第二节防灭火方法根据国家安全监管总局、国家煤矿安监局《关于加强煤矿防灭火工作的通知》（安监总煤行 [2008] 161号文件）要求，本着预防为主、综合防治的方针，设计采取以灌浆为主的防灭火系统和预测预报系统，并配合喷洒阻化剂、MEA矿用灭火剂、加强现场管理等措施进行综合防治。

一、灌浆防灭火灌浆防灭火技术在我国有自然发火危险的矿井中用得较普遍，泥浆能够吸热降温，对煤体还有包裹作用，达到隔氧的目的，对于采空区的防灭火效果显著，已成为与井下内因火灾斗争的主要措施之一。

（一）现有防灭火系统十三矿东风井现设有灌浆站、制氮机房，灌浆站浆池容积2×15 m3，制氮机房设备为地面移动式膜分离制氮机型号：DM-1000一台，氮气产量：1000Nm3/h，灌浆（注氮）主干管路规格为Ф100mm，注浆管路总长为2800 m，东风井地面浆池设置有２个主要控制4寸泄浆阀门。

注浆采用行走式搅拌机进行搅拌，材料采用粉煤灰、MEA、黄泥。

东风井灌浆（注氮）范围为己一、己三采区。

十三矿西风井现设有灌浆站，浆池容积2×15 m3，灌浆主干管路规格为Ф100mm，注浆管路总长为2000 m，西风井地面浆池设置有２个主要控制4寸泄浆阀门。

注浆采用行走式搅拌机进行搅拌，材料采用粉煤灰、MEA、黄泥。

西风井现设有灌浆站灌浆（注氮）范围为己二采区。

根据生产能力核定报告，现有防灭火设备可满足现有己一、己二、己三采区的正常生产和接替。

本次设计时利用原有设施，后期根据接替采区生产情况适时扩建。

己四采区作为新增加采区，设计配套建设独立的防灭火设施。

设计考虑了以黄泥灌浆防灭火系统为主，以注氮等为辅的防灭火方法，加强安全监测、监控等综合防治措施。

（二）己四采区灌浆防灭火1、概述灌浆方法采用埋管灌浆，并进行随采随灌。

这种灌浆方法具有简便、省管材等优点。

在地面灌浆站，利用地面与井下灌浆点的自然压差进行灌浆。

工作面采用埋管灌浆，并进行随采随灌。

这种灌浆方法具有简便、省管材等优点。

具体操作为：沿回风顺槽在采空区预先铺好约8m的灌浆管，预埋管一端通采空区，一端接25m长的胶管，工作面采空区放顶后立即开始灌浆，随着工作面的推进，按放顶步距用回柱绞车逐渐牵引灌浆管进行下一次灌浆。

另外，在采空区封闭前，应进行封闭灌浆。

2、灌浆量计算及选择（1）灌浆工作制度每天3班工作，每班纯灌浆时间为3.5h。

（2）日灌浆所需土量根据采煤工作面参数，计算需黄土量105m3。

（3）泥水比根据矿井的实际灌浆效果，确定泥水比为1：4。

（4）每日制浆用水量Q s1=Q tδ=105×4=420（m 3/d）式中：Q s—制备泥浆用水量，m 3/d；δ—泥水比的倒数。

（5）每日灌浆用水量Q s2= K s Q tδ=1.2×105×4=504（m 3/d）式中：K s—用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数。

（6）灌浆量每日灌浆量：Q j1=(Q s1+ Q t )M=(420+105)×88%=462 (m3/d)式中：Q j1—日灌浆量，m 3/d；M—泥浆制成率,查表为0.88。

小时灌浆量：Q j2=462/(3.5×3)≈44(m3/h)（7）泥浆密度γj=1.2 t/m 33、泥浆制备（1）取土方式矿井灌浆用黄土存放在灌浆站附近储土场内。

灌浆站内采用翻斗车进行机械取土。

（2）灌浆站灌浆站布置在回风井场地内。

（3）制浆主要设备灌浆站泥浆搅拌机（SR4680型）为主要设备。

（4）泥浆制备泥浆制备采用机械搅拌方式。

黄土经浸泡2h后，就可进行机械搅拌，灰浆浓度通过供水管的控制阀进行调节，灰浆搅拌均匀后，经15mm和10mm过滤筛流入灌浆管，然后送入井下注浆点。

（5）灌浆站制浆系统与工艺流程灌浆站制浆系统：黄土由储土场，经铲车铲运到搅拌池，搅拌的泥浆由灌浆管送到井下。

后期现场可根据实际使用情况考虑是否需要增加加压泥浆泵设备。

图6-2-1 地面固定式灌浆防灭火系统流程图根据计算，单个泥浆搅拌池的有效容积应为130m3。

为了卸黄土方便和充分利用搅拌池的有效容积，制浆站设3个搅拌池，每个池的有效容积为130m3。

制浆站内共选用3台搅拌机，3个搅拌池轮番工作。

制浆站内设置3台电动闸阀，以启闭搅拌池的灌浆管路。

4、灌浆管路选择及管网验算设计利用地面与井下灌浆点的自然压差进行灌浆，不设泥浆泵。

后期现场可根据实际使用情况考虑是否需要增加井口及井下加压泥浆泵设备。

（1）注浆管网在己四回风井场地设置注浆站，泥浆通过敷设在风井井筒中的D114×10无缝钢管下到井下再敷设至工作面回风顺槽至采煤工作面采空区。

经计算，风井井筒、井下管路均选用D114×10型无缝钢管，管路采用法兰连接。

（2）注浆系统管网验算根据灌浆管路直径、泥水比及泥浆密度，泥浆在D114×10管路中的临界速度约为1.23m/s 。

① D114×10灌浆管路实际最小流速υ1=4Q j2/(3600πd 12)=4×44/(3600π×0.0942)=1.762＞1.23m/s 临界速度。

为防止泥浆在管路中沉淀或堵塞，设计中管内泥浆的实际流速均大于临界流速，以保证泥浆在管路中正常流动。

生产中应根据实际情况调整泥水比，以达到最佳的灌浆效果。

为了保证灌浆管路畅通，每次灌浆完毕，须用清水将管道内冲洗，冲洗时间不应小于30min 。

同时，在灌浆管路的最低点设置放水阀门，每次冲洗后，应将管内的泥水放掉，以免沉积阻塞管路。

② 主要灌浆管路壁厚验算根据公式：0.518.89m m < 10f d a b m mδ⎤=++⎥⎦= 式中：δ－管壁厚度，mm ；d －管路内直径，mm ；P －管路最大工作压力，kPa ，γj －灰浆密度，t/m 3；，H －井深，m ；Rc －许用压力，无缝钢管可取800×98.067k Pa；a f －因管壁不均匀的附加厚度，无缝钢管可取1.0～2.0mm ；n －管路质量与壁厚不均的变动系数，取0.9。

根据上述公式计算，所选注浆管路直径、厚度满足要求。

（三）己四采区氮气防灭火本着预防为主的方针，根据《煤矿安全规程》的要求，设计考虑对煤层自然发火进行综合防治，将拖管、间歇式注氮系统作为矿井防灭火的一种措施，并在井上下建立相应的防灭火安全监测、监控系统。

1、设计依据本矿井己四采区采用以注氮作为防灭火的一项辅助措施，根据开拓及盘区布置，按最大防火用氮量计算，约为600m3/h。

2、制氮系统设备方案根据矿井防灭火要求，对本矿井己四采区注氮系统选用深冷空分式、变压吸附式或膜分离式制氮设备进行了方案比较。

深冷空分制氮，产氮效率较低，能耗大，设备投资大，需要庞大的厂房，且运行成本较高，不完全适合我国煤炭行业行情，设计不予推荐；变压吸附式和膜分离式制氮，各有利弊，膜分离式制氮系统流程简单，比变压吸附式少一个缓冲罐，体积小，维修费用少，但膜分离式制氮要求气源的压力高，对气源除油、除水、除尘的要求高，设备投资较多，设计也不与推荐；而变压吸附式制氮系统，工艺简单，对气源的压力、除油、除水、除尘的要求不高，设备投资较少，备品备件易购，维护维修方便。

经上述比较，本矿井己四采区采用变压吸附式制氮设备。

对于制氮系统的布置方式，国内常用的有地面集中式和井下移动式，设计对地面集中式供气和井下移动式两种方案进行了比较。

鉴于地面集中制氮系统，工作环境好，便于维护管理，设备投资少，故障率低，在相对静态的条件下工作，一旦出现故障，排除方便。

当某处出现着火危险，可方便调用所有氮气集中进行高强度注氮，将着火危险消灭在萌芽中。

而井下移动式制氮系统，机动灵活，使用方便，可根据使用需要开起相应设备，输气管路短，管材及安装费用低，损耗小，运行费用低；但所有电机、电器等均需严格按防爆等级执行，设备投资高，工作环境较差，维护费用高，体积也受到限制，特别是对于变压吸附式设备，吸附塔卧式安装，吸附剂的性能无法充分发挥。

经上述综合技术经济分析比较，为了方便调用所有氮气集中进行高强度注氮，降低着火危险，设计推荐选用地面制氮系统。

3、制氮设备选型根据采区布置及工作面所需注氮量情况，结合国内采用注氮防灭火矿井的设计生产情况，考虑到矿井注氮实际效果及一定的安全系数，确定本矿井己四采区选用1套KGZD-600型地面固定式制氮设备。

制氮设备输氮压力为0.6 MPa，产氮气600 m3 /h，氮气纯度≥97%。

制氮设备自带排气量30m3/min, 排气压力0.85MPa的空压机、配套的冷干机等设备。

电控随主机配套供货。

整套制氮设备冷却方式为风冷冷却。

为了方便安装与检修，制氮站内设手动单梁起重机1台。

4、注氮管路注氮管路由制氮站经地面沿己四进风井井筒敷设至井下，经计算制氮站经井筒至井底至各工作面的管路选用D159×4.5 mm无缝钢管1趟。

输氮管路压力损失计算根据注氮管路系统布置及矿井注氮量计算注氮管网初端所需压力：P1={0.0056（Q max/1000）2Σ（D0/D i）5（λi/λ0）×L i+P22}1/2={0.0056（600/1000）2[（150/150）5（0.024/0.026）×3.5]+0.32}1/2=0.311 （MPa）< 制氮设备输出压力0.6MPa井筒及井下各工作面进风顺槽注氮管路均采用快速管接头连接，其中闸阀，管座等管件处采用法兰连接。

二、阻化剂灭火（1）阻化剂选择根据阻化剂防灭火经验，阻化剂选择由氯化铵、尿素、氯化钙、碳酸氢铵、碳酸二氢铵、磷酸二氢铵等组成。

（2）工艺及设备为节约投资和适应工作面位置不断变化的要求，采用机动性阻化剂喷洒压注系统，利用自制箱体作为贮液箱，配备注水泵组成阻化剂压注系统，向煤壁压注阻化剂或向采空区喷洒阻化剂。

（3）参数计算根据其它矿区使用效果，阻化剂溶液浓度控制在15～20%之间为宜。

工作面合理的药液喷洒量取决于采空区的丢煤量和丢煤的吸液量。

最易发生煤炭自燃部位，如工作面的上下口、巷道煤柱破碎堆积带等处，需要充分喷洒的地方，在计算药液喷洒量时，要考虑一定的加量系数。

工作面一次喷洒量可按下式计算：V=K1K2LShAγ-1式中：K1——易自燃部位喷药加量系数，一般取1.2；K2——采空区遗煤容量（t/m3）,采取遗煤样实测确定；L——工作面长度，m；S——一次喷洒宽度，m；H——采空区底板上遗煤厚度，m；A——吨煤的吸液量，t/t煤，应通过试验测得；γ——阻化剂的容重。

矿井投产后，应根据工作面实际生产情况，测定采空区遗煤情况、试验测得吨煤吸液量，确定工作面一次喷洒量。

工作面前方煤体压注阻化剂，取决于煤体的吸液量和煤体的渗透半径，根据平顶山矿区经验，一般每10m一个钻孔，可满足压注要求。