防滅火設(shè)計(jì)20214出版稿

神木市大柳塔東川礦業(yè)有限公旬

礦井防滅火專項(xiàng)設(shè)計(jì)

（修訂版）

二。二一年四月

東川礦業(yè)有限公司

礦井防滅火專項(xiàng)設(shè)計(jì)

編號(hào)：F1005

項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師：張辛亥

總經(jīng)理：鄭仲明

西安安備特安防科技有限公司

二。二一年四月

審定人員名單

專業(yè)姓名職務(wù)、職稱簽名

生產(chǎn)管理何田生高工

煤礦安全張辛亥教授

通風(fēng)王建國副教授

機(jī)械鄭仲明高工

電氣李忠副教授

編制人員名單

專業(yè)姓名職責(zé)職稱及執(zhí)業(yè)資質(zhì)簽名

張國偉設(shè)計(jì)工程師

安全管理

段明岸審核工程師

張鐸設(shè)計(jì)工程師

煤礦安全

張玉濤審核副教授

胡震設(shè)計(jì)工程師

通風(fēng)

吳奉亮審核副教授

T峰設(shè)計(jì)工程師

機(jī)械

鄭仲明審核高工

劉哲設(shè)計(jì)工程師

電氣

劉曉榮審核高級(jí)工程師

目錄

前言..............................................................4

0.1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求...........................................................4

0.2設(shè)計(jì)依據(jù)..................................................................5

第1章礦井概況.....................................................7

1.1位置與范圍..............................................................7

1.2地質(zhì)構(gòu)造................................................................8

1.3煤系地層與煤質(zhì)..........................................................8

1.4瓦斯....................................................................12

1.5地溫、煤層自燃與煤塵...................................................13

1.6開拓方式與采煤方法.....................................................14

1.7礦井通風(fēng)................................................................15

1.8礦井周邊煤礦與歷史發(fā)火情況.............................................15

第2章礦井火災(zāi)危險(xiǎn)性分析..........................................17

2.1采空區(qū)自燃危險(xiǎn)..........................................................17

2.2巷道周邊煤層自燃危險(xiǎn)性.................................................19

2.3外因火災(zāi)................................................................19

第3章煤層自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)體系................................20

3.1溫度與指標(biāo)氣體對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)果........................................20

3.2煤樣自燃氧化速率變化規(guī)律..............................................24

3.3臨界溫度和干裂溫度.....................................................25

3.4煤自燃的各指標(biāo)氣體比值.................................................25

3.4.1烯烷比（C2H/C2H6）..................................................26

3.5指標(biāo)氣體臨界值.........................................................28

第4章井下自燃火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)........................................30

4.1礦井火災(zāi)束管檢測(cè)系統(tǒng)...................................................30

4.2東川煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)...................................................41

4.3煤層自燃監(jiān)測(cè)方案.......................................................47

第5章煤礦防滅火系統(tǒng)..............................................51

5.1煤層火災(zāi)防治技術(shù)體系...................................................51

5.2灌漿系統(tǒng)...............................................................53

5.3注氮防滅火系統(tǒng).........................................................59

5.4阻化劑防滅火系統(tǒng).......................................................60

5.5其它防滅火裝備.........................................................62

第6章重點(diǎn)區(qū)域防滅火技術(shù)方案......................................63

6.1防滅火技術(shù)體系.........................................................63

6.2內(nèi)因火災(zāi)防治技術(shù)方案...................................................63

6.3采煤工作面防滅火技術(shù)方案...............................................64

6.4巷道及密閉區(qū)自燃防治方案..............................................75

6.5火災(zāi)應(yīng)急處置...........................................................78

第7章外因火災(zāi)防治................................................80

7.1火災(zāi)防治技術(shù)體系.......................................................80

7.2井下滅火裝備的配備.....................................................80

7.3外因火災(zāi)預(yù)防措施.......................................................81

7.4外因火災(zāi)處置方案.......................................................81

7.5地表火災(zāi)預(yù)防及處理.....................................................81

第8章井下消防灑水系統(tǒng)............................................84

8.1消防水池及水源.........................................................84

8.2井下消防管路...........................................................84

8.3消防水給水栓設(shè)置.......................................................84

第9章防火構(gòu)筑物及消防材料庫.....................................86

9.1防火門..................................................................86

9.2防火密閉...............................................................86

9.3防火風(fēng)門、風(fēng)窗.........................................................87

9.4機(jī)電嗣室...............................................................87

9.5井上下消防材料庫.......................................................87

第10章火區(qū)管理...................................................89

10.1外因火災(zāi)管理..........................................................89

10.2煤層火區(qū)管理..........................................................90

第11章防滅火管理制度.............................................93

11.1總則...................................................................93

11.2防滅火工程設(shè)計(jì)........................................................94

11.3預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)..............................................................94

11.4掘進(jìn)防滅火............................................................95

11.5安裝防滅火............................................................96

11.6回采防滅火............................................................96

11.7拆架防滅火............................................................97

11.8關(guān)于封閉..............................................................97

第12章火災(zāi)應(yīng)急救援預(yù)案...........................................98

12.1制定依據(jù)、方針和原則、適應(yīng)性.........................................98

12.2應(yīng)急準(zhǔn)備.............................................................100

12.3應(yīng)急響應(yīng)程序和措施...................................................107

12.4日常防滅火管理.......................................................115

12.5預(yù)案管理與評(píng)審改進(jìn)...................................................118

附錄1灌漿防滅火方案設(shè)計(jì).........................................119

1灌漿防滅火系統(tǒng)工藝..............................................119

2灌漿系統(tǒng)參數(shù)....................................................120

3灌漿系統(tǒng)管路....................................................120

3.1灌漿管路計(jì)算............................................................120

3.3灌漿管路設(shè)計(jì)............................................................122

4灌漿位置及灌漿量................................................123

4.1采空區(qū)“兩道”防火注漿量................................................123

4.2停采線密閉處注漿量....................................................124

4.3上分層采空區(qū)順槽側(cè)灌漿或注復(fù)合膠體形成隔離帶.........................125

5灌漿防滅火安全技術(shù)措施..........................................126

5.1灌漿操作規(guī)程...........................................................126

5.2注漿注意事項(xiàng)..........................................................126

5.3常見故障的處理........................................................127

附錄2注氮防滅火設(shè)計(jì).............................................129

1氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)..................................................129

1.1制氮...................................................................129

1.2輸?shù)苈返倪x擇與計(jì)算..................................................129

1.3注氮方式..............................................................131

2采空區(qū)注氮有關(guān)參數(shù)確定..........................................131

2.1采空區(qū)注氮條件........................................................131

2.2氮?dú)忉尫趴谖恢?.......................................................132

2.3注氮量.................................................................132

3采面開放性注氮防滅火方案設(shè)計(jì)....................................134

3.1開放性注氮條件........................................................134

3.2注氮工藝參數(shù)..........................................................134

3.3注氮管路的選材與敷設(shè)..................................................134

3.4管路聯(lián)接和埋管拉移....................................................135

4封閉注氮方案設(shè)計(jì)................................................136

4.1封閉注氮條件...........................................................136

4.2封閉墻的要求..........................................................136

4.3閉區(qū)注氮?dú)怏w檢測(cè)......................................................136

4.4啟封和排氮............................................................136

5注氮步驟與安全措施..............................................137

5.1注氮步驟...............................................................137

5.2注氮安全措施..........................................................137

附錄3....................................................................................................................................139

3

前s

0.1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（2016版）第二百六十條規(guī)定，開采容易自燃

和自燃煤層的礦井，必須編制礦井防滅火專項(xiàng)設(shè)計(jì)，采取綜合預(yù)防煤層自

然發(fā)火的措施。

設(shè)計(jì)包含內(nèi)容

《煤礦安全規(guī)程執(zhí)行說明（2016）》指出，礦井防滅火專項(xiàng)設(shè)計(jì)應(yīng)包

括十二項(xiàng)內(nèi)容：

（1）礦井概況（重點(diǎn)說明地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存、煤質(zhì)、瓦斯、煤塵、

煤的自燃傾向性、自然發(fā)火期、地溫、開拓開采情況、礦井通風(fēng)、歷史發(fā)

火情況、火區(qū)、礦井周邊煤礦等）。

（2）礦井火災(zāi)危險(xiǎn)性分析。

（3）煤層自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)體系。

（4）井下自燃火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

（5）煤礦防滅火系統(tǒng)。

（6）工作面重點(diǎn)區(qū)域防滅火技術(shù)方案（重點(diǎn)說明工作面安裝期間防滅

火技術(shù)方案，工作面采空區(qū)、進(jìn)回風(fēng)巷道防滅火技術(shù)方案，工作面回撤期

間防滅火技術(shù)方案）。

（7）外因火災(zāi)防治措施及裝備。

（8）井下消防灑水系統(tǒng)。

（9）防火構(gòu)筑物及井上、下消防材料庫。

（10）火區(qū)管理。

（11）防滅火管理制度c

（12）火災(zāi)應(yīng)急救援預(yù)案。

0.1.2設(shè)計(jì)的核心問題

4

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程執(zhí)行說明(2016)》列出的礦井防滅火專項(xiàng)設(shè)計(jì)

內(nèi)容，對(duì)于生產(chǎn)礦井的防滅火設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵內(nèi)容主要是以下幾方面：

(1)對(duì)當(dāng)前防滅火系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，提出滿足防滅火需要的防滅火技術(shù)

體系及裝備系統(tǒng)。

(2)通過煤自燃指標(biāo)氣體研究，建立煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)氣體體系。

(3)針對(duì)礦井實(shí)際，提出礦井內(nèi)、外因火災(zāi)的防滅火技術(shù)措施和方案,

包括預(yù)防、監(jiān)測(cè)預(yù)警與早期防滅火、及應(yīng)急方案等。

(4)火區(qū)管理和防滅火管理制度。

因此，礦井防滅火專項(xiàng)設(shè)計(jì)是涉及防滅火系統(tǒng)裝冬、技術(shù)措施方案、

管理的綜合設(shè)計(jì)。

0.2設(shè)計(jì)依據(jù)

依據(jù)煤礦防滅火相關(guān)技術(shù)規(guī)范、煤層自燃危險(xiǎn)性分析結(jié)果，以及性能

化設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)工程原理，開展本設(shè)計(jì)。依據(jù)的相關(guān)規(guī)范及技術(shù)資料有：

(1)《煤礦安全規(guī)程》(2016版)

(2)《礦井防滅火規(guī)范》(2015版)

(3)《礦井密閉防滅火技術(shù)規(guī)程》(AQ1044-2007)

(4)《煤礦采空區(qū)阻化汽霧防火技術(shù)規(guī)范》(MT/T699/997))

(5)《煤礦防火用阻化劑通用技術(shù)條件》(MT"700-1997)

(6)《煤礦用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)規(guī)范》(MT/T701/997)

(7)《煤礦注漿防滅火技術(shù)規(guī)范》(MT/T702/997)

(8)煤層自然發(fā)火標(biāo)志氣體色譜分析及指標(biāo)優(yōu)選方法(AQ/T1019)

(9)礦井均壓防滅火技術(shù)規(guī)范(MT/T626)

(10)煤礦自然發(fā)火束管檢測(cè)系統(tǒng)通用技術(shù)條件(MT/T757)

(11)《煤礦井下灑水、消防設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50383.2006)

(12)《煤炭工業(yè)給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(MT/T5014/996)

(13)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50215-2015)

(14)《煤炭工業(yè)礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)裝備配置標(biāo)準(zhǔn)》(GB50581-2010)

(15)《礦井密閉防滅火技術(shù)規(guī)范》(AQ1044-2007)

5

(16)礦井設(shè)計(jì)文件以及生產(chǎn)過程中的相關(guān)技術(shù)資料

6

第1章礦井概況

1.1位置與范圍

神木市大柳塔東川礦業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“東川煤礦”）井田位于

陜北侏羅紀(jì)煤出神北礦區(qū)，大柳塔井出東南、大海則井出的東北角，其距

神木市約35km,行政區(qū)劃隸屬陜西省神木市大柳塔試驗(yàn)區(qū)管轄，井田位置

本區(qū)交通方便，西距包（頭）?神（木）鐵路及S204省道約9km,大

柳塔至郭家灣礦區(qū)公路由整合區(qū)南側(cè)通過。

7

神木市大柳塔東川礦業(yè)有限公司為神木市大柳塔試驗(yàn)區(qū)烏蘭色太村辦

煤礦和神木市大柳塔試驗(yàn)區(qū)特麻溝蜂窩渠煤礦整合煤礦，井田東西長約

4.0km,南北寬約4.5km,面積約IL2303km2。整合區(qū)內(nèi)可采煤層3」、5-2±>

5?2煤層，資源量為120.18Mt,可采儲(chǔ)量69.62Mto礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力

1.50Mt/a,設(shè)計(jì)服務(wù)年限為33.2a。

區(qū)內(nèi)東西向溝谷發(fā)育，總體呈向東逐漸降低的斜坡，最高處位于西北

角之山梁，海拔1240m,最低處位于東南之悖牛川河谷，海拔1070m,相

對(duì)最大高差170m。

1.2地質(zhì)構(gòu)造

井田構(gòu)造形態(tài)為一傾向南南西、走向北北西的單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀平

緩，傾角小于1。，未發(fā)現(xiàn)大的斷層，無褶皺，也無巖漿侵入，僅有一些寬

緩的波狀起伏。

東川煤礦地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，礦井在井筒建設(shè)、井下巷道、碉室以及工作

面推進(jìn)等施工過程中暫未遇到斷層，煤層傾角在1。左右，總體呈向北東、

傾向南西的單斜構(gòu)造，煤層開采條件良好。

東川煤礦含煤地層沿走向、傾向的產(chǎn)狀變化不大，巷道掘進(jìn)過程中未

發(fā)現(xiàn)斷層，無巖漿巖侵入和噴發(fā)活動(dòng)，依據(jù)煤礦地質(zhì)工作規(guī)定中劃分原則，

本煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度劃分為簡(jiǎn)單C

13煤系地層與煤質(zhì)

東川礦業(yè)有限公司整合區(qū)范圍內(nèi)可采煤層3層，分別為3/、5-2上、51

煤層。3」煤層為大部可采煤層，5立上為局部可采煤層，5口煤層為全區(qū)可采

的主要可采煤層。各煤層層位穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單至較簡(jiǎn)單，可采煤層總厚度

為7.40?10.88m,一般為9.50m左右。

13.1煤系地層

礦區(qū)地面廣泛覆蓋著現(xiàn)代風(fēng)積砂及第三系紅土層、第四系黃土層，屬

掩蓋區(qū)，地層僅在河流兩岸和溝谷中有出露。

礦區(qū)開采煤層屬陜北侏羅紀(jì)煤田一部分，侏羅系中統(tǒng)延安組含煤地層

8

(J2y),可將含煤巖系劃分為五個(gè)中級(jí)旋回，自下而上劃分為I?V巖段,

含5?1號(hào)煤組。由于后期風(fēng)化剝蝕，整合區(qū)內(nèi)未保留延安組第四段大部、

第五段地層。自下而上分段敘述如下：

①延安組第I段(J2yl)

本組地層區(qū)內(nèi)未出露。據(jù)東川礦業(yè)有限公司井田勘探資料，本段厚度

平均在31m左右，巖性主要為灰白色細(xì)?中粒砂巖，含5號(hào)煤組(51上、

5?2煤層)。51煤層全區(qū)可采，5々上局部可采。

②延安組第H段(J2y2)

本組地層區(qū)內(nèi)未出露。本段厚度60.34?66.07m,總的趨勢(shì)是北薄南厚。

地層以砂泥巖為主，含4號(hào)煤組，4汽4人4"煤層均不可采。

③延安組第III段(J2y3)

本組地層在區(qū)東北悖牛川河西岸，東北部和中部的烏蘭色太溝和南部

黑塔兔溝及測(cè)面的小溝里斷續(xù)出露，局部地段遭受沖刷剝蝕，厚度

57.64-75.10m,巖性以砂泥巖為主，中上部含3」煤層，基本全區(qū)可采。

④延安組第IV段(J2y4)

本組地層在整合區(qū)東北部的烏蘭色太溝溝頭有出露，其上部多遭受剝

蝕，殘存厚度。?33.41m,平均24.36m。巖性以砂、泥巖為主。

13.2煤層

整合區(qū)范圍內(nèi)延安組共含煤層5層，分別為3"、4;、牛3、4弋5-2煤層。

可采煤層3層，分別為3“、5-2上、5口煤層。3」煤層大部可采，5以上局部可

采，51煤層為全區(qū)可采的主要可采煤層?？刹擅簩涌偤穸葹?.40?10.88m,

一般為9.50m左右。含煤性南部較北部好，規(guī)律性明顯。

①3”煤層

位于延安組第三段的頂部，在整合區(qū)的東北沉積尖滅，北部沿溝谷遭

受剝蝕，西南原來小煤礦區(qū)域大部分被采空，剩余可采部分現(xiàn)分布干整合

區(qū)的中北部，面積3.226km2o可采區(qū)內(nèi)煤層厚度0.8m?1.92m,平均厚度

1.38m。煤層厚度變化總體自東北向西南逐漸變厚，規(guī)律性明顯。

埋深在0m到48.90m,底板標(biāo)高變化在1135?1160m之間。

煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基本不含有夾肝，局部含有一層夾肝。

9

煤層頂板以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主；底板以粉砂巖為主。

該煤層為薄?中厚煤層，局部可采，厚度變化較大且規(guī)律明顯，結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單，屬較穩(wěn)定型煤層。

煤類以不粘煤為主，煤類單一。

②5-2煤層

5-2煤層位于延安組第一段頂部（南部分岔區(qū)位于第一段上部），為全

區(qū)可采煤層?？刹擅鎁.2297km2。

5-2煤層在區(qū)內(nèi)東南角分岔，上分層為51」煤層，下分層為51煤層；復(fù)

合區(qū)內(nèi)煤層厚度6.39m~9.18m,平均厚度8.09m,煤層厚度由北向南逐漸變

厚。在分岔區(qū)內(nèi)煤層厚度1.25m~2.08m,平均厚度1.48m,煤層厚度西薄東

厚，一般含一層夾砰，一般厚0.20m,巖性以粉砂巖為主。

煤層埋深43.72~185.23m。底板標(biāo)高變化在995~1030m之間，煤層頂

板以泥巖、粉砂巖為主；底板以粉砂巖為主。

該煤層總體為厚煤層到特厚煤層，全區(qū)可采，厚度變化緩慢且規(guī)律明

顯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬穩(wěn)定型煤層。

煤類以不粘煤為主，煤類單一。

③51上煤層

5々上煤層是煤層分岔后的上分層，整合區(qū)范圍內(nèi)可采面積L544km2。

煤厚6.4g?7.50,平均厚7.12m,煤層厚度西厚東薄。

煤層埋深34.40?40.10m,底板標(biāo)高1000?1035m。

該煤層不含夾肝，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

煤層頂板以泥巖、粉砂巖為主；底板以粉砂巖為主。

該煤層總體為特厚煤層，全區(qū)可采，厚度變化緩慢且規(guī)律明顯，結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單，屬穩(wěn)定型煤層。

煤類以不粘煤為主，煤類單一。

10

圖1.2巖煤層柱狀圖

13.3可采煤層煤質(zhì)

井田內(nèi)可采煤層均以不粘煤為主，煤質(zhì)優(yōu)良，特低灰、特低磷、特低

硫、低水分、中高發(fā)熱量、高揮發(fā)分。

煤的物理性質(zhì)及煤巖特征：

各煤層以黑色、條痕褐黑色，暗淡光澤為主，次為弱瀝青光澤。參差

狀斷口為主，部分階梯狀及貝殼狀斷口。煤層內(nèi)生裂隙8-10條/5cm。5-2

上煤層細(xì)線理狀，51煤層線理狀結(jié)構(gòu)，水平層狀結(jié)構(gòu)。煤的視密度綜合平

均值1.31g/cm3滇密度1.40g/cn?左右，煤的硬度2.50,空隙率12.7%。

煤巖成分以暗煤、亮煤為主，夾鏡煤條帶或透鏡體，3」煤局部地段鏡

煤厚度可達(dá)6cm,絲炭沿層面呈長條帶狀或透鏡體分布，厚約1?3mm。5-2

上及5」煤層中部含有褐黑色菱鐵質(zhì)鮑粒，直徑1?3mm，其密度3.7?4.0g/cm3,

局部聚集成層，厚度一般5cm左右。

宏觀煤巖類型：3“煤層以半暗煤為主，次為半亮煤；5］」煤以半暗煤

為主，部分半亮煤；51煤層以暗淡煤為主，次為半暗煤。

本區(qū)煤屬于I煤化階段，即低煤化度煙煤。

煤的化學(xué)性質(zhì)：

表1.1原煤煤質(zhì)指標(biāo)一般分析統(tǒng)計(jì)表

H

煤MadAdVdafSt,dQgr.d焦渣

ARD

層(%)(%)(%)(%)(MJ/kg)特征

7.42~10.7532.72~37.930.27~0.29

3-'5.89(1)30.96(1)2(2)1.31(1)

9.08(2)35.32(2)0.28(2)

5々上9.69(1)6.63(1)37.88(1)0.45(1)30.96(1)2(1)1.31(1)

7.51?10.734.75~6.8932.71~37.33().21?0.6130.09?31.2()1.30?1.32

5二2(12)

9.02(12)6.06(11)35.14(12)0.38(12)30.61(11)1.31(5)

(1)空氣干燥基水分(Mad)、最高內(nèi)在水分(MHC)

各煤層原煤空氣干燥基水分為7.42-10.75%,綜合平均值9.02969%之

間。

3/煤層最高內(nèi)在水分為8.6%05?煤層最高內(nèi)在水分為9.00-11.20%,

平均值10.20%。水分偏高反應(yīng)出低價(jià)煤的基本特征。

(2)灰分產(chǎn)率(Ad)

3」和5-2煤層灰分平均值分別為5.89%和6.06%,灰分標(biāo)準(zhǔn)差為0.64,

根據(jù)《煤炭質(zhì)量分級(jí).第一部分灰分》標(biāo)準(zhǔn)，均屬于動(dòng)力煤的灰分產(chǎn)率變化

小的特地灰分煤。

(3)揮發(fā)分(Vdaf)

各煤層原煤揮發(fā)分在32.71-37.93%之間，綜合平均值為35.14-37.88%,

浮煤揮發(fā)分在32.68-37.68%之間，綜合平均值為34.30-37.68%,屬于高揮

發(fā)份煤。

(4)固定碳(FCd)、燃燒比

固定碳的高低是評(píng)價(jià)動(dòng)力用煤和氣話用煤質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，燃燒

比是表征煤化程度的指標(biāo)。各煤層固定碳含量在58.00-60.93%之間，屬于

中等固定碳煤。燃料比在1.64-1.85,表征煤的煤化程度低。

1.4瓦斯

根據(jù)陜西省煤炭科學(xué)研究院神木市煤礦技術(shù)服務(wù)中心出具的《陜西省

神木市大柳塔東川礦業(yè)有限公司礦井瓦斯等級(jí)鑒定報(bào)告》(2020年)顯示:

礦井瓦斯絕對(duì)涌出量1.24m3/min,相對(duì)涌出量OSlrrP/t；礦井二氧化碳絕

對(duì)涌出量5.76m3/min,相對(duì)涌出量2.36m3/t；采煤工作面最大瓦斯絕對(duì)涌

出量0.3()m3/mino掘進(jìn)工作面最大瓦斯量絕對(duì)涌出量0.1lm3/min。根據(jù)《煤

12

礦安全規(guī)程》第一百六十九條及《煤礦瓦斯等級(jí)鑒定暫行方法》第十條規(guī)

定，礦井同時(shí)滿足：“礦井相對(duì)瓦斯涌出量小于或等于10m3/t,礦井絕對(duì)瓦

斯涌出量小于或等于40m3/min,礦井各掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯量小于或等于

3m3/min,礦井各采煤工作面絕對(duì)瓦斯涌出量小于或等于5m3/min的礦井

為低瓦斯礦井”的標(biāo)準(zhǔn)。鑒定結(jié)論：神木市大柳塔東川礦業(yè)有限公司屬于低

瓦斯礦井。

1.5地溫、煤層自燃與煤塵

井田勘探資料表明，區(qū)內(nèi)地溫梯度最大2.9℃/100m,最小為

0.84℃/100m,平均地溫梯度1.53℃/100m。區(qū)內(nèi)地溫正常，無地?zé)釣?zāi)害。

根據(jù)東川煤礦樣煤自燃傾向性（《煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法》，

GB/T20104-2006）鑒定結(jié)果，本區(qū)各主采煤層干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf）>

18%,測(cè)試煤的吸氧量Vd>0.70cm3/g,均屬I類容易自燃煤層。

表L2煤的自燃傾向等級(jí)匯總表

氧化樣燃點(diǎn)原煤樣燃自燃傾向Vdaf/%

煤層

（℃）點(diǎn)（℃）ATi-3℃等級(jí)（揮發(fā)分）

34637630容易自燃37.93

5-236738114容易自燃37.33

東川煤礦現(xiàn)開采的57煤層經(jīng)2014年5月27日陜西安技煤礦安全裝備

檢測(cè)有限公司檢測(cè)，鑒定5"煤屬I類容易自燃，有發(fā)生內(nèi)因火災(zāi)的可能性。

根據(jù)礦井煤層自然發(fā)火期預(yù)測(cè)報(bào)告，5子煤最短自然發(fā)火期為45天，自然發(fā)

火可能性大。

3-1及5-2煤層煤塵爆炸性測(cè)試的火焰長度均大于為00mm，抑制煤塵爆

炸最低巖粉用量在75—90%之間，均屬于爆炸性危險(xiǎn)的煤層。煤的干燥無

灰基揮發(fā)份（Vdaf）與固定碳（FCdaf）之比（爆炸性指數(shù)）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10%

的界限。表明本區(qū)各煤層均有煤塵爆炸危險(xiǎn)性。

13

1.6開拓方式與采煤方法

1.6.1開拓方式

礦井初期開采51煤層，采用單水平斜井開拓方式。共布置三條井筒，

分別為主斜井、副斜井、和回風(fēng)斜井。

(1)主斜井井口標(biāo)高+1076.88m,傾角16°,斜長224.2m,凈寬4.0m,

表土層混凝土砌硝，砌砧厚度350mm,基巖段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，支護(hù)厚度

l()0mm。。其內(nèi)鋪設(shè)1200mm寬膠帶輸送機(jī)，承擔(dān)傳送原煤任務(wù)，兼作進(jìn)

風(fēng)井和安全出口，井筒內(nèi)敷設(shè)排水、壓風(fēng)和井下消防灑水管路。

(2)副斜井為輔助運(yùn)輸斜井，井口標(biāo)高+1076.65m,凈寬5.2m,表土

層為混凝土砌碗，砌能厚度450mm,基巖段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，支護(hù)厚度

150mm。傾角5.5°,斜長568.5m。井筒內(nèi)底板鋪250mm厚混凝土，便于

運(yùn)行無軌膠輪車，承擔(dān)井下輔助運(yùn)輸任務(wù)，兼作進(jìn)風(fēng)井和安全山口，井筒

內(nèi)敷設(shè)井下消防灑水管路及照明通信電纜一趟。

(3)回風(fēng)斜井井口標(biāo)高+1077.35m,凈寬4.0m,表土層為混凝土砌

51,砌帽厚度350mm,基巖段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，支護(hù)厚度100mm。傾角

20°,斜長173.7m。主要承擔(dān)礦井回風(fēng)，并兼作安全出口。

礦井設(shè)一個(gè)水平進(jìn)行開采，水平標(biāo)高+1020.0m,副井井底附近設(shè)有管

子道，水泵房、水倉與變電所等碉室，消防材料庫胴室、永久避難碉室等

碉室。

162采煤方法及采煤工藝

1)采煤方法：

傾斜長壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板。

2)采煤工藝

礦井一盤區(qū)采用分層綜采鋪底網(wǎng)工藝，采用液壓支架支護(hù)，雙滾筒采

煤機(jī)割煤，依次有刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)落煤、

裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、回采過程的綜采工作面作業(yè)系統(tǒng)。

(1)落煤方法

用雙滾筒采煤機(jī)雙向割煤，前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤。

14

（2）采煤機(jī)進(jìn)刀方式

工作面端頭斜切進(jìn)刀。

（3）移架方式

當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行速度小于5m/min,利用單架順序移架。當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行速

度大于5m/min,采用分段單架順序移架，正常情況下，移架滯后后滾筒5m,

過地質(zhì)構(gòu)造帶和周期來壓期間，移架緊跟滾筒。

（4）推溜方式

采用順序推溜方式，推溜滯后采煤機(jī)后滾筒不小于17m。

1.7礦井通風(fēng)

本礦井通風(fēng)系統(tǒng)為中央并列式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，主副斜井進(jìn)

風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)。

根據(jù)井下巷道布置，礦井上分層工作面通風(fēng)系統(tǒng)為：

主斜井（副斜井）―膠帶運(yùn)輸機(jī)大巷（輔助運(yùn)輸大巷）一盤區(qū)集中膠

帶運(yùn)輸機(jī)大巷（輔助運(yùn)輸大巷）一上分層工作面運(yùn)輸順槽（輔運(yùn)順槽）一

上分層綜采工作面一上分層工作面回風(fēng)順槽一盤區(qū)集中回風(fēng)大巷一總回風(fēng)

大巷一回風(fēng)斜井一地面。

礦井下分層工作面通風(fēng)系統(tǒng)為：

主斜井（副斜井）―膠帶運(yùn)輸機(jī)大巷（輔助運(yùn)輸大巷）一盤區(qū)集中膠

帶運(yùn)輸機(jī)大巷（輔助運(yùn)輸大巷）一中部車場(chǎng)一下分層膠帶運(yùn)輸順槽一下分

層綜采工作面一盤區(qū)集中回風(fēng)大巷一總回風(fēng)大巷一回風(fēng)斜井一地面。

掘進(jìn)通風(fēng)及胴室通風(fēng)：

礦井掘進(jìn)工作面采用局扇壓入式通風(fēng)方式。

井下獨(dú)立通風(fēng)胴室主要為中央變電所，其他個(gè)別洞室其長度小于6m

時(shí)，可采用擴(kuò)散通風(fēng)。

1.8礦井周邊煤礦與歷史發(fā)火情況

東川煤礦北鄰神東煤炭分公司大柳塔煤礦，已于1996年元月正式投產(chǎn),

為一年產(chǎn)超千萬噸的特大型現(xiàn)代化生產(chǎn)礦井，以平碉方式采用綜合機(jī)械化

15

采煤。礦井西側(cè)大海則煤礦已于1999年正式投產(chǎn)，為年產(chǎn)IMt,以平洞開

拓、房柱式開采與綜合機(jī)械化采煤相結(jié)合。

煤礦東部與榆林神華郭家灣煤礦相鄰，南部與神木市大柳塔試驗(yàn)區(qū)水

井渠煤礦和神木市大柳塔試驗(yàn)區(qū)海鴻煤礦相鄰，西部與神東天隆集團(tuán)有限

責(zé)任公司大海則煤礦相鄰，北部與中國神華股份有限公司大柳塔煤礦相鄰。

神木市大柳塔東川礦業(yè)有限公司東川煤礦未發(fā)生過煤層自燃現(xiàn)象。

16

第2章礦井火災(zāi)危險(xiǎn)性分析

本井田有多層可采煤層，賦存穩(wěn)定，無大的構(gòu)造破壞，水文地質(zhì)條件

簡(jiǎn)單。但開采煤層容易自燃，煤層埋藏淺，存在地表漏風(fēng)現(xiàn)象，自燃危險(xiǎn)

性增加。

1）該礦主采5-2煤，自然發(fā)火期為45天，自燃傾向性為I類，容易自

燃。

2）上分層開采沿頂板掘進(jìn)，回采率較高，平均為95%,采空區(qū)遺煤較

少；

3）下分層和上分層采用內(nèi)措施布置，預(yù)留保護(hù)頂煤50cm,5104面上

下進(jìn)風(fēng)內(nèi)錯(cuò)約2m,回風(fēng)內(nèi)錯(cuò)約5m；

4）開采煤層距離地表40-150m左右，開采期間地表形成裂隙；

5）工作面平均配風(fēng)量5190m3/min,礦井負(fù)壓762.3Pa；

綜上所述。礦井的主要煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)椋海?）下分層開采期間采空

區(qū)；（2）巷道掘進(jìn)期間的上、下錯(cuò)巷破碎煤柱。

2.1采空區(qū)自燃危險(xiǎn)

東川煤礦現(xiàn)開采的5-2煤層5107卜分層工作面，本工作面開采煤層厚

度自東北向西南逐漸變厚，厚度區(qū)間范圍在6.39m?8.26m之間，回采區(qū)域

自切眼開始0~800m回采采高控制在3.7m范圍內(nèi)，800?1696m回采高度

控制在4.0m范圍內(nèi)，保證下分層回采厚度不低于2.8m。5107上分層綜采

工作面面長280m,推進(jìn)度長度1696m。其上下分層工作面基本對(duì)應(yīng)，下分

層工作面略小于上分層。下分層工作面兩順槽分別在上分層順槽下并略有

收縮，下分層開切眼和停采線均位于上分層對(duì)應(yīng)的切眼和停采線以內(nèi)。

接續(xù)面為5108上分層工作面和5104下分層工作面，實(shí)行上下分層配

采。

東川煤礦上分層采煤工作面推進(jìn)速度，每天平均推進(jìn)4.8m左右，大于

工作面自燃的最小推進(jìn)度，在僅開采上分層情況下，由于能夠很快使采空

17

區(qū)遺煤進(jìn)入窒息帶，煤層自燃危險(xiǎn)性很小。但是，當(dāng)開采下分層時(shí)工作面

時(shí)，由于頂部采空區(qū)長期漏風(fēng)，并且頂部工作面局部煤層加厚及順槽、切

眼等部位煤幫片幫處遺煤較多，有頂部采空區(qū)自燃危險(xiǎn)。

2.1.1上分層5107工作面采空區(qū)自燃危險(xiǎn)性

（1）進(jìn)行分層開采時(shí)，上分層順槽一般沿煤層頂板布置，工作面沿頂

板開采。上分層工作面采空區(qū)遺煤很少，一般僅煤柱側(cè)留下的片幫煤，也

就是說上分層工作面僅開切眼、停采線和工作面順槽位置，存在松散煤體,

有自燃危險(xiǎn)。

（2）采煤工作面切眼、停采線、順槽位置（即所謂的“O形圈”范圍），

由于受煤柱支撐，以及錨桿支護(hù)作用，其冒落不嚴(yán)，形成比較順暢的漏風(fēng)

通道，為自燃提供了較好的供氧條件。

（3）東川煤礦現(xiàn)開采5-2煤實(shí)際自然發(fā)火期約為45天，為易自燃煤層。

采下分層時(shí)，上分層在開采過程中煤炭經(jīng)過二次氧化，其自燃性更強(qiáng)，其

溫度已經(jīng)有所升高，其自然發(fā)火期將有明顯縮短，自燃危險(xiǎn)性增加。

2.1.2下分層5104工作面采空區(qū)自燃危險(xiǎn)性

（1）下分層工作面開切眼位置位于上分層切眼以內(nèi)。由于設(shè)備安裝時(shí)

間較長，下分層工作面與頂部采空區(qū)間，在投產(chǎn)前可能已經(jīng)溝通，使采空

區(qū)漏風(fēng)加大，有可能引起自燃。

（2）下分層工作面順槽位于上分層采空區(qū)順槽正下方，在順槽巷道施

工過程中，有可能與頂部采空區(qū)之間產(chǎn)生漏風(fēng)裂隙，頂部采空區(qū)遺煤經(jīng)過

長期氧化后有自燃危險(xiǎn)。

（3）下分層工作面回采期間，頂部煤柱破裂，產(chǎn)生的裂隙與上分層采

空區(qū)及其鄰近采空區(qū)間溝通，頂部采空區(qū)“O形圈”范圍自燃危險(xiǎn)性大。

（4）下分層工作面停采線位于上分層停采線內(nèi)，距上分層停采線約

2nio在停采撤架期間，下分層工作面一直會(huì)向上分層采空區(qū)漏風(fēng)。撤架及

工作面封閉時(shí)間累計(jì)需要一個(gè)月左右，在此期間頂部采空區(qū)自燃危險(xiǎn)性較

大。因此應(yīng)重點(diǎn)預(yù)防停采線處頂部采空區(qū)煤層自燃。

18

2.2巷道周邊煤層自燃危險(xiǎn)性

(1)東川煤礦煤層厚度穩(wěn)定、硬度大，地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，一般情況

下巷幫不易破碎，巷道自燃危險(xiǎn)性小。

(2)巷道交叉點(diǎn)等位置，容易發(fā)生應(yīng)力集中引起煤巖破碎。當(dāng)煤巖破

碎、變形嚴(yán)重時(shí)，碎煤經(jīng)過長期氧化就有可能引起自燃。

(3)當(dāng)存在地質(zhì)構(gòu)造或工程設(shè)施引起應(yīng)力集中時(shí)，煤柱中可產(chǎn)生大量

裂隙，可能會(huì)貫穿煤柱，裂隙漏風(fēng)可能引起煤自燃。

(4)當(dāng)存在通風(fēng)構(gòu)筑物時(shí)，巷道通風(fēng)風(fēng)阻發(fā)生變化，致使局部巷道裂

隙等漏風(fēng)加大，自燃危險(xiǎn)性也相應(yīng)增加。

23外因火災(zāi)

東川煤礦井下一般測(cè)不到瓦斯，地層中的油氣著火可能性不大，但井

下有其它可燃物。礦井下其它外因火災(zāi)按可燃物分類包括：

(1)井下存儲(chǔ)的油脂類等易燃易爆材料；

(2)木材等可燃物；

(3)電纜、通訊線路、管路及膠帶等存儲(chǔ)的可燃物；

(4)膠帶輸送機(jī)膠帶等可燃物；

(5)井下動(dòng)火(電焊)。

存放上述材料的位置需要預(yù)防外因火災(zāi)。按照引火源類型可分為機(jī)械

磨擦起火、電氣火災(zāi)、電火花及人為火災(zāi)等，需要從點(diǎn)火源消除外因火災(zāi)

危險(xiǎn)。

井下外因火災(zāi)中，皮帶、電氣及動(dòng)火(電焊)火災(zāi)是外因火源重點(diǎn)。

外因火災(zāi)防治主要從應(yīng)用阻燃材料，監(jiān)測(cè)監(jiān)控和管理等方面入手。

19

第3章煤層自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)體系

煤層自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)，是通過氣體監(jiān)測(cè)、溫度測(cè)定等方法判斷自燃

現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)煤層自燃發(fā)展趨勢(shì)的重要依據(jù)。自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)，包括氣體

指標(biāo)和溫度指標(biāo)。標(biāo)志氣體是指由于自然發(fā)火而產(chǎn)生或因自然發(fā)火而變化

的，能夠在一定程度上表征自然發(fā)火狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)的火災(zāi)氣體，主要包

括co、烷燃?xì)怏w、烯燃?xì)怏w和煥煌氣體等。

3.1溫度與指標(biāo)氣體對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1.1實(shí)驗(yàn)煤樣的選取

煤樣選自神木市大柳塔東川礦業(yè)有限公司5々煤層5106綜采工作面。

3.1.2實(shí)驗(yàn)煤樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果

一般情況下，煤的自然發(fā)火經(jīng)歷了三個(gè)不同的發(fā)展階段，即緩慢氧化

階段、加速氧化階段和激烈氧化（即燃燒）階段，不同氧化階段的溫度范

圍和產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物種類與濃度是不一樣的，據(jù)此可判斷煤自燃的進(jìn)展并

預(yù)測(cè)其發(fā)展趨熱。通常情況下，可用于預(yù)報(bào)煤自然發(fā)火進(jìn)程的自燃標(biāo)志性

氣體包括CO、CO2、C1-C4烷煌、C2-C3烯燃及C2H2等，可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定各

氣體產(chǎn)生規(guī)律，再結(jié)合實(shí)際情況，預(yù)報(bào)煤自燃的進(jìn)展。

圖3.1程序加熱升溫實(shí)驗(yàn)流程圖

20

實(shí)驗(yàn)裝置如圖3.1所示，在一個(gè)直徑10cm,長22cm的鋼管中，裝入

煤量1kg,為使通氣均勻，上下兩端分別留有2cm左右自由空間(采用100

目銅絲網(wǎng)托住煤樣)，然后置于利用可控硅控制溫度的程序升溫箱內(nèi)加熱,

并送入預(yù)熱空氣，采集不同煤溫時(shí)產(chǎn)生的氣體。當(dāng)溫度達(dá)到要求后，停止

加熱，打開爐門，對(duì)裝置進(jìn)行自然降溫。最后，對(duì)不同煤溫時(shí)采集的氣體

進(jìn)行氣體成份分析及含量測(cè)定。

煤樣采自東川煤礦。將原煤樣在空氣中破碎并篩分出粒度為：0?0.9mm、

0.9~3mm、3~5mm、5~7mm和7?10mm的五種煤樣，并用5種粒度煤樣各

200g組成混合煤樣，分別進(jìn)行程序升溫自燃性實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)條件如表3.1：

表3.1程序升溫箱煤樣加熱升溫實(shí)驗(yàn)條件

編粒徑裝煤高煤重煤體積容重空隙率流量升溫速度

號(hào)

(mm)(cm)3(cm3)(g/cm3)(%)(ml/min)(*C/min)

1#0-0.90.6310001593.550.630.571200.3

2#0.9-30.5810001711.300.580.581200.3

3#3?50.5910001695.600.590.581200.3

4#5-70.5910001703.450.590.5812003

5#7-100.6210001624.950.620.5612003

6#混樣0.6910001452.250.690.511200.3

煤樣升溫過程中生成氣體的規(guī)律是：各氣體生成量隨著煤溫上升而逐

漸增大，但不同的氧化氣體組分所表現(xiàn)出來的生成規(guī)律在量值和生成順序

上有較大的差別。

3.1.3煤升溫過程中氣體產(chǎn)生規(guī)律

1)CO氣體產(chǎn)生規(guī)律

co是煤氧化過程中出現(xiàn)最早的氧化氣體產(chǎn)物，并且貫穿于整個(gè)氧化過

程中都有co產(chǎn)生。co氣體發(fā)生濃度與煤溫之間表現(xiàn)為單調(diào)遞增的變化，

如圖3.2所示。

21

9000

—1*(8.9)

-*-23(0.9-3)

3*(3?5)

4"(5-7)

-*-5#(7-10)

-6=(混樣)

0-----------1-**?~~*~~"?-■—-------1---------1------------------1---------

020406080100120140160180

溫度/℃

圖3.2不同粒徑煤樣CO濃度與溫度關(guān)系曲線

可以看出，煤樣在空氣中常溫下就有CO產(chǎn)生。隨煤溫的升高，CO產(chǎn)

生濃度一直增大。CO濃度與溫度之間大致呈指數(shù)關(guān)系遞增。在70?80℃之

前，CO增加速度較慢，高于此溫度時(shí)其增加變得十分明顯，說明煤自燃臨

界溫度在70?80℃之間。

在低溫階段，CO濃度隨粒度的減小而增大的趨勢(shì)表現(xiàn)得不是很明顯，

但是在高溫階段即溫度大于90℃時(shí)，這種趨勢(shì)比較明顯。說明在升溫實(shí)驗(yàn)

中，隨著煤樣粒度的減小，煤與氧氣接觸的表面積逐漸增大，煤氧復(fù)合作

用越劇烈，產(chǎn)生的CO量也越大。

2）CH4產(chǎn)生規(guī)律

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制的CN濃度隨溫度升高而變化的規(guī)律如圖3.3。從

圖可以看出，在實(shí)驗(yàn)起始溫度（約30℃）即有少量CH4氣體產(chǎn)生。隨溫度

不斷升高，CH4產(chǎn)生量不斷增大。這說明CH4低溫下是脫附產(chǎn)生的，而高

溫下又有大量分解產(chǎn)生的CH4氣體。

因此，當(dāng)煤溫升高時(shí)，要采取措施防止大量產(chǎn)生的CH4氣體聚集而引

起爆炸的危險(xiǎn)。

22

70

—1??0.9)

60-^2#(0.9-3)

5o3#(3-5)

d日—4=(5-7)

d―*—5#(7-10)

/4o

?-6=(混樣)

玨

寸3o

OH

2O

020406080100120140160180

溫度/C

圖3.3不同粒徑煤樣CH4濃度與溫度關(guān)系曲線

3）炫類氣體（C2H4、C2H6）產(chǎn)生規(guī)律

煤自燃過程中會(huì)生成大量炫類氣體，主要是C