探讨注氮技术在煤矿采空区防灭火中的应用

马　健（太原煤炭气化（集团）有限责任公司，山西 太原 030024）

探讨注氮技术在煤矿采空区防灭火中的应用

马健
（太原煤炭气化（集团）有限责任公司，山西 太原 030024）

近些年，我国社会经济水平不断高涨，经济快速发展使工业建设大跨步迈进。时至今日，煤炭仍是我国能源消耗的主体，煤矿开采一直以来都作为热门行业被公众所关注。煤矿开采过程中对于采空区煤体自燃现象要格外重视，本文结合长沟煤矿一起煤炭自燃发火事故，讨论了注氮技术在煤矿采空区防灭火中的应用。

煤矿开采；采空区；注氮技术；防灭火

氮气通常状况下是一种无色、无味、无毒的气体，一般氮气比空气密度小，不自燃，也不参与燃烧。注氮防灭火技术是利用氮气的化学惰性，防治采煤工作面采空区自然发火的有效方法之一。采空区自燃火灾往往发生在顶板或冒落区内较高的位置，而采用注浆、喷洒阻化剂等常规防灭火手段，防灭火材料往往不能到达发火的区域，起不到有效的防灭火作用。由于氮气比空气轻，所以当氮气注入采空区后，不但可以向上浮动而且可以向四周扩散并充满整个采空区，降低采空区的氧气浓度，从而达到抑制采空区自然发火的目的。2011年，长沟煤矿发生了一起煤层自燃发火事故，经过三天的抢险救援和持续两个月的治理，最终得到有效控制。从现场抢险到后续治理的情况来看，注氮防灭火技术的应用比较成功，在此次事故处理中发挥着关键的作用。

1 长沟煤矿采空区自燃发火事故概况

长沟煤矿位于太原市东北部，井田面积10.5815km2，采用倾斜长壁式采煤方法，设计生产能力450kt/a，主要开采15号煤层，该煤层有煤尘爆炸危险性，煤吸氧量为0.8158cm3/g，自燃倾向性等级为Ⅲ级，属不易自燃煤层。当日，井下工人在长沟煤矿15116工作面回风顺槽排发现有烟雾，立即报告调度，经检测，该工作面CH4浓度为0.02%，CO浓度为184ppm，温度为11℃，分析认为15114、15116采煤工作面采空区内有煤层自燃现象。确认采空区自燃发火后，矿方随即启动事故应急救援预案，通知救护大队和集团公司相关部门和领导，成立抢险指挥部，开始进行事故救援。救援过程中，利用注氮泵站、通过注氮管路、钻孔、井下静压水管向发火区域注入氮气，加速发火区气体的惰化过程，降低温度，同时对进、回风巷构筑两道密闭堵漏，最终实现矿井的安全救险。

2 注氮技术在煤矿采空区防灭火中的应用

2.1 注氮防灭火操作相关要求。为了提高氮气的利用率与注氮效果，控制采空区或发火区域的气体指标，必须对回采工作面采空区、已封闭采空区及巷道火区采取相应的堵漏、均压措施。输氮管路须平、直、稳，设置三通阀门，加强软管的管理和维护，杜绝漏气、打死褶或被浮煤压埋，管路分岔处及管路中的阀门要严格检查，不可随意开、关。同时，制氮操作工人要认真负责，严格按要求操作，设备出现异常时必须及时汇报，严禁将氮气浓度低于97%的空气注入火区。开始注氮前，管路工先打开井下卸气阀门，待氮气浓度达到97%以上后，方可打开注氮点阀门，关闭卸气阀门，开始正式注氮。在注氮结束后，必须及时关闭通向采空区中的管路闸阀，以防止空气串入采空区。

2.2 注氮促进采煤工作面封闭区气体的惰化进程。15114火区在事故发生后进行封闭，封闭后一氧化碳、乙烯、乙炔、气温、水温等指标符合启封条件，但是氧气一直维持在13%左右。为解决此问题，研究决定采用连续注氮的方式向15114火区注氮，并在15114密闭前对密闭帮顶进行混凝土喷注。15114采煤工作面在启封之前，注氮能力为400m3/h，每日注氮量为9600m3/h，用压风管路和注浆管路对15114工作面连续注入氮气，矿井封闭10日以内井下O2含量骤降至5%，一个月后井下就形成了非常大的正压，促进采煤工作面封闭区的气体惰化进程，之后15114采煤工作面的各项指标维持稳定一个月以上，达到启封条件。

2.3 地表钻孔注氮拥有多条通道。15116采煤工作面缩封，持续不间断地向采煤工作面的采空区注入氮气。为了更好地惰化采煤工作面的封闭区和采空区实现多个通道注氮，进一步强化地表钻孔的注氮强度，经地表钻孔注入足量的通氮气。按照束管监测得到的结果来看，持续两个多月的注氮，该区域内的CO、乙炔（C2H2）和乙烯（C2H4）等气体含量微乎其微，O2含量低于5%，N2含量飙升，采煤工作面封闭区达到惰化状态，可以对采煤工作面进行安全启封。为了保持采空区的惰化状态，继续对采煤工作面采空区进行注氮处理。采煤工作面采空区外延10m范围以内的O2含量小于10%，地表钻孔内的CO气体含量几乎为零，工作面采空区也保持良好的惰化状态，从地表钻孔内探测出O2含量小于4%。

结语

长沟煤矿15114、15116采煤工作面防灭火治理应用注氮技术，有效实现了安全救险任务，在应对井下火灾隐患方面起到了关键作用。从上文剖析长沟煤矿在采空区防灭火应用注氮技术的实践中我们可以看到，采煤工作面采空区注入氮气10个工日后，该区内O2含量急剧下降，CO含量明显减少；持续注入氮气一个月，该区内O2、CO、含量几乎为零，由此可见，防灭火效果很好。同时，我们也能感受到注氮系统在投入成本方面并不是很高，整个系统的运营费用较少，管理环节便捷，效果显著，值得推广。

[1]田兆君，王德明，任万兴.含氮气三相泡沫在煤矿采空区防灭火机理研究[J].科技信息，2011（15）.

[2]时虎，袁兴友，张永武，崔洪义.FR-1阻化泡沫材料的研发及在煤矿防灭火中的应用[J].煤矿现代化，2010（01）.

[3]徐精彩.兴隆庄矿4322综放面停采线火灾治理[J].矿业安全与环保，2014（02）.

TD752

A