矿井防灭火专项设计
某某煤矿矿井防灭火专项设计
目录
第一章矿井概况 (1)
第二章矿井火灾隐患性分析 (4)
第三章矿井煤层自然发火预测预报指标体系 (10)
第四章矿井自燃火灾监测系统 ............................ 错误!未定义书签。第五章矿井防灭火系统 .. (13)
第六章矿井工作面重点区域防灭火技术方案 ................ 错误!未定义书签。第七章矿井外因火灾防治措施及装备 .. (40)
第八章矿井井下消防洒水系统 (45)
第九章防火构筑物及井上、下消防材料库 (48)
第十章矿井火区管理 .................................... 错误!未定义书签。第十一章矿井防灭火技术管理制度 (64)
某某煤矿矿井防灭火专项设计
为认真贯彻国家的安全生产方针，进一步加强矿井防灭火管理工作，有效预防矿井火灾事故，保障煤矿职工的安全和健康，保护国家资源和财产不受损失，保证矿井生产正常进行。根据《煤矿安全规程》第260条的规定，结合我矿实际，编制了矿井防灭火专项设计。
第一章矿井概况
一、井田位置及交通
某某井田位于国家规划的“*********”的*部，地处******处，行政区划隶属*******管辖。
地理坐标为：
东经***********
井田交通十分便利，*******对外交通和内部运输条件均较便利。
井田向东南距****约32km，*****城区距各大城市或火车站距离为：*******。
井田交通位置详见图1-1-1，井田在矿区中的位置见图1-1-2。
二、地形地貌
井田地处***接壤地带，井田东部地势较平缓，多被沙漠覆盖，分布沙丘、沙梁；
其余全部为第四系黄土覆盖，呈现沟壑纵横的黄土梁峁地貌景观。井田地势总体南高北低，一般标高+1290～+1320m；黄土梁峁区地势较高，一般标高+100～+160m。井田内最高点位于***，高程+***m；最低点位于井田北部的冲沟沟谷，高程+**m，相对高差***m。
三、地表水系
井田地表无大的水系，但冲沟较发育，主要为秃尾河支流红柳沟之上游支沟，其中贺家沟沿井田中部自东南向西北流过，流水受降雨影响非常大，虽流量有限(常断流)，但下蚀作用强烈，切割深，造成地形破碎。
四、地震情况
根据国家地震局和建设部2010年颁发的GB50011-2010《建筑抗震设计规范》规定，本区地震烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05g。
图1-1-1 井田交通位置图
图1-1-2 井田在矿区中的位置示意图
五、气象特征
井田属温带大陆性干旱、半干旱季风气候。天气多变，春季干旱而多风沙，夏季炎热多雷雨，秋季凉爽而短促，冬季干冷而漫长，日照充足，雨热同季。年平均气温8.1℃，7～8月最高气温36.7℃，元月份最低气温－29.7℃，日温差15～20℃。年平均降水量414mm，年平均蒸发量1907.2mm。7-9月份为雨季，10月中
旬降雪，翌年2月解冻，无霜期155天。冬季至春末夏初多风，最大风速可达
18.7m/s，风向多为北西。最大冻土深度1460mm。
六、矿井通风概况
1. 通风方法
矿井通风方法为机械抽出式。
巷道掘进采用局部通风机压入式通风。每个掘进工作面配备2台局部通风机，一用一备。其风流直接进入回风巷。
井下爆破材料发放硐室及盘区变电所等采用独立通风系统。其它硐室采用并联或串联通风，风流混入矿井进风风流中，个别硐室深度不超过6m、入口宽度不小于
1.5m而无瓦斯涌出，可采用扩散通风。
2. 通风方式
矿井初期移交时通风方式为中央并列式，共布置3个风井，即主斜井、副斜井进风，回风立井回风。主斜井及副斜井井筒位于矿井工业场地内，回风立井位于风井场地内，三条井筒服务全矿井。后期回采西部区域时利用西部回风立井进行回风，采用分区式通风方式，前后均采用抽出式通风方法。
3. 通风系统
投产时期矿井通风主要线路为：主、副斜井→带式输送机大巷、辅助运输大巷→
工作面带式输送机巷、工作面辅助运输巷→回采工作面→工作面回风巷→回风大巷→回风立井排至地面。
回风立井回风矿井通风容易时期为矿井开采3号煤移交时期，通风方式为中央并列式，共布置3个风井，即主斜井、副斜井进风，回风立井回风；回风立井回风矿井通风困难时期为开采9号煤层91盘区西部边界时，通风方式为仍为中央并列式，共布置3个风井，即主斜井、副斜井进风，回风立井回风。
第二章矿井火灾隐患性分析
一、矿井井下外因火灾隐患分析
产生外因火灾的条件是：有易燃物存在、有足够的氧气和足以引起火灾的热源。
（一）我矿井下易燃物有：坑木、竹笆；变压器油、液压油、润滑油等液体燃料；胶带、胶质风筒等橡胶制品；棉纱、布头、纸等擦试材料；瓦斯、氢气等可燃性气体；煤和煤尘等。
（二）易发生外因火灾的场所主要有：机电硐室、皮带巷、检修硐室、单轨吊充电室、材料库、工具房及存放胶带的巷道、采掘工作面附近的巷道内等地点。机电硐室、充电硐室等地点要配备足够数量的消防器材。
（三）引起外因火灾的热源有：机械能转化的热。如皮带与托辊磨擦、采掘机械运转冲击或磨擦产生的热。电能转化的热。如电流短路、电气设备超载运转、
静电放电、电焊、灯泡和电炉放热等。化学反应产生的热。如不合格的炸药爆破，瓦斯、煤尘爆炸、煤炭自燃，气焊，喷灯焊接和吸烟等。
二、提升机房及井口附近火灾隐患分析
（一）人的不安全行为造成的隐患：管理不严，提升机司机、维修工或其他外来人员抽烟，乱仍烟头造成火灾。提升机司机取暖或乱接线不规范造成电缆发热、短路，明火，引燃可燃物，造成火灾。
（二）检修人员操作不规范造成火灾。①不使用绝缘用具操作电气设备。②带负荷拉刀闸，发生短路。③带接地线送电。④不验电误挂接地线或不验电放电接触电气设备。⑤出现短路故障，不查明原因，强行送电。
（三）物的不安全因素造成隐患。
1.电气故障引起火灾。
主要有以下几种：①电气设备电缆过负荷发热，引起短路，造成火灾。②电气设备电缆绝缘损坏漏电，且接地电阻大于2欧姆，造成火灾。③电气设备故障，引起短路、炸裂，造成火灾。
2.机械摩设备故障造成火灾。
主要有以下几种：①滚筒和护罩摩擦发热，造成火灾。②轴承或轴瓦等转动部位损坏造成热量积聚，产生火灾。③机械设备漏油，遇热着火。
3.卫生清理不彻底造成火灾。
主要有以下几种：①升钢丝绳油泥，清理不及时，积聚发热燃烧。②机械设备漏油（润滑站、液压站等）积聚，遇火燃烧。③司机生活垃圾不及时清理，积聚造成火灾。
三、矿井井下内因火灾隐患分析
某某煤矿煤层自燃倾向等级为Ⅱ类，煤层自燃倾向性为自燃煤层，针对目前开采煤层特性、开采方法，对矿井开采过程中煤层自燃隐患分析如下：（一）勘探报告对各煤层均采集测试了煤的着火点样品，测试成果如表2-1。
表2-1 煤的自燃倾向测试成果表
煤质分析结果表明， 3号煤层为长焰煤，4、6、9号煤层以长焰煤为主，不粘煤次之。在煤质分析中，利用原煤样着火点和氧化样着火点的差值来推测煤的自燃倾向，即ΔT2-3℃＞40为易自燃煤，ΔT2-3℃＜20的煤除褐煤和长焰煤外
都是不易自燃的煤。由此可划定各煤层均为易自燃煤。另外，区域上的3号煤层露头及井田东南部的3号煤层均已自燃，榆横矿区中的小煤矿堆煤及巷道中的煤柱也有自燃现象发生，亦能说明该煤层易自燃发火，故在煤层开采和煤的长时间堆放时应注意防范。
因此本矿井的各煤层自燃等级为Ⅰ级，自燃倾向性为容易自燃。
（二）井田3煤煤层厚度一般在10.8左右，采用综采放顶煤采煤和一次采全高方法，综采放顶煤采高一般在4.8m，放煤高度约6m，放顶煤工艺造成采空区遗煤多，一旦有良好漏风条件，会增加煤层自燃的可能性。
（三）我矿采用区队隔离煤柱工艺，煤体本身不漏风，但各施工联络巷密闭容易导通，造成采空区漏风联系。
四、矿井煤层自然发火阶段
煤炭的自燃过程按其温度和物理化学变化特征，分为潜伏（或准备）、自热、自燃和熄灭四个阶段，如图1所示。图中虚线为风化进程线。潜伏期与自热期之和为煤的自然发火期。
（一）潜伏（自燃准备）期
自燃煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高止的时间区间称之为潜伏期。在潜伏期，煤与氧的作用是以物理吸附为主，放热很小，无宏观效应；经过潜伏期后煤的燃点降低，表面的颜色变暗。潜伏期长短取决于煤的分子结构、物化性
质。煤的破碎和堆积状态、散热和通风供氧条件等对潜伏期的长短也有一定影响，改善这些条件可以延长潜伏期。
图1 烟煤自燃过程温度与时间关系
（二）自热阶段
温度开始升高起至其温度达到燃点的过程叫自热阶段。自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、温度自动升高的过程。其特点是：1）氧化放热较大，煤温及其环境（风、水、煤壁）温度升高；２）产生CO、CO
和碳
2
氢（CmHn)类气体产物，并散发出煤油味和其它芳香气味；３）有水蒸水汽生成，火源附近出现雾气，遇冷会在巷道壁面上凝结成水珠，即出现所谓“挂汗”现象。４）微观构发生变化。在自热阶段，若改变了散热条件，使散热大于生热；或限制供风，使氧浓度降低至不能满足氧化需要，则自热的煤温度降低到常温，称之为风化。风化后煤的物理化学性质发生变化，失去活性，不会再发生自燃。
（三）燃烧阶段
煤温达到其自燃点后，若能得到充分的供氧（风），则发生燃烧，出现明火。
以及碳氢类化合物。若煤温达到这时会生成大量的高温烟雾，其中含有CO、CO
2
自燃点，但供风不足，则只有烟雾而无明火，此即为干馏或阴燃。煤炭干馏或阴燃与明火燃烧稍有不同，CO多于CO
，温度也较明火燃烧要低。
2
（四）熄灭
及时发现，采取有效的灭火措施，煤温降至燃点以下，燃烧熄灭火。
第三章矿井煤层自然发火预测预报指标体系
一、火灾预测预报概述
外因火灾预测可遵循如下程序：１）调查井下可能出现火源（包括潜在火源）的类型及其分布；２）调查井下可燃物的类型及其分布；３）划分发火危险区(井下可燃物和火源（包括潜在火源）同时存在的地区视为危险区)。
准确地发现煤炭自燃初始阶段的特征，对防止煤层自然发火十分重要，人们利用自然发火形成过程中的特征可以早期发现和预报煤层自然发火，识别方法为：人体感官的直接感觉；矿内空气成分的分析，测量井下发热体温度预测自然发火；利用束管监测系统或人工取样对重点防火地点进行监测。
二、常用火灾的预报方法
矿井火灾预报的方法，按其原理可分为：
（一）利用人体生理感觉预报自然发火
依靠人体生理感觉预报矿井火灾的主要方法有：
1.嗅觉，可燃物受高温或火源作用，会分解生成一些正常时大气中所没有的、异常气味的火灾气体。
2.视觉，人体视觉发现可燃物起火时产生的烟雾，煤在氧化过程中产生的水
蒸汽，及其在附近煤岩体表面凝结成水珠（俗称为“挂汗”），进行报警。
3.感（触）觉，煤炭自燃或自热、可燃物燃烧会使环境温度升高，并可能使
等有害气体增加，所以当人们接近火源时，会有头附近空气中的氧浓度降低，CO
2
痛、闷热、精神疲乏等不适之感。
（二）气体成分分析法
用仪器分析和检测煤在自燃和可燃物在燃烧过程中释放出的烟气或其它气体产物，预报火灾。
1.指标气体及其临界指标
能反映煤炭自热或可燃物燃烧初期阶段特征的、并可用来作为火灾早期预报的气体叫指标气体。指标气体必须具备如下条件：①灵敏性，即正常大气中不含有，或虽含有但数量很少且比较稳定，一旦发生煤炭自热或可燃物燃烧，则该种气体浓度就会发生较明显的变化。②规律性，即生成量或变化趋势与自热温度之间呈现一定的规律和对应关系。③可测性，可利用现有的仪器进行检测。
2.常用的指标气体
（1）一氧化碳（CO）
一氧化碳生成温度低，生成量大，其生成量随温度升高按指数规律增加，是预报煤炭自燃火灾的较灵敏的指标之一。在正常时若大气中含有CO，则采用CO 作为指标气体时，要确定预报的临界值。确定临界值时一般要考虑下列因素：①
各采样地点在正常时风流中CO 的本底浓度；②临界值时所对应的煤温适当，即留有充分的时间寻找和处理自热源。
应该指出的是，应用CO 作为指标气体预报自然发火时，要同时满足以下两点：
①CO 的浓度或绝对值要大于临界值；②CO 的浓度或绝对值要有稳定增加的趋势。
（2） Graham 系数ＩCO
J.J Graham 提出了用流经火源或自热源风流中的CO 浓度增加量与氧浓度减少量之比作为自然发火的早期预报指标。其计算式如下：
式中 CO ，O 2，N 2-分别为回风侧采样点气样中的一氧化碳，氧气和氮气的体
积浓度，%。如果进风侧气样中氧氮之比不是0.265，则应计算出进风侧氧氮浓度之比值代替0.265。
根据Graham 指数预报矿井火灾时，不同的矿井有不同的临界指标。抚顺老虎台矿（气煤）总结多年的经验，从７万多个气样中筛选出431个有发火隐患的气样，得出煤在自燃的发生、发展过程中不同阶段的Graham 指数为：预警值：I CO =0～0.45；临界值：I CO =0.46～4；报警值I CO =4.1～9。
（3）乙烯
实验发现，煤温升高到80℃～120℃后，会解析出乙烯、丙烯等烯烃类气体
产物，而这些气体的生成量与煤温成指数关系。一般矿井的大气中是不含有乙烯的，因此，只要井下空气中检测出乙烯，则说明已有煤炭在自燃了。同时根据乙烯和丙烯出现的时间还可推测出煤的自热温度。
（4）其它
其它指标气体，国外有的煤矿采用烯炔比（乙烯和乙炔（C
2H
2
）之比）和链
烷比（C
2H
6
/CH
4
）来预测煤的自热与自燃。
3.测定煤的自燃倾向性及煤层自燃特性模拟实验
煤炭的自燃倾向性是煤炭自燃的固有特性，是煤炭自燃的内在因素。《煤矿安全规程》规定：煤的自燃倾向性分为三类：Ⅰ类为容易自燃，Ⅱ类为自燃，Ⅲ类为不易自燃。新建矿井的所有煤层的自燃倾向性由地质勘探部门提供煤样和资料，送国家授权单位作出鉴定，生产矿井延深新水平时，也必须对所有煤层的自燃倾向性进行鉴定。一般是采用吸氧法测定煤炭的自燃倾向性。
但由于煤炭的自燃倾向性鉴定使用煤样量小，且井下现场煤炭自燃受多种因素影响，因此，近年来又开始用煤层自燃特性的模拟实验来反映煤炭自燃过程，以指导现场的煤层自然发火早期预报工作。煤层自燃特性的模拟实验内容包括煤层最短自然发火期的测试和煤层自燃的各阶段的的测试氧化升温速度。模拟实验的目的，一是使防止煤层自燃的技术措施在煤层最短自然发火期内完成；二是在由隐患发展到着火温度最短需要的时间内完成治理措施，从而起到防患于未燃的目的。
煤层自然发火模拟实验台是模拟现场最佳的自然发火条件，测试出煤层自燃的最短发火期和煤层自燃的各阶段的的测试氧化升温速度，从而为确定防火措施的实施时间提供较科学的依据。
4.测量井下发热体温度预测自然发火
煤炭自燃的过程中，在自热期后阶段，由于氧化加剧，产生热量增加，使煤体及其周围温度升高。因此，测量发热体及其周围的温度变化是确定煤炭自燃状态的重要参数。
（1）直接测温法
就是在不破坏现有温度场的情况下把温度传感器布置在煤炭的易自燃区域，如两道一线及采空区，观测自燃温度随时间的变化趋势，从而判断煤炭自燃的发展阶段和发展趋势。煤的自燃发火，一般经过潜伏期、自热期和燃烧期。潜伏期煤的氧化过程发展缓慢，温度一般不超过70℃；经过潜伏期之后，煤的氧化速度增加，氧化产主的热量使煤温升高，氧化产生的热量使温上升急剧加速，即自热期，煤温可达到120-150℃；自热期的发展使煤温上升到着火温度而导致自燃。煤的着火温度因煤种不同而异，无烟煤为400℃、烟煤320～380℃、褐煤小于300℃。而预测预报的关键是煤的自燃不能超过自热期，因此，温度传感器应根据这一要求选择，即在0-150℃之间，温度传感器的精度要高，并且稳定可靠，达到测温要求。目前，用于煤炭自燃测温的传感器主要有热电偶、铂电阻、半导体传感器等。
（2）红外线探测火源
红外探测技术的原理：发光物体在发出可见光的同时，还发出一系列不可见的其它电磁波，如红外电磁波等，火源也是如此，在隐蔽地点，当煤自燃的条件形成后，煤层温度逐渐增高的同时，其红外辐射场的强度也在逐渐增大。
自然界任何物体在处于绝对零度以上时，都会产生分子振动和晶格振动，向外发射红外电磁波，形成红外辐射场。
物体的辐射能量与其温度的四次方成正比；自燃的煤体的温度升高时，其辐射的能量会大辐度增加。煤层在向外辐射红外电磁波的同时，就把隐蔽煤体内部自燃的信息以场的变化的形式告诉给我们，因此我们可以利用红外电磁波探测技术探测隐蔽火源。
需要说明的是，红外测温技术与红外探测技术有本质的区别：红外测温是测取某个物体或某个环境的表面温度，是测量动温、，是测量物体的动热密度，必须直接接触才能测量；而红外探测技术是根据场的变化规律，以确定不可见物体或环境温度的变化情况及密实情况，是非接触性测量。
依据红外探测技术的原理研制出来的仪器不同于一般的直读式仪器，它不能够直接读出某一测定的温度，只能读出该测点的红外辐射场强度，还必须对根据各探测点的位置和测得的红外场强度画出曲线，并对之进行分析和解释。
（三）火灾预报采样点设置
测点设置的总要求是，既要保证一切火灾隐患都要在控制范围之内，并有利
于准确地判断火源的位置，同时要求安装传感器少。测点布置一般原则是：１）在已封闭火区的出风侧密闭墙内设置测点，取样管伸入墙内1ｍ以上；2)有发火危险的工作面的回风巷内设测点；３）潜在火源的下风侧，距火源的距离应适当；4）温度测点设置要保证在传感器的有效控制范围之内；5）测点应随采场变化和火情的变化而调整。
某某煤矿选择305工作面作为采样地点。自然倾向性为Ⅰ类。根据Graham 指数预报矿井火灾，采用CO作为指标气体，浓度大于30ppm且Graham指数超过临界值：ICO >0.46时，作为矿井自然发火的临界预警指标。
第四章矿井自燃火灾监测系统
为做好矿井自然发火监测监控，某某煤矿建立束管监测系统、矿井安全监控系统、人工监测体系。
一、束管监测系统
（一）系统概述
矿井设立专门的气体分析室，装备JSG8型束管监测火灾预测预报系统，该系统主要由粉尘过滤器、气缆、束管、分路箱、抽气泵、气体采样控制柜、监控
微机、束管专用色谱仪、打印输出设备、系统软件等组成，对井下任意地点的O
2
、
N 2、CO、CH
4
、C
2
H
4
、C
2
H
6
、C
2
H
2
等气体含量实现24小时连续监测。利用该系统，对
井下密闭、回采工作面隅角、自然发火隐患点等处的甲烷、二氧化碳、一氧化碳、
乙烷、乙烯等进行预测预报。另外，根据工作需要，对特殊地点设置的监测点，也可实施人工取样，利用气相色谱仪，把采集的样品的气体组分进行分析。经过对自然火灾标志气体的分析和确定，为矿井自然火灾和瓦斯事故的防治工作提供科学依据。
（二）束管敷设和监测点的布置：
1. 束管敷设的要求主要有以下几个方面：
（1）巷道内的束管敷设高度一般不低于1.8m，束管用吊台挂钩吊挂；
（2）束管的敷设应平、直、稳；
（3）束管管线与动力电缆线路之间的距离一般不小于0.5m，同时要避免同其他缆线交叉；
（4）束管入口处必须安设滤尘器；
（5）整条束管一般至少安设3个贮/放水器。
2.束管监测点的布置应满足以下原则：
（1）总回风道和集中回风巷应设置监测点，监测点应选择围岩稳定、前后5m范围内无分支巷道并靠近巷道末端的位置。监测点应设置在距巷道顶板0.5m 处的巷道中心线上；
采煤工作面回采结束后进行永久性封闭，每周1次抽取封闭采空区气样进行
分析
（2）分层开采工作面的监测点，应设在上分层回风侧的停采线处；回采巷道的上分层出现过高温点的地点，要靠顶板设监测点；
（3）采空区内丢煤处，巷道内错、外错处，丢顶煤处，留三角煤处，分层巷道的盲巷及溜煤眼上方均应设置监测点；
（4）采掘工作面有明显升温征兆的区域必须设监测点；
（5）火区密闭必须设监测点；
（6）测点应布置在高负压区，从全负压角度考虑，只要漏风风流，经过易自然发火处，则负压最高处最容易反映煤自然发火隐患处的的真实情况；
（7）测点处应能够有效排除炮烟的影响，井下放炮产生的炮烟含有大量的CO，若其流经测点，则会对监测结果造成很大影响；
（8）测点处应具有恒定的漏风量，防止风流变化对气体分析造成影响。
3.束管监测系统管理
（1）束管堵塞的主要原因是矿尘和冷凝水的积聚，为防止堵管情况的发生，应在井下取样点进气口、传感器或分析器气样入口等处安设过滤器。从吸气口至井底的束管管路中还需设置吸湿器，安装数量应根据吸气口和束管沿途的温度差而定，一般不能少于3个。
（2）由于束管接头和抽气负压的影响，束管系统往往存在漏气的隐患。为防止束管与束管或束管与分束管连接处漏气，束管与束管间可用直径为10mm的铜管连接，所有接口均用环氧树脂封闭。此外，应采取措施防止从井口(或钻孔)到分析室的束管因冬季地面气温低造成结露冻结。
二、矿井安全监控系统
（一）系统概述
***煤矿配备KJ95N矿井安全监测监控系统，按照《煤矿安全监控系统通用技术要求》（AQ6201-2006）和《煤矿安全监控系统检测仪器使用管理规范》（AQ1029-2007）规定，设置甲烷、一氧化碳、温度、局扇开停、风门开关、负压、风速、馈电状态等传感器。其中矿井在总回风巷，采区回风巷，采煤工作面回风巷回风口10～15m处，采煤工作面进回风隅角，掘进中的煤巷回风口10～15m 处，带式输送机滚筒下风侧10～15m处，封闭火区闭墙观测孔、防火墙栅栏等处必须设置CO传感器；采煤工作面回风巷回风口10～15m处，掘进中的煤巷回风口10～15m处，必须设置温度传感器。CO传感器和温度传感器必须与矿井安全监测监控系统联网。CO传感器的报警值为≥24ppm，温度传感器的报警值为≥30℃。传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板不得大于300mm，距壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。此外严格按要求对安全监测设备进行了调试、校正。安全监测监控系统实行划分区域巡查，实行承包管理。安全监控人员每天对安全监控设备及线路进行巡查维修，发现隐患立即汇报并进行处理；对矿井甲烷传感器标校周期规定15天一次，并建立了系统检查、