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