防治采空区自燃发火的设计方案及措施.doc

防治采空区自燃发火的设计方案及措施
一、采面生产接继情况：
2012年度我矿正常生产时有一个回采工作面和2个掘进工作面，1860水平南翼回采工作面三月正式开始回采，预计2012年4月份回采完毕，1860水平北翼运输大巷掘进工作面预计于2013年5月与二巷贯通，1860水平南翼掘进工作面计划于2013年4月下旬开始，于2013年7月份形成工作面。
二、采空区发火重点预防区域
工作面和下列地段有煤层自燃发火的可能：
１、1860水平南翼回采工作面2010年5月份投产，目前正在回采，计划2013年4月份采完，如果采空区浮煤清理不干净，再者工作面推进速度缓慢，采空区封闭不严实，工作面采空区就有可能发生自燃发火。
２、1860水平北翼首采面与现北翼二巷存在相同问题，也有自燃发火的可能性。
3、已封闭的老采空区由于漏风通道存在有自燃发火的可能。
三、氮气防灭火设计方
(一)、概况：
现我矿煤矿井田内主采下10#煤层，属自燃的特厚煤层，矿井采煤工作面采空区采用以注氮为主的防灭火系统。矿井已购置一台DQ-200的地面制氮设备，能满足井下小时注氮200m3的要求。
(二)、氮气防灭火工艺
1、我矿氮气防灭火的氮气源由井上制氮机经已辅设好的φ100mm管道将纯度97%以上氮气注入到采空区以达到防灭火的目的。
此项措施作为采煤工作面采空区防治煤层自然发火的主要措施之一，矿井在工作面推进速度慢，采空区自燃发火隐患大的前题下，则必须采取向采空区实施注氮。
具体实施方案如下：在1003回采工作面上、下顺槽埋设直径为108mm（或70mm）钢管，每隔30米设置一个三通，注氮严格按照规定的操作规程执行，一旦需要注氮则接通埋管与主管，对采空区实施注氮。埋管期间采煤队要注意保护好注氮管，严禁注氮管被撞开，影响埋管质量。
1003工作面通风
通风路线为：主斜井→井底车场→轨、皮下山→1003进风顺槽→工作面→1003回风顺槽→回风下山→总回斜井→地面。
(三)、注氮气可靠性计算：
1、制氮设备主要技术指标
DQ-200型
氮气产量200m3/h
出口压力0.8MPa
氮气纯度≥97%，
2、输氮系统
从地面制氮机→1003进风顺槽，均采用直径为100mm的钢管。
注氮管路能否满足输送氮气要求通过下式计算
P21-P22=0.0056(Qmax/1000)*L………………①
式中:P1-管道始端的绝对压力MPa
P2-管道末端的绝对压力MPa
Qmax-最大输氮量m3/h
L-管路当量长度km
L计算式为：
L=∑(D0/Di)5×(λi/λo)×Li……………②
式中:D0------基准管径(D0=100mm)
阻力损失系数:λo=0.026
Li-----相同直径管路长度km
Di----实际输氮管路内径mm
λi----实际输氮管路直径的阻力损失系数
Di=99mm，λi=0.0296将以上数据代入②计算：
L=（100/95）5×（0.0296/0.026）×1.10=1.597km
假设管路未端绝对压力0.2Mpa
将以上数据代入①计算得:
P21=0.0056(200/1000)2×1.597+P22
P1=0.21Mpa
根据以上计算,从地面制氮机到1003采空区的输氮管路长度为1100米的情况下,管路初端压力只需0.21Mpa，便可将200m3/h的氮气输送到1003采空区内，未端的绝对压力还有0.2Mpa,因此制氮机氮气出口压力0.8Mpa完全能满足要求。
3、注氮地点安全通风量
在输氮管路的沿途或工作面，假设200m3/h的氮气量全部泄漏到巷道里或工作面，是否漏氮的地区缺氧，其安全通风量是多大可按下式计算：
Q≧Qn(Cn+C2-100)/(C1-C2)m3/min
式中：Q----安全通风量
Qn----氮气最大泄漏量3.33m3/min
C1----工作面或进风巷中的氧含量20.8%
C2----注氮时采掘工作面安全氧含量18.5%
Cn----氮气纯度99.95%
计算得:Q=3.33×(99.95+18.5-100)/(20.8-18.5)=26.7m3/min
根据计算工作面或巷道风量只要是大于26.7m3/min便是安全的，同时可算出3.33m3/min的氮气量全部泄漏到巷道里或工作面中，则氧气含量只降到20.44%也是安全的。
井下日注氮量计算：
（1）火区空间体积计算：Vk=LI[h(1-a)+m]
式中Vk----火区空间体积m3
L----火区走向长度m取L=15m
I----火区倾斜长度m取I=72m
a----取冒落体碎裂系数取a=1.3
h----顶板冒落高度取煤层厚的3倍（本地点为0）
m----采高m取m=6m
所以Vk=LI[h(1-a)+m]=15×72×[3×6×0+6]=6480m3
根据防