三带划分

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。

2.3 采空区自燃“三带”范围的确定及注氮孔的布置

2.3.1 对于采用“U”型通风系统的工作面来说，采空区按漏风的大小可以划分成三个带，见图1采空区自燃“三带”示意图。

图1 采空区自燃“三带”示意图

①散热带（L1）：靠近工作面的采空区冒落岩石处于自由堆积状态，空隙度大，漏风大，氧化生热小而散发热量多，不能自燃，通常宽度为5—20m。

②自燃带（L2）：其岩石的空隙度较小，漏风也小，蓄热条件较好，如果保持时间超过自燃发火期，就可以使遗煤自燃，其宽度大小为20—70m。

③窒息带（L3）：自燃带再向深处延伸便是窒息带。其离工作面较远，漏风小或无漏风，氧的浓度较低，不具备自燃条件。

2.3.2 注氮孔的确定

根据本矿的实际资料及相关单位的经验（平煤十一矿）:

散热带取：5m 氧化带取：25m 扩氧的扩散半径取：10m

则氧气的释放口距采面的最大距为：25+5-10=20m

注氮孔的间距为：10m

采空区注氮孔可以采用在工作面向采空区打眼或在瓦斯高抽巷做钻场打眼,打眼工具可采用平常用的煤电钻,打眼后及时插入细钢管以防塌孔。见图2高抽巷钻孔布置示意图。

图2 高抽巷钻孔布置图

2.4 注氮量和注氮时间的选取

工作面采用间歇注氮时，每次注氮必须将采空区的氧化带的氧气含量降到7％以下，才能达到防灭火的作用，可用公式：

Q=R1×W×L×H×L2来计算：

Q：注氮总量；

R1：注氮系数可取3；

W：惰化带长度（工作面斜长）：157；

L：惰化带宽度（采放高度）取其厚的平均值：9.5m；

L2：煤的松散系数取0.5；

即Q=2×157×20×9.5×0.5=44745m3

因注氮机的流量为600m3/h，因此第一次的注氮时间应不少于75小时，此后注氮时间由采空区的氧的浓度决定。

2.5 注氮中的注意事项

虽然氮气无毒，但可使人窒息死亡，因此，应加强现场管理，制定详细的作业规程，严格管理漏气，在注氮前用水泥、黄土对支架间及放煤窗口进行糊堵，同时用快速密闭材料对工作面煤墙架缝、上下尾巷等巷道进行快速密闭，以防止注氮过程中氮气泄露，注氮期间做到悬挂警示标志，每班派救护队员携带化学氧气瓶巡查，并将结果报总工程师。

注氮工和操作人员必须进行培训考核，合格后方可上岗，注氮时要有应急预案并做到人人熟知。

2.6 效果检验

可以利用工作面的注氮管（观察管）来检验注氮效果，经检验温度降到标准之下，CO浓度几乎为0，O2小于3％，达到了预期的目标。通过观测孔进行效果检验时，可以及时修正注氮参数。

3、结束语

通过工作面采空区注氮可以看出，采取此种方法进行防灭火，施工量少，对巷道及设备破坏少，效果明显，但在施工过程中应制订严格的操作规程，以防人员缺氧窒息。