趙高清

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦，山西興縣 033602）

注氮防滅火技術在特厚自燃煤層綜放工作面的研究與應用

趙高清

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦，山西興縣 033602）

通過理論計算，合理選取注氮設備、輸?shù)苈饭軓?，并根?jù)現(xiàn)場實際情況，優(yōu)化了氮氣釋放口位置、實現(xiàn)了24 h連續(xù)注氮，確定了綜放工作面日常防火注氮流量。

注氮；自燃煤層；綜放工作面；防滅火

放頂煤采煤法是開采厚煤層、特厚煤層的一種高產(chǎn)高效的開采方法，在我國應用廣泛。但由于其工藝特點，煤炭采出率比大采高綜采工藝低，采空區(qū)丟煤較多，如何有效防止采空區(qū)煤炭自燃是采用放頂煤采煤法必須考慮的嚴峻問題。注氮防滅火技術覆蓋率較高、適應性較好，能有效的保證工作面回采期間防滅火安全[1]。

1 注氮防滅火技術的理論依據(jù)

氮氣是一種無色、無味的氣體，由于其分子結構相對穩(wěn)定，是一種良好的惰性氣體。其防滅火作用和特點有以下三點：

1）采空區(qū)注入氮氣后，提高了采空區(qū)相對壓力，降低了進入采空區(qū)的漏風量，減少了采空區(qū)遺煤與空氣接觸而氧化發(fā)熱的機會；注入的氮氣在流經(jīng)采空區(qū)遺煤時，可以部分吸收其氧化所發(fā)出的熱量，抑制遺煤氧化升溫的速度、使遺煤的周圍介質降溫，最終因聚熱條件的破壞而延緩或終止遺煤的自燃。

3）采空區(qū)內的瓦斯、一氧化碳等氣體與氮氣混合后，隨著氮氣氣體濃度的增加，瓦斯、一氧化碳等氣體的爆炸下限升高、上限下降。當?shù)獨鉂舛冗_到一定值時，可消除采空區(qū)混合氣體的爆炸危險。

2 應用實例

2.1工作面概況

斜溝煤礦位于河東煤田北部的中南部，行政區(qū)劃隸屬于興縣魏家灘鎮(zhèn)和保德縣南河溝鎮(zhèn)管轄，井田南北長約22 km，東西寬約4.5 km，主采8號、13號煤層。

13號煤層位于太原組下部，上距8號煤層38.10～78.10 m，平均52.42 m；煤層厚度為5.95～16.68 m，平均13.88 m，含夾矸一般為0-3層，夾矸厚度一般為0.08～0.43 m，頂板巖性為砂質泥巖和泥巖，老頂為中粗粒砂巖，常見炭質泥巖偽頂；底板巖性為泥巖和砂質泥巖，有時為粉砂巖或泥灰?guī)r，普遍存在著炭質泥巖偽底；煤層傾角為6.8°～10.7°（平均8.9°），自燃傾向性等級為Ⅱ類；采用后退式走向長壁一次采全高采煤方法，綜采低位放頂煤工藝進行回采。工作面走向長度為2 420.9 m、傾斜長度為214.34 m，機采高度3.6 m，放煤高度10.2 m，采放比為1∶2.83。工作面采用U型通風方式（材料巷進風、皮帶巷回風），配風量為2 400 m3/min。

2.2 注氮設備和輸?shù)苈愤x取

1）供氮能力計算。注氮量是決定防滅火效果最重要的參數(shù)。根據(jù)《煤礦用氮氣防滅火技術規(guī)范》（MT/T701-1997）第7.1條的規(guī)定[2]，1個工作面的供氮能力可按下式計算：

式中：QN為供氮能力，m3/h；K為備用系數(shù)，取1.2；Q0為采空區(qū)氧化帶內漏風量，采取堵漏風、均壓通風等措施后，采空區(qū)氧化帶內的漏風量取6 m3/min；C1為采空區(qū)氧化帶內平均氧濃度，取15%；C2為采空區(qū)惰化防火指標，其值為煤自燃臨界氧濃度，取7%；CN為注入氮氣的氮氣濃度，取97%。計算得供氮能力QN=864 m3/h。

綜合分析并結合礦井實際情況，選擇制氮能力為1 000 m3/h的移動式膜分離制氮裝置。

消極面子是指個體擁有自主的權利，有行事的自由，行為不受他人強制或干預。消極不禮貌策略指的是說話人攻擊聽話人的消極面子時使用的不禮貌策略。

2）輸?shù)苈返倪x取。根據(jù)《煤礦用氮氣防滅火技術規(guī)范》第7.4.1條、7.4.2條的規(guī)定進行計算：

式中：P1為管路始端的絕對壓力，MPa；P2為管路末端的絕對壓力，MPa（此值不應低于0.2 MPa）；Qmax為最大輸?shù)髁?，m3/h；D0為基準管徑，150 mm；Di為實際輸?shù)軓?，mm；Li為相同直徑管路的長度，km；λ0為基準管徑的阻力損失系數(shù)，0.026；λi為實際輸?shù)軓降淖枇p失系數(shù)，對于不同的鋼管直徑，其阻力系數(shù)如表1所示。

根據(jù)下式計算輸?shù)苈返淖铋L輸?shù)嚯xL為：

式中：P1取0.8 MPa。

可計算得管徑為100 mm時，L=12.65 km，完全可滿足2 700 m（注氮硐室距工作面最遠距離）的輸?shù)蟆?/p>

2.3 注氮防滅火方式

1）氮氣釋放口的位置。通過束管監(jiān)測系統(tǒng)對采空區(qū)氣樣進行化驗分析，采空區(qū)氧化帶位置始終約在距工作面60～90 m范圍內，故確定氮氣釋放口應距在工作面50～100 m范圍內。氮氣釋放口位置，見圖1。

2）注氮方法。采用預先鋪設管路開放式注氮方式，連續(xù)注氮方法。沿材料巷向工作面鋪設2趟注氮管路，末端各設氮氣釋放口1個（錯距50 m）。隨工作面推進50 m后，第一趟注氮管路開始注氮，同時第二注氮管路開始埋入采空區(qū)；隨著工作面推進，當?shù)谝惶俗⒌苈仿袢氩煽諈^(qū)100 m時，第二條注氮管路埋入采空區(qū)100 m，此時通過閥門停止第一趟管路注氮、開始第二趟管路注氮，以此類推實現(xiàn)24 h連續(xù)注氮。

3 應用效果分析

通過對采空區(qū)“三帶”的動態(tài)變化規(guī)律及采空區(qū)氣體分布規(guī)律的實時觀測分析，確定氮氣釋放口在距工作面50～100 m范圍內；根據(jù)應用經(jīng)驗，600 m3/min可滿足工作面正?；夭善陂g注氮防滅火要求，并屬于注氮設備合理、穩(wěn)定的運行工況。該工作面采用注氮防滅火技術以來，從未發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火征兆，達到預期防滅火效果。同時，在注氮期間應采取以下幾項安全措施，以確保注氮安全、保證防滅火效果：

1）注氮設備司機要認真作好制氮裝置的運行記錄，每小時記錄一次制氮機的壓力和溫度、制氮裝置的出口氮氣壓力、流量和濃度等；發(fā)現(xiàn)氧氣濃度大于3%時，應及時停止注氮，查明原因，進行處理。

2）工作面必須建立完善的束管監(jiān)測系統(tǒng)，及時對采空區(qū)“三帶”分布、自然發(fā)火情況、注氮防滅火效果進行監(jiān)測分析；當監(jiān)測發(fā)現(xiàn)一氧化碳、乙烯等自然發(fā)火標志性氣體或工作面回采期間因遇地質構造推進速度、緩慢停滯不前時，則應加大采空區(qū)注氮量，同時配合采取均壓、堵漏措施，并加強自然發(fā)火預測預報。

3）注氮過程中工作面上下隅角需采取“均壓”或堵漏措施，減少采空區(qū)漏風；進入該范圍的作業(yè)人員必須隨身佩戴氧氣檢測儀器，避免缺氧發(fā)生人員窒息事故。

4）制氮機硐室應采取獨立通風，配風量應按氮氣全部泄露時硐室氧氣含量不小于18.5%和按AQ1056-2008機電硐室配風量綜合分析、選取大值，確保通風安全。

5）注氮管路離地高度保持1.5 m左右，鋪設應盡量減少拐彎，要求平、直、穩(wěn)，接頭不漏氣，刷黃色油漆；為便于及時檢測注氮的壓力、純度，輸?shù)苈访?00 m設置截止閥、觀測三通及壓力表，并編號管理。

[1]煤礦安全規(guī)程專家解讀編委會.《煤礦安全規(guī)程》專家解讀（2011年修訂版）[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社，2011.

[2]煤炭工業(yè)部煤礦安全標準化技術委員會.MT/T701-1997《煤礦用氮氣防滅火技術規(guī)范》[S].中國標準出版社，1997.

Nitrogen Injection to Prevent Fire on Fully-mechanized Mining Face of Extra-thick Spontaneous Combustion Seam

ZHAO Gaoqing
(Xiegou Mine,Jinxing Energy Co.,Ltd.,Shanxi Xishan Coal Electricity Group,Xingxian 033602,China)

Nitrogen injection equipment and pipeline diameter are selected by theoretical calculation. According to the field investigation,the nitrogen relief vent was optimized to realize 24-hour continuous nitrogen injection and to determine the daily parameter(flux)of the nitrogen injection for the fire control on fully-mechanized mining face.

nitrogen injection;spontaneous combustion coal seam;fully-mechanized mining face; fire prevention

TD75

A

1672-5050（2015）02-0082-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.026

（編輯：樊敏）

2015-01-26

趙高清(1977-)，男，山西平定人，大學本科，助理工程師，從事礦井通風工作。