矿井放顶煤工作面注氮防灭火技术研究

矿井放顶煤工作面注氮防灭火技术研究

作者：付京斌

来源：《科技创新导报》 2013年第24期

付京斌

(1.天津工业大学天津 300387；2.冀中能源峰峰集团河北邯郸 056107)

摘要：通过对放顶煤工作面注氮技术研究，优化了注氮技术参数，对注氮效果进行了测试分析，研究表明，采用注氮防灭火，可以很好地提高工作面自然发火防治效果，杜绝自燃事故

的发生。

关键词：矿井放顶煤工作面注氮防灭火

中图分类号:TD75+3 文献标识码：Ａ文章编号：1674-098X(2013)08(c)-0017-02

放顶煤工作面由于采空区留煤多，漏风严重，容易发生自然发火现象，为杜绝自然发火现

象的发生，通过采取合理控制推采速度，减少采空区遗煤、均压、注阻化剂和注浆等传统措施，防自燃工作取得了一定效果，但回采工作面CO没有杜绝，在工作面遇复杂地质推进速度慢、工作面频繁过采空区，工作面漏风大等特殊条件下，CO浓度增大趋势明显，个别工作面甚至发生

自燃事故。针对回采工作面自燃发火防治现状，采用注氮防灭火，提高了工作面自燃发火防治

效果，杜绝了自燃事故的发生。

1 采空区注氮防灭火原理

注氮防灭火是将氮气注入采空区之内，迅速降低采空区气体中氧气和可燃气体的含量，使

采空区气体惰性化，使其氧含量降低到7%以下，从而在采空区产生一个窒息性的环境，抑制煤

炭的氧化和燃烧过程，并且减少或排除瓦斯爆炸危险，达到防灭火的目的。

2 采空区注氮方案选择

2.1 制氮设备的选择

注氮机采用井下移动式碳分子筛变压吸附注氮机，选择额定制氮量1000 m3/h，氮气浓度

大于等于97%。制氮机安设地点应满足以下要求。

(1)巷道平、直而且支护良好（制氮机硐室需要约30 m的长度空间）；

(2)有独立的供水管路系统，水量能满足制氮装置的用水需求（若不加冷却水池时，供水量应不小于20 m3/h）；

(3)具有风量不小于150 m3/min的新鲜风流；

(4)设有独立的供电电源和馈电开关。

2.2 注氮管路选择

根据有关规定：从井下供氮时，除应采用钢管外，在满足输氮压力的情况下，可选用耐压

橡胶软管，但进入采空区或火区的管路必须采用钢管。输氮管路的直径应满足最大输氮流量和

压力的要求。在实践中，输氮管路一般选择50～l00 mm管径的钢管，由于注氮硐室距离注氮工作面距离较近，故预选直径70 mm钢管进行注氮，制氮装置所能提供的压力0.8 MPa，则在此

压力下的注氮主管的最长输氮距离为1.9 km，即能够满足工作面注氮防火的要求，工作面最长

输氮距离L=1.9 km，注氮管径选择为100 mm管路进行注氮，完全可满足正常注氮的要求。

2.3 氮气释放口的位置选择

注氮方法均采用进风巷埋管注氮，通过∮100 mm钢管沿工作面进风顺槽铺设，在工作面的

进风顺槽后埋入注氮管路，管口朝向采空区，管口进入氧化自燃带时，即可开始注氮。在进风

顺槽每隔30 m安装一处三通阀门，在每一处三通阀门处联接一根∮100 mm支管，长度24～25 m，随着工作面的推进，支管将进入采空区，摆木垛对三通阀门加以保护，等支管前头全部进入采空区后把三通阀门打开（见图1），向采空区注氮。

3 注氮防灭火技术注意事项

(1)正常注氮时，采空区的瓦斯比较均匀地涌出，而终止后再恢复注氮，上隅角的瓦斯可能出现波动，因此要特别注意检查上隅角的瓦斯。

(2)注氮期间，在工作面保持相应的通风量和合理调整埋管注氮口位置，以防止氮气泄漏到工作面。

(3)制氮机应由专人操作，操作要经常注意制氮机运行状态、各部位接头、管路的密封情况，发现异常及时处理。

(4)认真作好制氮装置的运行记录，每小时记录一次制氮压缩机的压力和温度及制氮机出口氮气压力、流量和浓度。

(5)设专人负责注氮管路的检查与维护，经常检查注氮主管与支管运行状态，发现有泄漏处，及时检修处理。当注氮主管或支管发生漏气时，要及时通知制氮机站，关闭制氮机，停止输氮。

(6)加强注氮区堵漏和防漏风技术措施。对注氮区加强堵漏，减少氮气的泄漏流失，是保证和提高氮气防灭火效果的重要配套措施。

4 注氮效果分析

采用了JSG6矿井火灾束管监测系统对井下的气体成分及浓度变化实现有效的实时监控，并对煤自燃灾害的发生发展进行分析预测。

为了掌握采空区及回风侧气体分布，判定采空区煤自然发火规律，沿着工作面切顶线方向

在采空区内布置4个测点，回风上隅角、回风流各布置1个测点，即每个循环共布置6个测点，每个测点内安设束管采样器、温度探头等。实际观测的主要内容有O2、N2、CO、CO2、CH4、H2、C2H4、C2H6、C2H2和温度T。

根据监测结果，从氧气浓度分布、标志气体分布及采空区温度分布等方面对正常回采的工

作面采空区气体分布规律进行分析。可以看出，注氮气前后CH4、CO、CO2和T等参数均发生了明显变化，注氮气后较传统注浆的回采工作面CH4平均值下降30%～34%，CO平均值下降

98.5%～99%，CO2平均值下降23%～24%，温度T平均值下降6.5%～7%，特别是工作面CO有了

大幅度降低，不仅有效地防止了工作面回采期间的自燃发火事故，而且也消除了煤炭自燃隐患，确保了矿井安全生产。

5 结语

通过对工作面采取注氮防灭火措施，从而有效的杜绝了工作面自燃发火隐患和发火事故发生，确保矿井安全生产，在有自燃危险的工作面回采期间防灭火具有广阔推广前景。

参考文献

[1]王省身,张国枢.矿井火灾防治[M].中国矿业大学出版社,1990.

[2]徐精彩.煤自燃危险区域判定理论[M].北京:煤炭工业出版社,2001.

[3]王德明.矿井火灾学[M].中国矿业大学出版社,2008.

[4]周心权,方裕章.矿井火灾防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,2002.

[5]夏孝明,颜士华.束管监测系统在综采放顶煤工作面“三带”观测中的应用[J].煤炭工程师,1996(4):46-48.