探討注氮技術在煤礦采空區防滅火中的應用

馬　健（太原煤炭氣化（集團）有限責任公司，山西 太原 030024）

探討注氮技術在煤礦采空區防滅火中的應用

馬健
（太原煤炭氣化（集團）有限責任公司，山西 太原 030024）

近些年，我國社會經濟水平不斷高漲，經濟快速發展使工業建設大跨步邁進。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被公眾所關注。煤礦開采過程中對于采空區煤體自燃現象要格外重視，本文結合長溝煤礦一起煤炭自燃發火事故，討論了注氮技術在煤礦采空區防滅火中的應用。

煤礦開采；采空區；注氮技術；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。注氮防滅火技術是利用氮氣的化學惰性，防治采煤工作面采空區自然發火的有效方法之一。采空區自燃火災往往發生在頂板或冒落區內較高的位置，而采用注漿、噴灑阻化劑等常規防滅火手段，防滅火材料往往不能到達發火的區域，起不到有效的防滅火作用。由于氮氣比空氣輕，所以當氮氣注入采空區后，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，降低采空區的氧氣濃度，從而達到抑制采空區自然發火的目的。2011年，長溝煤礦發生了一起煤層自燃發火事故，經過三天的搶險救援和持續兩個月的治理，最終得到有效控制。從現場搶險到后續治理的情況來看，注氮防滅火技術的應用比較成功，在此次事故處理中發揮著關鍵的作用。

1 長溝煤礦采空區自燃發火事故概況

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，設計生產能力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。當日，井下工人在長溝煤礦15116工作面回風順槽排發現有煙霧，立即報告調度，經檢測，該工作面CH4濃度為0.02%，CO濃度為184ppm，溫度為11℃，分析認為15114、15116采煤工作面采空區內有煤層自燃現象。確認采空區自燃發火后，礦方隨即啟動事故應急救援預案，通知救護大隊和集團公司相關部門和領導，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、井下靜壓水管向發火區域注入氮氣，加速發火區氣體的惰化過程，降低溫度，同時對進、回風巷構筑兩道密閉堵漏，最終實現礦井的安全救險。

2 注氮技術在煤礦采空區防滅火中的應用

2.1 注氮防滅火操作相關要求。為了提高氮氣的利用率與注氮效果，控制采空區或發火區域的氣體指標，必須對回采工作面采空區、已封閉采空區及巷道火區采取相應的堵漏、均壓措施。輸氮管路須平、直、穩，設置三通閥門，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格檢查，不可隨意開、關。同時，制氮操作工人要認真負責，嚴格按要求操作，設備出現異常時必須及時匯報，嚴禁將氮氣濃度低于97%的空氣注入火區。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，關閉卸氣閥門，開始正式注氮。在注氮結束后，必須及時關閉通向采空區中的管路閘閥，以防止空氣串入采空區。

2.2 注氮促進采煤工作面封閉區氣體的惰化進程。15114火區在事故發生后進行封閉，封閉后一氧化碳、乙烯、乙炔、氣溫、水溫等指標符合啟封條件，但是氧氣一直維持在13%左右。為解決此問題，研究決定采用連續注氮的方式向15114火區注氮，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，用壓風管路和注漿管路對15114工作面連續注入氮氣，礦井封閉10日以內井下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的氣體惰化進程，之后15114采煤工作面的各項指標維持穩定一個月以上，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，持續不間斷地向采煤工作面的采空區注入氮氣。為了更好地惰化采煤工作面的封閉區和采空區實現多個通道注氮，進一步強化地表鉆孔的注氮強度，經地表鉆孔注入足量的通氮氣。按照束管監測得到的結果來看，持續兩個多月的注氮，該區域內的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，采煤工作面封閉區達到惰化狀態，可以對采煤工作面進行安全啟封。為了保持采空區的惰化狀態，繼續對采煤工作面采空區進行注氮處理。采煤工作面采空區外延10m范圍以內的O2含量小于10%，地表鉆孔內的CO氣體含量幾乎為零，工作面采空區也保持良好的惰化狀態，從地表鉆孔內探測出O2含量小于4%。

結語

長溝煤礦15114、15116采煤工作面防滅火治理應用注氮技術，有效實現了安全救險任務，在應對井下火災隱患方面起到了關鍵作用。從上文剖析長溝煤礦在采空區防滅火應用注氮技術的實踐中我們可以看到，采煤工作面采空區注入氮氣10個工日后，該區內O2含量急劇下降，CO含量明顯減少；持續注入氮氣一個月，該區內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在投入成本方面并不是很高，整個系統的運營費用較少，管理環節便捷，效果顯著，值得推廣。

[1]田兆君，王德明，任萬興.含氮氣三相泡沫在煤礦采空區防滅火機理研究[J].科技信息，2011（15）.

[2]時虎，袁興友，張永武，崔洪義.FR-1阻化泡沫材料的研發及在煤礦防滅火中的應用[J].煤礦現代化，2010（01）.

[3]徐精彩.興隆莊礦4322綜放面停采線火災治理[J].礦業安全與環保，2014（02）.

TD752

A