浅谈注氮防灭火技术在综放工作面的应用

裴沟矿32051综采工作面注氮防灭火技术的应用郑煤集团公司总调度室秦功奇徐涛[摘要] 介绍了注氮防灭火的原理、方法，采空区“三带”的划分和确定，注氮方法及取得的良好效果。

[主题词] 防灭火技术注氮技术应用效果分析1、概况郑煤集团裴沟矿32051综放面剩余可采长度660米，倾斜长150米，平均煤厚9.5米，煤层自燃发火期为65天，发火等级不易自燃。

2005年8月工作面出水停产，无法向前推进（水量1500m3/h）,预计堵水需5—7个月。

虽然在堵水初期对工作面采取了一些防自燃发火的措施，但是在后来的施工过程中发现工作面中部支架附近温度升高，同时CO出现超标。

为了不影响堵水作业，在无法采取其它措施的情况下，选用了注氮防火的方法。

2、注氮防灭火2.1 注氮防灭火的原理氮气是一种无毒的不可燃气体，氮气注入井下采空区后具有：降低氧的浓度的作用，既可以迅速扑灭明火，又可以防止采空区遗煤自燃，还具有降温冷却的作用，兼具抑爆的效果。

使用注氮防灭火同时具有恢复工作量小，不损坏其它设备，不影响其它工作，成本低等优点。

注氮原理：制氮装置采用中空纤维膜分离制氮技术。

中空膜分离气体总过程分为溶解和扩散两步，即混合气体（空气）在膜的高压侧表面，以不同的溶解度溶于膜内，然后在膜底侧压力差的推动下，混合气体的分子以不同的速度向膜的低压侧扩散，渗透速度率较快的气体在膜透侧被富集，而渗透速度率相对较慢的气体则在滞留侧被富集，从而达到混合气体分离的目的。

2.2 注氮设备和工艺选择注氮设备选用DM-600型膜分离制氮机，采用这种设备具有井下移动灵活，运行可靠，操作方便，节省成本等特点，这种制氮机制氮效果好，氮气浓度可达到97％以上。

注氮方式有两种方法：①连续式；②间歇式。

采用那种方法取决于氮气在采空区的时间的长短，以及漏风和“三带”的情况。

根据32051工作面的现状：漏风渗透范围小，渗气性差，氮气在采空区中滞留的时间较长。

因此采用间歇式注氮。

综采放顶煤注氮防火0 引言目前国内综采放顶煤工艺存在一个关键性的问题，即工作面和采空区的防火问题。

根据国外经验，采用向采空区注氮气的方法是综采放顶煤工作面防火的主要技术措施之一。

下面笔者结合如何向综采工作面采空区注氮防火谈点经验，以供行探讨：1 综采放顶煤防火的特点1.1 采空区上部一旦发火难以接近不易处理，并且可随放顶煤向下滑落而蔓延。

1.2 采空区的“两道”自燃发火隐患突出。

综采放顶煤残留在采空区内的浮煤多；特别是靠“两道”侧及两放煤口间的三角煤丢失严重，丢煤也相对集中。

1.3 煤层开采厚度大，煤层生产能力高，又增加了放顶工序，工作面推进速度缓慢。

采空区浮煤与空气接触时间长，易于氧化积热自燃。

1.4 随着采高增加，采空区空间增大，顶板冒后堆积厚度高，且顶、底板丢煤，采用常规的灌浆方法难以处理。

1.5 瓦斯释放强度有所增加。

综采放顶煤由于上方煤体被整体破坏，瓦斯释放强度增大，并且瓦斯将伴随煤流由支架上方漏向工作面，通风效果不如普通综采。

2 采空区注氮防火的机理和作用2.1 消除瓦斯爆炸危险。

2.2 温度较低的氮气流入采空区，能对周围围岩和氧化发热的煤炭起到吸热和降低温度的作用。

2.3 使采空区呈现正压状态，致使新鲜空气难以流入采空区内。

2.4 采空区空气中氧含量减少，氮气含量增加，形成窒息性气体，达到阻止煤炭自燃的作用。

3 工作面概况II863工作面位于II86采区二阶段，上邻尚未开采的II861工作面，下邻II865工作面采空区，南以东大巷煤柱为界，北邻II861回风联巷。

工作面走向长692米；倾斜宽123米；倾角130；煤层厚度平均8.5米，自然发火期为1-3个月左右。

工作面采用综采放顶煤回采。

4 注氮系统设计4.1 注氮管路布置在II86运输上山上口新鲜风流中安装移动式制氮机，取其氮源。

将其生产出的氮气经敷设的管路直接输送到采空区。

敷设路线：II86运输上山→II863集中巷→II863机巷（见上附图）4.2 注氮量的确定如果采用吨煤耗氮量计算，按采空区注氮后氧含量降到 5.0%以下，II863这个工作面设计年生产能力为120万吨，月产10万吨，日产3300吨计算：Qh=■×（■-1）式中Qh———日耗氮量，m3/d；r———煤的密度，t/m3；n1———管路输氮效率60%；n2———工作面输氮效率，50%；A———II863工作面年生产能力，t；m1———氧的含量，21%；m2———氮的含量5%；t———每年工作日，300d则Qh=■×（■-1）=32820(m3/d)按日产3300t计算，吨煤耗氮量为Qd=■=■=9.9(m3/t)4.3 实践中如何选择制氮设备根据吨煤耗氮量的计算，选择煤炭科学研究总院抚顺分院制造的型号为MD-600井下移动式膜分离制氮机，该制氮机日产氮气33000m3(按20h计算)。

综采工作面注氮防灭火设计背景在煤矿开采中，火灾是一种常见的安全事故。

工作面作为生产煤矿中的重要部位，其火灾风险系数特别高。

在过去的实践中，采用水幕隔离、砂浆封闭、灭火剂喷洒等传统的防灭火方法已逐渐显得不够有效。

因此，在综采工作面注氮防灭火技术上的研究和应用具有非常重要的意义。

综采工作面注氮防灭火原理注氮防灭火技术采用氮气作为灭火介质，通过在综采工作面注入一定的氮气浓度来达到防灭火的效果。

其原理在于：1.氮气不会支持燃烧过程，可以使燃烧失去氧气而窒息，从而达到灭火的效果。

2.相比于其他灭火方法，如水幕隔离和砂浆封闭等，注氮防灭火技术适用于各种综采工作面类型，无需进行复杂的改造和封闭。

综采工作面注氮防灭火设计注氮防灭火技术与其他灭火技术不同，在注氮浓度、接口位置、综采工作面区域等方面均需要进行设计，以下是综采工作面注氮防灭火设计中需要注意的几个方面：1. 注氮浓度的确定注氮浓度是防灭火效果的重要因素。

一般情况下，注氮浓度的设计值为12%~15%。

需要根据实际情况和综采工作面的大小来进行确定，以保证注入的氮气充分覆盖整个工作面，达到有效的防灭火效果。

2. 注氮接口位置的确定注氮防灭火技术需要在综采工作面上设置合适的接口位置，以便将注入的氮气传送至工作面不同的位置。

一般情况下，注氮接口的设置要遵循以下原则：•覆盖面积要尽可能大，以便能够覆盖整个工作面；•接口的数量要足够，以确保氮气能够充分传送；3. 综采工作面区域的划分将综采工作面划分成若干个区域，适当设置注氮接口位置，可以提高注氮防灭火技术的效果。

因为不同的区域存在不同的火灾风险，对比较脆弱的区域应多设置注氮接口，以增强防灭火能力。

4. 监测和控制设计注氮防灭火技术需要进行监测和控制，以保证其在工作面内的作用。

监测和控制系统需要考虑以下几个方面：•注氮浓度的检测•注氮量的控制•氮气的供应和储备结论综采工作面注氮防灭火技术针对工作面自燃、皮带和马路局部烧毁、火烧通道、机电设备自燃等主要火源，具有防火能力强，操作简单、无需设备改造等优点。

综采工作面注氮防灭火设计姓名：XXX部门：XXX日期：XXX综采工作面注氮防灭火设计我矿23103工作面即将开始回采，工作面通风系统为材料巷进风，措施巷、皮带巷回风。

因采用综放工艺回采，其采空区遗煤较多、范围广、空间大，加之所采13#煤自燃倾向性等级为Ⅱ类，工作面防灭火工作十分重要。

参照煤炭科学研究总院沈阳研究院2010年5月编制的《斜沟煤矿主采煤层自然发火综合防治方案设计》及集团公司其他矿井防灭火经验，采用注氮防灭火措施的有效覆盖率较高、适应性较好，能有效的保证工作面回采期间防灭火安全。

为了防止输氮管路和采空区泄漏氮气造成人员伤害、保证注氮防灭火效果，特编制如下专项设计。

一、工作面概况1、采煤工作面位置：工作面位于21采区北翼，南邻21采区三条上山，北部、东部、西部均为实煤区，上部为8#煤的18107、18109采空区，平均层间距为46.29m。

2、工作面有关参数走向长度：2420.9m，煤层厚度为5.95-16.68m，平均13.8m。

平均采高：机采3.6m，放煤高度10.2m。

瓦斯等级：低瓦斯，容重：1.44t/m3。

煤层硬度：f=2～5，煤质牌号：气煤。

自燃倾向性：Ⅱ类自然，煤层倾角（度）：6.8°～10.7°，平均8.9°。

工作面倾斜长：214.34m。

一、注氮防灭火方案第 2 页共 16 页1、注氮防灭火措施的适应性和有效性分析氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体。

由于氮气分子结构稳定，其化学性质相对稳定，在常温、常压条件下氮气很难与其它物质发生化学反应，所以它是一种良好的惰性气体，随着空气中氮气含量的增加，氧气含量必然降低。

当氧气含量低到5～10％时，可抑制煤炭的氧化自燃；氧气含量降至3％以下时，可以完全抑制煤炭等可燃物的阴燃与复燃。

用氮气防灭火和阻止瓦斯爆炸的过程称为惰化，惰化后的火区因氧气不足而不能燃烧和爆炸。

氮气的防灭火作用，即是使采空区等有关区域惰化。

浅谈注氮防灭火技术在综放工作面的应用【摘要】综放工作面为高瓦斯、厚煤层、容易自燃工作面,煤层之常有火成岩侵入,容易发生火灾事故。

本文首先分析了综放工作面煤层自然发火的特点和综放工作面发火的危害,重点论述注氮防灭火技术在综放工作面的应用,注氮防灭火技术的应用,有效地控制了煤的自然发火,保证了煤矿的安全生产。

【关键词】工作面自然发火注氮防灭火工作面煤层发火特点造成综放工作面煤层自燃发火的原因是十分复杂的,煤层赋存条件和具体情况的不同,其发火的原因和特点也不是不同的。

本文通过总结的几个综放工作面防治煤层自燃的发火经验,得出综放工作面煤层自燃发火的特点:(1)工作面进度较慢。

一般来说由于综放工作面煤层比较厚,单位的进尺产煤量比较大,其综放工作面的产煤工序一般包括工采煤机割煤和放顶煤两道工序,而放煤量为割煤量的两倍。

所以,相对于普通的采煤工作面来说推进速度较慢,这样就无形中增加了煤炭的自然发火率。

(2)采空区的空间较大。

由于综放工作面煤层比较厚,提高采、放工序后,采空区的空间大,漏风空间大,漏风量大,从而增加了自然发火的可能性。

对于采煤工作面来说,漏风是造成煤炭自然发火的重要因素之一。

往往在通风系统混乱和漏风严重地区的煤炭易于发生自燃。

所以,正确选择通风系统和减少漏风,对于防止煤炭自然发火有重要的作用。

为了减少采空区或风区的漏风,还应该尽可能减少工作面进回风的负压差,以便减少漏风量。

(3)采空区遗留煤量较大。

综放工作面回采率相对于其他工作面的回采率来说,由于综放工作面的放煤过程是完全靠人为来控制,其放煤量的大小取决于放煤工技术水平的高低、工作经验的娴熟和责任心,尽管在综采工作面采取了一些有效的控制手段,但是还是不能进行完全的控制,因此说,综放工作面的回采率远远低于其它工作面,采空区遗失煤炭较多,而且,由于采空区残留较多的容易自燃的浮煤,在由供氧的条件下,发火点有集聚氧化热的环境,容易引起自燃。

由于综放工作面采取的空间较大,再加上遗失的大量的煤炭,要想在短时间内确定自然发火的位置有很大的难度,这也对预防和处理综放工作面采空区自然发火带来很大的困难。