張澤

(開灤(集團(tuán))蔚州礦業(yè)公司興源礦,河北張家口　075700)

注氮防滅火技術(shù)在興源礦的應(yīng)用

張澤

(開灤(集團(tuán))蔚州礦業(yè)公司興源礦,河北張家口075700)

文章闡述了注氮技術(shù)的工作原理,并在6401綜采面進(jìn)行應(yīng)用,有效地對(duì)采空區(qū)自燃發(fā)火進(jìn)行了控制,保證了采煤工作面的安全生產(chǎn)和撤面。

注氮防滅火 應(yīng)用

1　礦井概況

興源礦屬瓦斯礦井，煤層為自然發(fā)火煤層，自然發(fā)火期3～6個(gè)月。2011年礦進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤，6401面為綜采首采面，該面走向長(zhǎng)度710米，傾向長(zhǎng)度100米，煤層傾角為3度，平均煤厚為3.08米，采高為2.6米。采用走向長(zhǎng)壁全部垮落法開采，軌道順槽進(jìn)風(fēng)，運(yùn)輸順槽回風(fēng)，進(jìn)風(fēng)量保持在560—700m3/m in。

2　采用注氮防滅火原因分析

由于興源礦初次上綜采，支架采用集團(tuán)公司其他礦已有支架，即為ZF4400-18/28支架，雖然滿足支護(hù)強(qiáng)度要求，但采高平均為2.6米，所以，只能留底煤開采，有時(shí)頂板破碎時(shí)，也留頂煤開采，當(dāng)采面遇到一些問題，推進(jìn)速度慢時(shí)，采空區(qū)容易發(fā)生自燃現(xiàn)象，同時(shí)，在工作面回采到位撤面時(shí)，采空區(qū)也容易發(fā)生自燃現(xiàn)象。

3　注氮防滅火方案

為防止工作面在推采不正常時(shí)、撤面過程中采空區(qū)發(fā)生自燃現(xiàn)象，礦采用了向采空區(qū)壓注氮?dú)膺M(jìn)行滅火，使采空區(qū)自燃隱患得以有效治理。

3.1制氮裝置及注氮管路系統(tǒng)

(1)礦井采用DM-1000礦用膜分離制氮裝置作為氮?dú)庠?，該制氮機(jī)主要技術(shù)指標(biāo):氮?dú)猱a(chǎn)量:1000m3/h，氮?dú)饧兌取?7%，O2≤3%，氮?dú)獬隹趬毫Α?.1—1.1MPa(可調(diào))，制氮裝置安裝在地面，通過管路到達(dá)采煤工作面。

(2)輸?shù)苈愤x擇:

①管路直徑的選擇:輸?shù)苈返闹睆綉?yīng)滿足最大輸?shù)髁亢蛪毫Φ囊螅凑障率接?jì)算出管路直徑:d=6.5L0.2Q0.37

式中:d---管路直徑，mm

L----管路輸送長(zhǎng)度，m，取2460米

Q----通過該管路的自由空氣量，m3/m in，本制氮機(jī)最大輸?shù)髁繛?000m3/h，即為16.7m3/m in

則:d=6.5L0.2Q0.37=6.5×24600.2×16.70.37=87.07mm

所以，該面注氮管路選擇管徑為四寸輸?shù)苈贰?/p>

②計(jì)算管路的壓力損失:一段管路壓力損失可按下式計(jì)算:

⊿P=1.15Q1.85×L×10-12/d5

式中:d---管路直徑， m，通過計(jì)算取0.1m

L----管路輸送長(zhǎng)度，m，取2460米

Q----通過該管路的自由空氣量，m3/m in，本制氮機(jī)最大輸?shù)髁繛?000m3/h，即為16.7m3/m in

則⊿P=1.15Q1.85×L×10-12/d5=0.052MPa

制氮裝置所能提供的壓力按最低0.8MPa計(jì)算，則到達(dá)工作面壓力為0.75MPa，滿足管路未端最低壓力0.2MPa的要求。綜上計(jì)算可知，所選管路直徑滿足注氮要求。

3.2供氮能力計(jì)算

按將采空區(qū)氧化帶內(nèi)的原始氧含量降到防火惰化指標(biāo)以下，其計(jì)算公式為:QN=KQ0(C1-C2)/(CN+C2-1)

式中:QN—供氮能力，m3/m in

K---備用系數(shù)，取1.2

Q0---采空區(qū)氧化帶內(nèi)漏風(fēng)量，m3/m in，一般取工作面供風(fēng)量1/ 60—1/100，該面與其他巷道無(wú)通道，所以取1/100，即為5.6m3/m in。

C1---采空區(qū)氧化帶內(nèi)平均氧濃度，一般取15%

C2---采空區(qū)惰化防火指標(biāo)，一般取7%

CN---注入氮?dú)饧兌?，一般?7%

經(jīng)計(jì)算工作面防滅火需要的供氮?dú)饽芰镃N=806.4m3/h，因此，DM-1000型煤礦用膜分離制氮裝置可滿足要求。

3.3注氮方式的選擇及管路的鋪設(shè)

(1)注氮方式有兩種:即開區(qū)注氮和閉區(qū)注氮。根據(jù)我礦6401工作面為首采面，漏風(fēng)所能滲透的范圍較小，滲氣性較差，氮?dú)庠诓煽諈^(qū)內(nèi)滯留的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，注氮時(shí)采用了開區(qū)間歇式注氮。

(2)采空區(qū)每次間歇注氮所需最小量和時(shí)間:采空區(qū)間歇注氮時(shí)，每次注氮必須將采空區(qū)氧化帶的氧含量降到7%以下時(shí)，才能起到防火作用，每次注氮的最少時(shí)間用下式計(jì)算確定注氮量:

Q=K×V×1.03

K----富余系數(shù)，一般取1.2;

V----待注地點(diǎn)的幾何體積，6401氧化帶寬度取最大100m，工作面長(zhǎng)度100米，采高為2.6米

1.03----膨脹系數(shù)

將以上數(shù)據(jù)代入上式得出Q=32136m3，制氮機(jī)流量為1000m3/ h，所以每次注氮時(shí)間不得少于32小時(shí)。

(3)注氮管路鋪設(shè):礦采用埋管式注氮工藝，氮?dú)忉尫趴谘毓ぷ髅孢M(jìn)風(fēng)巷設(shè)置在距工作面停采線以里25—30米、距巷道底板500mm處的采空區(qū)中，采用預(yù)埋管路和絞車拖移管路方式。輸?shù)苈吩谶M(jìn)風(fēng)順槽進(jìn)入采空區(qū)處設(shè)置壓力表、截止閥和三通閥門，每次注氮時(shí)，通過三通閥門進(jìn)行排空，經(jīng)檢測(cè)確認(rèn)氮?dú)饧兌瘸^97%后再向采空區(qū)灌注，并且在注氮期間每天利用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)取樣分析一次，一旦發(fā)現(xiàn)氮?dú)饧兌鹊陀?7%，應(yīng)停止注氮待處理好后再注。

3.4安全防護(hù)

氮?dú)怆m然無(wú)毒，但有窒息性，因此，注氮時(shí)對(duì)工作場(chǎng)所安全氧含量不得低于18.5%，對(duì)于正常通風(fēng)的工作面，工作場(chǎng)所的安全供風(fēng)量應(yīng)滿足下式要求:Q0≥QN(CN+C1-1)/(C1-C2)

式中:Q0---工作場(chǎng)所的安全供風(fēng)量，m3/m in

QN---最大氮?dú)庑孤┝?，m3/m in，按管路全部氮?dú)庑孤┝?，?6.7m3/m in

CN----泄漏氮?dú)獾募兌龋?，取97%

C1----工作面或巷道中的原始含氧量，%，取20.8%

C2----工作場(chǎng)所的安全氧含量指標(biāo)，%，取18.5%

在輸?shù)苈费赝净蚬ぷ髅?，假設(shè)所輸送的氮?dú)馊啃孤?，按工作?chǎng)所氧濃度不低于18.5%的要求計(jì)算，巷道安全風(fēng)量為129.24 m3/ m in，而6401工作面進(jìn)風(fēng)量為560m3/m in，滿足安全供風(fēng)量要求，同時(shí)，注氮期間，除在回風(fēng)隅角處設(shè)置氧氣傳感器適時(shí)檢測(cè)監(jiān)控外，每班安排瓦斯檢查員利用氧氣檢測(cè)管分別對(duì)工作面回風(fēng)隅角、回風(fēng)流等處氧氣進(jìn)行巡檢，確保整個(gè)工作面空間中氧氣濃度均不低于18%。

4　效果分析

由于推進(jìn)速度慢，2011年10月18日白班測(cè)得6401上隅角CO濃度為0.008%，連續(xù)不斷向6401采空區(qū)注氮，每天注氮?dú)?8h，連續(xù)注氮3天，共向采空區(qū)注54000m3/h，到10月21日中班測(cè)得CO濃度為0.0012%，以后連續(xù)監(jiān)測(cè)一周，基本穩(wěn)定。在6401推到停采線時(shí)，為防止自燃發(fā)火，礦又向采空區(qū)進(jìn)行了注氮，連續(xù)注氮3天，每天注氮?dú)?8h，有效預(yù)防了自燃的發(fā)生。

從6401采空區(qū)的采用注氮工藝情況看，注氮?dú)饽芗皶r(shí)消滅高溫火源，預(yù)防煤炭自燃，取得了顯著效果，保證了工作面的安全生產(chǎn)和撤面。同時(shí)，使用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)工藝簡(jiǎn)單，滅火迅速，節(jié)約材料及能源，經(jīng)濟(jì)可靠，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]袁亮.煤礦總工程師技術(shù)手冊(cè)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,201 0.

張澤(1970.1—),男,河北省張家口市蔚縣人,本科學(xué)歷,通風(fēng)安全工程師,安全副總從事一通三防工作23年。