注氮防火技术在综放工作面中的应用

《注氮防火技术在综放工作面中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、注氮防灭火技术在综放工作面采空区防灭火中的应用马洪强王涛摘要：该文结合现场的实际情况，对综放工作面采空区注氮防灭火工艺进行了论述，为综放工作面防治采空区自然发火工作提供了切实可行的方法。关键词：注氮工艺采空区防灭火北皂煤矿位于山东省龙口矿区，设计生产能力为90万吨，是我国开采褐煤的典型海滨矿井，全矿井以一对中央立井和一个边界风井开拓，通风方法为抽出式，通风方式为中央边界式，历年瓦斯鉴定为低沼气矿井，煤层均有自然发火危险,为Ⅰ类容易自燃煤层，煤尘具有爆炸危险性，煤尘爆炸指数48.49％，煤层自然发火期1.5个月左右。一、注氮防灭火措施的确定防治采空区自燃的常规措施有：黄泥灌（洒）浆、喷洒（

2、雾化）阻化剂、均压和惰化采空区防灭火等。综放面在放煤后，采空区冒落高度比较大，顶煤回收率比较低，这样在采空区一定的高度上，残存着大量的浮煤，一旦条件合适，将有自然发火的危险。同时，这些发火部位一般距离底板都有一定高度，如果单取黄泥灌浆、喷洒（雾化）阻化剂等措施，难以将防灭火物质送到该高度，尤其对近水平煤层更是如此。采取注氮防灭火措施，由于氮气比空气轻，其相对于空气的比重为0.97，与灌注泥浆和喷洒阻化剂相比，氮气注入采空区后可以充满任何形状的空间，并能扩散到任何高度，还能够将该区域中的氧气置换出去，从而使高位火区因缺氧而窒息。注氮防灭火还会使注氮区域呈正压状态，阻止新鲜风流的漏入。由于北

3、皂煤矿煤层底板为含油泥岩，极易遇水泥化膨胀，为防止采空区注浆和工作面洒浆，使综采支架陷入底板中，而影响正常推进，因此结合现场情况综合分析后，确定采取注氮防灭火措施。二、注氮防灭火工艺设计的主要依据1、北皂煤矿煤质为褐煤，极易自燃，最短自然发火期仅为225天。为了防止采空区发生自燃火灾，根据《北皂矿软岩回采工作面采空区自燃“三带”划分的研究》的结论，采空区“氧化带”的范围在距工作面切顶线5～30m之间，范围比较小。因此确定综放工作面注氮工艺设计针对整个采空区的“氧化带”。2、采空区注氮的重点防范区域为采空区氧化带。氧化带包括“氧化自燃危险带自热区”和“氧化自燃危险带自燃区”。“氧化自燃危险

4、带自燃区”是注氮防灭火工作的重点防范区域，氮气注入采空区后，其有效惰化区域应覆盖整个“氧化自燃危险带自燃区”，同时，应兼顾“氧化自燃危险带自热区”，以防在工作面推进度减慢时，“自热区”变为“自燃区”。三、注氮防灭火工艺设计1、注氮方式的选择：注氮方式有两种，即连续式和间歇式。采取哪一种方式取决于氮气在采空区内滞留的时间等。根据北皂煤矿软岩采空区的特点及前期所作的基础测试结果，采空区冒落状态较好，漏风所能渗流的范围较小，因此采空区透气性较差，氮气在采空区内滞留的时间较长，因此采用间歇式注氮方式。2、注氮量及注氮强度⑴注氮量：注氮量的确定原则是使氮气充满整个需要惰化处理的区域，因此可以按公式

5、(1)计算注氮量：Q＝K1*W*L*H*K2（1）式中：Q--启动每个注氮口需要的注氮量，m3；K1--注氮系数，一般取3；W--惰化带宽度，即工作面长度m；L--惰化带长度，取25m；H--惰化带高度，取3m；K2--松散系数，取0.5。⑵注氮强度：D＝Q／T*H(2)5式中：D--注氮强度，m3/h；Q--注氮量，m3；T--注氮口的开启周期（天数），d；H--每天注氮时间（小时），h。注氮强度应根据采空区“自燃三带”的宽度、煤层自然发火期及工作面的推进速度综合分析确定。我矿一般确定为280～300m3/h。3、注氮口位置及注氮口间距：注氮释放口的位置既要保证在“氧化带”范围内，又要

6、考虑氮气在采空区内的扩散半径，使氮气在采空区内的有效扩散区域覆盖整个氧化自燃危险区域。根据北皂煤矿软岩顶板冒落的特点及前期所作测试的结果，确定北皂煤矿氮气扩散半径为10m。则氮气释放口距采面的最小距离：Lmin＝L0+LN(3)式中：Lmin--注氮口距工作面切顶线的最小距离，m；L0--采空区冷却带的宽度，m；LN--氮气的扩散半径，m。氮气释放口距采面的最大距离：Lmax＝Lz-LN(4)式中：Lmax--注氮口距工作面切顶线的最大距离，m；Lz--采空区冷却带与氧化带的宽度之和，m;根据北皂矿前期“三带”的观测数据，“冷却带”宽度取5m，氧化带”宽度取25m，氮气扩散半径10m。则

7、：Lmin＝15m,Lmax＝20m。采用间歇式注氮时，注氮口间距为20m。第一个注氮口布置在切眼中，其余每隔20m布置一个氮气释放口。4、注氮管路的布置：5注氮管路应沿进风顺槽铺设，氮气释放口应高于底板0.5米的位置，并且采用90度的弯管与工作面保持平行，孔口不可向上，并且用石块、木垛加以保护，防止管路堵塞，影响注氮效果。四、MD-350型井下移动式膜分离制氮机概况该制氮机工作原理是利用各种气体在高分子薄膜壁中的扩散透过速率的不同