注氮抑爆防灭火技术在煤矿的应用

　　平顶山煤业集团十一矿是开采急倾斜煤层的矿井，井田内所采的丁、戊、己三组煤层均发生过内因火灾，尤其是己组煤层属厚煤层（3～20m）极易自燃（发火期18d）实验面己16—17—22080采面，煤层倾角（20°～28°）、煤层（4～15m），机、风两巷沿煤层底板掘进，掘进期间两巷多次发生冒顶，留有130多个高冒区（实为火灾发生隐患点）该面为十一矿首次采用综采放顶煤工艺的综放面，为保证安全回采，决定采用以注氮为主的综合防灭火技术。

　　结合国内外注氮防灭火技术应用的情况分析，注氮虽能迅速降低注区内氧气含量，是一种有效地抑制煤层自燃和灭火的技术，但也存在着不足之处，一是降温效果差，火灭后高温煤体易复燃；二是容易受风流、风压影响，流失性强，停止注氮后其防灭火作用随即消失；三是在扑灭两巷高冒区上部空间瓦斯与下部浮煤共存的着火隐患效果不佳，经平煤集团公司国家职能部门讨论，决定把“综放面注氮及氮气添加剂抑爆防灭火技术研究”作为集团公司重大攻关项目，该攻关项目放在储量丰富、有着良好发展前景的十一矿试验，试验工作面定在首次采用综采放顶煤工艺的己16—17—22080采面。项目从2002年4月开始，到2003年7月止，试验面回采结束，支架安全回撤，采面封闭，该项目达到了预期目的，收到良好的经济效益和社会效益。

　　2003年11月8日经科学技术厅组织专家鉴定，一致认为，该项目在大倾角特厚易自燃煤层综放面为首次应用，其技术处在国内先进水平之列，对于越来越多采用放顶煤工艺的自燃煤层综采面和巷道火灾极有推广价值。

　　项目内容简介

　　1.利用综合方法划分采空“三带”，建立数学模型，利用束管和热敏探头组合成采集器；分头埋入采空区，可远距离连续检测采空区不同部位，不同深度氧含量、温度的变化，然后将各采集点上的数据与数学模型数据进行综合分析，划分出采空“三带”既准确又可靠，为科学合理的注氮，最佳注氮时机、注氮量提供可靠的技术依据，仅此一项，每年可节约注氮费用10多万元，利用此种方法划分采空“三带”，国内尚末见报。

　　2.利用打钻孔埋束管考察测试支架上方“垂直三带”发现支架上方存在“氧化带”，这种新见解，合理地、科学地解释了国内外发生在综采支架上部屡屡发生煤层火灾的现象。

　　3.通过对采空区漏风流线的考察结果，提出综放面采空区漏风流线不是传统“U”型的新见解。

　　4.对以氮气为载气，研制了低倍数的氮气泡沫添加剂的设备和工艺，用于巷道上部高冒区有瓦斯积聚和煤层自然火源，这种瓦斯与火共存的灾害隐患处理，数十次成功的消除了火灾隐患，对瓦斯起到了抑爆作用，为国内外处理同类型隐患提供可借鉴的案例。

　　5.对以氮气为载气，研制了汽雾添加剂的设备和工艺，不但在处理巷道高冒区煤层初期火灾有着很好的效果，而且隋化了煤层氧化，利用插管方法处理支架上方煤层初期火灾效果明显，特别是在采面结束，支架回撤时，利用此法防治支呆上方煤层火灾，效果更佳。

　　6.氮气泡沫和汽雾阴化添加剂的研制和使用工艺的研制，对井下现场的实施，效果明显，完全克服注氮防灭火技术上的缺点，提高了氮气防灭火的作用，为我国在此项技术处在领先地位，为我国在注氮防灭技术上有了一个重大突破。

　　项目推广应用情况

　　为解决综采放顶煤工作面煤层自然发火问题，平煤集团公司将《综放面注氮及氮气添加剂抑爆防灭火技术的研究》作为公司2002年度重大攻关项目，并由公司总工程师张铁岗院士挂帅组织攻关，该项目在我矿首次使用综放工艺的回采工作面己16-17-22080工作面进行实施。项目从2002年4月启动，到2003年5月10日该回采工作面结束，历时13个月另10天，项目开始，就注氮的合理流量、注氮时机、注氮方式等参数进行试验，在取得各参数之后，又进行了注氮添加剂工艺流程的设计和实施，以及采空区三带考察设计和实施方案后，展开了本项目全部设计的项目，从应用情况来看，各个阶段、各个分项子项目都能按计划设计要求全面展开，项目之间一环扣一环，循序渐进，逐步展开。如：我们在掌握采空气体分布状况后，把连续注氮改为间歇式、迈步式注氮，严格控制注氮流量，既能达到防灭火的要求，又为矿上每年可节约几十万元电耗，在项目试验当中，邻近试验面的一个己16-17-22040炮采放顶煤工作面发生采空浮煤自燃火灾，我们根据测试采空漏风不是“U”型的特性，采取相对措施，在该采面正常生产的情况下，很快扑灭了该面采空火灾。特别是在处理试验面两巷几十处冒顶区火灾时，氮气配合高粘度的泡沫灭火，从手段上简便，投入时间短，比传统的凝胶灭火节约投资60%以上，该项目实施获得成功，一是为我矿严重的煤层火灾综合治理取得了可靠的技术保障；二是我矿首次使用综机采煤的安全回采获得成功，为我矿的机械化采煤的推动普及提供了经验和安全基础；三是通过项目实施获得显著的经济效益；四是此项技术已在我省迅速开展，正获得臣大的社会经济效益。从项目实施初期，我省仅我矿这一套系统，现已发展到平顶山、义马、永煤三个集团公司9套系统，本项目所采用的各种灭火工艺和技术也逐渐为自燃严重的煤矿所采用。

　　国内外市场前景

　　氮气添加剂防灭火在国内还处于初研阶段，尚未在国内立项，也未鉴定，需进一步的完善。平煤集团和重庆分院合作研究，在平煤集团十一矿复杂条件下，倾斜厚煤层综放面注氮及注氮添加剂防灭火技术研究与实施成功，拓展了氮气防灭火技术应用，对经济、科学、合理的注氮，最佳的注氮时机，以及添加剂的应用，无疑对氮气综合防灭火技术推向一个成熟地更高的水平。

　　实施该项目的基础条件

　　平煤集团十一矿属高瓦斯一级发火矿井，矿井丁、戊、己三组主采煤层均发生过自燃火害。尤其是己组煤层，发火期只有18天，属极易自燃煤层，煤层自然火灾是制约矿井安全生产、经济发展的主要因素。 2002年初，十一矿准备在煤层较厚的己组采用综采放顶煤工艺，，上综机设备，为解决综采放顶煤工艺，采空浮煤多，容易发生煤层火灾事故。集团公司决定作为重大攻关项目与重庆分院进行合作立项攻关，经调研，决定采用注氮防灭火技术，配合十一矿首个综放面 16一17—22080安全回采。 注氮防灭火技术是一种成本低，先进有效的技术手段，但存在着不足之处，一是隆温效果差，火灭后的高温煤体容易复燃；二是注区内容易受风流、风压影响，流失性强，停止注氮后其防灭火作用随即消失；三是在扑灭巷道支架上部高冒火灾，特别是高冒空间有瓦斯积聚，下部浮煤自燃的火灾，火与瓦斯共存的灾害处理上安全可靠性差，所以本项目的重点技术围绕克服注氮防灭火技术上的不足，进行多内容、多层次、多方位的研究，确保十一矿试验面16一17—22080综放面安全高效生产的同时，力争在注氮防灭火技术上实现一个重大的突破。