工作面采空区注氮防火研究

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1、工作面采空区注氮防火试验研究太原理工大学矿业工程学院安全工程系邢玉忠教授内容纲要一、绪论二、试验条件三、氮气防灭火系统四、注氮防（灭）火检测系统五、防漏工艺六、氮气防火试验七、氮气防火运行成本估算八、结论一、绪论1、本文的研究目的及意义2、国内外氮气防灭火研究状况3、论文的研究方法和主要内容1、本文的研究目的及意义矿井火灾是直接威胁矿井安全生产的主要灾害之一，本论文主要探讨了注氮防灭火技术的应用，研究了如何提高制氮装备的稳定性和可靠性，进一步完善采空区氮气浓度自动监控与制氮装置联动系统，并完成信号自动分析与传输，优化注氮工艺，使氮气防灭火系统更加完善。2、国内外氮气防灭

2、火研究状况我国防灭火设备和技术的发展状况50年代起在煤矿推广黄泥灌浆防火技术60年代至70年代研究出了阻化剂防火、均压通风高倍数泡沫灭火等技术80年代至90年代则研究了矿井自然发火预测系统、惰气防灭火、快速高效堵漏风、带式输送机火灾防治等技术，并逐步形成适应普通采煤法和高产高效采煤法的综合防灭火技术我国火灾基础理论研究起步晚，防灭火关键设备和技术有待完善和配套，面临一批亟待解决的技术问题氮气防灭火技术概述注氮防灭火技术已被列入《煤矿安全规程》有关条文。注氮从理论上分析是降低了采空区的氧浓度，缩小氧化带范围，使采空区浮煤的氧化速度降低，煤氧化产生热量减少，自然发火期延长，

3、从而达到预防和治理采空区自然发火的目的，并且采空区注氮除了能惰化采空区气体外，还能降低采空区瓦斯爆炸的危险性和可能性。3、论文的研究方法在前人对注氮防灭火工艺研究的基础上，运用流体力学、空气动力学和数值模拟方法及相关理论，系统的开展采场氮气运移规律与煤层最短自然发火期的预测研究，进行注氮防火技术研究。论文的主要内容本文采用理论分析、现场测试相结合的方法，以井下实测数据为基础，通过对采场风流流动过程的理论分析，研究采场氮气运移规律；用现场测试结果验证理论分析和数值模拟的正确性；同时根据采空区“三带”的范围，确定出保障工作面安全的最小推进速度；选择注氮方案，优化注氮工艺。二

4、、试验条件制氮机组：制氮机组下井后，根据机组在地面中检验收的意见，新装了消音器；同时为避免空压机冷却油污染碳分子筛，在空气储罐中添加了活性碳。试验区概况：项目工业性试验在阳方口矿北坑52采区的5210放顶煤采煤工作面进行；该区5#煤层厚度为12.43m，倾角8°左右，采用长壁式滑移支架放顶煤采煤法，采区采用前进式，工作面采用后退式开采。制氮机组制氮机组地面检测根据《井下移动式制氮机组中期验收意见》在空压机改为原设计的风冷方式和又配备1台空压机的基础上，对机组进行了连续24小时的检测。制氮机组地面检测结论①制氮机组产氮（气）量基本达到了设计要求200m3/h；②氮气输出压

5、力最大可达0.7Mpa（设计要求0～0.3可调），且在0～0.7Mpa之间可调；③当氮气输出压力为0.3Mpa时，氮气流量为188.92～216.9m3/h，平均流量202.91m3/h，氮气纯度为98%～99.3%；④当氮气输出压力为＞0.5Mpa时，氮气流量为219.35～275.45m3/h，平均流量247.4m3/h，氮气纯度为97.5%～99.5%；⑤氮气纯度达到设计要求≥97%（以实测测氧仪检测数据为准）；⑥新安装的空压机冷却（风冷）系统，可以满足空压机冷却要求，温度最高为92℃，小于空压机供气温度额定值（95℃）；⑦机组噪音102～129dB。适用于煤矿井

6、下采空区防灭火，使用地点浓度＜0.5%，环境温度≤26℃；相对湿度90%。三、氮气防灭火系统1、注氮工艺设计注氮系统布置注氮管网系统安装注氮量的确定注氮参数的估算氮气输送系统2、注氮管理1、注氮工艺设计氮气防灭火技术包括氮气的制取和输送，即产氮和注氮。氮气防灭火的实质是向采空区氧化带内或火区内注入一定量的氮气，使其氧含量降到7％以下，从而抑制煤炭的氧化自燃，达到防灭火的目的。本次试验采用井下移动式制氮机组产氮，然后将氮气加压通过管路注入北坑5210放顶煤采煤工作面采空区进行防（灭）火。注氮系统布置制氮机组安装在石门运输大巷中，制出的氮气通过输氮钢管（50mm），经116

7、9水平轨道下山、521采区皮带上山，至5210工作面进风顺槽，并伸入采空区。在进风顺槽中，注氮钢管沿底板下帮按单管加分支的方法，每隔30m安装一个三通注氮管和氮气释放口。氮气释放口要高于底板，以90°弯管拐向采空区，于工作面平行，不可孔口向上，并用石块、木垛等妥善保护，防止煤、岩、泥、水等灌入管内或封堵孔口。当工作面推过一定距离，并形成明显的窒息带后，再打开在氧化带内的第二组三通档板注氮。注氮时，要求氮气释放孔（口）与工作面始终保持30m的距离。1--氮气管；2--释放窗；3--释放室；4--网罩；5--木垛进风顺槽氮气管路和释放孔示意图