煤礦礦井防滅火設計

礦井防火設計
1.礦井基本概況
1.1礦井概況
龍口礦業集團公司梁家煤礦設計生產能力180萬t／a，位於山東省龍口市黃縣煤田西北隅，井田範圍由國土資源部以國地資礦通字20001130號文批複，由1-41號礦界坐標點順序圈定，西至龍口渤海，北以1-10號礦界坐標點與梁家煤礦相鄰，東北以10-17號礦界坐標點與桑園煤礦分界，至20號勘探線，南以F13、F14，F40，F43、F59，斷層及煤2-800m等高線為界。井田麵積：東西長約9-9.5km，南北寬約3-6.1km，麵積約48km。
煙(台)濰(坊)公路橫貫井田中部，西南至濰坊167km，東至煙台1l4.5km，分別與膠濟鐵路、藍煙鐵路相接，可通達全國各地。井田西端龍口港可通煙台、天津、大連等城市，水陸交通十分便利。
井田內為山前衝積平原，地形平坦，地麵標高0～+27m，由西北向東南逐漸增高，地形的自然坡度一般為千分之三左右。
梁家煤礦下第三係煤係地層總厚度為1095m，含煤地層平均總厚216m，含煤6層，即煤上2、煤上l、煤1、煤2、煤3，及煤4。純煤平均總厚13.44m，含煤係數6.22％。可采純煤總厚10.64m。煤上2、煤上1、煤3不可采，煤2、煤4，局部不可采。含油頁岩4層，即油1、油2、油3、油4。可采油頁岩平均總厚4.30m。油1、油3不可采，油4為煤4底板，層位穩定，厚度不穩定，局部達可采厚度。油2為主要可采層，其質量、結構又可分為油2上2、油2上1、油2中及油2下四層，油2上2，17勘探線以東變薄至沉缺17勘探線以西可采。油2上1局部可采，油2中、油2下不可采。
本井田水文地質類型為簡單型，區內地形平坦。第四係富水性強的砂礫層與含煤地層的水力聯係微弱，主要由於煤係地層中的泥岩類地層隔水性較好。含煤地層中主要有八層含水層，分別為鈣質泥岩、泥灰岩、泥岩與泥灰岩互層、煤1油2、煤2及其底板砂岩、煤3煤4間煤4、煤4下部砂礫岩。其中泥灰岩、煤1油2、煤2機器底板砂岩為本區對生產有直接影響的三層主要含水層，泥灰岩距煤1平均43.26米，為煤1的直接充水層。煤2上距泥灰岩約60米，在大中型斷層的下盤開采煤2層，也將受泥灰岩水的威脅。煤1油2距煤2約13米，是煤2的直接充水層。根據黃縣煤田資料，泥灰岩最大湧水量為150m3/h，煤l油2水的最大湧水量為300m3／h，煤2底板砂岩水的最大湧出量為51m3／h，這三層主要的含水層對主采煤層的回采造成直接的影響。本井田西臨渤海，海中也有第四係的含水層和隔水層，第四係頂部為厚3.50-4.40m的淤泥，其下以粘土、砂質粘土為主，其次為粉砂岩，隔水性良好，因此海水不與煤係地層直接接觸，不發生直接水力聯係，海水與采煤關係不大。
1.2開拓開采情況
2002年末礦井資源總量為41714.2萬t，其中工業儲量29284.2萬t，可采儲量16289.6萬t，其中“三下”壓可采儲量13264.3萬t，煤總量28511.5萬t，其中工業儲量22944.8萬t，可采儲量12631.1萬t，其中“三下”壓可采儲量10677．4萬t。油頁岩總量為13202.7萬t，其中工業儲量6339.4萬t，可采儲量3658.5萬t，其中“三下”壓可采儲量2586.9萬t。
現梁家煤礦分別在二層煤的四采區和四層煤的一采區生產開拓，共有獨立供風的生產工作麵3個，即4110工作麵、2408工作麵以及1210撤麵；備用工作麵1個，即2401上順、2401下順、煤4軌道巷、煤4皮帶巷、4114上順、4103下順；獨立供風硐室19個和其它獨立供風井巷9個。
礦井開拓方式為中央立井分水平開拓。礦井有三個井筒，主井、風井位於井田的淺部（-313m）副井位於井田的中部。礦井隻有一個水平，標高為-450m。井田采用上下山開采，采煤工作麵走向長壁采煤法。煤2為綜采一次采全高；煤4為綜采放頂煤開采。礦井開拓與通風係統平麵圖如圖1所示，礦井開拓剖麵圖如圖2所示，
1.3通風情況
礦井通風方式為中央邊界式，通風方法為抽出式，副井提升兼進分，主井提升兼輔助進風，風井通風機房配備2台軸流式通風機，型號均為1K58NO.27，一台運轉，一台備用。每台主要通風機配備一台TD630/29-6型電動機，額定功率為56KW。
礦井總進風量9374.1 m3/min，總回風量5924.0 m3/min，總排風量9801.6 m3/min，礦井需風量7308.0 m3/min， 礦井通風係統總阻力為1892.1Pa，礦井等積孔為4.47m2，礦井屬通風容易礦井。
1.4 瓦斯
根據2003年12月山東省煤礦通風檢測站編製的《龍口礦業集團公司梁家煤礦礦井通風能力核定及係統評價》
瓦斯等級鑒定結果：相對湧出量為1.330m3／t，絕對湧出量為6.121m3／min；二氧化碳:相對湧出量為2.029m3／t，絕對湧出量為9.326m3／min。
根據礦井瓦斯等級鑒定標準，梁家煤礦定為低瓦斯礦井。
1.5地溫
1.5.1地溫的垂向變化
地溫隨著深度的增加而增高。本井田在地下300m的溫度為23-25℃，地溫梯度3.13-3.43℃/100m；垂深500m時，溫度31-33℃，地溫梯度3.37-3.7℃/100m，達到一級熱害區上限；垂深700m時，溫度38-41℃，地溫梯度3.5-3.79℃/100m，達到二級熱害區上限；垂深900m時，溫度高達49℃，在含煤段由於岩性複雜，煤和油頁岩導熱性差，低溫梯度在4.6-6℃/100m，反映了井田地溫是偏高的。
1.5.2地溫在平麵上的變化
地溫從平麵上看，東部和西部有明顯差異。在西部，31℃等溫線分布在-500--550m水平上；在東部31℃等溫線分布在-400--450m水平上。37℃等溫線在西部分布在-650-700m水平，東部則分布在-600--650m水平。
-450m水平切麵的地溫狀況為28.9-34.2℃，平麵上的變化是含煤區溫度高，非含煤區溫度低，東部高西部底，相差約2℃。總之，井田屬岩溫型地溫異常，使-450m水平以下的煤層處於一級和二級熱害之中。
1.6 自然發火
各煤層均有煤塵爆炸危險性。由於該區煤的燃點低，油頁岩用火柴即可直接點燃。煤層節理發育，褐煤及油頁岩易自燃發火。礦井各煤層自燃傾向性為一類容易自然發火煤層。煤2最短自然發火期為22天，一般為1-3月。
目前使用的防滅火注漿材料主要是黃土和凝膠，黃土漿主要用於采空區
預防性注漿，凝膠用於封閉密閉間、小聯絡巷及處理高溫點時使用。
2防火設計工作麵基本情況
1.1設計工作麵概況
設計工作麵為4110綜采放頂煤開采工作麵，工作麵走向長度886m，傾斜長度148.5m，工作麵開采參數如表1所示，煤層柱狀圖如圖3所示，頂、底板狀況為：
1) 直接頂為煤4的41-42段煤層，厚度2.19米，煤夾泥岩。
2) 直接底為煤4的47-48段煤層，厚度3.3米，泥岩夾煤，泥岩易風化，遇水膨脹。
工作麵煤塵具有爆炸性，屬低瓦斯礦井。工作麵煤層易自燃，地溫較高，一般在29-31℃左右。4110工作麵總體上不具備自然排水條件，根據對4110工作麵湧水狀況預測，工作麵正常湧水量為3m3/h，最大湧水量為15m3/h，工作麵不具備自自然排水條件，必須安裝排水能力大於15m3/h的排水係統。
4110工作麵通風係統如圖1所示，進、回風線路為：
進風：付井→付井井底車場→東大巷→集中石門→煤4石門→煤4一采暗斜井→煤4一采軌道→4110上順聯絡巷→4110上順→工作麵
回風：工作麵→4110下順→煤4一采皮帶上山→煤4總回風巷→23°上山→250總回風巷→風井。
工作麵巷道布置、支護方式
(1)材料巷
采用單體液壓支柱配合π鋼上挑木板梁刹頂的支護方法進行支護，采用2.5m支柱，柱下穿鐵鞋，主要用於進風、運料和行人。
(2)運輸巷
支護方式與材料巷相同，采用2.8m支柱，柱下穿鐵鞋，主要用於回風、運輸和行人。
采用綜合機械化采煤方法，頂板管理采用全部陷落法，機采高度為2.8米，放頂煤高度3.35米。
2防火灌漿設計基本參數
1.1灌漿材料
土源距煤礦風井5km，土質優良，容重1.3t/m3，屬於亞粘土，塑性指數12，取土方便，礦井輕軌礦車可直接到達取土地點。龍口礦業集團采用的土水比為1：3-5，灌漿係數0.03-0.05。
1.2工作麵參數
風井地麵標高+3.7m,井底位於-250水平，風井到4110工作麵回風巷入口距離為1850m，其餘工作麵參數如表1所示。







3防火設計要求
根據龍口礦業集團梁家煤礦的實際情況，要求對礦井進行預防性灌漿防火設計，具體內容包括：
說明防火灌漿設計依據及基礎資料
確定灌漿係統與灌漿參數
防火灌漿設計計算
灌漿管道係統設計
灌漿泵設計
水槍設計
7、灌漿站及主要設施設計

防火灌漿設計步驟
1 防火灌漿設計依據及基礎資料
1.1煤層賦存條件
1.2煤的碳化程度、煤岩成分、自燃傾向性、發火期
1.3漿材的質量、數量、開采條件等
1.4礦井開拓方式和采區布置圖
1.5灌漿站工作製度
2防火灌漿係統與參數確定
2.1灌漿係統確定
2.2灌漿材料的選擇
2.3地麵製漿工藝流程（圖）
2.4 灌漿方法確定
埋管灌漿（圖）
工作麵灑漿（圖）
2.5灌漿參數確定
3 灌漿量計算
灌漿用土量計算
灌漿用水量計算
灌漿量計算
4 灌漿管道係統設計
灌漿管道係統布置
輸送倍線計算
管徑計算
管壁計算
管材確定
5 水槍選擇
6 泥漿泵選擇
8 灌漿站主要設施
泥漿攪拌池及攪拌機（圖）
儲土場