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[摘 要]煤层自燃发火是矿井常见的灾害，为了更加科学有效地防治矿井煤层自燃，本文结合多年矿井煤层自燃的防治经验，，对其防灭火技术进行了设计和探讨，有效地防治了煤炭自燃发火，对保证矿井安全生产意义重大。
[关键词]煤层自燃；综合防灭火；灌浆防灭火
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0010-01
1、前言
矿井防灭火设计是矿井安全设计的重要组成部分，是保证矿井安全生产的重要环节。煤层自燃发火与温度和氧气有关，也与煤的化学成分、煤岩成分有关。井下煤炭自燃火灾是煤矿重大灾害之一，煤层自燃导致火灾的发生，不仅会造成人员伤亡、财产损失、煤炭资源消耗，而且会导致工作面封闭甚至整个矿井停产关闭等严重后果。由于各矿的具体火灾危险性状况不同，因此既可以采用单项防灭火措施，也可以多种系统综合使用。具体要根据火灾的成因及其矿井发生火灾的情况，选择合适的防灭火物质和方法，管路、设备、性能等系统性能参数设计也需要单独设计。
2、工程概况
徐矿集团新疆赛尔能源有限公司三矿位于新疆维吾尔自治区和布克赛尔蒙古自治县和什托洛盖镇西北约8km处，设计生产能力0.45Mt/a。主、副斜井开拓，矿井划分一个水平上下山开采，共划分两个采区；根据煤层开采技术条件和矿井设计规模，设计推荐采用走向长壁高档普通机械化采煤法。矿井通风系统为中央并列式，通风方法为机械抽出式。全矿井主要可采煤层3层，根据煤的燃点及自燃趋势等级鉴定成果，井田内主要煤层A3、A4、A7煤层均为易自燃和很易自燃的煤层。
3、新疆赛尔能源有限公司三矿井下防灭火方法
3.1氮气防灭火
设计为矿井配备地面固定式碳分子筛制氮设备，对工作面采空区实施预防性注氮，将纯度≥97%的氮气注入工作面采空区。
注氮量计算按以下四种方法计算，并取其中最大值：
a.按产量计算 ：QN=[A/（1440ρtn1n2）]×（C1/C2—1）
式中：QN—注氮流量，m3/min；A—矿井年产量，取440000t；t—矿井年工作日，330d；ρ—煤的密度，1.44t/m3；n1—管路输氮效率，取70%；n2—采空区注氮效率，取90%；C1—空气中的氧浓度，取20.8%；C2—采空区防火惰化指标，取7%。
经计算，QN1=2.01m3/min。
b.按吨煤注氮量计算：QN=5AK/（60×24）
式中：A—矿井日产量，t；取1568t；K—工作面回采率，取K=0.79。
经计算，QN=4.30m3/min。
c.按瓦斯涌出量计算：QN=QcC/（10—C）
式中：QC—工作面通风量，设计工作面配风量为780m3/min；C—工作面回风流中的瓦斯浓度，1%。
经计算，QN=0.78m3/min；三种方法计算后取大值：QN=4.3m3/min。
煤矿现有一套RDZ97—400Nm3/97地面固定式碳分子筛制氮设备，与空压机房联建。根据上述计算，设备能力可以满足设计要求，但是需要再购置一套备用。
3.2阻化剂防灭火
a.阻化剂选择
阻化剂的物理化学性质：设计选用阻化率较高的氯化钙（CaCL2），选用CaCL2的浓度为20%，选用1台WJ—24型阻化剂喷射泵，流量2.4m3/h，压力2～3MPa。
b.喷洒压注工艺系统
设计采用半永久性喷洒系统，在工作面回风顺槽内用砼砌成容积为11m3的储液池，3D—5/40型往复式拉杆泵，将溶液用胶管送到回采工作面进行喷洒。
C.参数计算
工作面一次喷洒量计算：V=K1×K2×L×S×h×A×γ—1
式中：K1—易自燃部位喷洒药量增加系数，取1.2；K2—采空区遗煤容重，0.9t/m3；L—工作面长度，取118m；S—一次喷洒宽度，0.5m；h—采空区底板遗煤厚度，0.058m；A—吨煤吸药液量，1.6t/t；γ—阻化剂水溶液的容重，1.05t/m3。
经计算，V=5.63m3
3.3灌浆系统及方法
a.灌浆系统：在斜风井地面设集中灌浆站，通过注浆管道将泥浆输送至井下灌浆地点，为全矿井服务。
b.灌浆方法：灌浆方法采用随采随灌的预防性采后灌浆的方法。
c.灌浆材料：颗粒要小于2mm，而且细小颗粒要占大部分。主要物理性能指标：密度为2.4～2.8；塑性指数为9～11（亚粘土）；胶体混合物为25%～30%；含砂量为25%～30%；容易脱水和具有一定的稳定性。
d.灌浆所需土量：Qt1=KmLHC
式中：Qt1—灌浆所需土量，m3；m—煤层采高，1.88m；L—灌浆区走向长度，1200m；H—灌浆区的倾斜长度，127m；C—采煤回收率，80%；K—灌浆系数0.25。
经计算，Qt1=57302m3。
e.日灌浆所需土量：Qt2=KmlHC
式中：Qt2—日灌浆所需土量，m3/d；l—工作面日推进度，3.6m/d；G—矿井日产量，1568t；K、m、H、C—符号注释同上述公式。
经计算，Qt2=319m3/d。
f.日灌浆所需实际土量：Qt3=Qt2
式中：Qt3—日灌浆所需实际开采土量，m3/d；—取土系数，一般取=1.1。
经计算，Qt3=351m3/d。
g.每日制泥浆用水量：Qs1=Qt2
式中：Qs1—制备泥浆用水量，m3/d；—泥水比的倒数3，泥水比根据所要求的泥浆浓度选取。
经计算，Qs1=1053m3/d。
h.每日灌浆用水量：Qs2=KSQt2
式中：Qs2—灌浆用水量，m3/d；KS—用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，一般可取1.01～1.25；取1.2。
经计算，Qs2=1148m3/d。
i.每日灌浆量：Qj1=（Qt2+Qs1）×M=1235.52m3/d
式中：Qs1—日制浆用水量，m3/d；M—浆制成率，0.88；
j.每小时灌浆量：Qj2=Qj1/（n×t）=1035.52/（2×6）=86.29m3/h
式中：Qj2—每小时灌浆量，m3/d；n—每日灌浆班数，班/d，2班灌浆；t—每班纯灌浆时间，h/班，每班灌浆6h。
k.制浆工艺、灌浆管路
制浆工艺在矿井工业场地西南角建设喷浆泵站一座，内安装2台喷射泵（Q=15L/s，H=38m，N=11Kw）。附近建设一座（L15.0m×B9.0m×H3.0m）泥浆池，采用喷水制浆。泥浆依靠重力向井下灌浆，在井下选用注浆机（N=5.5kW）添加助凝剂后灌浆。
灌浆管路井下黄泥灌浆管路自成体系，采用常高压灌浆系统，从斜风井引入井下工作面。井下灌浆管道采用φ219×6无缝钢管、卡箍件连接。管道外壁做相应的防腐措施，连接方式为卡箍连接便于在回采工作面装配。
4、结束语
煤层自然火灾的防治是一项复杂的系统工程，当煤层具有自燃倾向时，各级管理人员必须在思想上要引起高度重视。井下煤自燃火灾的的扑灭用哪一种方法，关键取决于地面及井下条件，多种方案要经过技术、经济、安全三方面论证。同时，在现场防治过程中应抓住重点，做到早期预防、早期识别，把煤层自然发火消灭在初期阶段。
作者简介：
卞学文（1975），男，专科，新疆维吾尔自治区和布克赛尔蒙古自治县，助理工程师，现就职于徐矿集团新疆赛尔能源有限责任公司，主要从事采矿、安全生产管理等方面的工作。
[关键词]煤层自燃；综合防灭火；灌浆防灭火
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0010-01
1、前言
矿井防灭火设计是矿井安全设计的重要组成部分，是保证矿井安全生产的重要环节。煤层自燃发火与温度和氧气有关，也与煤的化学成分、煤岩成分有关。井下煤炭自燃火灾是煤矿重大灾害之一，煤层自燃导致火灾的发生，不仅会造成人员伤亡、财产损失、煤炭资源消耗，而且会导致工作面封闭甚至整个矿井停产关闭等严重后果。由于各矿的具体火灾危险性状况不同，因此既可以采用单项防灭火措施，也可以多种系统综合使用。具体要根据火灾的成因及其矿井发生火灾的情况，选择合适的防灭火物质和方法，管路、设备、性能等系统性能参数设计也需要单独设计。
2、工程概况
徐矿集团新疆赛尔能源有限公司三矿位于新疆维吾尔自治区和布克赛尔蒙古自治县和什托洛盖镇西北约8km处，设计生产能力0.45Mt/a。主、副斜井开拓，矿井划分一个水平上下山开采，共划分两个采区；根据煤层开采技术条件和矿井设计规模，设计推荐采用走向长壁高档普通机械化采煤法。矿井通风系统为中央并列式，通风方法为机械抽出式。全矿井主要可采煤层3层，根据煤的燃点及自燃趋势等级鉴定成果，井田内主要煤层A3、A4、A7煤层均为易自燃和很易自燃的煤层。
3、新疆赛尔能源有限公司三矿井下防灭火方法
3.1氮气防灭火
设计为矿井配备地面固定式碳分子筛制氮设备，对工作面采空区实施预防性注氮，将纯度≥97%的氮气注入工作面采空区。
注氮量计算按以下四种方法计算，并取其中最大值：
a.按产量计算 ：QN=[A/（1440ρtn1n2）]×（C1/C2—1）
式中：QN—注氮流量，m3/min；A—矿井年产量，取440000t；t—矿井年工作日，330d；ρ—煤的密度，1.44t/m3；n1—管路输氮效率，取70%；n2—采空区注氮效率，取90%；C1—空气中的氧浓度，取20.8%；C2—采空区防火惰化指标，取7%。
经计算，QN1=2.01m3/min。
b.按吨煤注氮量计算：QN=5AK/（60×24）
式中：A—矿井日产量，t；取1568t；K—工作面回采率，取K=0.79。
经计算，QN=4.30m3/min。
c.按瓦斯涌出量计算：QN=QcC/（10—C）
式中：QC—工作面通风量，设计工作面配风量为780m3/min；C—工作面回风流中的瓦斯浓度，1%。
经计算，QN=0.78m3/min；三种方法计算后取大值：QN=4.3m3/min。
煤矿现有一套RDZ97—400Nm3/97地面固定式碳分子筛制氮设备，与空压机房联建。根据上述计算，设备能力可以满足设计要求，但是需要再购置一套备用。
3.2阻化剂防灭火
a.阻化剂选择
阻化剂的物理化学性质：设计选用阻化率较高的氯化钙（CaCL2），选用CaCL2的浓度为20%，选用1台WJ—24型阻化剂喷射泵，流量2.4m3/h，压力2～3MPa。
b.喷洒压注工艺系统
设计采用半永久性喷洒系统，在工作面回风顺槽内用砼砌成容积为11m3的储液池，3D—5/40型往复式拉杆泵，将溶液用胶管送到回采工作面进行喷洒。
C.参数计算
工作面一次喷洒量计算：V=K1×K2×L×S×h×A×γ—1
式中：K1—易自燃部位喷洒药量增加系数，取1.2；K2—采空区遗煤容重，0.9t/m3；L—工作面长度，取118m；S—一次喷洒宽度，0.5m；h—采空区底板遗煤厚度，0.058m；A—吨煤吸药液量，1.6t/t；γ—阻化剂水溶液的容重，1.05t/m3。
经计算，V=5.63m3
3.3灌浆系统及方法
a.灌浆系统：在斜风井地面设集中灌浆站，通过注浆管道将泥浆输送至井下灌浆地点，为全矿井服务。
b.灌浆方法：灌浆方法采用随采随灌的预防性采后灌浆的方法。
c.灌浆材料：颗粒要小于2mm，而且细小颗粒要占大部分。主要物理性能指标：密度为2.4～2.8；塑性指数为9～11（亚粘土）；胶体混合物为25%～30%；含砂量为25%～30%；容易脱水和具有一定的稳定性。
d.灌浆所需土量：Qt1=KmLHC
式中：Qt1—灌浆所需土量，m3；m—煤层采高，1.88m；L—灌浆区走向长度，1200m；H—灌浆区的倾斜长度，127m；C—采煤回收率，80%；K—灌浆系数0.25。
经计算，Qt1=57302m3。
e.日灌浆所需土量：Qt2=KmlHC
式中：Qt2—日灌浆所需土量，m3/d；l—工作面日推进度，3.6m/d；G—矿井日产量，1568t；K、m、H、C—符号注释同上述公式。
经计算，Qt2=319m3/d。
f.日灌浆所需实际土量：Qt3=Qt2
式中：Qt3—日灌浆所需实际开采土量，m3/d；—取土系数，一般取=1.1。
经计算，Qt3=351m3/d。
g.每日制泥浆用水量：Qs1=Qt2
式中：Qs1—制备泥浆用水量，m3/d；—泥水比的倒数3，泥水比根据所要求的泥浆浓度选取。
经计算，Qs1=1053m3/d。
h.每日灌浆用水量：Qs2=KSQt2
式中：Qs2—灌浆用水量，m3/d；KS—用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，一般可取1.01～1.25；取1.2。
经计算，Qs2=1148m3/d。
i.每日灌浆量：Qj1=（Qt2+Qs1）×M=1235.52m3/d
式中：Qs1—日制浆用水量，m3/d；M—浆制成率，0.88；
j.每小时灌浆量：Qj2=Qj1/（n×t）=1035.52/（2×6）=86.29m3/h
式中：Qj2—每小时灌浆量，m3/d；n—每日灌浆班数，班/d，2班灌浆；t—每班纯灌浆时间，h/班，每班灌浆6h。
k.制浆工艺、灌浆管路
制浆工艺在矿井工业场地西南角建设喷浆泵站一座，内安装2台喷射泵（Q=15L/s，H=38m，N=11Kw）。附近建设一座（L15.0m×B9.0m×H3.0m）泥浆池，采用喷水制浆。泥浆依靠重力向井下灌浆，在井下选用注浆机（N=5.5kW）添加助凝剂后灌浆。
灌浆管路井下黄泥灌浆管路自成体系，采用常高压灌浆系统，从斜风井引入井下工作面。井下灌浆管道采用φ219×6无缝钢管、卡箍件连接。管道外壁做相应的防腐措施，连接方式为卡箍连接便于在回采工作面装配。
4、结束语
煤层自然火灾的防治是一项复杂的系统工程，当煤层具有自燃倾向时，各级管理人员必须在思想上要引起高度重视。井下煤自燃火灾的的扑灭用哪一种方法，关键取决于地面及井下条件，多种方案要经过技术、经济、安全三方面论证。同时，在现场防治过程中应抓住重点，做到早期预防、早期识别，把煤层自然发火消灭在初期阶段。
作者简介：
卞学文（1975），男，专科，新疆维吾尔自治区和布克赛尔蒙古自治县，助理工程师，现就职于徐矿集团新疆赛尔能源有限责任公司，主要从事采矿、安全生产管理等方面的工作。