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煤矿井下消防、洒水设计探讨


  设计技术                              2009 年第 7 期   煤 炭 工 程

煤矿井下消防 、洒水设计探讨
刘  俊
(北京圆之翰煤炭工程设计有限责任公司 , 北京  100088)

1    概 述

井下消防 、洒水工程是现代化矿井建设中不可缺少的 一部分

, 它在井下外因火灾的灭火 、工作面和巷道的防尘 工作中起着无法替代的作用 。井下消防 、洒水是目前减轻 煤尘捆扰 , 保障工人健康的最佳技术选择 , 对防止井下煤 尘爆炸也至关重要 。从工程经济角度看 , 运用洒水除尘和 防灭火是最经济的 。 井下火灾一部分是采空区浮煤自然发火 , 另一部分是 因此井下火灾容易发生在高温 、高热区 、胶轮车高温连续 井下发生火灾时应组织 “ 先救人 , 后救灾 ” 。煤矿一定有矿 山救护队为其服务 , 井下消火栓与水龙带应与矿区救护队 装备相一致 。救护队灭火工作必须从火源进风侧进行 , 井 下灭火过程是水流从火源外围喷射 , 逐步逼向火源中心 ;

由于井下明火 、放炮 、电流短路 、摩擦等其他原因引起 。 运行 、电气设备附近及电缆短路 、胶带打滑积温的地方 。

同时必须有充足的风量和畅通的回风巷 , 防止水煤气爆炸 。 在《 煤矿井下消防 、洒水设计规范 》中 51413 条规定就是 为了防止和避免因烟气与供水的方向相反 , 使救护队人员 无法靠近着火区 , 造成灭火工作受阻 。矿山救护队配备的 高倍数泡沫灭火机用来控制变压器硐室火灾 。 工作面最大产尘点为机组割煤 , 其次为放煤口放煤和移动 液压支架产生的粉尘 。 在采掘过程中抑制煤尘的主要措施 为对回采工作面进行煤体预注水 , 使煤体均匀湿润 , 减少 煤尘生成 。煤体经预注水后 , 除尘率可达 60% ~80% 。采 煤机设内 、外喷雾洒水装置 , 随机组的工作进行喷雾降尘 ; 同时设计要求在工作面回风巷安装风流净化水幕来捕捉空 溜煤眼 、运输机转载点等易产生粉尘处 , 均设有洒水喷雾    收稿日期 : 2009 - 03 - 10

矿尘是在采掘生产过程中所产生的煤和岩的细微颗粒 。

矿尘对矿井生产及工人身体健康都有严重危害 。统计表明 ,

气中的细小飞尘 。 设计要求在井下各采掘工作面 、煤仓 、

   作者简介 : 刘   ( 1972 - ) , 男 , 辽宁桓仁人 , 工程硕士 、高级工程师 , 1994 年毕业于河北工程大学给水排水专业 , 俊 现在北京圆之翰煤炭工程设计有限责任公司从事设计研究工作 。研究方向 : 给水处理及节水技术 。

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     : 文章结合设计过程 , 从工程的安全性 、经济性 、稳定性出发 , 阐述了煤矿井下消 摘 要 防 、洒水设计的要点 。强调井下消防 、洒水水源选择上要贴近国家节能减排政策 , 水质要适合生 产技术要求 , 消防监测系统要符合井下实际情况 , 并提出需要改进的问题 。    关键词 : 井下火灾 ; 粉尘 ; 消防 ; 喷雾 +    中图分类号 : TD75 3    文献标识码 : B    文章编号 : 1671 - 0959 ( 2009 ) 07 2 0028 2 03
冲洗 。

降尘设施 , 以降低工人工作地点及巷道的空气中粉尘浓度 。 为降低煤尘对矿井的威胁 , 除采取降尘 、防尘措施外 , 要同时把矿井防爆工作做好 。对随风流飘浮于井巷之中的 煤尘采取必要的措施 , 如对聚积于井巷周边 的煤尘 定 期

2  设计要点

我国现代化矿井正朝着大型化 、集约化发展 , 笔者通

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过走访发现井下消防 、洒水管道的工作压力在 215M Pa及以 下 , 管网运行和日常维护量在现阶段是比较适中的 。设计 中多数采用从地面水池向井下静压供水 , 该方式最大好处 是不用核算水锤的影响 。本文将结合设计过程 , 从工程的 安全性 、经济性 、稳定性出发 , 讨论设计中应注意的几个 环节 。 针 。以煤矿井下胶带运输大巷为例 , 其火灾危险性较高 , 在危险治理方面主要从两方面进行工作 , 一是运输大巷内 设备装备采用难燃材料 , 如采用阻燃和抗静电胶带 , 阻燃 电缆等 ; 二是装备灭火设施 , 如自动喷水灭火装置 、消火 栓等 。
2) 井下消防 、洒水水源应充分利用经处理后的矿井井

1 ) 井下消防也遵循 “ 预防为主 , 防消结合 ”的工作方

下排水 , 同时考虑矿井生活饮用水作为备用水源 。井下消 防 、洒水水源的选择关键是供水安全性 , 其次在经济上符 合节能减排的要求 。
3 ) 井筒消防 、洒水管路敷设 : 消防 、洒水管道沿斜井

敷设时 , 往往敷设在架空乘人器的托梁上 , 给排水专业应 该给矿建专业提供消防 、洒水管规格和每延米重量 , 一起 协商管道在架空乘人器的托梁上的固定位置及方式 。井下 消防 、洒水管道沿副立井敷设时 , 往往依据梯子间主梁做 托架 , 同时会在井筒中设置减压阀组 , 给排水专业与矿建 专业一起协商管道在梯子间主梁外侧的设置位置及导向梁

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与主梁的空间关系和固定方式 。应该给矿建专业提供消防 、 洒水管规格和设置管座导向梁承受的重量 , 但托盘的选择 要由给排水专业进行仔细核算 。 下面以立井敷设的最常见的规格为 D159 × 的无缝钢 6 管为例 , 阐述立井中直 管座 的 设 计 验算 。行 业 标 准 图集 虑管内水流速度为 210m / s, 则流速水头不过 012mH2 O , 可 见 Pn = 25kgf/ cm2 直管座可以承受相当于 D159 × 的无缝 6 δ 钢管 195m (每延米钢管质量的计算公式为 W = 2416616 ( D 经计算 每 延 米 D159 ×6 的 无 缝 钢 管 自 重 22164kg) 。而 于 D159 × 的无缝钢管 312m。《煤矿井下消防 、洒水设计 6 规范 》规定 “ 立井中的管道应每个 100 ~150m 设一个承受 管道荷载的立管托座 。 ”在立管托座下面紧跟着往往设置一
= 25kgf/ cm 可以认为是安全的 。但是设置减压阀处的直管
2

座和井底马头门处的带座弯头所承受的荷载需要认真按 《 煤矿井下消防 、洒水设计规范 》中 81113 条 的条文说明 中所列公式进行承受核算 , 优化比选 。
4 ) 马头门处水喷雾隔火装置设置 : 水喷雾隔火装置动

作是为了降低火源辐射温度和隔断烟气负压 。以某煤矿马 头门处水喷雾隔火装置设计为例进行叙述 , 该煤矿马头门 处巷道的断面积为 12128m2 , 喷雾强度取 15L / ( m in ?m2 ) , 道喷头 , 每两道喷头间距 3m。每道喷头设五个水雾喷头 , 置的断面及管道系统示意见图 1。 统示意见图 2。 内靠近存放水龙带处设置消防报警按钮 。 其喷雾水量 Q GH = q ? s = 15 × 128 = 18412L /m in。设计三 12 井底车场消防 、洒水管道的工作压力为 118M Pa; 因此在水 喷雾隔火装置的防爆电磁阀前设置减压阀 , 采用串联减压 阀进行减压 , 减压比分别为 2 ∶和 3 ∶。设置水喷雾隔火装 1 1
6) 喷雾除尘系统设置 : 喷雾除尘系统要求与各自所在

个伸缩器 , 因此立井中仅仅负责承拖管道的直管座采用 Pn

胶带机的机头 、机尾处安装有自动喷水灭火装置及火灾监 控系统 。火灾监测传感器监测温度或一氧化碳浓度达到火 灾危险报警点时 , 监控系统发出断电信号 , 通过断电仪或 防爆开关等联动设备切断胶带输送机电机电源 , 经一定延 时后 , 监控系统发出灭火信号 , 雨淋控制阀上的电磁阀开 启导通泄水 , 雨淋阀动作 , 主水管路中的水经雨淋系统喷 水灭火 。灭火完成后 , 雨淋控制阀由人工复位停止喷水 。 在紧急情况下 , 人工按井下分站上的手动报警按钮报

警 , 井下分站即可驱动雨淋控制阀动作进行喷水灭火 。在 人工打开手动卸压阀的情况下 , 雨淋控制阀也可以动作进 行灭火 。 以煤矿井下运输巷胶带机机头处喷水灭火装置设置为

例进行表述 , 运输巷胶带机机头处巷道的宽为 510m , 喷水 强度取 8L / (m in?m2 ) , 作用巷道长度 14m , 其喷水量 Q PS 因此在雨淋控制阀前设置减压阀 , 减压比为 4 ∶。 1
= 8 × × = 560L /m in。喷头按工作压力按 012M Pa 计算 , 14 5

DN150 Pn = 25kgf/ cm 直管座可以承受 4112 t重量 。即便考
2

) 1000; 其中 D — -δ ÷ 管道外径 , mm; δ 管道壁厚 , mm。 —
2

DN150 Pn = 40kgf/ cm 直管座可以承受 71065 t重量 。即相当

图 1  断面图及供水系统图 (mm )

  5 ) 胶带机机头 、机尾处喷水灭火装置设置 : 井下大巷

设置在运输巷胶带机处喷水灭火装置的断面及管道系

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单个喷头喷水量为 3618L /m in。设计选取 ZST WB / SL - S225 位置的设备同步起停 , 设备带负荷运转时开启喷雾除尘系 统的防爆电动球阀开始喷水 ; 设备空转或停运时关闭防爆 电动球阀 。喷雾喷头的设置要注意避免水喷洒到胶带驱动 滚筒上 , 否则易造成胶带打滑 。 7 ) 巷道内消防 、洒水管路设计 : 井下巷道内消防 、洒 水管路设置要结合采矿专业通风系统图 , 作到供水与送风 方向相一致 。为保证远端采区消防 、洒水用水安全 , 巷道 内消防 、洒水主管道应保持 116M Pa左右的工作压力 , 各洒 水支管和消防设施用水支管应设减压装置 。井下用减压装 置常采用减压阀和减压孔板 , 笔者倾向于采用减压阀 。如 果采用减压孔板进行减压 , 设计计算并不复杂 , 但笔者认 为运行维护非常困难 。因为在井下不同管段 , 不同管径上 的减压孔板规格均不相同 , 且经过长时间的过流磨损 (水中 有悬浮物或含盐量高 )后 , 减压值将失真 。在消防上为了及 时灭火 , 在井底车场和采区上下山口处消火栓箱内和大巷
- 50 - 120 型 喷 头 , 其 流 量 特 性 系 数 为 : 2315; 喷 射 角

120 ° 按工作压力 013M Pa 计算 , 其喷水量为 4017L /m in。 ;

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图 2  断面图及供水系统图 (mm )

3  需要特别注意的问题
根据生产实践情况 , 井下消防 、洒水设计中应该考虑 如下几个问题 :
1 ) 井下消防 、洒水的水源选择上要尽量贴近国家节能

器。 ”煤矿井下的环境宜选择感温探测器 。另外在风流净化 水幕处则宜选择光电感应控制阀 , 因为每个井下人员均配 有矿灯 , 可以使光电感应控制阀迅速动作 , 作到人员进入 喷雾范围时停喷 , 人员通过后及时恢复喷雾 。可见井下需 要自动控制的消防 、洒水设施应该由给排水专业与电气专 业人员协商敲定 。
5) 井下火灾的监测应做到智能化 。监控系统与井下灭

减排政策 。根据 《 煤炭工业节能减排工作意见 》 (发改能 源 [ 2007 ] 1456 号文件 ) 的通知精神 , 第三十六条规定可 知“ 矿井水必须进行净化处理和综合利用 , 矿井生产 、生 活必须优先采用处理后的矿井水 ” 。矿井水是矿井在开采过 程中由于井巷穿越含水层时会产生的涌水 , 是可靠的但却 在开采过程中被污染了的地下水资源 。矿井水经过常规混 凝沉淀 +过滤处理后完全可以满足井下消防 、洒水水质要 求 。因此矿井水进行净化处理应该考虑作为井下消防 、洒 水及防火灌浆的供水水源 。
2) 关于井下消防 、洒水水池的设置 : 水池设置位置既

火系统联锁动作 , 形成有机整体 。按照 《煤矿安全规程 》 的要求 , 在井下重点防火部位 , 装备井下自动报警灭火系 统 , 对重点设备和设施进行火灾监测和防灭火控制 , 及时 发现并报告火情 , 控制火灾发展 , 尽早扑灭火灾 , 确保安 全 。火灾监测 、监控系统分为井下部分和井上部分 。井下 部分包括井下分站和灭火装置 。井下分站挂接的温度 、烟 雾 、气体等多种火灾探测器实现对井下重点防火区域的火 灾探测 、火灾危险性识别和对自动灭火系统 、水喷雾隔火 装置的控制 。井下分站在进行监控的同时 , 通过信号电缆 将传感器监测信号反馈到地面控制系统 , 地面控制中心软 件系统可以自动显示井下监控状态 。

要在高程上进行计算 , 来满足通过锁口盘的予留管道可以 自流进入井下 , 还要核算水位高差是否满足消防 、洒水出 流要求 ; 同时在容积上应达到 《煤矿安全规程 》和 《煤矿 井下消防 、洒水设计规范 》的要求 。设计中最好将井下消 防 、洒水水池的液位信号在矿调度中心的上位机上显示 。
3) 关注井下消防 、洒水的水质 : 井下生产中液压支架

4  设计建议
1) 矿井井下消防 、洒水管道在回风大巷中以巷道冲洗

的液压元件和阀门及采煤机组的冷却管道对其过流介质
(水 )的含盐量有要求 。因为矿井井下生产管道中水的状态

为主 , 考虑回风大巷火灾危险性相对较小 , 因此消火栓布 置间距可以适当加大 。
2 ) 井下换装硐室由于布置支撑吊车梁的柱子较多 , 布

与地面储水池不同 。水温会上升 , 水压升高会导致水中盐 类溶解平衡状态破坏 , 过饱和的盐类就会从水中析出而形 成沉淀 (即水垢 ) , 水垢以晶体形式存在 , 质地坚硬 , 出除 困难 , 进而影响生产 。设计时可以根据水质报告 , 在工作 面内采取软化装置或膜分离进行局部用水处理 。工程中多 采用将软化装置或膜分离装置安装在井下平板车上 , 由提 升机牵引随综采机组断断续续的移动 , 来服务于生产 。
4 ) 根据 《 火灾自动报警系统设计规范 》在 “ 有大量

置消防 、洒水主干管道困难 , 设计时应避免直接穿越 。
3) 现阶段各设计单位井下消防 、洒水设计的图纸样式

有相当大的区别 , 因此建议主管部门应主持编制一套标准 图 , 规范出图深度 。 参考文献 :
[ 1 ]  GB50383 - 2006. 煤矿井下消防 、洒水设计规范 [ S ]. [ 2 ]  GB50219 - 95. 水喷雾灭火系统设计规范 [ S ].

粉尘 、水雾滞留 ; 气流速度大于 5m / s; 还有相对湿度经常 大于 95%的场所不宜选择离子感烟探测器和光电感烟探测

(责任编辑   章新敏 )

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