【正文】 （4）煤層頂、底板巖性4 上1 煤：偽頂零星分布（21 號(hào)孔） ，均為炭質(zhì)泥巖和泥巖，直接頂為砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖。底板多為泥巖、粉砂巖。4 上2 煤：直接頂主要為砂質(zhì)泥巖、泥巖，底板為粉砂巖、泥巖。4 煤：偽頂分布于井田北部及中西部，厚度一般小于 ，為炭質(zhì)泥巖、泥巖；直接頂主要為灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖（41 孔） ，細(xì)砂巖（245 孔）及中砂巖（51 孔） ，在井田中部較薄，一般為 5～10m，井田東部和西部厚度一般大于 10m 厚度為 ～；基本頂巖性為砂巖，井田東部厚度大于 10m，北部和中部局地小于5m，其余地段 5～10m。4 煤層底板主要為褐灰色泥巖、鋁質(zhì)泥巖，僅 4443 號(hào)孔 4 煤直接底板為炭17 / 72質(zhì)泥巖。（5）地溫本井田基底構(gòu)造大體為以 254 號(hào)孔連線為軸的北東向向斜，煤層厚度及埋深主要受此構(gòu)造的控制。就絕對(duì)溫度而言，本井田極高溫區(qū)分布于 54 號(hào)孔周圍，極高溫度為 ℃。根據(jù)熱害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，本井田屬非熱害礦井。（6）沖擊地壓危險(xiǎn)性根據(jù)《蔣家河井田勘探地質(zhì)報(bào)告》中未提供確定沖擊地壓的基礎(chǔ)資料，根據(jù)本礦井及鄰近礦井生產(chǎn)資料證明未出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象。礦井暫按無沖擊地壓考慮。但再巷道布置時(shí)應(yīng)盡量避開應(yīng)力集中區(qū)，掘進(jìn)和采煤時(shí)也應(yīng)注意應(yīng)力集中影響。 本章小結(jié)本章主要介紹蔣家河煤礦的基本概況。首先介紹礦井的地理概況、采取布置及采煤方法等。再詳細(xì)的分析本礦井的煤層及煤質(zhì)特性，其中主要包括煤的分子結(jié)構(gòu)、煤化程度、煤巖成分、水分、煤中硫和其他礦物質(zhì)等影響煤炭自燃性能的因素。最后分析本礦井主要災(zāi)害，重點(diǎn)介紹與礦井火災(zāi)有關(guān)的煤層自然發(fā)火期與自燃傾向性、瓦斯、煤塵爆炸指數(shù)及爆炸危險(xiǎn)性等。18 / 723 煤層自然發(fā)火及防滅火措施 ZF1406 綜放工作面簡(jiǎn)介ZF1406 工作面位于 4＃煤層，標(biāo)高在+575～+650m 之間，工作面埋深約496～524m，其上部地表為黃土塬面，該面中部有一走向 SN 的向斜構(gòu)造，西翼傾向NW，傾角 2～6176。 ，東翼傾向 SE，傾角 2～10176。，煤層傾角變化較大。ZF1406 工作面巷道布置為“一進(jìn)一回”U 型布置，工作面布置一條回風(fēng)順槽，一條運(yùn)輸順槽和開切眼?；仫L(fēng)順槽長(zhǎng)度為 1490 米，運(yùn)輸順槽長(zhǎng)度為 1530 米，順槽平均長(zhǎng)度1510m。工作面傾斜長(zhǎng)度為 151 米（中對(duì)中） ，開采區(qū)域煤層平均厚度 ，可采儲(chǔ)量為 萬噸，服務(wù)年限為 年。ZF1406 工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤法開采，全部垮落法管理頂板，巷道和工作面不留底煤回采。為提高資源回收率降低混矸率，采用一刀一放循環(huán)作業(yè)方式，放煤步距為 ，割煤高度定為 ，放煤高度定位 。風(fēng)流由一采區(qū)軌道下山及皮帶下山從 ZF1406 運(yùn)輸順槽進(jìn)風(fēng)，流經(jīng)回采工作面，污風(fēng)從 1406 回風(fēng)順槽排出至一采區(qū)回風(fēng)下山。配風(fēng)量為 Q＝1932 m 3/min。 （ZF1406 工作面示意圖如圖 31 所示） 。 煤層自燃相關(guān)理論 煤層自燃規(guī)律在煤礦，自燃火災(zāi)主要是指煤炭在一定條件和環(huán)境下自身發(fā)生物理化學(xué)變化（吸氧、氧化、發(fā)熱） ，聚集熱量導(dǎo)致著火而形成的火災(zāi)。自燃火災(zāi)大多數(shù)發(fā)生在采空區(qū)、遺留的煤柱、破裂的煤壁，煤巷的高冒以及浮煤堆積的地點(diǎn)。 煤的自燃機(jī)理關(guān)于煤的自燃問題，很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，國(guó)內(nèi)外的好多學(xué)者一般都認(rèn)為煤中黃鐵礦的存在是其發(fā)生自燃的原因，然而由于黃鐵礦發(fā)生氧化反應(yīng)成為三氧化二鐵及三氧化硫時(shí)能夠釋放出熱能，若在有水分參與的情況下，便可以形成硫酸，而它是很強(qiáng)的氧化劑，更加速煤的氧化，如此循環(huán)，便又促進(jìn)煤的自燃。在煤自燃理論比較成熟的今天，很多學(xué)者也認(rèn)識(shí)到了煤的自燃并非完全因由于含有黃鐵礦而引起，其主要原因是由于煤層吸收了空氣中的氧氣，從而導(dǎo)致是煤的組成物質(zhì)氧化19 / 72產(chǎn)生并釋放出熱量，再在被水濕潤(rùn)，就放出更多的濕潤(rùn)熱，同樣也會(huì)加速煤的自燃。除此之外，煤的自燃還和煤本身的一些性質(zhì)有關(guān)。比如煤的品級(jí)；煤的顯微組分、節(jié)理、裂隙、礦物質(zhì)和水分，煤層埋藏深度和厚度；開采方法和通風(fēng)方式等。所以，從其本質(zhì)上來講煤的自燃就是煤的氧化過程。圖 31 ZF1406 工作面示意圖 煤自燃的條件煤炭自燃的必要充分條件是：（1）有自燃傾向性的煤被開采后呈破碎狀態(tài)，堆積厚度一般要大于 ；（2）有較好的蓄熱條件；（3）有適量的通風(fēng)供氧。通風(fēng)是維持較高氧濃度的必要條件，是保證氧化反應(yīng)自動(dòng)加速的前提。 ；實(shí)驗(yàn)證明，氧濃度＞15%時(shí)，煤炭氧化方可較快進(jìn)行；（4）上述三個(gè)條件共存的時(shí)間大于煤的自燃發(fā)火期。上述四個(gè)條件缺一不可，前三個(gè)條件是煤炭自燃的必要條件，最后一個(gè)是充分條件。其相互關(guān)系如圖 32 所示采空區(qū)開切眼停采線ZF1406 綜放工作面回風(fēng)順槽進(jìn)風(fēng)順槽煤層自燃發(fā)火20 / 72遺留有大量浮煤連續(xù)供氧熱量不斷積聚煤自身的特性 人為控制影響圖 32 煤層自燃火災(zāi)發(fā)生條件圖 煤自燃發(fā)火階段煤炭并不是一暴露與空氣中就自燃著火的，一般需要經(jīng)過潛伏期、自熱期和燃燒期三個(gè)階段：（1）低溫氧化階段特征：煤的重量略有增加，增加的重量等于吸附氧氣的重量，煤的化學(xué)性質(zhì)變得活潑，煤的著火溫度降低。（2）自熱階段特征：煤溫升高；流經(jīng)火源后的空氣氧含量減少；空氣濕度增大，形成霧氣，在支架及巷道壁上凝有水珠；空氣中一氧化碳、二氧化碳含量顯著增加。（3）自燃階段產(chǎn)生大量碳和碳?xì)浠衔?；空氣和煤巖溫度顯著升高；火源出現(xiàn)火焰；巷道中出現(xiàn)煙霧及特殊的火災(zāi)氣味。 ZF1406 綜放工作面煤層自燃隱患識(shí)別及其影響因素 煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)性本礦井各煤層的物理性質(zhì)變化不大，均為黑色，條痕為棕色、棕黑色，瀝青光澤，內(nèi)生裂隙不甚發(fā)育，裂隙被方解石脈或黃鐵礦薄膜充填。4 上1 煤層為細(xì)條帶狀、均一狀及透鏡狀結(jié)構(gòu)，4 煤層為條帶狀、均一狀、線理狀結(jié)構(gòu)。層狀構(gòu)造，具貝殼狀、階梯狀煤有自燃傾向性煤自身的特性21 / 72斷口。4 煤層有機(jī)質(zhì)顯微組分含量較高，平均值 %，其中鏡質(zhì)組及半鏡質(zhì)組含量平均值為 %。隋質(zhì)組含量平均值 %。殼質(zhì)組含量較少，平均值 %，無機(jī)組分含量平均為 %。據(jù)近鄰的水簾、火石嘴煤礦調(diào)查資料，地面、井下堆放的煤，發(fā)火期一般 3～5 個(gè)月。依據(jù)煤科總院沈陽(yáng)分院 2022 年 8 月對(duì)蔣家河礦 4 煤的自燃傾向性鑒定報(bào)告，吸氧量為 ，自燃傾向性屬自燃煤層。因此，本井田各煤層屬自燃煤層。 ZF1406 綜放工作面現(xiàn)場(chǎng)勘查情況蔣家河煤礦 ZF1406 工作面于 2022 年 9 月底正常回采至距停采線約 450m 處時(shí)，檢測(cè)到工作面回風(fēng)隅角 CO 超限，最高時(shí)達(dá) 200 多 ppm，同時(shí)工作面瓦斯抽放管內(nèi)也檢測(cè)到超限 CO，為了進(jìn)一步核實(shí)情況，礦方對(duì)架后煤體采取了插管采樣分析，在工作面近回風(fēng)隅角端支架后部亦查出了超限 CO。針對(duì)這一情況，入井對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行了實(shí)地勘察，路線為：總回→ZF1406 回風(fēng)順槽→工作面→ZF1406 進(jìn)風(fēng)順槽，勘察過程中，對(duì)被采動(dòng)壓力壓酥的回風(fēng)順槽巷幫及回風(fēng)隅角等地點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)檢查，同時(shí)對(duì)工作面通風(fēng)情況進(jìn)行了了解。升井后就 ZF1406目前生產(chǎn)情況及防滅火措施再次同礦方技術(shù)人員展開討論。(ZF1406 綜放工作面通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖 33 示。)結(jié)合目前氣體檢測(cè)數(shù)據(jù)及工作面生產(chǎn)情況，綜合分析認(rèn)為導(dǎo)致 ZF1406 工作面回風(fēng)隅角 CO 超限的主要原因?yàn)椋孩儆捎诿簩佑捕绕洠?406 工作面回風(fēng)順槽巷幫隨工作面回采被壓酥，回風(fēng)巷超前壓力區(qū)也存在片幫低溫氧化，進(jìn)入采空區(qū)后升溫過程會(huì)加速；②1406 工作面兩順槽回采后遺留的大量浮煤，這兩處遺煤在長(zhǎng)期供風(fēng)條件下低溫氧化，進(jìn)入采空區(qū)后熱量聚集氧化產(chǎn)生大量 CO。采空區(qū)開切眼停采線污風(fēng)風(fēng)流 ZF1406 回風(fēng)順槽ZF1406 綜放工作面回風(fēng)隅角 CO 超限22 / 72圖 33 ZF1406 工作面通風(fēng)系統(tǒng)示意圖 影響煤炭自然發(fā)火的因素自燃火災(zāi)是由于很多因素綜合作用才形成的結(jié)果，而其中起決定作用的是煤層的自燃性能，其他因素起在一定的加劇和增加危險(xiǎn)程度的作用。針對(duì)蔣家河煤狂 ZF1406 綜放工作面的實(shí)際情況分析影響其自然發(fā)火的因素主要有以下幾個(gè)方面：（1）煤的自燃性能煤的自燃性能主要受以下因素影響：? 煤的分子結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究表明，含氧官能團(tuán)的多少和分子結(jié)構(gòu)的疏密程度決定了煤的氧化能力；? 煤化程度。煤化程度決定了煤自燃傾向性。同一煤化程度的煤在不同的礦井和地區(qū)，其自然傾向性差距也是很大的；? 煤的巖分其對(duì)煤的自燃傾向性有一定的影響，但不是決定因素；? 煤中的瓦斯含量。煤中瓦斯存在和放散對(duì)其氧化過程的進(jìn)行有影響；? 水分。其對(duì)煤的氧化過程既有一定的加速作用，也會(huì)有阻止氧化的因素；? 煤中硫及其他礦物質(zhì)。其會(huì)起到催化劑的作用加速煤的氧化過程。（2）開采技術(shù)大量的事實(shí)證明，礦井的開拓方式、采煤方法、采區(qū)巷道布置和通風(fēng)系統(tǒng)、回采工藝和技術(shù)管理等開采技術(shù)和管理水平，對(duì)煤自燃發(fā)火起決定作用。開采技術(shù)對(duì)自然發(fā)火的影響包括以下兩個(gè)方面? 礦井開拓方式和采區(qū)巷道布置。既決定保護(hù)煤柱的數(shù)量和大小，又決定所留煤柱受壓與碎裂程度；? 采煤方法和回采工藝，但其決定的因素是出采率和工作面推進(jìn)速度。（3）漏風(fēng)在煤氧化過程的熱平衡過程中，漏風(fēng)起到兩個(gè)方面的作用：一是帶走氧化生成的熱量，降低煤溫，抑制氧化過程發(fā)展；二是向煤提供氧化所必需的氧氣，促進(jìn)氧化過程。把風(fēng)控制在易燃風(fēng)速區(qū)之外，是從通風(fēng)的角度預(yù)防自然大火的原則。新鮮風(fēng)流 ZF1406 進(jìn)風(fēng)順槽 推進(jìn)速度23 / 72（4）地質(zhì)因素 地質(zhì)因素主要有：?傾角；? 煤層厚度；?地質(zhì)構(gòu)造。在有地質(zhì)構(gòu)造的地區(qū)，自然危險(xiǎn)性加?。? 開采深度。煤層賦存太深或者太淺都會(huì)增加自燃發(fā)火的危險(xiǎn)性。 煤層自燃的防滅火系統(tǒng)本礦井按照《礦井防滅火規(guī)范》的規(guī)定和要求，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)防滅火發(fā)展?fàn)顩r，針對(duì) ZF1406 綜放工作面的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)確定本礦井建立以黃泥灌漿防滅火為主，阻化劑及凝膠防滅火技術(shù)為輔的防滅火系統(tǒng)，同時(shí)在采煤工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷停采線內(nèi)設(shè)置防火門。 黃泥灌漿防滅火系統(tǒng)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，開采容易自燃和自燃的煤層時(shí)，必須對(duì)采空區(qū)、突出和冒落空洞等孔隙采取預(yù)防性灌漿等防滅火措施。預(yù)防性灌漿就是將水、漿材按適當(dāng)比例混合，配制成一定濃度的漿液，借助輸漿管路輸送到可能發(fā)生自燃的區(qū)域，用以防止煤炭自燃，是使用最為廣泛、效果最好的一種技術(shù)。(1) 灌漿系統(tǒng)目前灌漿使用的漿液的制備主要有水力制備和機(jī)械制備兩種方法。水力制備是利用高壓水槍沖刷松散的粘土層使水土混合形成泥漿，是一種操作較為簡(jiǎn)單的制漿方式，但漿液濃度難以保證，防火效果差；機(jī)械制漿是按照一定的比例將制漿材料和水送入攪拌池，經(jīng)攪拌機(jī)攪拌，輸入注漿管路送至井下，但目前的灌漿系統(tǒng)普遍存在易堵管、輸漿力度小、漿材要求高、投資大等不足。本次設(shè)計(jì)在風(fēng)井場(chǎng)地設(shè) KDZS1 型多功能煤礦防滅火灌漿系統(tǒng)一套選用移動(dòng)式輕型設(shè)備、多組漿池協(xié)同灌漿、遠(yuǎn)距離輸漿等特點(diǎn)，經(jīng)過濾后有多個(gè)輸漿出口，可用黃土、粉煤灰等多種灌漿材料，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、建設(shè)速度快、輸漿力度大、防凍等優(yōu)點(diǎn)。24 / 72圖 34 灌漿站布置示意圖灌漿站建設(shè)：風(fēng)井場(chǎng)地建 2 個(gè)攪拌池和 1 個(gè)注漿池，其中池的深度和直徑都均為2m，池體全用磚砌筑然后再用水泥抹面，其上固定攪拌器。攪拌池出料口留在其底部，在漿液流入注漿池前設(shè)置兩層過濾篩子，攪拌池及注漿池側(cè)面設(shè)800mm800mm2022mm 下液泵坑兩個(gè)，各安設(shè)離心式液下泥砂泵 2 臺(tái)。灌漿站布置如圖 34 所示。(2) 灌漿方法預(yù)防性灌漿方法有多種，根據(jù)采煤與灌漿先后順序關(guān)系可分為：采前預(yù)灌、隨采隨灌和采后灌漿。25 / 72采前預(yù)灌就是在煤未開采之前即對(duì)煤層進(jìn)行灌漿，適用于老空區(qū)過多、自然發(fā)火嚴(yán)重的礦井；隨采隨灌就是隨著采煤工作面推進(jìn)的同時(shí)向采空區(qū)灌漿，主要有鉆孔灌漿、埋管灌漿和灑漿，能及時(shí)將頂板冒落后的采空區(qū)進(jìn)行灌漿處理；采后灌漿就等回采結(jié)束后，將整個(gè)采空區(qū)封閉起來后進(jìn)行灌漿。為了保證及時(shí)、簡(jiǎn)便處理處理自燃隱患，設(shè)計(jì)采用埋管灌漿法。采用埋管灌漿法，在放頂前沿回風(fēng)巷在采空區(qū)預(yù)先鋪好灌漿管(一般預(yù)埋 10～20m鋼管) ，預(yù)埋管一端通采空區(qū)，一端接膠管，膠管長(zhǎng)一般為 20～30m ，灌漿隨工作面的推進(jìn)，用回柱絞車逐漸牽引灌漿管，牽引一定距離灌一次漿，要求工作面采空區(qū)能灌到足夠的泥漿(如圖 35 所示 )。圖 35 埋管灌漿示意圖1預(yù)埋注漿管；2高壓膠管；3 灌漿管；4回柱絞車；5鋼絲繩；6采空區(qū)(3) 灌漿參數(shù)的選擇①漿液的水固比選擇泥漿的水固比是反映泥漿濃度的指標(biāo)，是指泥漿中水與固體漿材的體積之比。水固比的大小影響著注漿的效果和泥漿的輸送。泥漿的水固比越小，則泥漿濃度越大，其粘度、穩(wěn)定性和致密性也越大，包裹遺煤隔離氧氣的效果也越好，但同時(shí)流散范圍也越小，輸漿管路容易堵塞；水固比大，則輸送相同體積的土所用的水量大，包裹和隔絕效果不好，礦井涌水量增加，在工作面后方采空區(qū)灌漿時(shí)容易流出而惡化工作面環(huán)境。漿液的水固比應(yīng)根據(jù)泥漿的輸送距離、煤層傾角，灌漿方式及灌漿材料和季節(jié)等因素通過53214626 / 72試驗(yàn)確定，一般情況下為 4:1，冬季為 5:1。②日灌漿所需漿材量(31) mLHCQK?材式中 Q 材 ——日灌漿所需漿材量，m 3/d； m——煤層采高，