采空区内埋“花管”注氮效果研究

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1、采空区内埋“花管”注氮及效果研究秦跃平，刘伟，郝永江，王亚茹，孙全(中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083)摘要：为了提升采空区注氮防灭火效果，在某矿41001工作面的采空区设计安装了“花管”注氮系统。通过煤样的升温氧化实验，确定采用CO作为预报该煤层采空区遗煤自然发火情况的指标气体，根据上隅角处的CO浓度变化趋势来检验注氮效果，对观测得到的CO浓度数据分析研究后得出：注氮后，上隅角处的CO浓度开始下降，短时间内便从620ppm回落到规定的安全值内，并且此后一直稳定在安全值内，表明“花管”注氮系统现场防火效果显著。

2、关键词：采空区；自然发火；注氮；上隅角；CO浓度中图分类号：文献标准码：文章编号：Studyoneffectof"flowertube"nitrogeninjectionsystemwhichwasburiedingoafQINYue-ping,LIUWei,HAOYong-jiang,WANGYa-ru,SUNQuan(SchoolofResources&SafetyEngineering,ChinaUniversityofMining&TechnologyBeijing,Beijing100083)Abstract:Inorde

3、rtoimprovetheeffectofnitrogeninjectionagainstfireinthegoaf,the"flowertube"nitrogeninjectionsystemwasdesignedandinstalledtotheworkingfaceof41001inonecoalmine.Throughtheheatingandoxidationexperimentofthecoalsamples,theCOwasdeterminedtobeusedastheindexgastoforecastthespon

4、taneouscombustionoftheresidualcoalinthegoafinthiscoalseam,andthenitrogeninjectioneffectcanbeexaminedaccordingtotheconcentrationchangetrendofCOattheuppercorner.TheanalysistotheconcentrationofCOdatashowsthat:afternitrogeninjection,theconcentrationofCObeganstofall,whichfa

5、llsbackbelowtoprescriptivesafeyvaluefrom620ppminashorttime,andsincethenitisstablystayedbelowthesafeyvalue,thisdemonstratesthattheeffectof"flowertube"nitrogeninjectionwhichwasburiedingoaftopreventthefireonsiteisremarkable.keyword:goaf;spontaneouscombustion;nitrogeninjec

6、tion;uppercorner;concentrationofCO[1]氮气是惰性气体，不燃烧也不参与燃烧，密度比空气略小，这些物理特性使得向采空[2]区注氮气成为防治采空区自然发火的重要技术措施之一。注入的氮气能减小工作面向采空区的漏风风量、降低采空区温度、抑制遗煤的氧化放热反应，但采空区内煤岩冒落不均匀，造成氮气扩散分布也不均匀，并且普通注氮管只有末端这一个出口，导致所注入的氮气能扩[3]散影响到的范围非常有限，不能在很好的惰化采空区。为此，在注氮管末端部分的侧壁上[4]打一定数量的小孔，将普通注氮管改造成注氮“花管”，以增大

7、氮气在采空区的扩散影响范围，使氮气在更大程度上覆盖采空区内的氧化升温区域。本文以某矿41001工作面的采空区为实验区进行了埋“花管”注氮，以CO作为预报采空[5]区遗煤自然发火情况的指标气体，对工作面上隅角处的CO浓度变化进行了长期观测，分析得出CO浓度变化趋势，以此来检验采空区埋“花管”注氮效果。1注氮前采空区自燃情况1.1煤层概况某矿现阶段开采10#煤层，煤层平均厚度为3.73m，平均倾角在10°以下，10#煤层之上是平均厚度为1.2m的9#煤层，9、10#煤层之间有一层平均厚度为1.3m的夹矸岩石。10#煤层自开采以来，采空区

8、一直存在自然发火危险，其根本原因是10#煤层上面的9#煤层，由于现阶段开采方式和开采工艺的局限不能被开采，整体被遗留在了采空区，这就为10#煤层采空区自然发火提供了充足的燃料。因此，必须要采取有效的防火措施来降低该煤层采空区的[6]自