龍東煤礦注氮方案及安全技術(shù)措施

1、7163采空區(qū)注氮方案及安全技術(shù)措施龍東煤礦通風科2015.127163采空區(qū)注氮方案及安全技術(shù)措施一、氮氣防滅火設(shè)計方案（一）概況：現(xiàn)我礦開采的7163輕放面所屬7#煤層屬于容易自燃煤層，該面為大傾角堅硬頂板，推進度受限，放煤管理困難，又因該面大部為俯采段，傳統(tǒng)的注漿防滅火方式效果不佳，采空區(qū)存在自燃發(fā)火的隱患，我礦采取開放式注氮的防滅火方案進行治理。（二）氮氣性質(zhì)及防滅火原理氮氣在空氣中約占78，是一種無色、無臭、無毒的氣體，與同體積的空氣重量比為0.97，比空氣稍輕。在標準大氣壓和絕對溫度為273K時，氣體的真空密度為1.25g/L。空氣中的氮氣在常溫下通過空氣分離設(shè)備，即能分離出氮氣。

2、氮氣是不燃燒氣體，也不助燃，溶水極微，性質(zhì)穩(wěn)定，不易與其它化學(xué)元素化合，無腐蝕作用，屬于惰性氣體。由于氮的密度接近于空氣的密度，因此，氣體在采空區(qū)內(nèi)能均勻地擴散，且不易被煤和巖石吸附。氮氣用于煤礦防滅火，主要有以下作用：(1)窒息作用在防滅火區(qū)域內(nèi)注入氮氣后，使該區(qū)域內(nèi)氣體氧的含量降低，增加了氣體惰性化阻止了煤炭氧化。對于火區(qū)，則因氧的含量不足而熄滅。對于防火區(qū)域，則縮小了氧化帶，擴大了窒熄帶，有利地抑制了煤的氧化自燃。(2)抑爆作用由于這種氣體遇高溫(火區(qū))其成分不變，與可燃物質(zhì)及可燃氣體不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，所以，注入氮氣后沖淡了可燃氣體與氧的含量，使其形成惰化氣，從而使混合氣體失去可爆性。采用

3、氮氣防滅火不僅效果好，而且也較經(jīng)濟，具體有以下優(yōu)點：(1)氮氣是制氧過程中的另一產(chǎn)品，也可從空氣中專門提取，因此來源方便，可供量大，單位產(chǎn)氣成本比液態(tài)二氧化碳低。(2)注氮后，氮氣可以充滿任何形狀的有限燃燒空間和預(yù)防自燃空間，便于對煤礦采空區(qū)深部、高冒之處以及人們難以接近的地點進行防滅火。(3)使火區(qū)氣體惰性化，防止瓦斯和煤塵爆炸。(4)注氮防滅火不損壞和不污染機械設(shè)備及井下設(shè)施，滅火后恢復(fù)工作量少且容易。氮氣滅火的缺點是：氮氣在采空區(qū)停滯時間短，在礦井負壓作用下易散失。（三）氮氣防滅火工藝1、我礦氮氣防滅火的氮氣源由廠家直供，運送至西風井的液氮通過EDM1000防滅火裝置轉(zhuǎn)換成氣態(tài)氮氣，經(jīng)已

4、鋪設(shè)好的原注漿管路將純度97%以上氮氣注入到7163工作面采空區(qū)達到防滅火的目的。2、 具體方案為：在7163材料道進風隅角處向工作面采空區(qū)敷設(shè)三趟管路，分別伸進采空區(qū)30m、60m、90m左右，在主管路與所敷設(shè)的三趟管路接頭處設(shè)置三通進行控制，注氮嚴格按照操作規(guī)程執(zhí)行。綜采二隊要注意保護好注氮管路，嚴禁注氮管路被撞開、壓扁，影響埋管質(zhì)量。（四）注氮氣可靠性計算：1、 注氮設(shè)備主要技術(shù)指標 EDM1000防滅火裝置 液化能力500Nm3/h/臺 出口壓力0.8Mpa 流量1t/h 氮氣純度97%2、 輸?shù)到y(tǒng)液態(tài)氮氣槽車轉(zhuǎn)換器緩沖罐西風井注漿管路入口礦井總回風巷礦井西總回風巷西一回風巷西一軌道

5、下山西一二甩道7163材料道7163進風隅角7163采空區(qū)注氮管路能否滿足輸?shù)獨庖笸ㄟ^下式計算：P1P20.0056（Qmax/1000）*L 式中：P1-管道始端的絕對壓力Mpa P2-管道末端的絕對壓力Mpa Qmax-最大輸?shù)縨3/hL-管路當量長度 KmL計算式為：L=×Li式中：Do-基準管徑（Do=150mm）阻力損失系數(shù)：=0.026Li相同直徑管路長度km，取1.8kmDi實際輸?shù)苈穬?nèi)徑mm實際輸?shù)苈分睆降淖枇p失系數(shù)Di=99mm =0.0296將以上數(shù)據(jù)代入計算：L=（150/100）×5×(0.0296/0.026)×3.3

6、7=28.77km假設(shè)管路末端絕對壓力0.2Mpa將以上數(shù)據(jù)代入計算得：P1=0.0056（1000/1000）×2×28.77P2P1=0.52Mpa根據(jù)以上計算，從西風井到7163采空區(qū)的輸?shù)苈烽L度為3367m的情況下，管路初段壓力只需0.52Mpa，便可將1000m3/h的氮氣輸送到7163采空區(qū)內(nèi)，末端的絕對壓力還有0.2Mpa，因此完全滿足氮氣出口壓力0.8Mpa要求。3、 注氮地點安全通風量根據(jù)煤礦用氮氣防滅火技術(shù)規(guī)范（MT/T701-1997）第11.2條的規(guī)定：注氮過程中，工作場所的氧氣濃度不得低于18.5%，否則應(yīng)立即停止作業(yè)并撤出人員，同時降低注氮流量

7、或停止注氮。在輸?shù)苈返难赝净蚬ぷ髅?，假設(shè)1000m3/h的氮氣量全部泄漏到巷道里或工作面，是否漏氮氣的地區(qū)缺氧，其安全通風量大可按下式計算：QQn(CnC2100)/(C1C2)m3/min式中：Q-安全通風量Qn-氮氣最大泄漏量16.67m3/min Cn-實際氮氣純度，取值在97100% C1巷道中或工作面原始氧氣濃度，一般取20.8%； C2工作場所的安全氧濃度指標，18.5%。計算得：Q16.67×（10018.5-100）/（20.8-18.5） 135m3/min根據(jù)計算工作面或巷道風量只要是大于135m3/min便是安全的，通風人員應(yīng)隨時檢測注氮管路所在巷道及注氮工作

8、面的風量，保證風量處于安全風量以上。二、 供氮能計算與選取從理論上講注氮流量越大，防滅火的效果就越好，由于每個礦井的煤層地質(zhì)條件、開拓開采條件及其它影響因素各不相同，因此確定防滅火注氮流量就成為一個重要問題。設(shè)計時既要充分考慮注氮能力能滿足防滅火所需注氮流量要求，又要考慮經(jīng)濟合理性。工作面防火注氮量的大小，主要取決于采空區(qū)的幾何形狀、氧化帶空間大小、巖石冒落程度、漏風量大小及采空區(qū)內(nèi)氣體成份的變化等諸多因素。根據(jù)煤礦用注氮防滅火技術(shù)規(guī)范（MTT701-1997）的規(guī)定，采用下式計算，其實質(zhì)是將采空區(qū)氧化帶內(nèi)的原始氧氣含量降到防火惰化指標以下。式中：QN注氮流量，m3/h；Q0采空區(qū)氧化帶內(nèi)漏風

9、量，m3/min；采空區(qū)氧化帶的范圍受工作面的通風狀況、采空區(qū)的冒落等諸多因素的影響而在很大的范圍內(nèi)變化，因此采空區(qū)氧化帶的漏風量的變化范圍也較大，一般按工作面風量的1/601/100選取。該礦7163工作面設(shè)計風量為623m3/min，在正常生產(chǎn)期間工作面上下端頭均掛設(shè)風幛，可有效減少向采空區(qū)的漏風，因此，采空區(qū)氧化帶內(nèi)的漏風量取值范圍在6.2310.38m3/min，并根據(jù)實測數(shù)據(jù)進行調(diào)整；C1采空區(qū)氧化帶內(nèi)平均氧氣濃度，目前國內(nèi)應(yīng)用較普遍的是將采空區(qū)氧濃度在1018%之間的區(qū)域視為氧化帶，因為氧化帶的范圍不同而平均氧濃度值也不同，一般取15%；C2采空區(qū)惰化防火指標，其值為煤自燃臨界氧濃

10、度，%；煤的自燃臨界氧濃度值隨煤種、煤質(zhì)、賦存條件等因素的不同而變化，其范圍一般為7%10%，取7%；CN注入氮氣的濃度，根據(jù)煤礦安全規(guī)程第238條的規(guī)定：采用氮氣防滅火時，注入的氮氣濃度不小于97%，因此取97%；K備用系數(shù)，一般1.21.5，現(xiàn)取1.3。經(jīng)計算得：972m3/hQN1620m3/h。三、注氮防滅火工藝和方法1、注氮方式我礦采取的是開放式注氮，即是在需要注氮的區(qū)域未封閉的情況下，進行的一種注氮方式。在不影響7163工作面正常工作的情況下，利用大量的氮氣使得采空區(qū)內(nèi)氧化帶的氧含量降低到能使浮煤發(fā)生自燃的濃度以下，從而達到防滅火的目的。開放式注氮適用于推進中的工作面采空區(qū)早期自燃

11、的防滅火工作。2、 注氮防滅火方法連續(xù)性注氮工作面開采初期和停采撤架期間，或因地質(zhì)原因，或因機電設(shè)備原因造成工作面推進緩慢，宜采用連續(xù)性注氮。間斷性注氮工作面正?；夭善陂g，可采用間斷性注氮。我礦在7163工作面正常回采期間采用間斷性注氮。3、 注氮防滅火工藝防滅火注氮地點選擇在7163工作面進風側(cè)，注氮釋放管口應(yīng)處于采空區(qū)氧化帶內(nèi)。由于我礦7煤層自燃危險性較大，為保證及時、簡便處理7煤層在工作面回采期間發(fā)生的自燃隱患，設(shè)計采取垮步埋管注氮工藝，即沿工作面運輸巷巷道左幫底部埋設(shè)一趟注氮管路，其中第一個氮氣釋放口設(shè)在開切眼，其它釋放口間距以30m（注氮管口的移動步距暫時選定為30m，可通過實際注氮

12、效果考察進行修正）。當?shù)谝粋€釋放口埋入采空區(qū)30m后開始注氮，同時埋入第二趟注氮管路。當?shù)诙俗⒌芸诼袢氩煽諈^(qū)30m后向采空區(qū)注氮，同時停止第一趟管路注氮，并又重新埋設(shè)注氮管路，如此循環(huán)，直至工作面采完為止。如果發(fā)現(xiàn)注氮壓力異?；蚬苈范滤溃仨毩⒓吹箵Q管路。氮氣釋放口應(yīng)高于底板，注氮口距底板巷道高度應(yīng)在300mm以上，90°彎拐向采空區(qū)，與工作面保持平行；一般情況下，為防止注氮管口被砸或堵塞，盡量用石塊或木垛等加以保護，氮氣釋放口處管路可打1m花眼，并用鐵絲網(wǎng)包裹。注氮管埋設(shè)及釋放口位置四、 防止向注氮區(qū)域內(nèi)漏風和氮氣泄漏的措施采空區(qū)漏風狀態(tài)決定了氮氣在采空區(qū)內(nèi)的滯留時間，同時也決

13、定著間歇性注氮的注氮周期。采空區(qū)漏風強度越小，兩次注氮的間隔時間就越長，注氮效果好而且經(jīng)濟。同時氮氣具有氣體共同的性質(zhì)擴散性。根據(jù)氣體擴散原理，濃度差是擴散的推動力。而注入到采空區(qū)內(nèi)氮氣要達到防滅火的目的，根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，其濃度應(yīng)不低于97%，因此，不可避免地將出現(xiàn)采空區(qū)氮氣向工作面和兩巷擴散的現(xiàn)象。這樣，由于氮氣泄漏導(dǎo)致采空區(qū)氮氣濃度降低，從而對采空區(qū)防火不利；另一方面，泄漏到工作面及兩巷的氮氣將污染工作面環(huán)境，造成人員的窒息或者瓦斯事故的發(fā)生。所以，必須做好防止向注氮區(qū)域內(nèi)漏風和采空區(qū)氮氣泄漏的安全措施。1、工作面上下端頭堵漏為保證向注氮區(qū)域內(nèi)漏風和氮氣泄露，首先，在7163工作面進

14、回風隅角吊掛擋風簾，并拆卸錨網(wǎng)索零部件使回風隅角頂煤充分冒落，減少漏風。同時在工作面回采期間在工作面上下順槽采取積極的堵漏措施。即每隔30m在上下端頭各搭建一個擋風墻，在擋風墻外部設(shè)置擋風簾，擋風墻和擋風簾的施工方式如圖所示。即：首先沿底板鋪設(shè)風簾布，而后在風簾布的一端壘設(shè)黃泥（沙）袋子墻，墻體寬度12m，之后將風簾緊貼袋子墻吊起，把風簾布的另一端利用鐵絲掛設(shè)在巷道頂板的錨網(wǎng)上，這種方式施工的袋子墻具有很好的堵漏效果。同時還要加強管理，每班規(guī)定專人對擋風墻的質(zhì)量和擋風簾的懸掛位置進行視察，如出現(xiàn)擋風墻上部不接頂?shù)嚷╋L現(xiàn)象立即組織人員堵漏。1回風巷；2進風巷；3工作面；4，5，6，7封堵墻；8綜

15、采支架；9采空區(qū)充填材料在工作面上、下隅角封堵示意圖后尾梁位置順槽方向采空區(qū)方向風簾布風簾布袋子墻鐵絲風簾布袋子墻袋子墻和擋風簾施工方式示意圖（沿工作面走向垂直剖面） 五、注氮操作辦法1、 注氮前必須認真檢查各項準備工作，注氮埋管期間通風科要與綜采二隊密切配合，確保氮氣管路及其附屬安全裝置完好檢查各閥門開閉情況是否符合要求。2、 各項工作準備就緒后，注氮操作人員應(yīng)通知礦調(diào)度室。3、 礦調(diào)度室同意后，通知采面注氮人員打開注氮閥門，同時通知注氮操作人員進行送氮。4、 注氮設(shè)備嚴格按操作規(guī)程進行操作，注氮過程中注氮司機必須堅守崗位，隨時注意觀察氮氣的壓力、濃度和機組各處的閥門，保證設(shè)備的正常運行。六

16、、注氮安全措施及注意事項氮氣雖無毒無害，但是井下狹窄的巷道或工作面內(nèi)大量泄漏會降低空氣中的氧氣濃度，使人窒息死亡。因此，必須做好注氮期間的預(yù)防和處理措施：1、 為確保安全，注氮前通風科巡查管路人員必須巡查管路完好情況，確認完好后匯報礦調(diào)度室。由調(diào)度室通知7163工作面跟班隊長和工作面瓦斯檢查員后，方可進行注氮。2、 注氮前必須認真檢查管路、注氮位置和各閥門開關(guān)狀態(tài)是否符合要求。3、 為防止注氮管路開關(guān)被隨意打開和關(guān)閉應(yīng)在閥門上掛上“注氮危險，勿動”文字警告牌。4、 定期對氮氣出口的安全閥門進行可靠性檢測。5、 工作面采空區(qū)注氮時，應(yīng)在7163材料道入口掛上“工作面正在注氮”的文字警告牌，并通知

17、三班作業(yè)人員，一旦氧氣濃度降到18.5%時，立即通知礦調(diào)度室，由調(diào)度室通知注氮操作人員停止注氮，及時尋找原因和撤離人員。6、 同時測定好7163工作面、回風流及采面上隅角一氧化碳、二氧化碳、瓦斯以及溫度情況。一旦發(fā)現(xiàn)異常立即匯報礦調(diào)度室及通風科。7、 注氮期間，通風科安排專人攜帶測氧儀器全面檢查輸?shù)苈返膰烂苄?，每次注氮后，必須有兩人一起沿管路鋪設(shè)巷道仔細進行管路與閥門的檢漏工作，在注氮期間，每人巡視一遍管路，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)氮氣泄漏時，應(yīng)立即組織人員及時排除故障，漏氣嚴重時，應(yīng)立即停止注氮并關(guān)閉最近閥門，防止氮氣大量泄漏，處理時嚴禁人員口鼻正對漏氣點。8、 在注氮過程中，如發(fā)生主扇停風，造成工作面停

18、風，瓦斯檢查員、安監(jiān)員及工作面跟班隊長應(yīng)立即組織將工作面人員撤離至進風大巷，并匯報礦調(diào)度室，由礦調(diào)度室通知注氮人員立即停止注氮。9、 注氮結(jié)束后，應(yīng)安排救護隊員繼續(xù)檢測工作面及回風流的各種氣體濃度和溫度情況。10、 采煤工作面大面積垮落可能造成工作面采空區(qū)注入的氮氣大量涌出，給工作面人員帶來危害，為此要做好采面頂板垮落的預(yù)測預(yù)報工作，在頂板大面積垮落前，要加強氣體監(jiān)測，頂板大面積垮落時工作面及回風巷人員可由工作面撤離至采面進風巷安全處。11、 必須建立注氮設(shè)備的操作規(guī)程、工種崗位責任制、機電設(shè)備維護檢修規(guī)程、注氮防滅火管理暫行規(guī)定等規(guī)章制度和建立注氮防滅火臺帳，做好日常管理、檢查、維護等工作。

19、輸?shù)苈废到y(tǒng)必須固定專人進行檢查與維修，保持管路、閥門良好，不發(fā)生漏氣。注氮巷道內(nèi)的輸?shù)苈返膰烂苄员仨毭刻鞕z查一次，主輸?shù)苈繁仨毭课逄鞕z查一次。12、 使用注氮防滅火系統(tǒng)前，確保礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)正常工作；并設(shè)置專職救護隊員，加強工作面和進回風順槽的氧氣監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)氧氣濃度低于18%時立即停止工作，撤出人員，減少注氮量，待風流中氧氣濃度大于18%時，方能恢復(fù)工作。13、 采空區(qū)受工作面通風負壓的作用，從進風順槽至回風順槽必然形成漏風通道。向采空區(qū)注入氮氣，必然沿著漏風通道而大量泄露，將使采空區(qū)內(nèi)冷卻氧化帶加寬，影響惰化效果，因此，注氮前對上下隅角采取打設(shè)風障、封堵墻等封堵措施，減少漏風量，

20、才能以較少的注氮量達到較好的惰化效果，達到防火的目的。14、 注意檢查工作面及回風巷道風流中瓦斯涌出情況，若發(fā)現(xiàn)采空區(qū)大量涌出瓦斯，風流中瓦斯超限時，可適當降低注氮強度。15、 注氮管第一次向采空區(qū)注氮，或停止注氮后再次注氮時，應(yīng)利用工作面附近的三通閥門，先排出管內(nèi)空氣，避免將空氣注入采空區(qū)中去。16、應(yīng)在正?；夭汕巴瓿勺跃绕骷皦猴L管路正常使用的培訓(xùn)和考核，合格者方允許入井，入井前應(yīng)對自救器進行一次全面檢查。17、所有參與注氮及相關(guān)人員，必須由相關(guān)科隊認真組織學(xué)習，并嚴格執(zhí)行本措施規(guī)定。 七、監(jiān)護注意事項1、每班均安排2名救護隊員在上隅角進行現(xiàn)場監(jiān)護，救護隊員應(yīng)佩帶完好的裝備，攜帶完備的測定儀

21、器，及時檢測上隅角、工作面60#、90#架氣體（包括一氧化碳、甲烷、二氧化碳、氧氣）及溫度情況，三班按時向礦調(diào)度匯報。2、瓦檢員需佩帶好氧氣便攜儀、甲烷便攜儀、一氧化碳便攜儀在7163下隅角檢測，檢測采空區(qū)、回風流、回風隅角、30#架氣體及溫度情況，三班按時向礦調(diào)度匯報。3、通風科每天安排2名科管理干部值班。4、所有7163工作面人員沒有救護隊員的允許不準進入架間后尾。5、綜采二隊跟班副隊長為第一現(xiàn)場協(xié)調(diào)人，必須認真聽取現(xiàn)場監(jiān)護人員關(guān)于氣體檢查情況的告知，并聽從現(xiàn)場帶班領(lǐng)導(dǎo)及監(jiān)護人員的應(yīng)急措施安排及貫徹落實工作。6、綜采二隊跟班副隊長隨身攜帶便攜式一氧化碳檢測報警儀、便攜式氧氣檢測報警儀、便攜式甲烷檢測報警儀，進入機頭出口或后部溜子作業(yè)的人員必須由救護隊員全程監(jiān)護，先進行氣體檢測，氣體符合要求（氧氣濃度不低于18%，二氧化碳濃度小于1.5%，其他氣體應(yīng)符合煤礦安全規(guī)程規(guī)定）時才可進行作業(yè)。7、工作面放煤、周期來壓期及其他情況導(dǎo)致一氧化碳、二氧化碳等有毒有害氣體溢出時，由救護隊員進行氣體檢測，由救護隊員決定是否撤離；撤離時，應(yīng)由跟班副隊長帶領(lǐng)，根據(jù)現(xiàn)場