管灌漿

綜采工作面插管灌漿就是注漿主管路沿工作面傾斜鋪設在支架的前連桿上，每隔20m左右預留一個三通接頭，并安裝分支(fēnzhī)軟管和插管。將插管插入支架掩護梁后面的垮落巖石內灌漿，見圖3-17。說明：插入深度應不小于0.5m。工作面每推進兩個循環(huán)，注漿一次。

共一百五十六頁圖3-16工作面灑漿示意圖1—灌漿(guàng〃jiāng)管；2—三通；3—預埋灌漿(guàng〃jiāng)管；4—膠管共一百五十六頁圖3-17綜放面插管灌漿(guàng〃jiāng)共一百五十六頁（三）采后灌漿當煤層的自然發(fā)火期較長時，為避免采煤、灌漿工作互相干擾，可在工作面或采區(qū)的一翼全部采完后，進行封閉灌漿，即采后灌漿。具體應用：厚煤層分層開采時，可以在上分層工作面采完后，封閉停采線的上下出口，然后在上出口的密閉內插管灌漿，充填最容易自然發(fā)火的停采線附近空間，如圖3-18所示。急傾斜厚煤層開采時，當采區(qū)全部采完后，在采空區(qū)下部灌注一條沿走向的泥漿帶，泥漿帶高度(gāodù)取采區(qū)高度(gāodù)的1/3～1/4。其目的是下部新采區(qū)免受上水平采空區(qū)的自熱或自然發(fā)火的影響。灌漿鉆孔布置在下水平集中回風巷內，由回風巷打鉆透入采空區(qū)，鉆孔間距30m左右，如圖3-19所示。此外，在石門煤柱兩側停共一百五十六頁采線或開切眼，通過密閉布置管路沿傾斜方向灌漿，形成(xíngchéng)寬20m～30m的泥漿隔離帶。圖3-18工作面停采線灌漿示意圖1—巖石集中(jízhōng)運輸巷；2—聯(lián)絡巷；3—集中回風巷；4—工作面運輸巷；5—停采工作面；6—木支架；7—注漿管；8—密閉墻共一百五十六頁圖3-19灌注泥漿帶示意圖1—上山眼；2—運輸石門；3—回風石門；4—工作面運輸、回風平巷(pínɡhang)密閉墻；5—沿傾斜泥漿隔離帶；6—沿走向泥漿隔離帶；7—上水平集中回風巖巷；8—灌漿鉆孔；9—下水平集中回風巖巷共一百五十六頁五、灌漿參數(shù)確定（一）灌漿站工作制度

地面(dìmiàn)灌漿站工作制度應與礦井工作制度相配合，全年工作日數(shù)一般為300d。灌漿站每日工作班數(shù)應視礦井煤層自然發(fā)火的嚴重程度確定。灌漿工作是與回采工作緊密配合的，若礦井回采為“兩采一準”，則灌漿也應考慮兩班灌漿，純灌漿時間10h，若礦井自然發(fā)火嚴重，且所需灌漿工作面較多，宜用三班灌漿，每天純灌漿時間15h。共一百五十六頁圖3-19灌注泥漿帶示意圖1—上山眼；2—運輸石門；3—回風石門；4—工作面運輸、回風平巷密閉墻；5—沿傾斜泥漿隔離帶；6—沿走向泥漿隔離帶；7—上水平集中回風巖巷；8—灌漿(guàng〃jiāng)鉆孔；9—下水平集中回風巖巷共一百五十六頁（二）灌漿量1．日灌漿所需土量Q土=KmlHC（3-10）式中Q土——日灌漿所需土量，m3；m——煤層采高，m3；l——工作面日推進度，m；H——灌漿區(qū)傾斜長度，m；C——采區(qū)回采率，%；K——灌漿系數(shù)(xìshù)，該系數(shù)(xìshù)應根據(jù)各礦井的情況而定，我國煤礦的灌漿系數(shù)(xìshù)采用5%～15%，部分礦區(qū)灌漿系數(shù)(xìshù)

K見表4-5所示。2．日灌漿用水量Q水=K水Q土δ（3-11）式中Q水——灌漿用水量，m3/d；K水——用水沖洗管路防止管路堵塞的水量備用系數(shù)，一般取1.1～1.25；共一百五十六頁Q土——日灌漿所需土量，m3；δ——水土比。3．日灌漿量Q漿1=（Q水+Q土）M（3-12）式中Q漿1——日灌漿量，m3/d；Q水——制備(zhìbèi)泥漿用水量，m3/d；Q土——日灌漿所需土量，m3；M——泥漿的制成率?？砂幢?-6選取。4．小時灌漿量Q漿=

（3-13）式中Q漿——小時灌漿量，m3/h；n——每日灌漿班數(shù)，班/日；t——每日灌漿凈時間，小時/班。共一百五十六頁共一百五十六頁（三）泥漿水土比泥漿水土比是指制備泥漿時，水與土的體積之比，是灌漿中的一個重要參數(shù)。1．泥漿水土比的確定泥漿的水土比應根據(jù)泥漿的輸送距離、煤層傾角、灌漿方式及灌漿材料的物理性質和季節(jié)等因素通過試驗(shìyàn)確定。一般情況下，輸送距離長，泥漿水土比要大；對于灑漿或空隙較大的采空區(qū)灌漿，泥漿水土比要小些，通常是3:1～8:1。應當指出，泥漿水土比過大，將增加礦井排水量。我國部分礦區(qū)灌漿的水土比經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表4-7。共一百五十六頁共一百五十六頁2．泥漿水土比的測定方法最簡單的方法是測定泥漿的密度，然后由泥漿密度與水土比的關系曲線中查得，泥漿密度與水土比的關系曲線是預先將粘土與水的質量比換算為粘土與水的體積(tǐjī)比，按不同比例配制泥漿并測量其泥漿密度（用波美比重計或1002型泥漿比重計測量），根據(jù)所得出之數(shù)據(jù)繪制成曲線圖。在灌漿時，測得泥漿的密度后即可查得水土比。共一百五十六頁六、灌漿管理要達到灌漿防滅火的預期效果，除應作好灌漿技術工作外，加強管理也是不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。（一）編制灌漿設計灌漿區(qū)域在進行灌漿之前應編制灌漿設計，設計的內容包括：灌漿區(qū)概況、防火墻要求、鉆孔布置、灌漿數(shù)量、水土比例、各鉆孔灌漿量的分布、灌漿順序、灌漿期限、出水觀測及安全措施等項目(xiàngmù)。根據(jù)上述的項目(xiàngmù)繪制出設計圖紙及設計說明書，為灌漿區(qū)能灌好灌滿泥漿提供依據(jù)。施工區(qū)要嚴格按照設計的要求及安全技術措施進行灌漿施工。共一百五十六頁（二）合理確定灌漿量灌漿質量的主要標志是泥漿的灌注數(shù)量，應根據(jù)灌漿參數(shù)計算區(qū)域灌漿量及土量。各個(gègè)鉆孔（或灌漿點）的灌漿量要求分配均勻合理，由于某些原因沒能達到設計規(guī)定的灌漿數(shù)量時，需補充鉆孔再灌。各個(gègè)鉆孔（或灌漿點）要實行交叉式灌注，以利泥漿的滲透。如區(qū)域灌注土量能達到設計要求，而且能按設計規(guī)定的各個(gègè)點的灌漿量進行灌注，采空區(qū)泥漿分布就比較均勻，頂板膠結亦較好，泥漿就能起到防火的作用。（三）加強對灌漿水土比的控制欲提高灌漿效果，就必須保持合適的泥漿濃度。在灌漿期間要隨時測量泥漿濃度，如窯街礦區(qū)規(guī)定：灌漿時每小時測定一次，并作好記錄。共一百五十六頁（四）加強對特殊地點的灌漿所謂特殊地點有：采煤工作面的開采線、停采線，下運輸?shù)?、上回風道；巖巷與工作面相通的小石門（反上山），在采煤工作面由于地質條件的變化或開采中的失誤而造成的留煤皮、丟底煤、煤柱和舊巷等易發(fā)生火災的隱患處，都要納入灌漿設計之中，并需加大灌漿量。有小型注砂設備的礦井可根據(jù)情況的需要灌注河砂。（五）灌漿區(qū)的脫水灌漿區(qū)停止灌漿后，一般經(jīng)3～5天黃土即可沉實。經(jīng)一段時間大部分灌漿水通過各種渠道流出灌漿區(qū)，部分水則滲入并賦存于灌漿周圍的煤巖層和灌漿區(qū)內的松散煤巖及黃土中。脫水方式分自然脫水和人工脫水兩種形式。自然脫水是通過圍巖裂隙自然滲出灌漿區(qū)，人工脫水一般多用鉆孔放水或利用灌漿孔等使灌漿水脫出。在灌漿區(qū)有水沉積時，必須采用(cǎiyòng)人工脫水，否則易造成泥漿潰決事故。共一百五十六頁（六）工作面采空區(qū)泥漿分布的觀測泥漿分布的均勻程度是檢查灌漿質量的基本標志。觀測方法是：隨著分層采煤工作面的推進，定期定點量取工作面頂部(dǐnɡbù)泥漿沿走向和傾斜的分布數(shù)據(jù)，并繪制成上分層泥漿分布圖，為分析上分層灌漿效果提供資料，也為開采下分層的灌漿提供一定數(shù)據(jù)。（七）建立健全原始記錄臺帳各項記錄臺帳是灌漿管理工作中不可缺少的原始資料，是分析灌漿工作的基礎。其中包括：鉆孔工程記錄臺帳，灌漿工程記錄臺帳，防火墻工程記錄臺帳，氣體分析記錄臺。共一百五十六頁七、潰漿事故的預防在灌漿區(qū)如果泥漿水不能及時排出，而在采空區(qū)內大量積存，當采掘工作面接近此區(qū)域時，會使大量泥漿突然涌出，造成跑漿潰漿事故。所以灌漿時應注意采取安全措施防止事故發(fā)生。(1)經(jīng)常觀測水情。采空區(qū)灌入水量(shuǐliànɡ)和排出水量(shuǐliànɡ)均要做詳細記錄。圖3-20濾漿密閉(2)設置濾漿密閉。在灌漿區(qū)下部，構筑濾漿密閉墻，以便將泥沙阻流在采空區(qū)內而使水排出。如圖3-20所示。（3）在煤層淺部用鉆孔灌漿時，要及時堵塞鉆孔和地表裂縫，防止地表水或空氣進入采空區(qū)。（4）在灌漿區(qū)下部開始掘進前，必須對灌漿區(qū)進行檢查，如果有積水，只有在放水后，才能繼續(xù)采掘工作。共一百五十六頁圖3-20濾漿密閉(mìbì)共一百五十六頁熟悉阻化劑防止煤炭自燃的原理能進行阻化效果的衡量(héngliáng)會選擇阻化劑能確定阻化劑防火參數(shù)掌握阻化劑防火工藝任務(rènwu)三阻化劑防火技術共一百五十六頁一、阻化劑防止煤炭自燃的原理阻化劑又稱阻氧劑，就是抑制氧氣與煤炭結合、阻止煤炭氧化的化學藥劑。阻化劑防止煤炭自燃的原理:阻化劑主要是一些吸水性很強的無機鹽類，當其附著在煤的表面時，吸收了空氣(kōngqì)中的水分，在煤的表面形成含水的液膜，從而阻止煤和氧氣接觸，起到隔氧阻化作用。同時，還是使煤體表面長期處于含水濕潤狀態(tài)，以吸收煤炭氧化產(chǎn)生的熱量，抑制煤的氧化自熱現(xiàn)象的發(fā)生。可見阻化劑防火是阻化劑進一步利用水的防火作用。這對于缺水、缺土的礦井防火有重大的意義。表3-9是試驗考察的阻化劑對煤的吸氧速度的影響。共一百五十六頁二、阻化效果阻化劑的阻化效果通常用阻化率和阻化壽命來衡量。1．阻化率

阻化率是指阻化劑對煤炭氧化自燃阻止(zǔzhǐ)的程度，可在實驗室通過實驗測定。說明：我國撫順煤科分院建議，含硫量小于2％的煤采用煤樣在阻化前后放出CO氣體的相對變化量作為評定指標；含硫量大于2%的煤（一般稱為高硫煤）采用煤樣在阻化前后放出SO2氣體的相對變化量，作為評定指標。共一百五十六頁測定阻化率時要準備兩種煤樣：一種經(jīng)過阻化處理過煤樣；另一種是原煤(yuánméi)樣分裝在兩個試管中；其粒度為0.35mm～0.66mm，重量70g。實驗條件保持一定。測定反應試管釋放的CO或SO2氣體的濃度，按下式計算阻化率：(3-14)式中E——煤的阻化率，％A、B——分別為原煤樣和阻化煤樣在規(guī)定的實驗條件下氧化5h放出的CO（pmm）或SO2（mg）。阻化率越大，阻化劑對煤氧化阻止能力越強，阻化效果愈好。說明：實驗室條件下測出的阻化率與現(xiàn)場實際的條件下的阻化率是有一定的差異，但是作為相對指標參考還是有實際意義的。共一百五十六頁2．阻化壽命阻化壽命是指阻化劑噴灑到煤體表面(biǎomiàn)后至失效所經(jīng)過的時間，單位為月，用τ表示。單位時間內阻化率下降值叫阻化劑的衰減速度，單位為％/月，用V表示。阻化壽命可用下式計算：τ＝E/V(3-15)說明：1）阻化壽命是一個重要的指標，為了達到有效的預防自然發(fā)火，阻化壽命不應小于自然發(fā)火期。阻化壽命可通過二次或多次噴灑以及保持環(huán)境具有較高的濕度等措施來延長。2）阻化劑的效果與被噴灑的煤牌號、阻化劑種類及其溶液濃度和使用的工藝有關。共一百五十六頁三、阻化劑的選擇阻化劑的選擇原則是：阻化率高，防火效果好，來源廣泛，使用方便，安全無害，不腐蝕電器設備，防火成本低。目前常用的阻化劑大致有：氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、三氯化鋁以及水玻璃和某些(mǒuxiē)工廠的廢液、副產(chǎn)品等。其中經(jīng)實驗室選擇試驗和現(xiàn)場實踐檢驗以工業(yè)氯化鈣（五水氯化鈣）、鹵片（六水氯化鎂）阻化效果最好，而且貨源充足，儲運方便，價格便宜。對于高硫煤的阻化以水玻璃效果最好，氫氧化鈣次之。說明：1）阻化劑的藥液濃度應根據(jù)實際經(jīng)驗選取，最好控制在15％～20％之間，最低不要小于10％，以防影響防火效果。在實際應用中，還可以將阻化劑摻入泥漿，制成“阻化泥漿”，由灌漿系統(tǒng)灌注到井下采空區(qū)等處。2）阻化劑使用數(shù)量應考慮遺煤的破碎程度、遺煤量和采煤方法等因素綜合確定，并在防火實踐中進行調整，選取合理的用藥數(shù)值。共一百五十六頁四、阻化劑防火參數(shù)確定實驗證明，同一阻化劑對不同的煤阻化效果不同，同一煤質使用不同的阻化劑，其阻化效果也不同；阻化劑濃度越高，阻化效果越好，但防火成本也越大。所以，為提高阻化劑防火效果，應根據(jù)不同煤質選用適當(shìdàng)的阻化劑及相應的濃度，表3-10是不同品種煤最適宜的阻化劑及適當(shìdàng)的濃度。表3-10不同品種煤最適宜的阻化劑及適當?shù)臐舛裙惨话傥迨摴ぷ髅婧侠?hélǐ)的阻化劑噴灑量取決于遺煤的吸液量和丟煤量。工作面一次噴灑量包括底板浮煤和護頂煤的噴灑量。1．工作面底板浮煤噴灑量計算V1=Kρ1LSh1A1ρ-1

(3-16)式中V1——底板浮煤一次噴灑量，m3；K——易自燃部位噴灑加量系數(shù)，一般取1.2；ρ1——松散煤的密度，t/m3；L——工作面長度，mh1——底板浮煤厚度，m；A1——原煤對阻化劑的吸液量，t/t煤或m3/m3煤；ρ——阻化液的密度，t/m3。說明：松散原煤（浮煤）的密度是確定浮煤噴灑量的一個參數(shù)，可由實測取得，也可選用臨近礦井的數(shù)據(jù)。共一百五十六頁2．工作面采空區(qū)護頂煤噴灑量計算V2=Kρ2LSh2A2ρ-1(3-17)式中V2——護頂煤一次噴灑量，m3；ρ2——原煤的密度(mìdù)，t/m3；h2——護頂煤厚度，m；A2——護頂煤（以粒度大于15mm計算）吸液量，t/t煤或m3/m3煤；其它符號同上。工作面一次噴灑量為：V=V1+V2(3-18)無護頂煤的工作面V2=0,V=V1。共一百五十六頁五、阻化劑防火工藝(一)阻化劑壓注噴灑系統(tǒng)常用的阻化劑壓注噴灑系統(tǒng)有永久式，半永久式和移動式三種。1．永久式噴灑系統(tǒng)永久式噴灑系統(tǒng)是在地面建立阻化劑的儲液池，敷設輸液鋼管（50mm～75mm）連接儲液池和采煤工作面上下口處的輸液軟管，利用自然壓頭或注液泵進行噴灑或低壓壓注阻化劑。如圖3-21所示。特點：這種系統(tǒng)的服務年限較長。適用范圍(fànwéi)：井下開采范圍(fànwéi)不大，采煤工作面距地面較淺的中小型礦井。共一百五十六頁2．半永久噴灑系統(tǒng)

半永久噴灑系統(tǒng)一般在采區(qū)上下山或硐室內建立儲液池，安設注液泵，如圖3-22所示，可為整個采區(qū)的所有工作面服務。當阻化劑在儲液池中溶解(róngjiě)后，用注液泵作動力，將阻化液從儲液池經(jīng)輸液管道送到工作面順槽，再經(jīng)噴灑軟管和噴槍，噴灑在采空區(qū)浮煤上，或經(jīng)軟管，注液鉆孔，壓注于煤體或發(fā)熱區(qū)。3．移動式噴灑系統(tǒng)移動式噴灑系統(tǒng)一般用于一個或兩個相鄰采煤工作面壓注及噴灑阻化劑。泵站設在工作面回風巷或回風中巷，用礦車作為儲液容箱，由注液泵將阻化液經(jīng)輸液鋼管和噴灑膠管送到采煤工作面，通過噴槍或鉆孔進行噴灑或壓注，如圖3-23所示。共一百五十六頁圖3-21永久式噴灑系統(tǒng)示意圖1—供水管；2—地面儲液池；3—泵；4—輸液管；5—閥門(fámén)；6—輸液軟管；7—噴槍共一百五十六頁圖3-22半永久性噴灑系統(tǒng)1—供水管；2—阻化劑溶液(róngyè)池；3—水泵上液管；4—注液泵；5—壓力表；6—閥門；7—膠管；8—采空區(qū)；9—噴灑管；10—噴槍共一百五十六頁（二）防火方法1．壓注阻化劑防火適用范圍：巷道幫壁出現(xiàn)的高溫處、采煤工作面開切眼外側煤壁、停采線煤壁等易發(fā)生自燃的局部地點。操作方法：將阻化劑與水配置成要求的濃度，用壓力泵將阻化劑溶液經(jīng)插管注入發(fā)熱(fārè)區(qū)。如圖4-24所示。2．采煤工作面采空區(qū)噴灑采煤工作面放頂后，人工拉上灑漿管沿工作面向采空區(qū)浮煤上噴灑阻化劑，如圖3-23所示。共一百五十六頁圖3-23移動式噴灑(pēnsǎ)系統(tǒng)1—供水管路；2—阻化劑液車；3—水泵上液管；4—注液泵；5—壓力表；6—閥門；7—輸液管；8—噴灑管；9—噴槍共一百五十六頁圖3-24局部發(fā)熱地點注入阻化劑的工藝系統(tǒng)(xìtǒng)1—阻化液礦車；2—壓力泵；3—鐵管；4—調節(jié)閥；5—鉆孔插管；6—發(fā)熱區(qū)；7—供水；8—阻化劑共一百五十六頁任務四凝膠防滅火(mièhuǒ)技術會選擇膠體防滅火材料(cáiliào)

熟悉膠體防滅火工藝能分析膠體防滅火實例共一百五十六頁凝膠是以水為載體，以水玻璃為主劑，以硫酸鹽類或碳酸鹽類為促凝劑，以水泥、白灰或黃土為補強劑，化合而成的一種不燃性的化學防滅火材料。這種化合而成的不燃性防滅火材料，形似膠凍（或皮膠狀），故稱凝膠。凝膠防滅火的原理：凝膠在成膠前是液體，具有流動性，可滲入煤體縫隙中，成膠后充填空洞、裂隙，包裹松散煤體，隔絕空氣，預防煤炭自燃；膠體含有大量的水，可吸熱降溫(jiàngwēn)，且遇高溫不易消失，也無毒。共一百五十六頁一、膠體防滅火材料

具體要求：煤礦井下使用的凝膠材料應具備無毒無害，對設備(shèbèi)無腐蝕，對環(huán)境無污染；滲透性好，能進入松散煤體內部；有良好的耐溫性，在高溫下不會迅速汽化，且吸熱降溫性能好；成本低廉，成膠工藝簡單,便于現(xiàn)場應用的特點。(一)膠體材料選擇1．凝膠基料凝膠主要由基料和促凝劑組成，凝膠基料在井下起防滅火的作用。一般硅凝膠最符合煤礦井下煤層自燃防治的要求。硅是無機材料，硅凝膠是SiO2·H2O的膠體，在高溫下失水成為SiO2和水蒸氣，吸收大量的熱，無毒無害，不污染環(huán)境，對設備沒有腐蝕性，熱穩(wěn)定性好，并且可以形成Si（OH）4,因此煤礦上應用的較為廣泛。共一百五十六頁2．基料選擇要使凝膠主料能夠(nénggòu)形成凝膠，必須有硅膠材料參與反應，即需選擇基料。常用材料：水玻璃作為硅膠的基料最合適，水玻璃的化學名稱為硅酸鈉（俗稱泡花堿），它的化學分子式為Na2OnSiO2或Na2SiO2，它是氧化鈉和二氧化硅按一定比例在高溫下結合而形成的非單一化合物。說明：水玻璃有固態(tài)和液態(tài)兩種，固態(tài)水玻璃必須在高溫高壓下才能溶化成液態(tài)，故井下只能采用液態(tài)水玻璃。共一百五十六頁3．促凝劑促凝劑的作用是使水玻璃的水溶液能快速生成Si(OH)4膠體，這樣才能用于井下防滅火?？蛇x的促凝劑大約有以下幾類：①酸性物質；②強酸弱堿性物質；③既能中和強堿又能生成膠體的材料。一般來說，NH4HCO3最佳，NH4Cl次之，（NH4）SO4最差。（二）膠體防滅火材料的性能1．成膠可控性成膠可控性是指凝膠的成膠速度可由促凝劑控制的特性。由于使用(shǐyòng)條件不同，對凝膠的成膠時間要求也不同。例如，用于滅火和處理高溫點的凝膠，成膠時間控制在噴出后30～50s較好；用于堵漏防火，壓注碎裂煤體的凝膠，要求有較強的滲透性，成膠時間控共一百五十六頁制在5～10min為宜等，即根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場所需的膠體滲透距離和范圍來調控。2．固水及吸熱降溫性能

固水性是指膠體使一定量的水固定在網(wǎng)狀結構的骨架中而失去流動性。例如硅酸凝膠的網(wǎng)狀結構中可固定90%的水。

吸熱降溫性能是指成膠過程伴隨著吸熱效應，另外，在較高的溫度下膠體中的水分蒸發(fā)，可吸收大量的熱使環(huán)境溫度降低。例如，1m3基料濃度為6%的膠體汽化吸熱量可達到4×104KJ的熱量。3．液固轉化特性

凝膠的液固轉化特性是指凝膠在成膠前是液體(yètǐ)，具有流動性，可以充填空洞或滲入煤體裂隙和微小孔隙中。成膠后，凝膠失去流動性，有一定的強度，可起到堵漏的作用。共一百五十六頁4．耐熱性

凝膠的耐熱性是指凝膠在高溫下網(wǎng)狀結構不易破壞，不會急劇失水的特性。由于凝膠耐高溫，在明火中不會迅速汽化，僅慢慢萎縮，所以不存在水煤氣爆炸和水蒸氣傷人的危險(wēixiǎn)。試驗表明，基料中SiO2濃度越高，其熱穩(wěn)定性越好，防滅火效果越好。5．阻止煤氧物理、化學吸附及化學反應膠體材料本身都是阻化劑，噴灑在煤體上后形成凝膠也是阻化劑，可阻止煤對氧的物理、化學吸附及化學反應。共一百五十六頁二、膠體防滅火工藝1．井下移動式注膠工藝井下移動式注膠的主要設備是輕型移動式膠體壓注機，其結構如圖3-26所示。設備的主要技術參數(shù)為：功率5.5kW、流量5.0m3/h、壓力1.8MPa、最大通過固料顆粒粒徑小于5mm。該設備主要特點為：能耗小、噪聲低，體積小，易于運輸(yùnshū)，運行穩(wěn)定可靠；使用、維護方便，物料全自動配比，不需人工配料。適用范圍：井下移動式注膠工藝僅適用于井下小范圍煤體自燃火災的防治。缺點：當火區(qū)范圍較大時，需要大量的滅火材料，運輸問題難以解決，且移動式注膠設備的流量小，處理火區(qū)的時間長，滅火成本也大。共一百五十六頁圖3-26輕型(qīnɡxínɡ)移動式膠體壓注機結構原理圖共一百五十六頁圖4-27井下輕便型移動式注膠工藝流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)共一百五十六頁如圖3-27是利用輕型移動式膠體壓注機向井下局部高溫煤體壓注膠體的工藝過程，其操作方法如下：首先將基料、促凝劑、增強劑加入各自的料箱，將設備的電源、管路及注膠鉆孔(zuànkǒnɡ)連接好。設定好基料和促凝劑的定量配比器的配比，打開電源開和水管閥門。通過固料推送器把促凝劑定量送入混合器，利用配比泵通過自吸管路把基料吸入混合器。水、促凝劑和基料在混合器混合后，通過主泵輸出，經(jīng)過主泵加壓后通過管路及鉆孔(zuànkǒnɡ)注入火區(qū)或自燃區(qū)。壓注膠體的過程中只需及時加料，而無須再調配比，設備會按預先調好的比例自動配料，從而降低勞動強度，提高了工作效率。當注膠結束時，停止基料、促凝劑的添加。用清水沖洗設備及管路，以防堵塞。完成這些工作后停水、斷電。共一百五十六頁2．管網(wǎng)式大流量注膠（膠體泥漿）工藝管網(wǎng)式大流量注膠工藝是利用礦井現(xiàn)有的地面灌漿系統(tǒng)、注砂防滅火系統(tǒng)及防塵灑水管路系統(tǒng)，大流量的壓注膠體滅火材料。圖3-28所示的管網(wǎng)式注膠工藝系統(tǒng)，既可壓注純凝膠，也可壓注膠體泥漿（復合膠體），其工藝過程為：先制取泥漿于泥漿池中，然后啟動基料定量配比設備，在泥漿池中加入一定量的基料，攪拌均勻。當井下一切準備工作完成后，打開泥漿池閘門，混合液從灌漿管路流量的基料，攪拌均勻。當井下一切準備工作完成后，打開泥漿池閘門，混合液從灌漿管路流入井下，混合液到達灌漿管路和促凝劑管路連接口之后，啟動促凝劑添加(tiānjiā)設備，加入促凝劑，根據(jù)混合液的流量和基料濃度調整促凝劑共一百五十六頁圖3-28井上、下配合的管路大流量(liúliàng)流注膠工藝圖

共一百五十六頁的流量，以便控制凝膠時間，使膠體泥漿注入火區(qū)后成膠。注膠完成后用清水沖洗壓注設備和管路(ɡuǎnlù)。壓注純凝膠的工藝過程：利用地面泥漿池來配制基料液，不制取泥漿，壓注工藝與膠體泥漿壓注工藝相同。

三、膠體防滅火實例某礦14308西軌道平巷煤層自然發(fā)火防治實例。（一）火區(qū)概況1996年5月26日某礦14采區(qū)14308工作面西軌道平巷煤層發(fā)生自然發(fā)火。14采區(qū)開采3上和3下兩層煤，兩煤層間距0.4m～1.1m。14308工作面位于上區(qū)段，開采3下煤層；14307綜放工作面位于下一區(qū)段，開采3上煤層。如圖3—29所示。14308西軌道平巷位于14307西軌道平巷之下，兩巷重疊布置，中間相隔一層夾矸。如圖3—30所示。共一百五十六頁14307上分層綜放面1994年7月開采，推進約70m～80m時，采空區(qū)出現(xiàn)自然發(fā)火征兆，上隅角CO濃度1000ppm以上，回風流CO濃度超過100ppm。利用底板巖石集中運輸巷向上打鉆孔往采空區(qū)回風側灌漿，并加快推進速度甩掉高溫點，1995年6月采完后封閉，實行閉區(qū)均壓防滅火。14308西軌道平巷1996年2月開始由東向西掘進，掘進期間巷道多處冒頂，與頂部14307綜放面采空區(qū)冒透連通。1996年5月26日平巷掘出1050m，距14307采空區(qū)切眼約30m處時，發(fā)現(xiàn)頂部采空區(qū)浮煤中有干餾過的焦炭存在，兩天后該處頂煤自燃。采用往頂煤插管注水滅火，火勢發(fā)展較快，前后約20m范圍內水管一插入(chārù)，立即掉紅火炭，形成冒空區(qū)。至5月30日未能將火源撲滅，掘出的1050m平巷被迫全部封閉，采用注氮滅火。共一百五十六頁圖3-2914308工作面圖布置圖共一百五十六頁圖3-30注膠鉆孔(zuànkǒnɡ)布置圖共一百五十六頁1996年10月28日采用鎖風法啟封火區(qū)，并對啟封的巷道迅速噴漿堵漏，對未啟封巷道采用注氮防滅火技術，惰化火區(qū)。注氮期間板閉內氧含量6％～9％，停止注氮后板閉內氧含量12％～15％。到1997年1月4日，啟封巷道910m，還有140m巷道未啟封。由于(yóuyú)某些原因，停止注氮3天，板閉縫隙中冒出大量濃煙，CO濃度超過2000ppm，原火區(qū)仍在燃燒，火源并未熄滅。為此決定在消火道內打鉆孔向火源壓注膠體泥漿直接滅火。

(二)火區(qū)特點(1)巷道頂部火點是1994年14307綜放面采煤期間氧化自燃的舊火點。(2)火源點復燃速度很快，從1996年5月26日進入該火源點底部到28日出現(xiàn)明火，間隔時間只有40個小時。共一百五十六頁(3)14307綜放面距切眼70m～80m內頂煤回收率低，且平巷和兩個端頭支架不放頂煤，故該火點處松散煤體厚度大于4m，寬度12m，遺煤量很大。(4)該火點處遺煤經(jīng)過了兩年多的氧化，儲存的熱能很大。(5)該礦采用無煤柱開采(kāicǎi)，采空區(qū)連成一片，很難杜絕向火區(qū)供氧。該火區(qū)位置高，巷道頂部煤體破碎、冒落空洞多，且沒有噴漿。采用注水、注漿滅火，水只能流入巷道或采空區(qū)，很難淹沒火源。若注水、注漿量大，容易沖落頂煤，造成冒頂，且大量泥漿泄人巷道，使巷道恢復困難。由于火區(qū)溫度高、熱容大，注氮只能抑制火區(qū)發(fā)展，很難使煤體溫度下降。共一百五十六頁(三)滅火過程

1．膠體泥漿應用工藝圖3-30注膠鉆孔布置圖自北翼西膠帶運輸上山開掘一條巷道到14308西軌道平巷的位置然后向西掘進與14308工作面切眼貫通，從新開出14308軌道平巷向工作面內開斜巷到達3上煤層(méicéng)頂板后，再沿頂板掘平行于14308軌道平巷的消火道，在消火道內向發(fā)火巷道頂部注膠打鉆孔。根據(jù)14308火區(qū)范圍及火勢，預計注膠量在1000m3以上。若采用井下小型注膠系統(tǒng)，占用人員多，材料運輸困難，注膠速度很慢。因此，采用地面配漿池和灌漿管路進行大流量連續(xù)運行的膠體泥漿壓注工藝。該礦黃泥灌漿系統(tǒng)的制漿站設在北風井附近，有4個36m3的泥漿池，采用水力取土，自流成漿的制漿工藝。本次滅火利用北風井4個泥漿池作為膠體配漿池。共一百五十六頁在消火道內安裝1臺膠體壓注機，配制和壓注促凝劑溶液。先按一定的水土比制取好泥漿于池中，然后添加適量基料，攪拌機攪拌均勻備用。放漿速度由閘閥控制，用標尺計算下漿量。加過基料的漿液通過灌漿管路送到注膠地點，啟動膠體壓注機按比例輸送促凝劑溶液到泥漿管內，在泥漿管內與加有基料的泥漿混合均勻，通過分流器流入各個注漿鉆孔，分流器并行管路達18個。2．滅火過程考慮到14308西軌道平巷火區(qū)頂部是大量浮煤堆積的采空區(qū)，巷道沒有(méiyǒu)噴漿，用水滅火時，頂煤冒落形成許多空洞，為防止膠體沖垮頂部散煤體形成大冒頂，大量膠體泄露，故決定采用多鉆孔、低共一百五十六頁流量注膠，成膠速度(sùdù)控制在1min內，從消火道向巷道頂部打仰角3°或水平的鉆孔，孔深8m，鉆孔終孔位置距14308西軌道平巷頂部4.8m～5.2m，見圖3-30。1997年1月11日開始注膠，經(jīng)過3天注入450m3膠體泥漿后，進入火區(qū)偵察，火區(qū)大部分已熄滅，但原火區(qū)中心仍有高溫陰燃點，通風2h后見明火，巷道中除一個高冒區(qū)有十幾m3膠體泥漿泄漏外，其余各點均未見漏漿。把臨時鎖風板閉推進40m，在消火道打鉆尋找火源，繼續(xù)注膠體泥漿約400m3，于1月16日第二次啟封火區(qū)偵察，發(fā)現(xiàn)原火區(qū)仍有明火，鉆孔沒有打到火源區(qū)域，巷道基本沒有漏膠。把臨時鎖風板閉再次往前推進50m，繼續(xù)利用鉆孔注膠滅火。由于第二次偵察沒有發(fā)現(xiàn)漏膠，消除了泄漏顧慮，決定打俯角3°，深8m的鉆孔。在打鉆過程中，共一百五十六頁鉆孔泄出的CO濃度在2000ppm以上，但沒有見煙，溫度也不高，經(jīng)過3天注膠，注入膠體量約500m3，于1月20日第三次啟封火區(qū)偵察，并計劃強行噴漿通過高溫區(qū)?；饏^(qū)啟封后，密閉內溫度42℃～44℃，高溫區(qū)表面溫度80℃～90℃，通風1.5h后見明火，對準火源點噴漿，火勢立即增大，紅炭伴著砂漿大量落入巷道，形成新的高冒區(qū)。冒落的紅炭用水噴灑，巷道溫度劇增，蒸汽彌漫，煙流及CO增大，被迫在原板閉處封閉，用砂漿噴涂表面。

經(jīng)過第三次火區(qū)啟封，認識到原配方(pèifāng)膠體泥漿遇高溫后滲透性較差，鉆孔距火源頂部4.0m~4.5m厚的散煤中未有膠體滲入，緊靠巷道頂部的火源仍然存在，而在火源頂部形成了一層膠體泥漿層，阻止膠體向下滲透，滅火效果不好。經(jīng)過對鉆孔位置分析，決定打12°的俯斜孔，孔深10m，孔終距巷道1.7m共一百五十六頁左右，并放慢成膠速度。這一次打鉆過程中有兩個鉆孔直接打人火區(qū)，鉆孔中有黑煙冒出，出氣溫度達80℃～90℃，CO濃度超過2000ppm。連續(xù)注膠6天，注入近900m3膠體泥漿，鉆孔CO濃度下降到20ppm以下，隨后打了幾個探孔，CO都在10ppm左右，鉆孔出氣溫度正常。板閉內CO濃度10ppm～20ppm，出水溫度38℃。上述跡象表明膠體泥漿已注到高溫區(qū)內，明火已熄滅，但由于煤巖體熱容大，溫度還未完全降下來。1月26日火區(qū)啟封，救護隊進入偵察，明火已熄滅，但巷道頂部高溫點溫度仍有52℃，巷道空氣(kōngqì)溫度40℃～42℃，淋水溫度40℃，CO濃度2ppm～4ppm。拆除板閉，恢復通風，對高冒頂區(qū)用石棉瓦背頂，方木加固，然后迅速噴漿，同時利用消火道的鉆孔繼續(xù)注膠降溫。至1月31日14308火區(qū)啟封成功，巷道全部噴漿重新處理，幾天后火區(qū)徹底熄滅。共一百五十六頁任務五氮氣防滅火技術

氮氣防滅火技術是近20年來隨著放頂煤采煤技術的推廣和應用，為抑制采煤工作面采空區(qū)自然(zìrán)發(fā)火以及加速火區(qū)熄滅而發(fā)展起來的一項新的防滅火技術。到1996年底，我國已有21個礦務局34個綜采放頂煤工作面采用注氮防滅火技術。氮氣防滅火原理(yuánlǐ)及特點

注氮工藝

注氮技術參數(shù)的確定

氮氣防滅火注意事項

共一百五十六頁一、氮氣防滅火原理及特點氮氣防滅火技術就是將氮氣送入擬處理區(qū)，使該區(qū)域內空氣惰化，氧氣濃度小于煤自然發(fā)火的臨界氧濃度，從而防止煤氧化自燃，或使已經(jīng)形成的火區(qū)窒息的防滅火技術。氮氣防滅火機理主要表現(xiàn)在：(1)采空區(qū)內注入大量的高濃度的氮氣后，氧氣濃度相對減小，氮氣部分地替代氧氣而進入到煤體裂隙表面，這樣煤表面對氧氣的吸附量便降低，在很大程度上抑制或減緩了遺煤的氧化放熱速度；(2)對于采空區(qū)注氮防滅火而言，采空區(qū)注入氮氣后，提高了氣體(qìtǐ)靜壓，降低了漏入采空區(qū)的風量，減少了空氣與煤炭直接接觸的機會；共一百五十六頁(3)氮氣在流經(jīng)煤體時，吸收(xīshōu)了煤氧化產(chǎn)生的熱量，可以減緩煤升溫的速度和降低周圍介質的溫度，使煤的氧化因聚熱條件的破壞而延緩或終止；(4)充入的氮氣將沖淡采空區(qū)內可燃氣體與氧氣的濃度，從而使混合氣體失去爆炸性。這是注氮防止可燃、可爆性氣體燃燒與爆炸作用的一大優(yōu)點。氮氣防滅火適用于：①采用常規(guī)防滅火方法無效，或不可能時，使用氮氣滅火的效果相當明顯；②井下有現(xiàn)成的注氮管網(wǎng)，氮氣源充足；③用氮氣滅火要求火區(qū)嚴密不泄露、火區(qū)內有大量的材料、器材、設備供滅火之用，且必須能夠迅速地回撤。氮氣防滅火的特點：與傳統(tǒng)的灌漿、河砂充填防滅火方法相比，氮氣防滅共一百五十六頁火具有工藝簡單，操作方便，易于掌握；惰化區(qū)域廣，對火區(qū)內的設備無腐蝕和損壞；滅火速度快，啟封容易，設備撤出方便，恢復生產(chǎn)早，成本低?？晒?jié)省管材、木材和人力等優(yōu)點。氮氣防滅火存在的問題：①氮氣注入防治區(qū)后容易泄露，不像注漿和注砂那樣可長期滯留于防治區(qū)，隔氧性較差，因此，在注氮防滅火的同時，應采取堵漏措施；②氮氣熱容量小，吸熱降溫效果差，撲滅火災后，火區(qū)溫度仍然很高，隨著氮氣的泄露，復燃的可能性很大，使火區(qū)完全熄滅時間相當長；③氮氣是一種窒息性氣體，采煤工作面采空區(qū)注氮防火泄漏量過大，會引起工作面氧氣下降(xiàjiàng)，發(fā)生人員窒息事故。因此，注氮防火的工作面應安裝束管檢測系統(tǒng)。共一百五十六頁二、注氮工藝制取氮氣的方法主要是采用空分技術，即將空氣中的氮氣和氧氣分離而得到較高濃度的氮氣。我國制取氮氣主要有深冷空分、變壓吸附和膜分離三種方法。圖3-29所示的井下移動式膜分離制氮機由空壓機段、預處理段和膜分離段三部分組成。采用分體式結構，組裝在平板車上，以耐壓膠管連接，組成整個制氮裝置。此外配有保護系統(tǒng)(xìtǒng)、控制和檢測裝置等。其原理是以螺桿式空氣壓縮機為氣源，通過壓縮空氣預處理段對空氣進行除油、除塵、除水、恒溫處理后，再由膜分離段中的膜組件對空氣進行分離富集而制取氮氣的。共一百五十六頁圖3-29膜分離制氮機結構(jiégòu)示意圖1—防爆開關；2—供、排水閥；3—油氣分離器；4—油冷卻器；5—后冷卻器；6—壓縮機頭；7—防爆電機；8—離心疏水器；9—C級過濾器；10—螺旋板換熱器；11—活性碳罐；12—A級過濾器；13—監(jiān)視盤；14—B級過濾器；15—膜組件；16—儀表盤共一百五十六頁裝置中的膜組件如圖3-30所示，由一定數(shù)量的高分子材料制成的中空管組裝在鋼管內而成的。中空管即是中空纖維膜，它細如發(fā)絲，不同的氣體在膜中透過的速率不同，透過快的稱之為“快氣”，反之稱為“慢氣”。氧氣在膜中透過的速度要比氮氣快得多，從而使氧、氮在膜的兩端分離富集，既氧氣透過膜壁富集于另一側，氮氣滯留在原始(yuánshǐ)氣體一側。在壓力的作用下，沿膜管前移，最終通過閥門輸出。圖3-30中空纖維膜組件示意圖共一百五十六頁2、氮氣防滅火工藝過程1）工作面后部采空區(qū)注氮當自然發(fā)火的危險主要來自生產(chǎn)工作面的后部采空區(qū)時，可采取向本工作面后部采空區(qū)注入氮氣的防火方法，如圖3-31所示。注氮管道(guǎndào)一般鋪設在工作面進風平巷中，注氮釋放口開設在后部采空區(qū)中的進風平巷一側，以利用通風壓力使氮氣流入采空區(qū)中。注氮管的埋設及氮氣釋放口的設置應符合：①氮氣釋放口應高于底板，以90°彎拐向采空區(qū)，與工作面保持平行，并用石塊或木垛等加以保護。共一百五十六頁②氮氣釋放口之間的距離，應根據(jù)采空區(qū)“三帶”寬度、注氮方式和注氮強度、氮氣有效擴散半徑、工作面通風量、氮氣泄漏量、自然發(fā)火期、工作面推進度以及采空區(qū)冒落情況等因素綜合確定。順槽并列敷設兩條氮氣輸送管道，并埋入采空區(qū)內，每條管道上隔60m焊接一氮氣釋放口，兩管前后相錯30m；每條管道埋入采空區(qū)的長度達到60m截斷一次。第一個釋放口設在開切眼線(yǎnxiàn)位置，其它釋放口間距以30m為宜。這種形式的注氮，可以采用連續(xù)方式，也可以采用間斷方式注氮。要應根據(jù)注氮強度（流量）和采空區(qū)中氣體成分變化情況等綜合確定并及時調整。共一百五十六頁2）工作面相鄰采空區(qū)注氮工作面在生產(chǎn)過程中，當自然(zìrán)發(fā)火的危險來自其相鄰區(qū)段的采空區(qū)時，則應對其相鄰采空區(qū)注氮防火，以保證本工作面的安全回采。這種注氮方式又叫旁路注氮，其方法是在生產(chǎn)工作面與采空區(qū)相鄰的平巷中打鉆孔，然后向已封閉的采空區(qū)插管注氮。注氮鉆孔一般超前工作面80m～90m；孔間距15m～20m，特殊地點5m；孔深8m～10m。圖3-31注氮管埋設及釋放(shìfàng)口位置共一百五十六頁三、注氮技術參數(shù)的確定（一）注氮量的確定1．工作面后部采空區(qū)注氮量的確定根據(jù)采空區(qū)中的氣體成分進行確定，以距工作面20m處采空區(qū)中的氧濃度不大于10％作為確定的標準。如果采空區(qū)中CO濃度較高（超過50ppm)，或者工作面上CO濃度超限或出現(xiàn)高溫、異味等自燃征兆，則應加大注氮強度(qiángdù)和注氮量。注入氮氣的純度應大于97％。2．工作面相鄰采空區(qū)注氮量的確定

確定原則：充分惰化靠近生產(chǎn)工作面一側的采空區(qū)，在靠近生產(chǎn)工作面的采空區(qū)側形成一條與工作面推進方向平行的惰化帶。具體可根據(jù)對采空區(qū)氣體成分的檢測結果確定，保證相鄰采空區(qū)內氧濃度不大于10％。共一百五十六頁（二）輸?shù)苈废到y(tǒng)敷設要求在設計、敷設輸?shù)苈废到y(tǒng)時有以下要求：1．管路到達注入點的距離應最短、平直，沿程阻力損失和管材消耗量小。2．氮氣在管路內的流速在1.0～1.5m/s經(jīng)濟(jīngjì)流速范圍內。3．管間連接采用焊接，減少接頭泄漏和局部阻力損失。4．拐彎和低洼處要設置放水包。5．注氮干管上設置調控閥門和安全放空管。6．埋設在采空區(qū)內的管路貼底板布置，釋放口應用石塊、木垛等加以保護。共一百五十六頁四、氮氣防滅火注意事項1．在工作面回風巷并列敷設兩條束管，并埋入采空區(qū)內，兩束管管口錯開一定距離，每條束管隔一定的距離截斷一次。在注氮過程中，由地面束管監(jiān)測系統(tǒng)真空泵從束管內抽取注氮區(qū)的氣樣，送入色譜儀分析。利用監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，加強對工作面通風隅角、工作面和回風平巷中CO、O2和CH4的監(jiān)測；同時，由瓦斯檢查員隨時(suíshí)對工作面及其回風平巷中的O2、CO和CH4濃度進行檢查，要保證工作面風流中的氧氣濃度不低于18.5%，否則停止作業(yè)并撤除人員，同時降低注氮流量或停止注氮，或增大通風場所的通風量。2．注意檢查工作面，特別是其回風隅角及回風平巷風流中的瓦斯涌出情況，若發(fā)現(xiàn)采空區(qū)內大量涌出瓦共一百五十六頁斯，使風流中瓦斯超限時，可適當降低注氮強度或應用采空區(qū)抽放瓦斯的方法進行處理。3．第一次向采空區(qū)注氮，或停止注氮后再次注氮時，應先排出注氮管內的空氣(kōngqì)，避免將空氣(kōngqì)注人采空區(qū)中。注氮管道較長時，更應注意這一問題。4．制氮設備的管理人員和操作人員，須經(jīng)理論培訓和實際操作培訓，考試合格，才能上崗。注氮時要有應急預案并做到人人熟知。5．采空區(qū)進行注氮防火或對火區(qū)進行注氮滅火時，應編制相應的安全技術措施，報礦總工程師批準。6．應建立健全注氮防滅火臺帳。共一百五十六頁任務六均壓防滅火(mièhuǒ)技術均壓防滅火原理

壓能及壓力坡線圖均壓方法(fāngfǎ)

均壓滅火實例共一百五十六頁均壓防滅火的實質是利用調節(jié)風門、局部通風機、調壓氣室和連通管等調壓設施，改變漏風區(qū)域的通風壓力分布，降低漏風壓差，減少(jiǎnshǎo)漏風，從而達到抑制遺煤自燃、惰化火區(qū)，或使采空區(qū)自燃的遺煤窒息而熄滅的目的。圖3—32采空區(qū)漏風1—進風巷；2—回風巷；3—采空區(qū)；4—密閉墻共一百五十六頁一、均壓防滅火原理均壓防滅火就是通過通風方法降低漏風通道兩側的風壓差，減少漏風量，防止和抑制煤炭自燃的防滅火技術。均壓防滅火原理：如圖3—32所示，采空密閉區(qū)一側與進風巷相通，另一側與回風巷相連，其進、回風密閉外風壓分別(fēnbié)為PA、PB，兩密閉及采空區(qū)的風阻值為RAB，采空區(qū)的通風壓力為H＝PA－PB，則漏入采空區(qū)的風量為（3—19）式中Q——漏入采空區(qū)的風量；m3/s；n——流態(tài)指數(shù)，n＝1～2；H——采空區(qū)的通風壓力，Pa；RAB——兩密閉及采空區(qū)兩側的風阻值，kg/m7。共一百五十六頁

從式3—19中可以看出，采空區(qū)的漏風量Q與采空區(qū)兩側的通風壓力H有關，H減少，Q減少，H→0，Q→0，則采空區(qū)遺煤因缺氧而不會發(fā)生自燃，或采空區(qū)自燃遺煤因缺氧而窒息。設法降低PA或者增大PB，采空區(qū)進、回風兩側風壓差H降低，漏風量Q減少，就可達到防滅火的目的。均壓技術既用來防火，也用于滅火和防止瓦斯漏出。根據(jù)使用條件不同，均壓技術可分為閉區(qū)均壓與開區(qū)均壓兩大類。二、壓能及壓力坡線圖（一）調節(jié)風門均壓的壓能及壓力坡線圖

如圖3—33（a）所示，在并聯(lián)風路Ⅰ分支(fēnzhī)中安裝調節(jié)風門后，由于風路中增加了風阻，使其風共一百五十六頁量減少。風量變化引起本分支和相鄰分支壓力分布改變。在圖3—35（b）中，aob和a′codb′分別為安裝調節(jié)風門前、后的壓力坡度線，將兩者進行對比可見：（1）風窗上風側風流壓能增加，下風(xiàfēng)側風流壓能降低；A點風流壓能增加，B點風流壓能降低，其增加和降低的幅度取決于調節(jié)風門的阻力和該分支在網(wǎng)路中所處的地位；（2）因風量減小，調節(jié)風門前后風路上的壓力坡度線變緩。由上述分析可見，調節(jié)風門均壓的實質是增阻減風，改變調壓風路上的壓力分布，達到均壓目的。因此，其應用的前提是本風路風量可以減少。共一百五十六頁

(二)局部通風機均壓的壓能及壓力坡線圖在需要調壓的風路上(lùshɑng)安裝帶風門的局部風機（實質上是輔助通風機），利用風機產(chǎn)生的增風增壓作用，改變風路上(lùshɑng)的壓力分布，達到均壓目的。若在圖3—33（a）的Ⅱ分支上安裝帶調節(jié)風門的風機，且使其風量大于原有風量。調壓前后Ⅱ分支壓力坡度線如圖3—34所示。afb和a′cfdb′分別為調壓前后的壓力坡度線。將兩者進行對比可見：（1）風機的上風側（AF段）風流的壓能降低，下風側（FB段）風流的壓能增加；其降低和增加的幅度隨距風機的距離增大而減小。（2）因風路上風量增加，故其壓力坡度線變陡；在Ⅱ分支上安裝風機后對與其并聯(lián)的Ⅰ分支將產(chǎn)生下列影響：共一百五十六頁風量減小，但減小值小于Ⅱ分支的風量增加值，減小程度取決于所安裝風機的能力及該分支在網(wǎng)路中的地位；壓力坡度線的坡度變緩。說明：應該指出，單獨使用局部通風機均壓的前提是增加風量。（三）調節(jié)風門與局部通風機均壓的壓能及壓力坡線圖采用調節(jié)風門和局部通風機聯(lián)合均壓時，有增壓調節(jié)和降壓調節(jié)兩種方式。1.調節(jié)風門—局部通風機增壓調節(jié)

增壓調節(jié)是指使(zhǐshǐ)兩調壓裝置中間的風路上風流的壓能增加，因此，風機應安裝在調節(jié)風門的上風側。增壓