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探討注氮技術(shù)在煤礦采空區(qū)防滅火中的應(yīng)用

馬健
（太原煤炭氣化（集團）有限責(zé)任公司，山西 太原 030024）

近些年，我國社會經(jīng)濟水平不斷高漲，經(jīng)濟快速發(fā)展使工業(yè)建設(shè)大跨步邁進。時至今日，煤炭仍是我國能源消耗的主體，煤礦開采一直以來都作為熱門行業(yè)被公眾所關(guān)注。煤礦開采過程中對于采空區(qū)煤體自燃現(xiàn)象要格外重視，本文結(jié)合長溝煤礦一起煤炭自燃發(fā)火事故，討論了注氮技術(shù)在煤礦采空區(qū)防滅火中的應(yīng)用。

煤礦開采；采空區(qū)；注氮技術(shù)；防滅火

氮氣通常狀況下是一種無色、無味、無毒的氣體，一般氮氣比空氣密度小，不自燃，也不參與燃燒。注氮防滅火技術(shù)是利用氮氣的化學(xué)惰性，防治采煤工作面采空區(qū)自然發(fā)火的有效方法之一。采空區(qū)自燃火災(zāi)往往發(fā)生在頂板或冒落區(qū)內(nèi)較高的位置，而采用注漿、噴灑阻化劑等常規(guī)防滅火手段，防滅火材料往往不能到達發(fā)火的區(qū)域，起不到有效的防滅火作用。由于氮氣比空氣輕，所以當(dāng)?shù)獨庾⑷氩煽諈^(qū)后，不但可以向上浮動而且可以向四周擴散并充滿整個采空區(qū)，降低采空區(qū)的氧氣濃度，從而達到抑制采空區(qū)自然發(fā)火的目的。2011年，長溝煤礦發(fā)生了一起煤層自燃發(fā)火事故，經(jīng)過三天的搶險救援和持續(xù)兩個月的治理，最終得到有效控制。從現(xiàn)場搶險到后續(xù)治理的情況來看，注氮防滅火技術(shù)的應(yīng)用比較成功，在此次事故處理中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。

1 長溝煤礦采空區(qū)自燃發(fā)火事故概況

長溝煤礦位于太原市東北部，井田面積10.5815km2，采用傾斜長壁式采煤方法，設(shè)計生產(chǎn)能力450kt/a，主要開采15號煤層，該煤層有煤塵爆炸危險性，煤吸氧量為0.8158cm3/g，自燃傾向性等級為Ⅲ級，屬不易自燃煤層。當(dāng)日，井下工人在長溝煤礦15116工作面回風(fēng)順槽排發(fā)現(xiàn)有煙霧，立即報告調(diào)度，經(jīng)檢測，該工作面CH4濃度為0.02%，CO濃度為184ppm，溫度為11℃，分析認(rèn)為15114、15116采煤工作面采空區(qū)內(nèi)有煤層自燃現(xiàn)象。確認(rèn)采空區(qū)自燃發(fā)火后，礦方隨即啟動事故應(yīng)急救援預(yù)案，通知救護大隊和集團公司相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)，成立搶險指揮部，開始進行事故救援。救援過程中，利用注氮泵站、通過注氮管路、鉆孔、井下靜壓水管向發(fā)火區(qū)域注入氮氣，加速發(fā)火區(qū)氣體的惰化過程，降低溫度，同時對進、回風(fēng)巷構(gòu)筑兩道密閉堵漏，最終實現(xiàn)礦井的安全救險。

2 注氮技術(shù)在煤礦采空區(qū)防滅火中的應(yīng)用

2.1 注氮防滅火操作相關(guān)要求。為了提高氮氣的利用率與注氮效果，控制采空區(qū)或發(fā)火區(qū)域的氣體指標(biāo)，必須對回采工作面采空區(qū)、已封閉采空區(qū)及巷道火區(qū)采取相應(yīng)的堵漏、均壓措施。輸?shù)苈讽毱?、直、穩(wěn)，設(shè)置三通閥門，加強軟管的管理和維護，杜絕漏氣、打死褶或被浮煤壓埋，管路分岔處及管路中的閥門要嚴(yán)格檢查，不可隨意開、關(guān)。同時，制氮操作工人要認(rèn)真負(fù)責(zé)，嚴(yán)格按要求操作，設(shè)備出現(xiàn)異常時必須及時匯報，嚴(yán)禁將氮氣濃度低于97%的空氣注入火區(qū)。開始注氮前，管路工先打開井下卸氣閥門，待氮氣濃度達到97%以上后，方可打開注氮點閥門，關(guān)閉卸氣閥門，開始正式注氮。在注氮結(jié)束后，必須及時關(guān)閉通向采空區(qū)中的管路閘閥，以防止空氣串入采空區(qū)。

2.2 注氮促進采煤工作面封閉區(qū)氣體的惰化進程。15114火區(qū)在事故發(fā)生后進行封閉，封閉后一氧化碳、乙烯、乙炔、氣溫、水溫等指標(biāo)符合啟封條件，但是氧氣一直維持在13%左右。為解決此問題，研究決定采用連續(xù)注氮的方式向15114火區(qū)注氮，并在15114密閉前對密閉幫頂進行混凝土噴注。15114采煤工作面在啟封之前，注氮能力為400m3/h，每日注氮量為9600m3/h，用壓風(fēng)管路和注漿管路對15114工作面連續(xù)注入氮氣，礦井封閉10日以內(nèi)井下O2含量驟降至5%，一個月后井下就形成了非常大的正壓，促進采煤工作面封閉區(qū)的氣體惰化進程，之后15114采煤工作面的各項指標(biāo)維持穩(wěn)定一個月以上，達到啟封條件。

2.3 地表鉆孔注氮擁有多條通道。15116采煤工作面縮封，持續(xù)不間斷地向采煤工作面的采空區(qū)注入氮氣。為了更好地惰化采煤工作面的封閉區(qū)和采空區(qū)實現(xiàn)多個通道注氮，進一步強化地表鉆孔的注氮強度，經(jīng)地表鉆孔注入足量的通氮氣。按照束管監(jiān)測得到的結(jié)果來看，持續(xù)兩個多月的注氮，該區(qū)域內(nèi)的CO、乙炔（C2H2）和乙烯（C2H4）等氣體含量微乎其微，O2含量低于5%，N2含量飆升，采煤工作面封閉區(qū)達到惰化狀態(tài)，可以對采煤工作面進行安全啟封。為了保持采空區(qū)的惰化狀態(tài)，繼續(xù)對采煤工作面采空區(qū)進行注氮處理。采煤工作面采空區(qū)外延10m范圍以內(nèi)的O2含量小于10%，地表鉆孔內(nèi)的CO氣體含量幾乎為零，工作面采空區(qū)也保持良好的惰化狀態(tài)，從地表鉆孔內(nèi)探測出O2含量小于4%。

結(jié)語

長溝煤礦15114、15116采煤工作面防滅火治理應(yīng)用注氮技術(shù)，有效實現(xiàn)了安全救險任務(wù)，在應(yīng)對井下火災(zāi)隱患方面起到了關(guān)鍵作用。從上文剖析長溝煤礦在采空區(qū)防滅火應(yīng)用注氮技術(shù)的實踐中我們可以看到，采煤工作面采空區(qū)注入氮氣10個工日后，該區(qū)內(nèi)O2含量急劇下降，CO含量明顯減少；持續(xù)注入氮氣一個月，該區(qū)內(nèi)O2、CO、含量幾乎為零，由此可見，防滅火效果很好。同時，我們也能感受到注氮系統(tǒng)在投入成本方面并不是很高，整個系統(tǒng)的運營費用較少，管理環(huán)節(jié)便捷，效果顯著，值得推廣。

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