一通三防”安全改造项目煤矿防灭火系统完善初步设计.pdf

*矿 2013 年“一通三防”安全改造项目*煤矿防灭火系统完善 初步设计 2013 年 4 月 5 日 概述 一、矿井概述 1、南通煤矿位于重庆市万盛区南通镇，距离重庆市 125 公里，距万盛区政府 10 公里。于1938 年建矿，矿井实际生产能力 80 万吨/年，剩余可采储量 3950 万吨，剩余服务年限 32年。2、矿井地质及煤层赋予情况 南桐煤矿开采的二叠纪龙潭煤系共含煤 6 层，从新到老编号为 16 号煤层，其中 4、5、6号煤层可采。4、5、6 号煤层的厚度分别为 2.5m、1.0m、1.2m，层间距分别为 15、25m。煤种为焦煤，煤层倾角 3050，整个井田均为单斜构造，在井田范围内，地质构造复杂、断层、褶曲众多。3、矿井开拓与延伸 该矿采取竖井暗斜井多水平分区式开拓，集中运输大巷布置在矛口灰岩中，矿井走向长12km，最深边界为-700m，目前开采0-450m 之间的煤层，开采深度 480790m，采区走向 600700m；采煤方法为走向长壁后退式采煤法，回采工艺为：采用放炮和风镐落煤，人工装煤，溜槽运煤，单体液压支柱支护顶，全部跨落发处理采空区。正常生产时有 12 个采煤工作面，25 个掘进工作面，11 个硐室，5 条瓦斯抽放道。4、矿井灾害情况：南桐煤矿正常生产时有 12 个采煤工作面，25 个掘进工作面，由于煤田地质构造复杂、断层、褶曲众多，煤层赋存条件差，水、火、瓦斯、煤尘等灾害俱全，加之开采深度到 800 多米，生产环节多，自然灾害特别严重，特别是 2002 年 1 月 31 日发生的特大煤与瓦斯突出事故，以及同年 5 月 13 日发生了全国罕见特大洪灾事故，给矿井造成毁灭性的灾难，使矿井各项安全系统处于瘫痪状态，安全装备毁于一旦。二、设计根据：1、重庆市计委（渝计委2003459 号文：“关于 2003 年南桐矿务局等五个企业煤矿一通三防安全技术改造项目和资金有关问题的提示。2、国家发改委“发改能源2003725 号文”，国家发展改革委员关于重庆市南桐矿务局等企业煤矿“一通三防”安全改造项目方案的批复 2.3、重庆煤科分院 2003 年编制的“南通矿务局 2003 年煤矿“一通三防”安全改造项目可行性研究报告。三、一通三防改造项目主要内容资金及效果预测。防灭火系统完善：防灭火系统完善的主要工程内容为：建立采区移动注浆系统 2 套，更新泥浆泵 TBW-200/40型 4 台，TBW-50/15 型 2 台，搅拌机 JBQ-300 型 4 台，ZYG-150 型钻机 2 台，增加注浆管道 108 6 管道 1800m，57 5 注浆管道 1200m，57 5 消防管道 7000m。防灭火系统完善后，可以完善自然发火检测手段，改善防灭火手段单一、薄弱的局面，大大提高矿井的防灭火能力，迅速注销发货区，消除自然发火隐患，避免封闭回采工作面，减少煤炭损失，提高矿井的防灭火能力。同时通过消防系统的完善，提高了火灾的防治能力。防灭火系统完善工程概算资金为 141.69万 *煤防灭火系统完善 初步设计 一、矿井灭火现状及存在问题：1、防灭火现状：南桐煤矿至今已发生煤层自然火灾 26 次，出现高温异常点 21 次，现有火区 1 个，矿井百万吨发火率达到 0.38 次 2、存在问题：（1）、该矿无防灭火注浆系统，一旦发火，就只能对采区进行封闭，既造成煤炭损失，更留下安全隐患（2）、由于近十年来未投入防灭火方面的设施，加上 2002 年 6.13 洪灾音响，矿井被淹半年以上，消防水管锈蚀严重，大部分已穿孔，不能正常使用，且有的采区根本无消防水管，发火后不能及时有效地进行灭火，给矿井安全生产带来极大的威胁。二、防灭火方法选择 1、煤层自然倾向性及火灾概况 南桐煤矿现开采的 4#5#6#煤层，经抚顺煤科院鉴定具有自然发火倾向性，4#煤层优质焦煤，该矿所采的三层煤均属二类自然发火煤层，发火期 3-6 各月。2、防治煤层自燃火灾已采用的综合措施 在开拓开采方面的措施：（1）采用合理的巷道布置系统 开拓系统均布置在煤层底板系统中，为分区通风提供了较好的条件。（2）、合理的开采顺序：、原则上先采上层后采下层，但由于我矿 4#主采层突出危险性较大，不能直接作保护开采，因此只能先采突出危险性相对较小的 5#层（中间煤层），在采 4#层（上层）最后采 6#层（下层）、先采上分段再采下分段：、采用后退式开采，避免大量空气漏入采空区。（3）、合理的采煤方法、提高回采率，采用 5#、6#煤层采全高。水平及采取间无煤柱的跨水平、石门连续开采，各水平、采取、阶段之间无煤开采4#煤层采全高，只在采区及阶段之间留设隔离煤柱、控制矿山压力，减少煤柱破坏；、保证采煤工作面的开采规模，及时连续采完，不超过自然发火期；、采用走向长壁采煤法，用全部跨落发，管理顶板，减少煤壁及遗留煤炭的暴露时间；、加快回采进度，采用两采一准的作业形式。通风方面的措施：（1）、合理的通风方式和通风系统：、我矿采用两翼对角式通风方式，对防火的预防和发火控制有利、对各采区均采用分区式通风方式，每一水平，每一采区都布置有单独的回风巷，这样降低了矿井总阻力，增大了矿井通风能力，减少漏风量，且在发生火灾时便于控制风流隔绝火区。、各采煤工作面均采用后退式 U 型通风系统，减少了采空区漏风量，自然的可能性减小。（2）、减少漏风、控制最高漏风量:0.4m3/min、控制漏风措施：尽可能增大漏风阻力和降低漏风封路两端风差：a 采用合理通风系统 b、采用分区式通风 c、设施布局合理（采完后 1个月内密闭工作面）d、采用均压通风 e、尽量减少回采工作面的供风量。f、有条件的非防突工作面采用 W 型通风。3、选择采区灌浆防火方法的理由 由于 4#6#层回采期大于煤层自然发火期，因此采用随采随灌的灌浆方式，才能有效预防煤层自然发火，若采用采后灌浆，有可能回采未结束，采空区残留煤就有发火的可能。由于我矿 4#煤层底板 10 米均布置有矽质灰岩抽放道，可安设钻机布置管道，因此有向采空区打钻灌浆的条件，故我矿采用移动式灌浆系统较为合理。三、采区灌浆防灭火：1、设计依据：（1）采区煤层赋存条件，自然发火期 矿开采的 4、5、6 号煤层的厚度分别为 2.5m、1.0m、1.2m，层间距分别为 15、25m。煤层倾角 3050，整个井田范围内，地质构造复杂、断层、褶曲众多。挥发份 25.09%，灰份 11.78%、硫份 3.56%、煤的破碎程度高、水份 1.81%、温度 28C，易于发火，4#6#自然 发火期 36 个月（2）、采区布置：采取竖井+斜井多水平分区式开拓，集中运输大巷布置在矛口灰岩中，现矿井开采水平位于0m-200m、-200-450m水平之间，同时在-100m和-325布置中间水平。采面走向长度约500m，倾斜长度约 120m。（3）、全矿南翼 4 个采区，北翼 6 个采区，南、北各 4 个采煤工作面，各有 1 个 4#主采工作面，南、北翼共有 25 个掘进头面。2、灌浆系统选择（1）、采区采面需要的量大灌浆量 以 6406 采面为列，计算出采面需要的量大灌浆量为 6.36m3/h，53.04m/班。（2）、灌浆系统最大灌浆量 由于我矿采用移动式灌浆系统，因此系统最大灌浆量即为泥浆泵的最大注浆量;根据TBW-200型泥浆泵的技术参数：最大注浆量为12M3/h，96M3/班，可满足生产需要。3、灌浆方法选择 随采随灌，石门钻场打孔灌浆。4、灌浆参数计算及选择（1）、所需土量计算：、Q1=K*M*L*H*C 米3 式中：Q1灌浆所需土量 米3（为整个灌浆区所需土量）H工作面倾斜长 米 M煤层采高 L灌浆区走向长度 米 C采煤回收率 90%K 注浆系数，取 K=0.03 根据上式计算：6406 采煤工作面所需灌浆量 Q1=0.03 2 26010090%=1404米3、日灌浆所需土量 Q1=K*M*L*H*C=0.03 2 2 10090%=10.8米3/日 式中：L 日推进度 2 米、日灌浆所需实际开采量 Q1=Q2=1.1 10.8=11.88米3/日（2）、水量计算、每日制泥浆用水量 Q水1=Q2 Q2日灌浆所需土量 泥水比的倒数 米3/日 Q水1=10.8 4=43.2米3/日、每日灌浆用水量 Q水2=KQ水1=1.1 43.2=47.52米3/日、灌浆区预防性灌浆用水总量 米3 Q水3=K水Q水1=1.1 14044=6177.6米3 （3）、灌浆量计算、每日灌浆量 米3/日 Q浆1 Q浆1=（Q水1+Q水2）M M泥浆制成率 M=0.910 （泥水比=1:4 比重=1.16 公斤/分米2）Q浆1=（47.52+10.8）0.910=53.07 米3/日、每小时灌浆量 Q浆2=th1Q浆 h每日灌浆班数 t每班灌浆时间 Q浆2=8153.07=6.63 米3/小时 C、总灌浆量（整个区域）Q浆3=（Q水3+Q1）M=（6177.6+1404）0.910=6899 米3 灌浆站工作制度 采用随采随灌，8 小时工作制，每天只灌一班，当日制浆当日灌完。5、灌浆材料的选择 据矿多年的生产实际，采用黄泥作为灌浆材料，a 黄泥来源：矿中心广场边缘水洞地表土 b、数量：可供开采的地表土（黄泥）1 万 m3，c、开采条件：人工挖土与机械开挖相结合，有机械可挖的条件，靠近公路也在井口附近，运输方便 d、质量：黄泥比重 2.5Kg/m3，塑性指数 10（压粘土），含沙量 26%(粒径 0.150.25mm)，易脱水和具有一定稳定性。6、浆的制备 制浆设备：搅拌机选用 JBQ300 型，同时使用 ZYG150 型钻机打 孔 灌浆站制浆系统与工艺流程 （1）、灌浆工艺：采土场井下制浆站集泥池制浆池泥浆搅拌池泥浆泵灌浆管灌浆钻机 黄泥由地表采土场 井下制浆集泥池 制浆池 泥浆搅拌池 泥浆泵 灌浆管 灌浆钻机 采空区 （2）、制浆系统：井下制浆站取黄土到泥浆搅拌池内，先用适量水进行浸泡 23 小时，土质松散后，然后用搅拌机进行搅拌，（按 1:4 的泥水比加水）搅匀后等用。（3）、注浆设备见表 1 表 1 注浆设备配置表 序号 设备名称 型号 单位 数量 1 氧气充填泵 AE102 台 1 2 注浆泵 TBW-200/40 台 4 3 注浆泵 TBW-50/15 台 2 4 搅拌机 JBQ-300 台 4 5 钻机 ZYG-150 台 2 6 注浆管 108 6 米 1800 7 注浆管 57 5 米 1200 7、灌浆管道和泥浆泵选择 注浆管道用108 7，钻机内支管选用 50 5，灌浆孔直径 75。泥浆泵选用 TBW200/40 型和 TBW50/15 型，钻机使用 ZYG-150型。四、采区灌浆灭火效果评价 注浆方法采用传统而有效的机械注浆，其基本参数、注浆管道规格、注浆的型号，取自过去的实践优选结果，既有实践基础又有理论依据，因此该放灭火方法可行可靠。五、完善采区消防系统 1、消防系统选择：南桐煤矿目前开采标高为-450m，矿井消防系统分南、北翼供水，南 翼由于刘家河水源无保障，但南翼0m 回风上山有裂隙水，最小水量为 80m3/min，水质较好，渣滓少，可保证井下消防用水需要。因此在南翼0m 回风大巷下口新建一个 200t 的消防水池，可满足南翼消防用水需要。北翼地面有一个消防水池，标高为+340m，分别接入-100m、-200m、-325m、-450m 水平使用。消防管路系统由水池沿各水平至采区各石门，并在各支管上安设阀门控制其系统消防系统示意图。由于水池标高与各用水水平形成的最小水压为 5.5Mpa，故能满足各水平消防用水。2、消防管路流量、降压验算及管网选择：（1）、管网设置：主管采用 108 5 管道，支管采用 57 5 管道；相见“南桐煤矿完善消防系统图”（2）、流量确定 根据 GB5021594“煤炭工业矿井设计规范”第 19.4.7条规定，井下消防水量可为 5L/S，每个消防栓流量可为 2.5L/S，所以井下消防主管道流量按 5L/S，即 18m3/h 计算，消防支管按 2.5L/S，即 9m3/h计算。（3）、压降校核：根据管路系统及现开采工作面情况，选择矿井消防水流经的最远点进行验算.其点选择为：南翼：-450m 水平的 75001 溜子道掘进，流经此点的管路为108 5 为 1470M，57 5 管道长为 2200M，北翼-450M水平的 7503溜子道掘进，流经此点的管路为108 5 为 1700M，57 5 管道长为 2650M。经查水力计算表，108 5主管在 18m3/h时的水力坡度为1000i=7.49，57 5 支管在 9m3/h 时的水力坡度为 1000i=69.6，管路阻力增加系数取 1.7，要求出口压力大于 1Kg/cm2、南翼消防管压降校核：108 5 管道 1470M压降为10*100049.7*1470=1.1kg/cm2 57 5 管道长 2000M压降为10*10006.69*2200=1.39kg/cm2 出口压力为10)450(15-（1.1+1.39）*1.7=42.2kg/cm2大于 1 kg/cm2，符合要求。北翼消防管压降校核 108 5 管道 1700M压降为10*100049.7*1700=1.27kg/cm2 57 5 管道长 2650M压降为10*10006.69*2650=18.4kg/cm2 出口压力为10)450(340-(1.27+18.4)*1.7=45.5 kg/cm2大于 1 kg/cm2 符合要求。3、系统管路铺设：根据井下管道现有情况，所铺设和更换的管道必须固定，原有管道必须重新加固，在管道的每个分支分别安装上阀门控制，每隔 100m加消防咀子和阀门；在皮带上山和采煤工作面机巷皮带道，每隔 50m加消防咀子和阀门。4、消防系统效果评价 消防系统的完善是在现有系统上更新破烂的消防水管和补充欠缺的消防水管，消防水压和水量已由矿井建立消防系统对所确定，且是综 合矿井实际的，同时矿井有良好的实施条件：一是有足够的敷设管道的井巷；二是有一定量的完好管路系统；三是有实施系统安装、使用、维护的专业队伍和丰富的管理经验及完善的管理制度，因此消防系统的完善方案是可行的。六、工程概算 南桐防灭火系统完善工程总投资 141.69万元，详见概算 七、附 消防系统示意图 注浆系统示意图 防灭火注浆及消防系统概算 防灭火及消防系统设备清册 防灭火及消防系统设备清册 序号 设备名称 型号 单位 数量 1 防灭火系统 氧气充填泵 AE102 台 1 2 注浆泵 TBW-200/40 台 4 3 注浆泵 TBW-50/15 台 2 4 搅拌机 JBQ-300 台 4 5 钻机 ZYG-150 台 2 6 注浆管 108 6 米 1800 7 注浆管 57 5 米 1200 8 多参数测定仪 AZD-1 台 4 9 红外测定仪 MST60 台 1 10 消防系统 消防管道 57 5 米 7000 *矿务局 2013年“一通三防”安全改造项目*煤矿防灭火系统完善 施工方案 2004年 4 月 30 日 *煤矿“一通三防”安全改造项目（防灭火系统完善）施工方案 南桐煤矿生产能力 75 万吨/年，正常生产时有 12 个采煤工作面，25个掘进工作面，由于煤田地质构造复杂、断层、褶曲众多，煤层赋存条件差，水、火、瓦斯、煤尘等灾害俱全，开采深度达 800多米，生产环节多，自然灾害特别严重，特别是 2002年 1 月 31 日发生的特大煤与瓦斯突出事故，以及同年 6 月 13 日发生了全国罕见特大洪灾事故，给矿井造成毁灭性的灾难，使矿井安全系统处于瘫痪状态，安全装备毁于一旦。在上级领导及有关部门的关心支持下，2003年度一通三防国债技改工程即将投入施工，为使安全装备在矿山安全生产过程中发挥应有作用，特对工程施工作如下安排。第一部分 组织领导 防灭火系统的完善，是南桐煤矿 2003年度一通三防安全改造重点工程，为保证工程施工达到设计要求，根据公司有关文件要求，矿成立以矿长韦永明为组长，总工程师段启明为副组长，安全、机电副总，通瓦、机动、企管、供应等部门为成员的施工领导小组，其具体职责如下：组长负责对整个工程所需的人、财、物的组织领导。副组长负责对整个项目施工的组织领导，对工程的设计、施工、安全、技术、质量等总负责。安全、几点副总在副组长领导下，负责分管项目的工程的设计、施工、安全、技术、质量验收等工作。通瓦科及机动科具体负责各个工程的设计、安全技术措施编制、施工中的劳动力组织及施工中的安全、技术、质量验收等工作。企管科负责各个工程施工的预算，工程质量监督 供应科负责工程施工所需的材料、设备供应。第二部分 更新的内容 防灭火系统完善的主要内容是：建立采区移动防灭火系统及防灭火专用库房；增补和更换消防管道。第三部分 工程进度及资金预算 各单项工程由矿组织专业队伍，签订承包合同，按照公司文件要求定期完成工程进度安排如下：1、防灭火系统安装进度安排：工程内容 工程量 完成时间 修建井下防灭火专用库房 2 个 6 月 1 日至 6 月 30 日 安装三区、五区消防管道 4000 6 月 1 日至 6 月 15 日 安装六区、八区消防管道 3000 6 月 1 日至 6 月 30 日 2、工程安装所需资金预算 工程安装所需资金包括：土建工程费、人工费、安装材料费相关设备购置费，详见各分项工程预算表。工程安装所需资金预算汇总表 设备材料费（万元）人工费（万元）小计（万元）17.54 12.8 30.34 第四部分 防灭火 1、建立移动式灌浆系统 南桐煤矿现开采的 4#、5#、6#煤层，经抚顺煤科院鉴定挥发份 25.09%，灰份 11.78%、硫份 3.56%、具有自燃发火倾向性，4#煤层属二类自燃发火煤层，发火期 3-6个月。由于我矿煤层自燃发火主要集中在 4#层主采煤层，发火期在 4#、5#、6#煤层中最短为 3个月，且根据历年的统计资料 5#、6#煤层无发火历史，因此预防发火以 4#煤层为主。由于南北翼各只有一个 4#层采煤工作面，一般 6 10 个月内回采结束，灌浆量不大，因此我矿在南北翼分别建一套移动式灌浆系统，灌注黄泥浆灭火。灌浆工艺：黄泥由地表采土场井下制浆站集泥池制浆池泥浆搅拌池泥浆泵灌浆管灌浆钻机采空区。移动注浆站的布置见附图 泥浆泵选用 TBW200型和 TBW50/15型，搅拌机选用 JBQ300型，同时使用 ZYG150型钻机打孔。2、注浆设备及人员的管理 根据我矿实际，在地面及南、北翼分别建立防灭火专用库房，将防灭火用的钻机、泥浆泵等设备、管道存放于地面和南、北翼通风良好的防灭火库房内，设备及管道定期检修完好待用，严禁挪作他用。井下库房利用南翼的-100m二石门和北翼的-200m一石门建立，容积120m3。如下图：注浆站 采空区 4#层工作面 风巷 注浆钻孔 注浆钻场 注浆管 回 风 石 门 地面、井下防灭火库房配置如下表：地面防灭火仓库材料设备配置表 序号 材料设备名称 规格 单位 数量 1 氧气充填泵 AE102 台 1 2 注浆泵 TBW200/40 台 2 3 搅拌机 JBQ300 台 1 4 注浆管 108 6 台 800 5 注浆管 57 5 台 400 6 其它材料 适量 井下防灭火仓库材料设备一览表 序号 材料设备名称 规格 单位 数量 1 注浆泵 TBW50/15 台 1 2 搅拌机 JBQ300 台 1 3 注浆管 108 6 台 500 4 注浆管 57 5 台 400 5 方木 30007550 26007550 24007550 260020010 根 各 10 6 风筒 600 及 500 根 各 20 7 胶管 4 米 60 8 胶管 1 吋 米 60 9 铜锤 6 磅、8 磅 把 各 1 10 铜钎 根 5 11 其他材料 适量 矿井防灭火注浆设备和人员统一在总工程师的领导下，由通瓦科负责管理，打钻和注浆人员由瓦斯抽放钻孔施工人员担任。3、完善采区消防系统 消防水管采用57 5 钢管，主要布置在南翼的六、八区和北翼的三、大巷 井下库房 墙厚 0.4 米 调节风窗 五区，详见六、八区消防管道布置示意图及三、五区消防管道布置示意图 消防灭火注浆管道配件材料人工费预表 管材 长度 法兰盘 阀门 螺丝 垫子 三通 弯头 其他 人工费 规格 m 个 个 颗 个 个 个 万元 万元 1086 1800 1092 4 3278 546 8 10 1.8 57 4 1200 684 3 1368 342 5 8 10.5 配件费（万元）3.27 0.22 0.48 0.11 0.24 0.28 0.35 12.3 4、防尘系统安装资金预算 防尘系统安装资金包括：防火库房建设费，注浆管道及消防管道配件费、人工费。防灭火系统材料人工费预算汇总表 序号 材料设备 名称 规格 单位 数量 材料配件费 万元 人工费万元 备注 1 注浆管道 1086 m 1800 4.95 1.8 焊盘、除锈、油漆 575 M 1200 2 消防管道 574 m 7000 11.99 10.5 3 井下防火仓库 120m3 个 2 0.6 0.5 利用石门 4 合计 17.54 12.8 消防管道改造三区、五区管道安装示意图 零件配件及安装费用预算表 规格（外径壁厚）长度（m）法兰盘（个）阀门（个）螺丝（颗）垫子（个）铆桩（根）三通（个）弯头（个）其他材料（万元）人工费（万元）合计（万元）574 4000 2200 10 4400 1100 90 10 50 铁丝、焊条等 配件费用（万元）3.52 0.2 0.39 0.55 1.08 0.08 0.3 0.8 6 12.92 图列：防尘管道：阀 门：铆庄尺寸：8KG工字钢 7503 腰巷 7403 腰巷-200m 茅口大巷 7505 机巷 消防管道改造六区、八区管道安装示意图 零件配件及安装费用预算表 规格（外径壁厚）长度（m）法兰盘（个）阀门（个）螺丝（颗）垫子（个）铆桩（根）三通（个）弯头（个）其他材料（万元）人工费（万元）合计（万元）574 3000 1700 80 3400 850 60 7 40 铁丝、焊条等 配件费用（万元）2.72 1.16 0.3 0.28 0.72 0.056 0.24 0.6 4.5 10.576 图列：防尘管道：阀 门：铆庄尺寸：8KG工字钢-100m 茅口大巷-100m 八石门 62 上山 6508 采煤工作面 6406采煤工作面-200m6-2 石门