注氮防灭火计算
防灭火注氮流量的计算
防灭火注氮流量的计算氮气防灭火技术已作为综采和综放工作面的主要防灭火措施，由于每个矿井的地质条件、煤层开采条件及外围因素各不相同，因此，确定防灭火注氮流量就成为一个比较剌手的问题。
从理论上讲，注氮流量越大，防灭火（特别是灭火）的效果就越好，反之就越差，甚至不起作用。
要使选用的制氮能力既能满足防灭火所需注氮流量的要求，又能充分体现经济技术上的合理性，根据我国应用氮气防灭火的经验，在设计时着重考虑以下几个指标。
⑴采空区防火惰化指标预防综放面采空区内煤炭自然发火，重点是将采空区氧化带进行惰化，使氧含量降到阻止煤炭氧化自燃的临界值以下，从而达到使氧化带内的煤炭处于不氧化或减缓氧化的状态。
按煤炭氧化自燃的观点，采空区气体组分中除氧气外，氮气、二氧化碳等均可视为惰性气体，对煤炭的氧化起抑制作用。
氧气是煤炭自燃的助燃剂，注氮后采空区氧化带内氧气浓度的高低反映出注氮效果的好坏，因此把氧含量临界值作为惰化指标是合理的。
根据国内外实验研究表明：当空气中氧含量降到7%—10%时煤就不易被氧化，我国煤矿安全规程也明确规定，注氮后采空区氧化带内氧含量应小于7%，因此煤矿安全规程将采空区防火惰化指标定为7%是合理的，并将其指标作为设计依据。
⑵火区惰化指标采空区或巷道一旦发生火灾，采用注氮方法灭火时，在注氮的初期注氮流量要大，这是因为：一方面要迅速将火区空间惰化，另一方面注入的氮气还要惰化漏进的新鲜风流。
火区惰化后，继续注入的氮气主要起惰化漏风的作用，注氮流量就相应减少。
国外如德国和法国，灭火注氮流量一般每分钟为几十至几百立方米，总耗氮量达数十到数百万立方米，若按此计算，我国煤矿自身的经济承收能力是难以满足的。
通常灭火注氮量可按封闭火区体积的3倍计算。
实验研究表明：气体成分中当氧含量低于5%时就能阻止煤炭的氧化和燃烧，为防止采空区内可燃气体因明火而发生爆炸，因此，煤矿安全规程将火区惰化指标定为以氧含量低于3%是合理的，并将其作为设计依据。
综采工作面注氮防灭火设计
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。
注氮防灭火实施方案
井下移动式防灭火注氮系统实施方案一、实施背景综采放顶煤开采方法是当今我公司15#煤层的主要采煤方法。
与分层开采相比较，不但可以大幅度提高采煤工作面的单产，而且还能降低吨煤掘进率和工作面的搬家次数，降低吨煤成本实现高产高效。
但从防治采空区自然发火的角度来看，由于综采放顶煤工序较多，推进速度相对较慢，回采率较低，采空区丢煤较多，漏风空间较大等，这些因素都明显增加了采空区自然发火的危险。
而综采放顶煤开采所形成的采空区空间体积较大，使得注粉煤灰浆、喷洒阻化剂等防灭火措施难以取得预期的效果。
二、目的和任务注氮防灭火技术是防治综放工作面采空区自然发火的有效方法之一。
由于氮气比空气轻，所以当氮气注入采空区后，不但可以向上浮动而且可以向四周扩散并充满整个采空区，降低采空区的氧气浓度，从而达到抑制采空区自然发火的目的。
三、实施方案依据采用注氮防灭火技术防治综放工作面采空区自然发火，首先要掌握采空区的“三带”分布状况，它对于选择合理的注氮防灭火工艺是至关重要的。
因此要求我们在实施注氮防灭火工作之前，首先要观测分析出综采放顶煤工作面开采区域的采空区“三带”分布规律，从而相应地做出注氮防灭火工艺设计，使氮气注入到采空区最容易自然发火的区域，并且形成合理的氮气惰化带，达到抑制采空区自然发火的目的。
3.1采空“三带”分布规律3.1.1、采空区“三带”概述对于非充填采空区的回采工作面来说，随着工作面向前推移，切顶线之后附近的采空区顶板逐渐开始垮落，在这一范围内形成比较松散的冒落区，因而漏风比较严重。
这一区域内的浮煤在氧气的作用下开始发生氧化反应，并释放出微量的热量。
但由于该区域漏风量较大，氧化所产生热量的绝大部分被风流带走，因此无法积聚，从而不能发生自然发火。
这一区域就是通常所说的“散热带”。
随着工作面的继续推移，这些松散的冒落区也逐渐被压实，其间的漏风通道减小，漏风量亦随之减小。
此时的漏风，一方面携带着足够的氧气供给浮煤，保证浮煤氧化的继续进行，另一方面适量的微风已不能过多地带走氧化所生成的热量。
氮气灭火
十一矿氮气防灭火设计平煤集团十一矿二○○一年十一月十三日1 前言为了使平顶山矿务局11矿的氮气防灭火技术安全可靠,投资省和防灭火成本低,特进行本设计。
本设行的依据为:a.煤层自然发火期:1～2月;b.每年自然发火征兆次数:3～4次;c.工作面产量:2875t/d;d.工作面长度:125m ;e.工作面数量;1;f.工作面回采高度:5.5 m;g.工作面推进度:3.6m/d;h.工作面距井筒距离:900～1900m .本设计的要点为:a.矿井氮气防灭火工艺系统为井下移动式;b.矿井制氮机为膜分离制氮机,其产量为400m3/h;c.矿井工作面采用间歇注氮防火,注氮方法为拖管注氮。
d.矿井工作面输氮管路和埋管的管径均为87 mm。
2 氮气防火的原理及特点空气中的氮气体积含量为78.1％，氮气比空气略轻，在标准状态下，１立方米氮气的质量为1～25kg 。
氮气在常温、常压下是无色、无味、无毒的不可燃气体，对振动、热、电火花等都是稳定的，无腐蚀作用，也不轻易与金属化合。
氮气防灭火的原理见下框图：氮气防灭火的特点为：a.氮气比空气略轻，可以充满封闭范围内的所有空间，特别有利于综放面采空区上部和巷道冒顶区的防灭火。
b.通过管道输送，不需用水，输送方便。
c. 灭火过程中不损坏井巷设备，使灾后恢复工作简单。
d.氮气本身无毒，使用安全。
e.使用方便，投入防灭火速度快，采空区有发火征兆，此时，只需开启阀门，便可迅速向采空区注入氮气。
f.灭火速度快，能迅速降低封闭区的氧气含量使火区窒熄。
g.目标注氮时，能迅速降低巷道冒顶区的CO含量，保证灭火人员的安全。
h.提高火区内气体压力，减少火区漏风。
i.封闭注氮时对火源的降温效果较差，因此氮气灭火后或者将火源点甩入采空区窒熄带，或者进入封闭区内（巷道火灾）直接降温。
3 选择合理的氮气防灭火系统目前，国内外的氮气防灭火系统种类较多，如果选择不当，不仅防灭火效果差，而且系统故障多，成本高，为此，按防灭火有效，经济合理的原则选择平顶山11矿氮气防灭火系统。
注氮方案及安全技术措施
采空区注氮方案及安全技术措施一、采空区注氮设计方案（一）、概况目前1101采空区密闭已全部封闭，密闭中间充填3米黄土，密闭顶部，密闭严格按照设计要求留设了观测孔、措施孔和反水池。
为了防止采空区遗煤自燃，现需向采空区注入氮气。
为确保此项工作安全顺利进行，特制定本设计方案。
（二）、成立采空区注氮领导小组组长：艾合买提.尕依提（总工程师）副组长：谭金安（通风副矿长）成员：倪建华（通风副总工程师）、（调度室主任）、（通风科科长）（机电科科长）、（通风科技术员）、其他成员职责：（总工程师）：组织开展并全面指挥此次注氮工作。
（通风副矿长）：协助总指挥负责注氮的具体指挥工作；当总指挥不在现场时，自动承担总指挥的一切职责。
（通风副总工程师）负责指导、监督落实此项工作，并保证此项工作安全顺利完成。
（调度室主任）：负责安排调度室监测监控人员实时关注注氮机所在地回风区域的气体变化情况。
（通风科科长）：负责组织实施注氮工作；协调通风科的对外联系。
（机电科科长）：负责注氮机安设、接电、使用和机电现场管理工作。
（通风科技术员）：负责编制、贯彻注氮安全技术措施；安排瓦检员盯防注氮过程中及注氮后分析采空区气体变化情况。
（三）、注氮气可靠性计算：1、注氮设备主要技术指标QTD200/97型氮气产量200m 3/h出口压力0.6Mpa氮气纯度≧97%2、输氮系统制氮车间→轨道上山→1101运输巷，均采用4寸无缝钢管。
注氮管路能否满足输氮气要求通过下式计算：P1﹣P2＝0.0056（Qmax/1000）*L ………………①式中：P1-管道始端的绝对压力MpaP2-管道末端的绝对压力MpaQmax-最大输氮量m 3/hL-管路当量长度 KmL 计算式为：L=∑o)i/(×5)/(λλDi Do ×Li ……………………………②式中：Do-----基准管径（Do=100mm ）阻力损失系数：oλ=0.026Li………………相同直径管路长度kmDi………………实际输氮管路内径mmiλ………………实际输氮管路直径的阻力损失系数Di=99mm iλ=0.0296将以上数据代入②计算：L=（100/95）5×(0.0296/0.026)×1.10=1.597km假设管路末端绝对压力0.2Mpa将以上数据代入①计算得：P1=0.0056（200/1000）2×1.597＋P2P1=0.204Mpa根据以上计算，从地面制氮机到1101采空区的输氮管路长度为1300米的情况下，管路初段压力只需0.204Mpa，便可将200m3/h的氮气输送到1101采空区内，末端的绝对压力还有0.2Mpa，因此制氮机氮气出口压力0.6Mpa完全满足要求。
《1902综采工作面采空区防灭火安全技术措施》 Microsoft Word 文档 2
1902综采工作面采空区防灭火安全技术措施我矿工作面生产方式采用的是综采开采，采空区遗留较少部分煤炭，为采空区内部遗煤自燃埋下了重大的安全隐患，为防止综采工作面采空区发生煤炭自燃，采用氮气防灭火及辅以阻化剂综合防灭火系统进行防灭火。
特制定安全技术措施如下：一、均压防火1、在综采工作面回风、运输顺槽设置调节墙，调节工作面两道进回风压差。
停采期间降低工作面风量，保持配风在800～1000 m3/min。
2、保持工作面上下出口净断面达原设计断面的95%以上，保持工作面两道材料设备码放整齐；在回风侧设置引风帘，增大回风隅角的风量，稀释并排除回风隅角有害气体。
每两天由测风员对综采工作面进行一次全面测风，摸清本采区区域通风压能分布情况，施行区域均压。
二、加强瓦斯检测1、工作面设专职瓦检员检查瓦斯。
瓦斯检查设点为：⑴ 工作面风流；⑵ 回风隅角；⑶ 后部溜子上、中、下三点及距工作面回风巷10m以外回风巷。
瓦检员3～4小时检查一次，检查情况及时通报看面人员及通风调度；当瓦斯超限时，必须按《煤矿安全规程》第136条、138条、139条规定处理，并立即汇报矿调度室；瓦检员现场交接班。
2、在工作面回风顺槽距工作面10m处及回风隅角安设瓦斯自动检测报警断电仪，连续监测回风流中瓦斯浓度，报警浓度为CH4≥1.0%，断电浓度CH4≥1.5%，复电浓度为CH4＜1.0%，断电范围为工作面及回风流中全部非本质安全型电气设备。
回风隅角还必须悬挂氧气、一氧化碳自动检测报警仪。
瓦斯自动检测报警断电仪、氧气、一氧化碳自动检测报警仪每七天必须校验一次，保证其正常工作。
3、加强工作面下隅角气体检查，对1902工作面束管进行每周不少于3次的巡检，检查束管是否有破口、断裂、堵塞等，束管管线吊挂是否平直；每天出具1份工作面采空区气体分析报告。
同时通过使用取气球胆采集工作面上隅角气样，与束管分析结果进行对比，监测人员每天必须按时、准确做好束管监测报表，并及时报送通风技术组以便及时掌握采空区的自燃发火状况。
采空区注氮、阻燃剂计算
2、矿井灭火所需的注氮流量己15.17-12081采面1、设计依据（1）煤层采高：4米（2）工作面长度：230m。
（3）工作面日推进度：2.4m。
（4）采区回采率： 95%。
（5）煤的容重： 1.4t/m3。
1）按工作面年产量计算此法计算的实质是在单位时间内注氮充满采煤所形成的空间，使氧气浓度降到防灭火惰化指标以下。
Q N =[A/(1440ptn1n2)]×(C1/C2－1)=[1020096/(1440×1.4×330×90%×75%)]×(20.8%/7%－1) =4.22m3/min式中：Q N—注氮流量，m3/min；A—取1020096t；t—年工作日，取330d；p—煤的密度，1.4t/m3；n1—管路输氮效率，取90%；n2—采空区注氮效率，取75%；C1—空气中的氧浓度，取20.8%；C2—采空区防火惰化指标，取7%。
2）按吨煤注氮量计算根据国内外的经验，每吨煤需5m3氮气量，可按下式计算注氮流量：Q N =5AK/330×60×24=5×1020096×95%/330×60×24=10.19m3/min式中：Q N—注氮流量，m3/min；A—年产量，取1020096t；K—工作面回采率，取95%。
3）按瓦斯涌出量计算Q N =Q c C/(10－C)=2400×0.2%/（10-0.2%）=0.48 m3/min式中：Q N—注氮流量，m3/min；Q c—工作面通风量，取2400m3/min；C—工作面回风流中的瓦斯浓度，取0.2%。
4）采空区抽放瓦斯量Q N =Q c(C1－C2)=0.078 m3/minQ N—抽放氮气量，m3/min；Q c—抽放量，取60m3/min；C1—注氮后抽放氮气浓度，78.98%；C2—注氮前抽放氮气浓度，78.85%。
注氮防灭火措施
注氮防灭火系统试运转安全技术措施一、工程概况为了有效抑制采空区遗煤自燃，做好采空区防灭火工作,公司在地面已建立了注氮车间，注氮设备已安装完毕，注氮管路已连接到位，注氮防灭火系统已经形成，即将进行试运转。
经公司专业会议研究决定，对采空区采取注氮措施，为确保注氮防灭火系统试运转期间的安全，并达到预期注氮效果，特编制本措施。
二、成立注氮领导组1.注氮领导组组长：杜斌副组周炳陶应刚王仲军吕孝军李拉庆长：崔学良年斌成员：朱茂林张海城陈明白艾李琪赵海杜文魁苏亮郭志峰张坚马明宇尹国成刘茂军候伟东寇亮纪翔尹志伟2. 领导组职责和分工⑴领导组负责注氮防灭火系统试运转期间安全工作的指挥协调，具体处理注氮防灭火系统试运转期间通风安全及注氮问题，并负责贯彻落实本措施。
⑵组长负责注氮防灭火系统试运转期间通风安全及注氮工作的统一指挥、全面协调。
⑶副组长负责注氮防灭火系统试运转期间通风安全及注氮工作可能出现的各种问题做好预处理准备，并及时采取措施，具体处理注氮防灭火系统试运转期间出现的各种问题并负责本措施的贯彻落实。
⑷成员负责注氮防灭火系统试运转工作中各分管专业和部门工作：a. 调度室负责注氮防灭火系统试运转期间矿井上下通讯及联络工作，保证通讯畅通；b. 通风科负责注氮防灭火系统试运转期间通风管理及一氧化碳、瓦斯、氧气的检查工作和综采工作面上隅角、下隅角挡风帘的吊挂；负责地面束管监测监控系统的操作及气样分析；c. 机电科负责注氮机的安全操作，根据氮气浓度适当调整注氮流量，负责注氮机的开关，保证注氮设备正常运转；d. 管路队负责巡查注氮管路完好情况，保证管路无漏气现象；e. 安全科负责注氮防灭火系统试运转期间安全管理及安全警戒和撤人。
三、注氮前的准备工作1. 注氮前首先检查注氮机、压风机等设备，保证各设备正常运转。
2. 调度室保证注氮期间通讯系统畅通，在注氮机房和综采工作面各安装一部电话，以便井下人员反馈信息。
3. 检查综采工作面上隅角挡风帘吊挂是否到位。
煤矿用氮气防灭火技术规范
煤矿用氮气防灭火技术规范2006年7月14日9:12:0本标准中对氮气来源方式作了原则规定，但供氮能力必须满足最大防火注氮流量的需要，这是氮气防灭火成功与否的关键。
注氮工艺和方法是本标准的核心内容，同时也是防灭火效果好与否的关键。
但由于煤矿条件复杂，各矿井、各工作面的条件都不一样，因此在应用时需合理选择使用。
均压、堵漏和火灾监测是注氮防灭火的配合措施，也是提高氮气防灭火效果的可靠保证，应因地制宜地选择与实施。
本标准是在总结实际经验的基础上，制定出来的首部《煤矿用氮气防灭火技术规范》，为今后更好地开展氮气防灭火技术提供全煤炭行业的统一的技术依据。
本标准是一个独立性标准。
本标准规定的技术内容均独立于其它标准之外而独立成体，独立执行。
本标准由煤炭工业部科技教育司提出。
本标准由煤炭工业部煤矿安全标准化技术委员会归口。
本标准由煤炭科学研究总院重庆分院起草。
本标准主要起草人：王长元、邵启胤、徐承林。
本标准委托煤炭科学研究总院重庆分院负责解释。
煤矿用氮气防灭火技术规范1 范围本标准规定了煤矿用氮气防灭火的氮气源设备、注氮防灭火工艺和方法及主要技术参数等。
本标准适用于具有煤炭自然发火而又有条件建立氮气防灭火系统的矿井。
2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
《煤矿安全规程》1992-12-22中华人民共和国能源部《矿井防灭火规范》（试行）1988-10中华人民共和国煤炭工业部制定3 定义本标准采用下列定义。
3.1注氮防灭火方法method of fire fighting by nitrogen injection将氮气通过管路输送到需要防灭火的区域，使之降低该区域内空气中的氧气浓度，达到阻止煤炭氧化或窒息火源。
3.2采空区三带three zones of gob工作面采空区沿走向方向，按其氧气浓度不同而划分的区域，即冷却带、氧化带、窒息带。
矿井注氮防灭火设计步骤
矿井注氮防灭火设计1、矿井现状资料分析2、矿井注氮量计算按采空区氧化带内的氧浓度计算()[]()1221-+⋅-=C C Q C C Q n V n式中：n Q 为注氮流量，m 3/min ；V Q 为采空区氧化带的漏风量，m 3/min ； 1C 为采空区氧化带内原始氧浓度，取11%；2C 为注氮防火惰化指标，防火取7%；n C 为注入氮气中的氮气纯度，取99%。
3、矿井制氮设备设置及选型4、矿井输氮管路系统布置（1）、管材选取：钢管（2）确定管路直径和供氮压力是否满足要求：供氮压力管路末端的绝对压力应不低于0.2MPa ，输氮管路直径应满足最大输氮流量和压力的要求，按下式计算21220502m ax 110000056.0⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=P L D D Q P i i i λλ式中：1P 为供氮压力，MPa ；m ax Q 为最大输氮流量，m 3/h ； 0D 为基准管径，150mm ； i D 为实际输氮管径，mm ；i λ为实际输氮管径的阻力损失系数，对于不同的钢管直径，则有如表1的关系；0λ为基准管径的阻力损失系数，0.026；i L 为管路的长度，Km ；2P 为管路末端的绝对压力，MPa 。
表1i D ( mm)70 80 100 150 200 250 300 400 i λ0.0320.0310.0290.0260.0240.0230.0220.020（3）输氮管路系统布置5、矿井注氮工艺及方法选择应包括注氮管埋设及释放口位置示意图。
6、矿井注氮安全措施及管理（1）注氮安全性())2121C C C C Q Q n n --+≥式中：n Q 为最大氮气泄漏量，m 3/min ；Q 为安全通风量，m 3/min ；1C 为工作面或巷道中原始氧浓度，取20.8%；2C 为工作面或巷道中安全氧浓度指标，取18.5%；n C 为泄漏氮气中的氮气纯度，取99%。
氮气防灭火设计
新疆恒力煤业有限责任公司沙湾煤矿氮气防灭火设计及安全技术措施新疆恒力煤业有限责任公司沙湾煤矿二零一二年八月五日氮气防灭火设计及安全技术措施一、氮气防灭火应用氮气防灭火技术防治矿井自燃火灾，是公认的行之有效的技术措施。
氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体，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。
据有关资料介绍：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。
基于上述氮气的性质及煤的氧化机理，向采空区及遗煤带注入氮气，使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰化带，可达到抑制采空区自燃，同时还能防止瓦斯爆炸事故的发生。
（一）氮气防灭火的作用和特点(1)氮气可以充满任何开形状的空间并将氧气排挤出去，使采空区深部及其顶板高冒处因氧气含量不足而使遗煤不能氧化自燃；(2)注氮过程中，采空区经常保持正压状态，致使新鲜空气难以漏入，有利于控制采空区遗煤自燃；(3)注入氮气后，可使采空区内和采空区周围介质的温度降低，起到冷却降温作用；(4)在瓦斯和火共存的爆炸危险区内注入氮气能抑制火区内可燃气体爆炸，提高灭火作业的安全性；(5)工艺简单，不污染环境；(6)氮气防灭火存在的主要问题是在矿井负压作用下，如果采空区漏风严重，则注入的氮气不易留存，易随漏风流向采面或邻近采空区；加上氮气本身虽然无毒，但具有窒息性，对人体有害，因此需与均压和其他堵漏风措施配合应用，使氮气泄露量控制在最低限度。
（二）注氮的要求(1)氮气源稳定可靠；(2)注入的氮气浓度不小于97%；(3)至少有一套专用的氮气输送管路及其附属安全设施；(4)有能连续不断地监测采空区气体成分变化的监测系统；(5)有固定或移动的温度观测站(点)和监测手段；(6)有专人定期进行监测、分析和整理有关记录，发现问题及时报告处理等规章制度。
注氮防灭火设计
2、考虑到井下移动注氮的便捷性、氮气的隔爆作用强、防灭火速度快及可靠性高，它特别适用于有煤尘爆炸危险和煤的自燃发火期较短的矿井。
（1) 氮气防灭火1）氮气防灭火技术的要求本矿氮气防灭火主要作用是对采空区进行预防性注氮，当采空区发生火灾时可进行灭火注氮。
2）设计依据本矿井煤层均属容易自燃煤层。
3）注氮工艺系统及设备①注氮系统由于本矿井田范围大，采用井下移动注氮系统。
②制氮装置选用MD-800型井下移动式膜分离制氮装置，功率290kW。
③注氮工艺埋管注氮：在工作面进风顺槽一侧沿采空区埋设一趟注氮管路。
当埋入一定深度后开始注氮，同时埋设第二趟注氮管路。
当第二趟注氮管口埋入采空区氧化带于冷却带的交界部位时开始向采空区注氮，同时停止第一趟管路注氮，并重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。
④注氮方式注氮方式从空间上分为开放式注氮和封闭式注氮；从时间上分为连续性注氮和间断性注氮。
工作面开采初期和停采撤架期间，或因遇地质破碎带、机电设备等原因造成工作面推进缓慢，宜采用连续性注氮；工作面正常回采期间，可采用间断性注氮。
⑤注氮量按吨煤注氮量计算Q N=5AK/330×60×24式中：Q N——注氮流量，m3/min；A——年产量，t；K——工作面回采率。
则：Q N=5×1200000×0.95/330×60×24=12m3/min⑥注氮堵漏凝胶堵漏剂（煤粉灰30%、水玻璃3%、铝酸钠1.5%、其余为水）。
⑦注氮气体监测采空区应同时预埋束管监测探头，在注氮管或支管分叉处必须设置观察点。
为了考察注氮的流向及分布，可借助施放SF6示踪气体加以检测。
4）安全管理①在注氮过程中，工作场所的氧浓度不得低于18.5％)，否则停止作业并撤除人员，同时降低注氮流量或停止注氮，或增大工作场所的通风量。
②制氮设备的管理人员和操作人员，须经理论培训和实际操作培训，考试合格，才能上岗。
矿井注氮防灭火管理制度
附件23矿井注氮防灭火管理制度为进一步加强注氮系统管理，提升矿井防灭火抗灾能力，特制定如下管理制度，要求各矿井严格执行。
一、总体要求1.开采容易自燃、自燃煤层的矿井要建设完善的注氮系统，必须至少配置2套制氮设备，保证一套使用，一套备用。
注氮系统建设前要编制针对性的注氮防灭火设计，地面固定注氮系统设计要经集团公司审查并批复，地面临时和井下移动注氮系统设计必须经区域公司（存量矿井由矿总工程师组织审查）审查批复。
注氮设计内容中要明确注氮方法、注氮方式、注氮地点、注氮量计算、注氮浓度、注氮时间、管路管径及材料，同时编制注氮防灭火安全技术措施（措施中有防止向注氮区域内漏风和氮气泄漏内容），并由矿总工程师组织相关部门进行会审。
2.采用氮气防灭火时，必须遵守下列规定：（1）氮气源稳定可靠。
（2）注入的氮气浓度不小于97%。
（3）至少有1套专用的氮气输送管路系统及其附属安全设施。
（4）有能连续监测采空区气体成分变化的监测系统。
（5）有固定或移动的温度观测站(点)和监测手段。
（6）有专人定期进行检测、分析和整理有关记录、发现问题及时报告处理等规章制度。
二、注氮机管理1.矿井要制定地面固定注氮站或井下移动注氮设备管理制度，各种管理制度装订成册，明确责任单位及责任人，原则上应由机电部门负责安装、管理、维护、保养，通风部门负责注氮量确定及监督检查。
2.地面注氮站和井下移动注氮设备的维护、保养、检修、管理严格按照集团公司大型设备相关规定执行。
3.地面注氮机同时应符合以下要求：（1）站内必须悬挂以下管理制度：①司机岗位责任制；②司机操作规程；③司机交接班制度；④巡回检查制度；⑤设备包机制度；⑥设备周期检修制度；⑦安全保护试验制度。
（2）站内必须有以下记录：①设备运行记录；②司机交接班记录；③领导上岗、查岗记录；④安全保护装置试验记录；⑤设备检查、检修记录；⑥故障处理记录；⑦来客来访进出入登记记录；⑧设备润滑记录；⑨注氮记录（氮气浓度、注氮流量、当班注氮量、累计注氮量、注氮时间、当班存在的问题）（3）注氮设备上必须安设有完好的监测压力、氮气流量、注氮浓度、注氮量的仪表，发现故障，及时更换。
防灭火系统(注浆、注氮相关计算)
一、注浆系统1、注浆量计算w c h 1 ()M HLNtGW Q δρ+= 式中：Q k —矿井灌浆量（m 3/h ）；n—同时灌浆工作面数；Q w —回采工作面灌浆量（m 3/h ）；G—工作面日产量，W—工作面灌浆宽度，均取100m ；h—灌浆材料覆盖厚度，均取0.15m ；δ—灰水比倒数，取3；M—浆液制成率，应取0.9；ρc —煤的密度，H—工作面总回采高度，L—工作面长度；N—灌浆添加剂防灭火效率因子，取1.0；t—灌浆时间，取8h/d 。
2、输桨管道临界直径的计算：根据《煤炭矿井设计防火规范》GB 51078-2015,按下式计算输桨管道临界直径:D 1=(0.9158×Q/3600×π)24/53(αλ/g 11/8)8/53[(ρs -ρ) ρm /(ρm -ρ) (ρs -ρm )Δ3ω]2/53 式中：D 1—临界直径（mm ）；Q -管道通过的流量α-固体颗粒的抑紊减阻系数，取0.9；λ-水的摩阻系数，取0.0237；g -重力加速度（m/s 2）ρs -灌浆材料真密度（粘土），取2.7t/m 3；ρ-水内的密度，t/m3；ρm-浆液的密度，1.182t/m3；Δ-注浆管道当量粗糙度，取0.000046（m）；ω-颗粒平均自由沉降速度，取0.005m/s；计算得：。
2、壁厚计算管道壁厚计算参照《煤矿井下消防洒水设计规范》GB 50383第8.1.2条的壁厚计算公式计算：δ≥δj+2.5，δj=Pdγ/2[σ]φ其中：2.5为考虑制造壁厚公差及腐蚀裕度的附加值，mm；δj——计算壁厚，δ—采用壁厚，d—管路内径，mm，主管取200，支管取100 [σ]为按优质钢，取133，P—最大计算压力，MPa，P=γ.H/1000,γ-泥浆密度，1.182t/m3，H-高差，m，主管取200，支管取125m。
经计算3、输浆管路总水头损失的计算：根据《煤炭矿井设计防火规范》GB 51078-2015,按下式计算输浆管路总水头损失H T:：H T=(1+KΞ) ×∑m=1（L j×i j）i=[αλv2ρm/2gDρ+K Jμs(ρm-ρ/ρs-ρ)( ρs-ρm//ρ) ω/v] ×10-2H T-输桨管道总水头损失（MPa）;KΞ-输桨管道局部阻力系数，取0.125；m-输桨管道长度。
采空区注氮、阻燃剂计算
2、矿井灭火所需的注氮流量己15.17-12081采面1、设计依据（1）煤层采高：4米（2）工作面长度：230m。
（3）工作面日推进度：2.4m。
（4）采区回采率： 95%。
（5）煤的容重： 1.4t/m3。
1）按工作面年产量计算此法计算的实质是在单位时间内注氮充满采煤所形成的空间，使氧气浓度降到防灭火惰化指标以下。
Q N =[A/(1440ptn1n2)]×(C1/C2－1)=[1020096/(1440×1.4×330×90%×75%)]×(20.8%/7%－1) =4.22m3/min式中：Q N—注氮流量，m3/min；A—取1020096t；t—年工作日，取330d；p—煤的密度，1.4t/m3；n1—管路输氮效率，取90%；n2—采空区注氮效率，取75%；C1—空气中的氧浓度，取20.8%；C2—采空区防火惰化指标，取7%。
2）按吨煤注氮量计算根据国内外的经验，每吨煤需5m3氮气量，可按下式计算注氮流量：Q N =5AK/330×60×24=5×1020096×95%/330×60×24=10.19m3/min式中：Q N—注氮流量，m3/min；A—年产量，取1020096t；K—工作面回采率，取95%。
3）按瓦斯涌出量计算Q N =Q c C/(10－C)=2400×0.2%/（10-0.2%）=0.48 m3/min式中：Q N—注氮流量，m3/min；Q c—工作面通风量，取2400m3/min；C—工作面回风流中的瓦斯浓度，取0.2%。
4）采空区抽放瓦斯量Q N =Q c(C1－C2)=0.078 m3/minQ N—抽放氮气量，m3/min；Q c—抽放量，取60m3/min；C1—注氮后抽放氮气浓度，78.98%；C2—注氮前抽放氮气浓度，78.85%。
氮气灭火系统设计
氮气灭火系统设计看看吧氮气防灭火概况：氮气防灭火现已有地面固定式、地面移动式和井下移动式变压吸附制氮装置和膜分离制氮装置，为我国煤矿安全生产发挥了重要作用。
2原则：1）对于自燃发火频繁，且火灾范围大的矿井，可根据地表与火区的距离远近采取地面固定式制氮装置，管道或者直接从地表打钻输送氮气的工艺系统；2）对于矿区范围大，火灾频繁，地表与井下工作面距离近的矿井，可采取地面移动式制氮装置，管道输送氮气的工艺系统；3）对于井田范围大，风井多，井口距离火区较远，且火区多而分散，输氮管路长的矿井，可采取井下移动式制氮装置的工艺系统。
3注氮工艺：1）注氮系统：地面固定式和地面移动式制氮设备生产的氮气，经井上下输氮管路送达采空区或火区。
该系统优点：制氮设备产氮能力大，灭火速度快。
缺点：需专门铺设一趟输氮管路。
井下移动式制氮设备安置于距需要防火或灭火区域的就近处，经供电、供水、管路连接，便可开机生产氮气，经输氮管将氮气送达防灭火区内。
该系统优点：不需铺设专用输氮管路。
缺点：制氮设备产氮能力较小。
2）注氮工艺根据矿井具体情况，可选择适当的注氮工艺看看吧A 埋管注氮DD在工作面进风侧沿采空区埋设一趟注氮管路。
当埋入一定深度后开始注氮，同时埋入第二趟注氮管路（注氮管口的移动步距通过考察确定。
）当第二趟注氮管口埋入采空区氧化带与冷却带的交界部位时向采空区注氮，同时停止第一趟管路注氮，并又重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。
B 拖管注氮DD在工作面进风侧沿采空区埋设一定长度（其值由考察确定）的厚型钢管作为注氮管，它的移动主要利用工作面的液压支架，或工作面输送机头、机尾，或工作面回风巷的回柱绞车牵引。
注氮管路随工作面的推进而移动，使其始终埋入采空区内的一定深度，C 钻孔注氮DD在地面向井下火灾或火灾隐患区域打钻孔，通过钻孔套管（全套管）将氮气注入防灭火区。
利用工作面消火道，或与工作面相邻的巷道，向采空区或火灾隐患区域打钻孔注氮。
B综采采空区注氮
八号井B51106综采工作面采空区注氮方案及安全技术措施为加强矿井B51106综采工作面防灭火管理工作，矿井计划在正常工作日对B51106综采工作面进行限量注氮，为了确保注氮期间的安全，特制定以下方案及安全技术措施。
一、注氮方案本工作面所开采的煤层属于易自燃煤层，采用开放式注氮为主，使用束管检测的综合防灭火技术。
氮气在空气中约占78％，是一种无色、无臭、无毒的气体，与同体积的空气重量比为0.97，比空气稍轻。
在标准大气压和绝对温度为273K时，气体的真空密度为1.25g/L。
空气中的氮气在常温下通过空气分离设备，即能分离出氮气。
氮气是不燃烧气体，也不助燃，溶水极微，性质稳定，不易与其它化学元素化合，无腐蚀作用，属于惰性气体。
由于氮的密度接近于空气的密度，因此，气体在采空区内能均匀地扩散，且不易被煤和岩石吸附。
二、氮气的防灭火原理氮气用于煤矿防灭火，主要有以下作用：(1)窒息作用在防灭火区域内注入氮气后，使该区域内气体氧的含量降低，增加了气体惰性化阻止了煤炭氧化。
对于火区，则因氧的含量不足而熄灭。
对于防火区域，则缩小了氧化带，扩大了窒熄带，有利地抑制了煤的氧化自燃。
(2)抑爆作用由于这种气体遇高温(火区)其成分不变，与可燃物质及可燃气体不产生化学反应，所以，注入氮气后冲淡了可燃气体与氧的含量，使其形成惰化气，从而使混合气体失去可爆性。
采用氮气防灭火不仅效果好，而且也较经济，具体有以下优点：(1)氮气是制氧过程中的另一产品，也可从空气中专门提取，因此来源方便，可供量大，单位产气成本比液态二氧化碳低。
(2)注氮后，氮气可以充满任何形状的有限燃烧空间和预防自燃空间，便于对煤矿采空区深部、高冒之处以及人们难以接近的地点进行防灭火。
(3)使火区气体惰性化，防止瓦斯和煤尘爆炸。
217-注氮技术在采空区防灭火中的应用
注氮技术在采空区防灭火中的应用肖雪峰(开滦林南仓矿业分公司,河北唐山064106)[摘 要] 采空区防灭火是煤矿井下防灾的一项重要课题。
林南仓矿曾在轻放工作面收尾期间出现过多次采空区自然发火,且自燃发展迅速,对矿井安全威胁较大。
采取了注氮防灭火技术,有效地防治了采空区自然发火。
介绍了注氮防灭火原理、设备选择、管路位置确定、注氮量确定及注氮时的注意事项。
[关键词] 注氮;防灭火;采空区;自然发火[中图分类号]T D 753.3[文献标识码]B [文章编号]1006-6225(2010)01-0097-02A p p l i c a t i o no f N i t r o g e nI n j e c t i o ni nG o bF i r e P r e v e n t i o na n dE x t i n g u i s h m e n t[收稿日期]2009-10-24[作者简介]肖雪峰(1974-),男,河北易县人,工程师,开滦林南仓矿业分公司生产副总。
随着矿井生产能力的提高,综采设备吨位的不断增加,工作面搬家倒面时间越来越长,特别是放顶煤工作面临近收尾时采空区遗煤多,且工作面通风路线短、风阻小、漏风量大,因此,收尾期间采空区防火问题显得尤为突出。
具体体现在:着火点的准确位置不易判断,采用注浆、注三相泡沫、注C O 2等传统灭火措施效果不明显。
如不能采取有效措施,很容易形成自然发火事故。
林南仓矿综放工作面在收尾期间,采用注氮技术防治采空区自然发火取得了良好的效果。
1 矿井概况林南仓矿设计生产能力为1.2M t /a ,主采煤层有11煤层,12煤层,各煤层自然发火等级均为Ⅱ级,自然发火期仅为2个多月。
矿井自1985年投产至今,工作面收尾期间曾经发生过8次采空区自然发火事故。
1227轻放工作面位于-400m 水平,开采12槽煤层西二小采区,工作面走向长285m ,倾斜长75m ,煤层倾角平均16°,煤层厚度4.8m ,采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤采煤法。
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¹静压输浆
静压输浆是利用制浆点与灌浆地点标高不同而产生的自然压差, 借助输浆管道( 或钻孔) 将泥浆输送到灌浆区, 最后通过钻孔或小石门的方式将泥浆分布在火区或采区内。
这是应用最广泛的一种输浆方式。
º动压输浆即利用泥浆泵向注浆区灌浆。
这种输浆方式受浆量和其他条件的限制, 一般只作处理局部地点或静压输浆的辅助方式使用。
2. 主要注浆参数
1、注浆量
采空区注浆量的确定, 目前国内普遍采
用的经验公式为:
Q = K ·m 拼· L · H · C ( 米s)
式中: Q一泥浆的固体材料体积( 米“) ;
K 一灌浆系数, 即所需泥浆材料体积
与采空区空间体积之比;
m一煤层采高( 米) ;
L 一灌浆区的走向长度( 米) ;
H 一灌浆区的倾斜长度( 米) ,
C一采区回采率( % ) 。
K 值对不同的矿井选值有所不同。
根据经验一般为3~ 5 %之间。
各地可因地制宜的选用。
2、土水比
泥浆土水比的确定相当重要, 因为它直接影响灌浆的质量和效果。
随着煤层倾角、注浆方式、处理对象、注浆季节( 冬, 夏) 、输浆倍线的不同对它应作相应的改变, 采空区注浆通常以1 : 4~ 1 : 6 为宜, 个别情况达1 : 8 。
但对老塘洒浆应使泥浆浓度加大, 一般为1: 3~ 1 : 4 左右。
3、输浆倍线
所谓输浆倍线系指泥浆在输浆管路内处于有压流动的情况下, 其输浆管路的总
式中: N —输浆倍线,
L —输浆管路的总长度( 米) ,
H —泥浆在有压输浆管路内流动时其入口与出口处之高差( 米) 。
输浆倍线根据泥浆浓度、输浆管径、输浆量的不同而确定。
过大和过小都不利。
过大, 泥浆容易在管路内沉淀; 过小, 容易爆管跑浆或损坏闸门。
一般N 为3~ 8 , 也有超过10 的, 应用时视具体情况而定。
3 .
¹采后注浆
a . 钻孔注浆法
一种是从地表直接打钻孔至所注浆的采空区, 利用该钻孔直接进行注浆。
这种方法只适用于距地表较浅而且地表打钻施工又较方便的采区或特殊需要的情况下。
一种是当工作面推进一定距离之后, 在井下通过消防火巷道或其他底板巷道向采空区打钻孔注浆, 如图1所示。
四、灌浆时应注意的问题
1. 预防堵管
为了防止灌浆时泥浆堵管, 除严格控制大颗粒( 大于2毫米) 进入输浆管路中外, 注浆前应先用清水冲洗输浆管路, 然后下浆。
灌浆结束后, 再用清水清洗, 以免泥浆在管内沉淀。
2 . 防止跑浆
灌浆期间要对管路接头及密闭附近的煤岩进行细致的检查, 避免跑浆。
当采用随采随灌的预防性灌浆方法时,如果管理不当则常常会出现泥浆漫溢工作面的情况。
为此, 灌浆地点应距工作面有一定的安全距离, 一般为15 一20 米。
也有的将工作面用木板作成挡浆隔板。
3. 观测水情
灌入采空区的水量和排出的水量均应详细的记录和计算。
如排出的水量很少, 则说明灌浆区内有泥浆水积聚, 这对于开采下分层或下部煤层具有一定的危险性。
只有灌浆区内积水全部排出才不会引起泥浆的溃决事故。
此外, 应注意从灌浆区中排出水的含泥量。
如果水中含泥量增多, 则说明在采空区内形成了
浆沟, 泥浆未均匀分布于采空区,而是直接从采空区流出, 这就大大地降低了灌浆效果。
为此, 可在泥
浆中适当增加砂子量, 用砂子填平水路, 可使泥浆的分布范围增大。
4 .设置滤浆密闭和排水道
在灌浆工作面的下部运输巷内应用滤水密闭将滤浆区与工作区分开。
泥浆水通过滤浆密闭流出而把泥砂
留在灌浆区内。
这样就能保证清水从水沟中顺利排出, 而不致发生泥浆在运输道内积聚而防碍运输和恶
化劳动条件。
滤浆密闭墙在不同的条件下可用不同种类的材料筑成。
在灌浆区运输巷内应尽量使“煤水
分家”。
为此有的设专门排水道或专门排水钻孔, 使水直接从工作面的后部流出而不进入运输巷道。
这样就避免了污染运煤巷
注氮系统有关参数注氮系统有关参数注氮系统有关参数注氮系统有关参数 32051工作面注氮主管路采
用无缝钢管,直径为100mm,管路长度360m.制氮机型号为DM-600型井下移动式膜分离制氮机。
系统参数：
氮气产量580m3/h，氮气出口压力≥0.9Mpa,氮气纯度为97.5%-98.5%。
1. 1. 1. 1. DM-600型膜分离制
氮机性能指标型膜分离制氮机性能指标型膜分离制氮机性能指标型膜分离制氮机性能指标：产气量：600m3/h 氮气浓度：≥97％ O2≤3% 氮气进口压力：≥0.8Mpa（可调）空压机功率：185Kw 额定工作电压：～660V 制氮机功率：24 Kw 额定工作电压：～660V 冷却水量：25m3/h 2. 注氮方式的选择注氮方式的选择注氮方式的选择注氮方式的选择：注氮方式有两种：
即连续式和间歇式。
采用那一种方式，取决于氮气在采空区滞留的时间等，根据裴沟矿32051工作面实
际现状，漏风所能渗透的范围较小，渗气性较差，氮气在采空区内滞留的时间相对较长，因此，我们在
注氮时采用了间歇式。
3.注氮孔布置注氮孔布置注氮孔布置注氮孔布置工作面通过气体观测孔向采空区注氮，管路编接从上
切口一趟4寸钢管上编接两趟高压管路，一趟变为Ф25mm高压管，每隔10米安一个三通接Ф13mm高压管
与观测孔连接；另一趟高压管为Ф38mm直接与下尾巷十寸观测孔连接，向采空区注氮。
4. 注氮口位置注氮口位置注氮口位置注氮口位置 A 注氮释放口的位置既要保证在"氧化带"范围内，
又要考虑氮气在采空区的扩散半径，要使氮气在采空区的有效扩散区域覆盖整个"氧化带"。
氮气扩散半
径取10m。
注氮区域为整个"氧化带"。
则：氮气释放口距采面的最小距离：Lmin=L0+Ln （1）式中：Lmin----注氮口距工作面的最小距离m L0----采空区散热带的宽度m Ln----氮气的扩散半径，m 氮气释放口距采面的最大距离： Lmax=L1-Ln （2）式中：Lmax----
注氮口距工作面的最大距离，m L1----采空区散热带与氧化带的宽度之和，m 根据我矿"三带"的划分，"散热带"取5m，"氧化带"取25m则：Lmin=15m Lmax=20 B 采空区每次间歇注氮所需最小量和时间：
采空区间歇注氮时，每次注氮必须将采空区氧化带的氧含量降到7%以下时，才能起到防火作用，每次注
氮的最少时间用公式（3）计算确定注氮量，原则是氮气充满整个需要惰化处理的区域，因此，按下式
计算注氮量： Q=K1×W×L×H×L2 （3） K1----注氮系数，一般取3；W----惰化带长度，取157m L----惰化带宽度，取25 H----惰化带高度（采放高度）取平
均值9.5m L2----松散系数，取0.5。
将以上数据代入⑶式得出Q=55932m3,制氮机流量为600m3/h，所以第一次注氮时间不得少于94小时。
以后，每次注氮开停时间根据所监测采空区相关参数而定。
5. 注氮系注氮系注氮系注氮系统管路布置统管路布置统管路布置统管路布置氮气从制氮机出口压出后，经32051上副巷→32051工作面→32051下尾巷10寸观测孔→32051采空区。