煤矿井下消防、洒水设计与安装-行业资讯

煤矿井下消防、洒水设计与安装

发布时间:2008-7-24 18:35:49 来源：

荆炜烨1       张世和2

（1．南京金成建设顾问有限公司    2.中煤国际工程集团南京设计研究院）

摘要：煤矿井下消防、洒水设计必须适应井下作业特点，必须遵守井下各项安全规程。作者就井下消防给水系统（消火栓给水系统、自动喷水灭火装置、水喷雾隔火装置），井下洒水给水系统（各种喷雾防尘方式、风流净化水幕、煤壁注水、设施用水等），井下消防洒水水质，管道敷设与安装，实施井下消防洒水自动化等方面进行的介绍。对系统主要环节做了重点说明，给出了相应的设计参数、计算公式。

关键词：井下消火栓      井下自动喷水灭火     水喷雾隔火装置     喷雾降尘

       风流净化水幕    煤壁注水

井下消防、洒水是煤炭行业内部延续多年使用的专业术语，实际就是煤矿井下给水系统。主要内容有：消火栓给水系统、自动喷水灭火装置、井下防尘洒水系统以及各类设备用水等。五十余年来煤炭战线上广大技术人员不断吸取国内外先进经验和做法，形成了一套符合我国国情的井下消防、洒水的设计经验。现概述如下。

一、井下消防给水系统

井下消防给水系统是煤矿井下安全的重要保证，是必须要建立的。《煤炭工业矿井设计规范》规定，井下必须建立完善的井下消防给水系统。该规定是强制性的。井下消防给水系统由以下部分组成：水源及消防水池、井下输水管道、井下消防给水管网。

1、地面消防水池：在地面副井井口房附近必须建立专用的井下消防水池，水池有效容积按井下一次火灾的全部用水量计算，但最小不能小于200m3，地面消防水池如果与其他用途水池合建，必须保证水池中的井下消防容积不被它用。消防水池补水时间为48小时。当采用井下消防与井下洒水为合一管网时，井下消防水池与井下调节水池可以合建。

2、井下输水管道：主井井筒的井下输水管道，需按罐道梁的间距设活动支座，每隔100m需要设一个固定支座，固定支座需要单独设置管道梁，并把荷载引至井壁上。在固定支座之间设伸缩节。

3、消火栓给水系统：在井底车场、井下主要运输巷道，带式输送机斜井与平巷、上山与下山、采区运输巷与回风巷、采煤工作面运输巷与回风巷、掘进巷道等均应敷设井下消防洒水管道，并每隔100m设DN50支管阀门，阀门后加快速管接头。加快速管接头的目的是能够与消防水龙带对接。

为了能够迅速扑灭井下火灾，在井下重要部位需要设置消火栓箱。重要部位是：主井与副井井底车场连接处、采区上山口与下山口、带式输送机机头、机电硐室、检修硐室、材料库等。消火栓箱内存放DN50长25m防腐水龙带2条，DN13水枪1只，消火栓应设在井壁的壁龛内。不论是支管阀门还是消火栓箱都不要影响井下人员正常通行。

井下消火栓给水系统用水量标准为5～10L/s。一般按矿井生产能力来确定，矿井生产能力在0 .9Mt/a以下时，采用5L/s，矿井生产能力在1 .2～3 .0Mt/a时，采用7.5 L/s，矿井生产能力在4 .0Mt/a以上时，采用10.0 L/s，即中小型矿井采用下限值，大型矿井采用上限值。井下消火栓用水量标准除与矿井生产能力有关外，还与矿井的火灾危险程度有关，设计人员可依据矿井火灾危险程度在5～10L/s范围内调整。

当消火栓出口水量为2.5L/s，配DN13水枪与100m水龙带，产生10m密集水柱，要求消火栓出口压力为 0.3MPa。在计算消火栓出口压力时，一般选择在0.3～0.5MPa，火灾延续时间可按不小于6h计算。在布置消火栓时，应保证有两支水枪的充实水柱同时到达失火点。

4、井下自动喷水灭火系统：原煤炭工业部83年发文要求：在井下带式输送机必须安装烟感或温度连续监测装备，当发生火灾时，能自动灭火。88年原煤炭部又再一次提出这一要求，20余年过去了，由于种种原因这一基本政策未能得到很好落实。据了解，美国煤矿在井下设置各种灭火系统中，应用最广最多的就是自动喷水灭火装置。2005年版《煤炭工业矿井设计规范》规定：在带式输送机巷道易发生火点处，应设置由烟感或温感控制的自动喷水灭火装置。自动喷水灭火装置主要设置在带式输送机机头机尾巷道处，在带式输送机中间段与其它巷道可不考虑设置自动喷水灭火装置。

井下自动喷水灭火装置系统组成主要有：报警阀组、水流指示器、压力开关、末段试水装置、喷头以及各管段。喷头作用面积应覆盖被保护巷道全部面积，采用中温级喷头即可。

井下自动喷水灭火装置设计基本参数为：保护巷道长度14～18m，喷水强度：8L/min·m2，喷头出口压力0.1～0.2MPa，火灾延续时间不小于2h，这些规定目前还不是强制性的。

5、水喷雾隔火装置：水喷雾隔火装置主要设置在主井或斜井至井底车场连接处，即主井或斜井井底两侧。

井下与地面存在高差，一般在百米至千米之间，火灾时由于烟气影响，形成由温差而引起的负压，使井下火灾难以控制。一般通过水喷雾降低烟气温度，达到控制火势的目的。同时也可以隔断井上与井下之间的火灾联系。

水喷雾隔火装置一般要设置三层，层与层之间相隔3～5m。水喷雾隔火装置用水量可按喷头数量累加计算，工作时间为6h，最低喷头出口压力不应小于0.2MPa。

二、井下洒水系统

本系统除洒水系统以外，还包括其它用水。

防尘洒水是井下生产的主要环节，它不但可预防尘肺病发生，还可以防止因明火而引发瓦斯爆炸事故或煤尘爆炸。

国家严令规定：没有防尘供水管路的采掘工作面，不得生产。可见防尘洒水在煤矿生产中的重要性。

1、喷雾降尘

在井下煤仓放煤口、溜煤眼、翻车机、破碎机、运输机、转载点和卸煤点都要安装若干喷头。喷头前压力为0.3～0.5MPa，单个喷头出水量为0.03～0.08L/s，工作时间为10～12h。

炮采工作面供水点有：湿式煤电钻、爆破前冲洗煤壁、爆破时强喷雾降尘、出煤时洒水。单台湿式钻机用水量为0.08～0.10L/s，压力为0.15～0.3MPa，工作时间一般为8～10h。爆破时强喷雾装置要求单个喷头出水量为0.1～0.3L/s，压力为0.3～0.5MPa，工作时间为1～2h。有时0.5h就可以达到扑尘效果。冲洗煤壁用水量为0.3～0.5L/s，工作压力为0.2～0.4MPa，工作时间一般为1～2h。出煤洒水可借用煤壁冲洗水枪，工作时间为1～2h。

放顶煤时，在工作面放煤口处要设置强喷雾装置，要求单个喷头水量为0.1～0.15L/s，压力为1.0～2.0MPa，工作时间为4～8h。

掘进工作面供水点有：湿式凿岩机、爆破时强喷雾、装岩机洒水、爆破时冲洗井壁岩帮。其用水量、工作压力及工作时间可参照炮采工作面。

如果在掘进工作面使用煤巷或半煤巷掘进机时，其掘进机的用水量为1.3L/s，管道终端压力要求为0.1～0.5MPa，工作时间为8～10h，冲洗岩帮以及出煤防尘可参考前项。

2、井下风流净化水幕

井下巷道空气中存在着大量漂浮着的煤尘与岩尘，目前采取的净化手段主要是水喷雾。

风流净化水幕主要布置在采煤工作面的回风巷，掘进工作面装车点下风向20m处。风流净化水幕由若干喷头组成，在巷道横断面上形成一层水幕，一只喷头出水量为0.03～0.08L/s，压力为0.3～0.5MPa，工作时间为10～12h。

3、煤壁注水

在采煤之前向被采煤层注水，增加煤的含水率，这样在采煤过程中就会减少煤尘。当煤的含水率超过7％时煤尘就不会发生。

煤壁能否注水还取决于煤层的地质情况，这由主导专业决定。

煤壁注水一般由专用泵进行的，煤壁注水量可按吨煤20～35L计算，管道终端压力为0.1～0.5MPa，工作时间为8～16h。当管道终端压力达到注水压力的情况下，也可以用静水压力直接向煤壁注水。煤壁打孔使用的是湿式钻机，应向钻机供水。

4、冲洗巷道

在井下所有主要运输巷道、主要回风巷道、上山与下山和正在掘进的巷道都必须进行巷道冲洗，这些巷道一般都敷设有消防给水管道，可借用消防给水管道的支管阀门进行巷道冲洗。冲洗巷道时可使用DN50/DN25变径快速管接头，一端接消防给水管，一端接DN25软性水管。软性水管一端配有DN25小水枪，软性水管长度为50m。冲洗水量为0.4～0.6L/s，压力为0.3～0.5MPa，工作时间为6～8h。

5、锚喷工作面用水

在掘进工作面，有些巷道要紧跟锚喷作业，主要是在巷道壁安装锚杆与混凝土喷射。安装锚杆是通过锚杆打眼安装机进行的，是湿式作业，混凝土喷射前要冲洗岩帮，喷射时应向混凝土搅拌机供水。

冲洗岩帮用水量为0.3～0.5L/s，压力为0.2～0.4MPa，工作时间为1～2h；向混凝土搅拌机供水量为0.4～0.6L/s，压力为0.1MPa，工作时间为4～5h。

三、井下用水量、剩余水头等方面计算

1、地面消防水池有效容积计算

W=3.6（Qa×6+Qb×6+Qc×2）            m3

W:地面消防水池有效容积              m3

Qa:井下消火栓系统设计水量           L/s

Qb:井下水喷雾隔火装置计算用水量     L/s

Qc:井下自动喷水灭火装置计算用水量   L/s

2、消防水量计算

QS= Qa+Qb+Qc      L/s

3、洒水日用水量计算

Qh=3.6K∑n0g0T0                  m3/d

Qh:全日用水量         m3/d

K:系数   1.1～1.2

n0:单台喷雾装置数量或喷头数量。

g0:单台喷雾装置用水量或单个喷头用水量    L/s

T0:单台喷雾装置日工作小时数或喷头日工作小时数   h

4、洒水设计秒流量计算：

Qg=∑n0g0          L/s

n0:单台喷雾装置数量或单个喷头数量（只计入同一工作面中各设施中最大用水量者，同一工作面其它设施用水量可舍去不计）。

g0:单台喷雾装置用水量或单个喷头用水量    L/s

5、井下洒水调节储水量计算：

井下洒水调节储水量也应储存在地面水池中，一般与地面消防水池合建。洒水调节容量按洒水最大小时用水量2小时计算。

6、消防设施以及其它设施剩余水头计算：

H=H0-ZS                m

H:所处设施用水点出口段剩余水头     m

H0:静压时，地面消防水池池底水位与所处用水点垂直高度；动压时，工作泵出口处压力值     m

Zs:管道沿程水头损失与局部水头损失之和       m

四、井下消防洒水水质标准

井下消防洒水水质除考虑各点设施对水质要求外，还要考虑对环境卫生的影响。井下消防洒水水质标准如下：

序号

项目

标准

1

悬浮物含量

≤30mg/L

2

悬浮物粒径

＜0.3mm

3

PH值

6.5～8.5

4

总大肠菌群

每100ml水样中不得检出

5

粪大肠菌群

每100ml水样中不得检出

如有采煤机组冷却水时，其水的碳酸盐硬度不应超过300mg/l（碳酸钙计）

五、井下消防洒水管道敷设

井下消防洒水管道，宜采用消防与洒水合一的枝状管网，也可以通过联络巷组成局部环状管网。宜使管道水流方向与巷道中风流方向相一致。在井下消防洒水主干管上每隔500m左右安装一只检修阀。环状管网上也要安装若干阀门，供转换切断与检修用。从主干管上接出的支管，都要在支管上安装一只控制阀门。各类用水设施前、消火栓前、其它消防装置前都要安装阀门，供设施检修更换用。

井下消防洒水管一般选用无缝钢管，其管壁厚度按下式计算：

           mm

S=Sy+C                  mm

S:钢管的计算壁厚       mm

Sy:钢管承受内压力所需壁厚      mm

P：计算钢管内压力        MPa

Dn:钢管外径             mm

［δ］：管材在工作温度下额定许用应力      MPa

      普通钢为113 MPa，优质钢为133 MPa

φ:钢管焊缝系数。无缝钢管为1.0，焊接钢管为0.8

C:钢管偏差附加值为0.5～0.8mm，腐蚀裕度为1.0～1.5mm。C值为两项之和，其值为1.5～2.3mm

立井下井输水管宜采用套管式焊接或专用快装管接头。井下管网宜采用专用快装管接头或法兰盘。

井下管网宜采用托架或吊架固定，如选用吊架固定时，每隔50m加设一只托架，根据强度与刚度计算，托、吊架间距如下表：

序号

管径（mm）

间距（m）

序号

管径（mm）

间距（m）

1

D32×3.5

3.2

6

D108×4.0

7.6

2

D45×3.5

3.9

7

D133×4.5

8.8

3

D57×3.5

4.9

8

D159×4.5

9.8

4

D73×4.0

4.6

9

D219×6.0

9.9

5

D89×4.0

6.7

立井输水管的降压宜采用降压水箱或减压阀。各用水设施降压宜选择减压阀、减压孔板、节流管等。降压水箱设在立井壁龛内，在立井能否建造壁龛是由井壁岩性决定的。水箱有效容积一般为10min洒水流量。降压水箱应采用防腐材料，并留有检修空间。

管网升压可选用水泵，其工作泵与消防泵都要设置备用泵，局部升压时可采用管道泵，管道泵可直接与管道连接。

六、井下消防洒水管道防腐

管道、阀门、管件、支吊架等防腐预处理采用  ，底漆采用无机富锌底漆，防护涂料根据井下水酸、碱度而定，当为酸性水时或含盐量较高时采用氯化橡胶系列防腐涂料。当为中性至碱性水时，可采用无机富锌底漆。氯化橡胶系列防腐涂料可由其它橡胶类或乙烯类涂料代替。底漆的最小厚度为30～70um，漆膜总厚度应不小于200um。

七、井下消防洒水水源

井下消防洒水水源是矿井总水源的一部分，一般不单独建立。水源有以下几种类型：

1、矿井总水源直供；

2、处理后的井下排水；

3、在井下直接取用潜水。

最终采用何种水源由经济技术比较后确定。

井下消防用水与地面消防用水，从消防水池到消防给水管网都是分开的，其用水量应分开计算。

如采用巷道底板以下的承压潜水作为消防洒水水源时，一定要采取目前常用的安全成井方法，防止水害发生。

八、井下消防洒水自动化

井下消防洒水应进行自动化控制，将井下消防洒水动态情况传到地面，供值班员监控，使井下消防给水系统、洒水系统准确到位工作。一旦有火灾发生，消防给水系统能够自动切换、自动启动。监控人员及时掌握，领导可及时组织扑救。地面监控站应设在矿井调度室内。

井下消防洒水自动化应由以下各子项组成：

1、建立火灾自动报警系统：该系统应有手动和自动两种触发装置。

2、消火栓给水系统、自动喷水灭火系统、水喷雾隔火装置能在地面显示，并能控制。

3、地面消防水池能显示水位，能控制阀门。

4、在井下消防管网上设置若干压力传感器，并传到地面集中显示。

5、管道泵的就地控制。

6、喷雾洒水装置与设施联动。强喷雾装置与设施联动外，还能人工就地控制。风流净化水幕应做到时控与自控相兼。