注氮防灭火技术在火区控制中的应用

　　摘要：文章分析了煤矿采空区自燃发火的原因，阐述了注氮技术的工作原理，有效地对采空区自燃发火进行了控制，保证了采煤工作面的安全生产。

　　关键词：注氮技术 防灭火 安全生产

　　鹤壁中泰公司开采煤层为石炭二迭系山西组二1煤，煤层平均厚度8m，自燃发火期为6～12个月。工作面自1992年采用综采放顶煤开采工艺以来，基本上达到了高产、高效目的。但由于放顶煤回采工艺的特殊性，导致一系列防灭火问题，使工作面采空区自燃发火问题日益严重，特别是工作面相邻采空区回采期间，由于隔离煤柱较薄，工作面采空区推过后，隔离煤柱被压碎，使后部采空区连成一片，形成漏风通道，导致采空区CO时有超限。于是，2005年以后不再推广全层放顶煤，采用顶分层分层采煤工艺，收到良好效益。

　　21301工作面为顶分层采煤工作面，位于二水平一采区。该工作面东以21301下运输巷为界与4F37断层相邻，南以切眼为界与2118采空区相邻，西以31301上运输巷为界与21281采空区相邻，北以设计停采线为界与21301边切眼相邻。该工作面于2007年6月开始回采，工作面走向长278m，倾斜长59～71m，上运输巷拉长402m，下运输巷长371m，工作面煤尘爆炸指数为13.5%～16.7%，煤层自燃发火期为5～12个月。

　　1 问题提出及原因分析

　　2007年10月，21301工作面推进距停采线为15m时，发现上隅口CO有明显上升趋势，10月27日四点班测的CO达到0.008%，已超过《煤矿安全规程》0.0024%的规定值。分析认为，21301上运输巷刚采过上帮老巷，由于其密闭长期漏风，导致残煤氧化及后部采空区氧化，造成CO上升。

　　2 防火方案

　　采用注浆、注凝胶、均压灭火的同时，采取向21301采空区压注氮气进行灭火，使采空区自燃隐患得以有效治理。

　　2.1 注氮及钻孔的选择

　　通风区资料料显示，高温点位于21301上塘口以里20m上帮老巷及后部采空区开采切眼位置。为尽快灭火，同时在21282上、下运输巷分别向21301上塘口以里老巷和工作面开采切眼位置打钻，并立即向21301采空区及上塘口以里老巷注氮气。

　　2.2 注氮设备与设施

　　注氮设备采用地面DM移动式膜分离制氮机，该机采用了世界制氮领域的最新技术——中空纤维膜分离注氮技术，主要用于煤矿防灭火。该机注氮压力高，压力损失小，可满足氮气压力高用户。适合远距离输送，并可移动。主要技术指标：氮气产量：1000Nm³/h，氮气纯度≥97%，O2≤3%，氮气出口压力≥0.8MPa（可调）。

　　2.3 移动式膜分离注氮机防灭火原理

　　DM移动式膜分离注氮机是由空气压缩机、冷却器、电加热器、过滤器和膜分离器组成，其核心部分是膜分离器。膜分离器是由多束半渗透中空纤维组成，每个分离器含有数以万计的纤维丝，中空纤维膜分离气体的总过程，是由溶解和扩散两部分组成，即混合气体在膜的高压侧表面，以不同的溶解度溶于膜内，然后在膜中两侧压力差推动下，混合气体的分子以不同的速度向膜的低压扩散，渗透速率较快的气体，如水气、氧气等，透过膜后在透膜侧被富集，而渗透速率较慢的气体，如氮气、氩气等则在滞留侧被富集，从而达到混合气体分离的目的。

　　2.4 注氮防灭火工艺流程

　　首先,人工起动DM制氮机，制氮机生成的氮气由注氮管10压入21282上、下运输巷，然后通过2吋注氮管4、8到注氮孔5、6，最后进入采空区快速进行灭火。由图可知，其工作原理简单，并可根据管径调整出口压力，向封闭的采空区送气，就能达到防灭火的目的。

　　3 效果分析

　　从2007年10月27日四点班测得21301上塘口CO浓度为0.008%，连续不断向21301采空区注氮，每小时注氮500Nm3/h，每天注氮气20h，到11月10日止,共向采空区注130000Nm3/h，10日四点班测得CO浓度为0.0012%，以后连续监测到13日，基本稳定。注氮气能及时消灭高温火源，取得了显著效果,保证了21301工作面的安全生产。

　　从21301采空区的使用情况看，注氮气防灭火技术能够有效防治采空区自燃发火，快速处理自燃带的火区。其中，判断高温区域范围，做到有的放矢，是快速治理高温火区的基础。使用氮气防灭火技术工艺简单，灭火迅速，节约材料及能源，经济可靠，具有良好的经济效益和社会效益。