氮氣防滅火技術在采空區自燃治理中的應用*

梁志明

(內蒙古同煤鄂爾多斯礦業投資有限公司)

1 火區概況

(1)煤層特征。煤層頂底板主要為粉砂巖，煤質為特低灰、特低硫等。煤層瓦斯含量為0.01～0.05 mL/g，屬于低瓦斯礦井，但隨著開采的進行，瓦斯含量不斷增加。該煤層著火點為294℃，具有自燃性。

(2)采空區特點。由于工作面初采期間回采率低，采空區含有較多的浮煤;工作面推進一段距離后，采空區側并未壓實，存在漏風現象。

(3)采空區粒度及空隙率分布。煤體粒度和空隙率主要受礦壓、地質構造等因素的影響，經測量，采空區粒度及空隙率詳見表1。

表1 采空區粒度及空隙率

2 氮氣防滅火原理

2.1 氮氣特性

煤的燃燒屬于氧化過程，是在氧氣充足的環境下進行的，若空氣中的氧氣達不到煤燃燒所需要的濃度，則煤不會出現燃燒現象［1］。因此，可通過向空區中注入惰性氣體，降低空氣中氧氣濃度，可實現防滅火的目的［2］。

煤礦防滅火最常用的惰性氣體為氮氣［3］，氮氣具有以下幾種特點:①無色無味，無毒無腐蝕;②不易自燃;③穩定性好(尤其是在震動、熱和電火花作用下);④氮氣制作簡單，經濟成本低;⑤基本上不會對環境造成污染［4］。

2.2 采空區三帶劃分

根據煤的自燃情況，采空區可劃分為三帶［5］(圖1):①不自燃帶;②自燃帶;③窒熄帶。這三帶的寬度主要由以下因素決定:①冒落巖石的壓實程度;②工作面長度;③工作面兩端的風壓差;④工作面的推進速度。若工作面的浮煤進入窒息帶時間較長，且超過煤的自燃發火期，則極易出現自燃現象。將氮氣通過一定的方式送到該區域，以排出該區域的氣體，使其處于一種低氧或無氧環境。……