注氮防滅火技術在興源礦的應用

張澤

(開灤(集團)蔚州礦業公司興源礦,河北張家口　075700)

注氮防滅火技術在興源礦的應用

張澤

(開灤(集團)蔚州礦業公司興源礦,河北張家口075700)

文章闡述了注氮技術的工作原理,并在6401綜采面進行應用,有效地對采空區自燃發火進行了控制,保證了采煤工作面的安全生產和撤面。

注氮防滅火 應用

1　礦井概況

興源礦屬瓦斯礦井，煤層為自然發火煤層，自然發火期3～6個月。2011年礦進行技術改造，實現綜合機械化采煤，6401面為綜采首采面，該面走向長度710米，傾向長度100米，煤層傾角為3度，平均煤厚為3.08米，采高為2.6米。采用走向長壁全部垮落法開采，軌道順槽進風，運輸順槽回風，進風量保持在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，支架采用集團公司其他礦已有支架，即為ZF4400-18/28支架，雖然滿足支護強度要求，但采高平均為2.6米，所以，只能留底煤開采，有時頂板破碎時，也留頂煤開采，當采面遇到一些問題，推進速度慢時，采空區容易發生自燃現象，同時，在工作面回采到位撤面時，采空區也容易發生自燃現象。

3　注氮防滅火方案

為防止工作面在推采不正常時、撤面過程中采空區發生自燃現象，礦采用了向采空區壓注氮氣進行滅火，使采空區自燃隱患得以有效治理。

3.1制氮裝置及注氮管路系統

(1)礦井采用DM-1000礦用膜分離制氮裝置作為氮氣源，該制氮機主要技術指標:氮氣產量:1000m3/h，氮氣純度≥97%，O2≤3%，氮氣出口壓力≥0.1—1.1MPa(可調)，制氮裝置安裝在地面，通過管路到達采煤工作面。

(2)輸氮管路選擇:

①管路直徑的選擇:輸氮管路的直徑應滿足最大輸氮流量和壓力的要求，按照下式計算出管路直徑:d=6.5L0.2Q0.37

式中:d---管路直徑，mm

L----管路輸送長度，m，取2460米

Q----通過該管路的自由空氣量，m3/m in，本制氮機最大輸氮流量為1000m3/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氮管路。

②計算管路的壓力損失:一段管路壓力損失可按下式計算:

⊿P=1.15Q1.85×L×10-12/d5

式中:d---管路直徑， m，通過計算取0.1m

L----管路輸送長度，m，取2460米

Q----通過該管路的自由空氣量，m3/m in，本制氮機最大輸氮流量為1000m3/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計算，則到達工作面壓力為0.75MPa，滿足管路未端最低壓力0.2MPa的要求。綜上計算可知，所選管路直徑滿足注氮要求。

3.2供氮能力計算

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

式中:QN—供氮能力，m3/m in

K---備用系數，取1.2

Q0---采空區氧化帶內漏風量，m3/m in，一般取工作面供風量1/ 60—1/100，該面與其他巷道無通道，所以取1/100，即為5.6m3/m in。

C1---采空區氧化帶內平均氧濃度，一般取15%

C2---采空區惰化防火指標，一般取7%

CN---注入氮氣純度，一般取97%

經計算工作面防滅火需要的供氮氣能力為CN=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

(1)注氮方式有兩種:即開區注氮和閉區注氮。根據我礦6401工作面為首采面，漏風所能滲透的范圍較小，滲氣性較差，氮氣在采空區內滯留的時間相對較長，注氮時采用了開區間歇式注氮。

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

Q=K×V×1.03

K----富余系數，一般取1.2;

V----待注地點的幾何體積，6401氧化帶寬度取最大100m，工作面長度100米，采高為2.6米

1.03----膨脹系數

將以上數據代入上式得出Q=32136m3，制氮機流量為1000m3/ h，所以每次注氮時間不得少于32小時。

(3)注氮管路鋪設:礦采用埋管式注氮工藝，氮氣釋放口沿工作面進風巷設置在距工作面停采線以里25—30米、距巷道底板500mm處的采空區中，采用預埋管路和絞車拖移管路方式。輸氮管路在進風順槽進入采空區處設置壓力表、截止閥和三通閥門，每次注氮時，通過三通閥門進行排空，經檢測確認氮氣純度超過97%后再向采空區灌注，并且在注氮期間每天利用束管監測系統對采空區取樣分析一次，一旦發現氮氣純度低于97%，應停止注氮待處理好后再注。

3.4安全防護

氮氣雖然無毒，但有窒息性，因此，注氮時對工作場所安全氧含量不得低于18.5%，對于正常通風的工作面，工作場所的安全供風量應滿足下式要求:Q0≥QN(CN+C1-1)/(C1-C2)

式中:Q0---工作場所的安全供風量，m3/m in

QN---最大氮氣泄漏量，m3/m in，按管路全部氮氣泄漏量，取16.7m3/m in

CN----泄漏氮氣的純度，%，取97%

C1----工作面或巷道中的原始含氧量，%，取20.8%

C2----工作場所的安全氧含量指標，%，取18.5%

在輸氮管路沿途或工作面，假設所輸送的氮氣全部泄漏，按工作場所氧濃度不低于18.5%的要求計算，巷道安全風量為129.24 m3/ m in，而6401工作面進風量為560m3/m in，滿足安全供風量要求，同時，注氮期間，除在回風隅角處設置氧氣傳感器適時檢測監控外，每班安排瓦斯檢查員利用氧氣檢測管分別對工作面回風隅角、回風流等處氧氣進行巡檢，確保整個工作面空間中氧氣濃度均不低于18%。

4　效果分析

由于推進速度慢，2011年10月18日白班測得6401上隅角CO濃度為0.008%，連續不斷向6401采空區注氮，每天注氮氣18h，連續注氮3天，共向采空區注54000m3/h，到10月21日中班測得CO濃度為0.0012%，以后連續監測一周，基本穩定。在6401推到停采線時，為防止自燃發火，礦又向采空區進行了注氮，連續注氮3天，每天注氮氣18h，有效預防了自燃的發生。

從6401采空區的采用注氮工藝情況看，注氮氣能及時消滅高溫火源，預防煤炭自燃，取得了顯著效果，保證了工作面的安全生產和撤面。同時，使用氮氣防滅火技術工藝簡單，滅火迅速，節約材料及能源，經濟可靠，具有良好的經濟效益和社會效益。

[1]袁亮.煤礦總工程師技術手冊[M].北京:煤炭工業出版社,201 0.

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