钻孔注氮防灭火技术在煤矿中的实践探究

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1、钻孔注氮防灭火技术在煤矿中的实践探究　　摘要：为了保证煤矿生产的安全，有必要全面防范与控制采空区煤体自燃的现象。本文充分结合平煤十二矿项目中斜井-立井混合开拓的煤矿井田，介绍了注氮防灭火技术的基本原理。通过注氮设备、技术指标与钻孔设计的分析，说明了在煤矿生产与实践过程中注氮防灭火技术的工艺要求。文章指出氮气的稳定性给防灭火技术提供了强大的支持，将氮气用于煤矿防灭火可以到达良好的防爆炸、窒熄以及降温冷却的效果，是煤矿井田安全生产的重要保障。文章对于推行氮防灭火技术以及指导煤矿技术操作具有一定的积极作用。　

2、　关键词：注氮；防灭火技术；煤矿井田；基本原理；技术指标；钻孔设计；工艺要求；效果　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.015　　0引言　　矿井中最为常见的灾害之一当属火灾，矿井火灾将直接威胁相关工程项目的安全生产，是造成资源破坏、经济损失以及人员伤亡的重要因素之一。目前，在矿井生产中发生的火灾大部分是因矿井自身原因引起的，特别是采空区遗煤以及松散煤柱自燃已经成为了发生矿井火灾的主要原因之一。对于这类现象，如果不采取适当的措施进行及时治理，不仅会造成煤炭资源的大

3、量浪费，还会严重阻碍我国煤矿的安全、高效生产。尽管对于煤矿火灾的预防已经积累一定的经验，也存在一定的处理办法，但是对于易自燃煤层还达不到理想的防治效果。因此，有必要引入防灭火技术以避免煤层自燃。本文将对钻孔注氮防灭火技术在煤矿中的应用作具体的介绍。　　1矿井及工作面概况　　平煤十二矿主要涉及到斜井-立井混合开拓的煤矿井田，主采北三采区12#、16#煤层。该煤矿井田属于瓦斯矿井，共有4个井筒，其每分钟瓦斯绝对涌出量为5.49立方米。12#、16#煤层都属于II类自燃煤层，其自然发火期最短分别为59天、63

4、天。　　2注氮防灭火技术的实践　　2.1注氮防灭火技术的机理　　在一般环境中，氮气性质通常相对稳定，标准大气压下，其基本上不会和任何化学元素发生反应。氮气密度与空气接近，可以比较匀称在采空区扩散，其不具有燃烧性，也不能助燃。氮气不容易产生分层现象，极少因为焦煤岩石的吸附作用而产生亏损。因此，在煤矿的生产开发过程中经常将氮气用于防灭火具中，其灭火机理主要有以下三点：　　（1）氮气具有良好的防爆防炸性。在温度较低的环境中，氮气不会与任何可燃性物质发生化学反应，在高温环境中，氮气的组成成分也不会受到影响。所以

5、，在采空区注入氮气可以有效冲淡其他气体，使可燃性气体的浓度和氧气的单位含量迅速下降，随着采空区的惰化，可燃性气体将逐渐失去可爆性，这样便达到了防爆炸的目的。　　（2）氮气能够实现有效窒熄。为了使相邻采空区遗煤带以及复合采空区氧化带发生惰化，可以通过钻孔对相邻采空区遗煤带进行氮气的预防性注入，让火区含氧量越来越少，最后因为氧气的不足而逐渐熄灭。随着氮气的注入，防火区域的防火效果会愈加明显，采空区氧化带的范围也会逐步缩小，这样便可以有效抑制综放工作面复合采空区氧化带发生自然发火的现象。　　（3）氮气能够达到

6、很好的降温冷却效果。高温气体或是常温气体一旦遇上低温的氮气，其大量的热量将会被氮气吸收。因此，氮气较好的冷却作用可以使环境温度逐渐下降。一般来讲，氮气温度越低，所产生的交换热就越多。所以，温度越低的氮气其冷却效果更加显著。　　在科学技术不断突破的社会背景中，注氮防灭火技术也在大步前进。无论是注氮技术还是注氮工艺或是注氮设备，其都随着经验的积累和高新科技的融入而愈加科学、高效。诸如变压吸附制氮装置、深冷空分制氮装置以及膜分离制氮装置等都已经广泛应用于各大工程项目中。　　2.2注氮防灭火技术的工艺　　采取最

7、新的空纤维膜分离注氮技术，利用地面DM移动式膜分离制氮机，该设备的技术指标包括：　　（1）额定工作压力为2.3x107Pa，2台注氮设备，每小时1000立方米的注氮能力。　　（2）6个封孔器，长度为124米，安装杆长度为36米。　　（3）4台真空启动器，电缆长度为300米、直径为0.05米，电源1440伏。　　（4）氮气纯度应高于97%，含氧量不得超过3%。　　氮气防灭火工艺的关键取决于注氮的位置和所钻孔的相关参数，钻孔设计是否科学，工艺是否到位直接关系着防灭火的工期和质量。按照有关的施工技术，本次共需

8、钻4个孔径为0.094米的孔，共分为3组进行。其中，第1、2个孔为第一组，其钻孔位置位于集中运输大巷4#点前52.8米，孔深分别为78米、77米。第二组（第3个孔）钻孔位置集中运输大巷4#点前27.7米，孔深为77米。第三组（第4个孔）钻孔位置集中运输大巷3#点前46.2米，孔深为80米。　　2.3注氮效果评价　　尽管采取了第一时间封闭火区的措施，并在运输顺槽和回风顺槽处都设置了调压通风设施，但注氮防灭火技术的应用依然使得氧气浓度变化明显。