礦井火災(zāi)學(xué)-4(1-5節(jié))

礦井火災(zāi)學(xué)防治煤炭自燃必須從系統(tǒng)設(shè)計著手，掌握較準(zhǔn)確的煤層埋藏地質(zhì)條件，優(yōu)化礦井開拓系統(tǒng)，合理確定開采方法、工藝及巷道支護(hù)方式；在開采中有效控制礦山壓力、減少煤體破碎，實現(xiàn)少丟煤、快開采和快隔離；同時加強通風(fēng)管理、少漏風(fēng)。目前防治自燃火災(zāi)的技術(shù)主要包括均壓堵漏、注漿、灑阻化劑、注惰氣、注凝膠和泡沫材料等。這些技術(shù)的應(yīng)用要根據(jù)礦井的條件，因地制宜，合理選用。第四章防治煤炭自燃技術(shù)第一節(jié)防治煤炭自燃的開采技術(shù)措施對開采易自然發(fā)火的煤層，從防止自然發(fā)火的角度出發(fā)，對開拓、開采的要求是：最小的煤層暴露面、最大的煤炭回收率、最快的回采速度、易于隔絕的采區(qū)、正規(guī)的開采方式及合理的開采順序。一、采用合理的礦井開拓方式和巷道布置1、優(yōu)化礦井設(shè)計簡化巷道布置，規(guī)范巷道設(shè)計，應(yīng)盡量不打或少打輔助巷道，避免其對煤層或區(qū)段采場完整性的破壞。應(yīng)盡量減少區(qū)段巷道聯(lián)絡(luò)巷、切眼聯(lián)絡(luò)巷等形式的各類聯(lián)絡(luò)巷，使區(qū)段巷道構(gòu)成簡單化。保證采區(qū)間和工作面間相對獨立的并聯(lián)通風(fēng)系統(tǒng)，并且要保證采區(qū)和生產(chǎn)區(qū)段間有可靠的反風(fēng)自救系統(tǒng)。必須合理確定區(qū)段煤柱、停采線煤柱等各類煤柱的參數(shù)，切實做到既不浪費資源又能避免煤柱處于應(yīng)力集中區(qū)。開采易自燃和自燃的急傾斜煤層用垮落法控制頂板時，在主石門和采區(qū)運輸石門上方，必須留有隔離煤柱，在采區(qū)結(jié)束前禁止開采煤柱。神東礦區(qū)經(jīng)驗（1）在新布置的采煤工作面靠大巷側(cè)留有50m以上的永久煤柱；（2）綜采工作面為避免多個采空區(qū)連成一片，在一定的區(qū)域范圍（一般為3個面）留有40m的隔離煤柱；（3）綜采面順槽用連采機(jī)雙巷掘進(jìn)時，聯(lián)巷之間的間距都保持在55m以上；（4）采高設(shè)計時，極力避免拋頂煤、丟底煤情形的出現(xiàn)，不能一次采全高的工作面原則上頂煤留設(shè)厚度不能大于40cm。2、合理進(jìn)行巷道布置1）采用巖石巷道開采自然發(fā)火嚴(yán)重的厚煤層或近距離煤層群，運輸大巷和回風(fēng)大巷，采區(qū)上、下山，集中運輸平巷和集中回風(fēng)平巷等服務(wù)時間較長的巷道，通常應(yīng)盡量布置在煤層底板巖石中，其距煤層的距離根據(jù)巖性、礦山壓力等來確定。如果布置在煤層里，必須砌碹或錨噴，碹后的空隙和冒落處必須用不燃性材料充填密實，或用無腐蝕性、無毒性的材料進(jìn)行處理，而且要采用寬煤柱護(hù)巷。圖4-1-1柴里煤礦特厚煤層、U型區(qū)段集中巖巷布置圖1－分層工作面；2－分層煤巷；3－溜煤眼；4－傾斜聯(lián)絡(luò)巷；5－巖石集中運輸巷；6－巖石聯(lián)絡(luò)巷；7－分層回風(fēng)巷；8－巖石集中回風(fēng)巷；9－調(diào)壓風(fēng)窗區(qū)段集中巖巷由作為向工作面進(jìn)風(fēng)的巖石集中運輸巷和作為回風(fēng)運料的巖石集中回風(fēng)巷以及連通它們之間的巖石聯(lián)絡(luò)巷共同組成，位于煤層底板巖層距煤層10～15m的地方。區(qū)段巖巷通過傾斜聯(lián)絡(luò)巷（即聯(lián)絡(luò)上山）穿入煤層與每一回采分層聯(lián)系，傾斜聯(lián)絡(luò)巷沿走向分布相距150m。當(dāng)回采工作面推過一組聯(lián)絡(luò)上山之后，即啟用下一組聯(lián)絡(luò)上出。這種巷道布置方式的優(yōu)點是便于組織生產(chǎn)，安排掘進(jìn)回采，提高回收率，而且巷道維護(hù)量少，易于實施均壓防火措施，可有效減少漏風(fēng)，防止采空區(qū)的浮煤自燃。因此，對于采用多分層回采的厚煤層及近距離煤層群開采是適宜的。2）區(qū)段煤巷采用垂直重疊布置近水平或緩斜特厚煤層分層開采，區(qū)段巷道的布置有內(nèi)錯和外錯兩種基本形式。區(qū)段煤巷內(nèi)錯式布置如圖4-1-2所示，在采空區(qū)內(nèi)上下分層巷道形成的階梯煤柱易于破碎，容易造成漏風(fēng)以至采空區(qū)浮煤氧化自熱，形成易自燃區(qū)域。而外錯式布置，如圖4-1-3所示，則在下分層回采時煤巷容易冒落堆積也易造成易自燃區(qū)域。但是，將各分層巷道垂直重疊布置，如圖4-1-4所示，則可以較少甚至不留煤柱，消除了采空區(qū)浮煤自燃的基本條件，減小了煤自燃的可能性。圖4-1-2區(qū)段巷道內(nèi)錯式布置1－易然隅角；2－下分層運輸機(jī)巷；3－下區(qū)段回風(fēng)巷；圖4-1-3區(qū)段巷道外錯式布置1－外錯分層巷；2－虛實交接帶；3－上分層采過后，L區(qū)段頂煤冒落造成的易燃帶圖4-1-4區(qū)段巷道垂直布置

1－分層回風(fēng)巷；2－分層運輸巷3、合理安排采掘關(guān)系在傾斜煤層單一長壁工作面，一般情況下都是上區(qū)段運輸巷和下區(qū)段回風(fēng)巷同時掘進(jìn)，而且兩巷道之間還要開一些聯(lián)絡(luò)巷，如圖4-1-5所示。隨著工作面推進(jìn)，聯(lián)絡(luò)巷和區(qū)段內(nèi)煤柱遺留在采空區(qū)內(nèi)。在這種情況下，聯(lián)絡(luò)巷一般很難密封嚴(yán)實，煤柱極易壓碎，自然發(fā)火頻繁。如果采取上下區(qū)段進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)巷道分開掘進(jìn)，不同時進(jìn)行，也不使兩巷聯(lián)通，那么就可以避免這種類型的自然發(fā)火，如圖4-1-6所示。但是，對于下分層區(qū)段巷道同時掘進(jìn)，還應(yīng)盡量保持上下順槽相同通風(fēng)壓力，否則順槽掘進(jìn)期間上分層采空區(qū)會存在嚴(yán)重的自然發(fā)火危險。圖4-1-5上下區(qū)段分采同掘1－工作面運輸巷；2－下區(qū)段工作面回風(fēng)巷；3－聯(lián)絡(luò)巷圖4-1-6上下區(qū)段分采分掘1－工作面運輸巷；2－下區(qū)段工作面回風(fēng)巷二、堅持合理的開采方法和開采順序1、采用合理的采煤方法（1）少丟煤或不丟煤；（2）控制礦山壓力、減少煤柱破裂；（3）避免上行回采，遵循先采上煤層，再采下煤層的正?；夭身樞?；（4）合理布置采區(qū)；（5）回采時應(yīng)盡量避免過分破碎煤體；（6）加快工作面回采速度，使采空區(qū)自熱源難以形成；（7）及時密閉已采區(qū)和廢棄的舊巷；（8）注意選擇回采方向，不使采區(qū)回風(fēng)巷過分受壓或長時間維護(hù)在煤柱里。綜采和綜采放頂煤開采是目前應(yīng)用較為廣泛的兩種長壁式采煤方法。對于一次采全高的煤層，綜采由于其回采率高，推進(jìn)速度快，相比綜采放頂煤開采在防止自然發(fā)火方面有著明顯的優(yōu)勢。但對于易自燃厚煤層的開采，是選擇分層綜采還是綜采放頂煤開采卻是一個值得認(rèn)真探討的問題。分層綜采開采易自燃厚煤層時自然發(fā)火一般存在著兩條規(guī)律，即發(fā)火的空間分布規(guī)律和時間分布規(guī)律。發(fā)火的空間分布規(guī)律是采空區(qū)中部發(fā)火的機(jī)率低，采空區(qū)周邊發(fā)火的機(jī)率高，即“兩道兩線”易發(fā)火；發(fā)火的時間分布規(guī)律為本分層回采時引起本分層采空區(qū)發(fā)火的幾率低，下分層回采時，引起頂鄰或相鄰采空區(qū)發(fā)火的幾率高。與分層綜采不同的是綜采放頂煤開采一次采全高，消除了分層綜采時頂鄰采空區(qū)的自燃威脅，僅存在側(cè)鄰采空區(qū)遺煤自然發(fā)火的可能性。由于在綜放開采方式下，漏風(fēng)作用于側(cè)鄰采空區(qū)的時間較分層開采時漏風(fēng)作用于側(cè)鄰采空區(qū)時間要短，因而綜放開采時相鄰（側(cè)鄰）采空區(qū)（特別是停采線）的自燃危險性要比分層綜采時低得多。如圖4-1-7所示，綜放工作面丟煤包括割煤損失、頂煤損失、端頭支架不放煤損失、放煤步距損失、架間脊背損失和放煤工藝損失，其丟煤的嚴(yán)重程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分層綜采。圖4-1-7綜放工作面煤損失分布示意圖①－割煤損失；②－巷道頂煤損失；③－端頭支架不放煤損失；④－放煤步距損失；⑤－架間脊背損失；⑥－放煤工藝損失綜上所述，綜采放頂煤與分層綜采相比較，綜放開采時，其本面采空區(qū)自燃危險性有所增加；其相鄰采空區(qū)“兩線”的自燃危險性降低，而“兩道”的自燃危險性有所加強。但是，只要保持綜放面快速推進(jìn)，并加強相鄰采空區(qū)周邊地帶的防滅火工作，不難得出：綜放工作面自燃危險性介于分層開采時本分層工作面自燃危險性與下分層及相鄰工作面自燃危險性之間的結(jié)論。因此，從防止自然發(fā)火的角度考慮，綜采放頂煤開采由于只揭露煤層一次，在減少浮煤的供氧時間和采空區(qū)的漏風(fēng)方面要優(yōu)于分層綜采。而實踐中，易自燃厚煤層開采方式方法的確定是一個較復(fù)雜的問題，涉及到煤層賦存條件、煤體硬度等諸多因素，需要權(quán)衡各方面的利弊之后作出選擇。在合理采煤法中也包括了合理的頂板管理方法。頂板巖性松軟、易冒落、碎脹比大，采用全部陷落法管理頂板，對開采易自燃煤層防止自燃火災(zāi)較好。因為充填密實，漏風(fēng)擴(kuò)展范圍小，采空區(qū)遺留浮煤與空氣接觸的時間短，難以形成自燃。相反，如果頂板巖層堅硬，冒落塊度大，采空區(qū)漏風(fēng)擴(kuò)展范圍大，與遺留浮煤長期接觸，易于造成自燃。2、采用無煤柱開采在特厚煤層的開采中，將水平大巷、采區(qū)上山、區(qū)段集中運輸巷和回風(fēng)巷均布置在煤層底板巖石里，采用跨越回采，取消水平大巷煤柱、采區(qū)上（下）山煤柱，采用沿空留巷或掘巷，取消區(qū)段煤柱、采區(qū)區(qū)間煤柱；采用傾斜長壁仰斜推進(jìn)等措施，并輔以巷旁隔離，采空區(qū)灌水，停采線局部區(qū)域注漿充填、及時封閉、均壓通風(fēng)等措施，則采空區(qū)自然發(fā)火是可以完全有效控制的。無煤柱開采主要應(yīng)用于煤層頂板比較堅硬，礦壓不是很大的工作面開采。采用無煤柱開采的礦井，一定要加強巷道的維護(hù)，避免巷道因礦壓顯現(xiàn)加劇而發(fā)生冒頂；沿空側(cè)的巷道容易向鄰近采空區(qū)（尤其是停采線附近）漏風(fēng)，所以應(yīng)采取有效的漏風(fēng)通道封堵措施，以防止引起鄰近采空區(qū)自燃；隨著工作面的開采，臨近工作面的采空區(qū)會連成一片，這給防治煤炭自然發(fā)火和瓦斯帶來了很大的難度，因此每隔3～4個面（視各面采空區(qū)大小而定）要留有40m以上的隔離煤柱。3、堅持正規(guī)的回采順序在中央并列式通風(fēng)的礦井，開采易燃煤層時應(yīng)采用由邊界后退的開采順序。煤層群開采，應(yīng)遵循自上而下依次開采的順序。上山采區(qū)應(yīng)該是先采上區(qū)段，后采下區(qū)段；下山采區(qū)則恰恰相反。對于工作面的開采應(yīng)該堅持由切眼逐序回采的開采順序。堅決杜絕一個工作面沿走向攔腰斬斷，被分成兩個工作面，同時回采、一前一后的情況。4、快速開采回采期間，加快回采速度，使氧化自熱區(qū)在較短的時間內(nèi)變?yōu)橹舷^(qū)，可以有效地減少自燃發(fā)展階段漏風(fēng)量對煤氧化的作用時間，降低自然發(fā)火頻率；回采工作面結(jié)束后的停采撤架期間，通風(fēng)系統(tǒng)變化較大，風(fēng)流不穩(wěn)定，個別區(qū)域常處于微風(fēng)或無風(fēng)狀態(tài)，這就極易造成停采線浮煤自然發(fā)火事故，因此應(yīng)加快撤架和封閉采空區(qū)速度。神東礦區(qū)在防治井下煤自然發(fā)火的工作中，對采煤工作面堅持“快掘、快采、快撤、快閉”的原則，即各主要采煤面充分發(fā)揮現(xiàn)代化設(shè)備的效能，基本實現(xiàn)高產(chǎn)、高效，各主采工作面月推進(jìn)速度普遍超過400m，綜采面搬架（安裝、回撤）一般為7～10天并且在回撤過程中，預(yù)留出建筑密閉的位置，所有設(shè)備、材料等回撤結(jié)束后，及時進(jìn)行永久性封閉。這些快速開采技術(shù)有效地防止了采空區(qū)煤炭自然發(fā)火。三、控制礦山壓力、減少煤體破碎在礦山壓力的作用下會形成各種動力學(xué)現(xiàn)象，如煤巖體及支護(hù)物的變形、破壞、塌落等礦山壓力顯現(xiàn)。礦山壓力顯現(xiàn)易造成破碎巖體體積膨脹，如果這種現(xiàn)象產(chǎn)生在煤層中，煤層嚴(yán)重破裂后，裂隙充滿煤粉與碎屑，同時又是空氣供給的通道，裂隙網(wǎng)互相連接，漏風(fēng)風(fēng)流通過，且風(fēng)量小不足以將氧化生成的熱量帶走，為此出現(xiàn)熱量積蓄、煤的氧化過程加速、溫度上升的現(xiàn)象，這就增加了煤層自然發(fā)火的可能性。1）加強巷道頂板支護(hù)巷道冒頂區(qū)是厚煤層開采過程中易自然發(fā)火的主要地點之一。其產(chǎn)生的原因就是礦山壓力控制不當(dāng)、煤體破碎嚴(yán)重。為有效控制礦山壓力，減少巷道冒頂及頂煤破碎，重要的技術(shù)措施就是要做好對巷道周幫的支護(hù)工作。近年來被推廣應(yīng)用的錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)就是一種非常有利于防止巷道高冒區(qū)自然發(fā)火的巷道支護(hù)方式。錨網(wǎng)支護(hù)是一種錨桿和網(wǎng)（金屬或其他阻燃材料）的聯(lián)合支護(hù)方式，如圖4-1-8所示。圖4-1-8錨網(wǎng)支護(hù)示意圖與傳統(tǒng)的架棚支護(hù)方式相比，錨網(wǎng)支護(hù)具有支護(hù)及時、初撐力高、處理局部冒頂適應(yīng)性強、封包性好等優(yōu)點，是一種防止巷道掘進(jìn)冒頂及頂煤自燃的有效技術(shù)手段，錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大大降低了易燃厚煤層內(nèi)頂板自然發(fā)火的次數(shù)。2）分層開采下分層頂板管理頂板固化通常有兩種方法：一是利用礦山地質(zhì)條件加速形成自然的假頂，適宜的自然頂板形成條件為：頂板中泥巖成分含量高于40％，并有較高的溫度或者充足的水分，但是這種條件達(dá)到比較困難；二是將某種固化材料（如水泥）注入頂板，凝固而成，固化再生的頂板厚度不能低于0.5～0.9m。而柔性的人工假頂通常利用金屬網(wǎng)鋪設(shè)成，網(wǎng)鋪設(shè)要平直，緊貼巖壁。為保證搭接，盤條網(wǎng)相鄰兩邊作鉤，用于鉤掛連接，再用φ10mm鐵絲加固連接，最后用托板壓緊金屬網(wǎng)。金屬網(wǎng)的規(guī)格尺寸等參數(shù)根據(jù)礦壓情況以及現(xiàn)場施工方便等因素選取。四、合理的通風(fēng)系統(tǒng)所謂合理的通風(fēng)系統(tǒng)就是指：礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)、通風(fēng)阻力小、風(fēng)流穩(wěn)定可靠、通風(fēng)設(shè)施布置合理。合理的通風(fēng)系統(tǒng)不僅對防止自燃火災(zāi)的發(fā)生具有重要作用，還對發(fā)生火災(zāi)及時控制火情、防止災(zāi)害蔓延和減少災(zāi)變損失都具有十分重要的意義。1、風(fēng)網(wǎng)簡單、結(jié)構(gòu)合理從全礦井網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看，開采自燃煤層的大中型礦井，以中央分列式和兩翼對角式通風(fēng)方式為好，這兩種方式一是有利于防火，因為采區(qū)封閉后可以調(diào)節(jié)其壓力，從而消除主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的影響；二是便于災(zāi)變時，進(jìn)行通風(fēng)控制，防止主井進(jìn)風(fēng)流發(fā)火影響全礦井。同時，在易自燃煤層的在礦井中，應(yīng)極力避免主進(jìn)、回風(fēng)巷在近距離內(nèi)布置，要避免在同一標(biāo)高，以免煤柱壓裂漏風(fēng)供氧而導(dǎo)致自然發(fā)火。采區(qū)應(yīng)是分區(qū)通風(fēng)，即采區(qū)之間是并聯(lián)風(fēng)路，而不應(yīng)是串聯(lián)，應(yīng)盡量避免角聯(lián)；采區(qū)內(nèi)盡量采用串聯(lián)風(fēng)路，工作面推進(jìn)保持后退式。保持主要通風(fēng)機(jī)與風(fēng)網(wǎng)匹配，主要通風(fēng)機(jī)與風(fēng)網(wǎng)匹配就是指主要通風(fēng)機(jī)運行的工況點位于高效區(qū)內(nèi)。礦井的通風(fēng)阻力分布應(yīng)合理，如果回風(fēng)區(qū)段的阻力占總阻力的60％以上時，則應(yīng)采取減阻措施。2、合理的通風(fēng)設(shè)施布置為了保證井下各個用風(fēng)地點得到所需風(fēng)量，需在通風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)置一些通風(fēng)構(gòu)筑物（如風(fēng)橋、擋風(fēng)墻、風(fēng)門等），以控制風(fēng)流的方向和數(shù)量，但要防止它們造成大量漏風(fēng)或風(fēng)流短路。因此，必須優(yōu)化通風(fēng)構(gòu)筑物的布置，合理選擇位置，保證施工質(zhì)量，嚴(yán)格管理制度。否則會破壞通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并會帶來嚴(yán)重的后果。如圖4-1-9（a）所示，若將調(diào)節(jié)風(fēng)門安設(shè)在封閉火區(qū)進(jìn)、回風(fēng)密閉兩端AB之間，其結(jié)果將造成通風(fēng)壓差由hA-B增大至hA’-B’，顯然不利于火區(qū)的熄滅。若將調(diào)節(jié)風(fēng)門移動到AB段之外，如圖4-1-9（b）所示，通風(fēng)壓差由hA-B減小到hA’-B’

，當(dāng)然有利于火區(qū)熄滅。（a）調(diào)節(jié)風(fēng)門安設(shè)于封閉火區(qū)進(jìn)出風(fēng)兩端之間；（b）調(diào)節(jié)風(fēng)門移到封閉火區(qū)進(jìn)出風(fēng)兩端之外圖4-1-9設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)門前后的壓力分布狀況

1-安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)門前壓力坡度線；2-安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)門后壓力坡度線；3-大氣壓力為零的基準(zhǔn)線3、合理的工作面通風(fēng)方式（1）工作面U型通風(fēng)一般是下平巷進(jìn)風(fēng)，上平巷回風(fēng)。此種通風(fēng)方式具有結(jié)構(gòu)簡單、巷道施工維護(hù)量小、風(fēng)流穩(wěn)定、便于管理等特點。但是，從防止煤炭自燃的角度來考慮，傾向較長的易自燃煤層工作面，若采用U型通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)回風(fēng)側(cè)壓差較大易造成向采空區(qū)漏風(fēng)的狀況，不利于防止煤炭自燃。（2）工作面W型通風(fēng)圖4-1-10回采工作面W型通風(fēng)系統(tǒng)它的優(yōu)點在于：①相鄰的兩個工作面共用一條進(jìn)風(fēng)或回風(fēng)巷道，從而減少了采準(zhǔn)巷道的開掘和維護(hù)費用。②通風(fēng)網(wǎng)路屬并聯(lián)結(jié)構(gòu)，因而風(fēng)阻小，風(fēng)量大，漏風(fēng)量小，利于防火。③當(dāng)上下端平巷進(jìn)風(fēng)，且設(shè)運輸機(jī)時，則在該巷中有回收安裝維修采煤設(shè)備的良好環(huán)境。④當(dāng)中間平巷進(jìn)風(fēng)且設(shè)運輸機(jī)時，既保證了運輸設(shè)備處于新鮮風(fēng)流中，又保證了進(jìn)、回風(fēng)巷的總斷面比較接近，故在近水平煤層的綜采工作面中應(yīng)用較廣。該通風(fēng)方式比U型通風(fēng)方式的風(fēng)壓差明顯降低，減少了向采空區(qū)漏風(fēng)。上段工作面的下行風(fēng)流作用抑制了熱負(fù)壓氣流上升現(xiàn)象，因而有效地消除了采空區(qū)浮煤的自燃。但這種通風(fēng)方式增加了掘進(jìn)費用和巷道維護(hù)費用。（3）工作面Y型通風(fēng)圖4-1-11工作面Y型通風(fēng)系統(tǒng)其優(yōu)點為：①由于采空區(qū)的瓦斯，通過巷旁支護(hù)流入回風(fēng)平巷，該通風(fēng)方式較好地解決了回采工作面上隅角的瓦斯超限之患；②由于工作面上、下端均處于進(jìn)風(fēng)流中，因此改善了作業(yè)環(huán)境；③實行沿空留巷，可提高采區(qū)回收率。將U型通風(fēng)改為Y型通風(fēng)，實質(zhì)是將串聯(lián)風(fēng)路改為并聯(lián)風(fēng)路，使工作面風(fēng)壓差下降，在一定程度上可減少向采空區(qū)漏風(fēng)，有利抑制采空區(qū)浮煤自燃，但是Y型通風(fēng)必須保證沿空巷巷壁的密閉性，否則反而更容易向采空區(qū)漏風(fēng)而加劇煤炭自燃。4、減小礦井通風(fēng)阻力合理確定礦井通風(fēng)壓力，低瓦斯礦井負(fù)壓控制在2000Pa內(nèi)，高瓦斯礦井負(fù)壓控制在3000Pa內(nèi)，要努力做好礦井的“減阻降壓”工作，爭取實現(xiàn)低負(fù)壓通風(fēng)。如神東礦區(qū)某礦簡化通風(fēng)系統(tǒng)，將通風(fēng)阻力由3000Pa降低為1200Pa后礦井漏風(fēng)量由1250m3/min降低為650m3/min，基本杜絕了煤炭自然發(fā)火事故。同時，對工作面合理分配風(fēng)量，進(jìn)、回風(fēng)巷道盡量避免平面交叉，所有風(fēng)門都建筑兩道或兩道以上，人行風(fēng)門間距在5m以上，通車風(fēng)門保證一列車長度，堅決杜絕單道風(fēng)門或用擋風(fēng)簾代替調(diào)節(jié)風(fēng)門，以保證工作面風(fēng)流穩(wěn)定、安全、可靠。5、加強日常通風(fēng)防滅火管理對已回采的工作面采空區(qū)以及廢舊的巷道要做到及時封閉，對井下發(fā)火隱患地點采取措施，積極做好預(yù)測預(yù)報工作。要求每旬至少檢查一次采空區(qū)密閉的漏風(fēng)情況，每周檢查一次防火密閉內(nèi)、外溫度及有害氣體變化情況，對發(fā)火隱患較大的地點可根據(jù)具體情況每隔1～3天檢查一次，并隨時進(jìn)行現(xiàn)場采樣，送分析室進(jìn)行氣體化驗分析，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。對回采工作面開采線、停采線、進(jìn)風(fēng)道、回風(fēng)道進(jìn)行綜合治理是預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火最有效的措施?；夭晒ぷ髅骈_采線采取放震動炮強制放頂，使其冒落嚴(yán)實；回采工作面停采線必須回撤干凈，不留任何浮煤、木垛及其它可燃性支護(hù)材料。為了從根本上解決浮煤氧化，盡量降低采空區(qū)丟煤量，減少煤層暴露面。第二節(jié)堵漏與均壓防滅火在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，無論是在巷道，還是在工作面以及采空區(qū)、火區(qū)，只要風(fēng)路兩端間存在壓差，空氣就要流動，從高位能流向低位能，其漏風(fēng)量為：一、封堵漏風(fēng)1、漏風(fēng)測定一般采用示蹤技術(shù)探測漏風(fēng)通道和漏風(fēng)量。所謂示蹤技術(shù)，就是選擇具有一定特性的氣體做標(biāo)志氣體。利用風(fēng)流或漏風(fēng)作載氣，在能位較高的漏風(fēng)源釋放，在其可能出現(xiàn)的漏風(fēng)匯采集氣樣，分析氣體，確定標(biāo)志氣體的流動軌跡，判斷漏風(fēng)通道，根據(jù)標(biāo)志氣體濃度變化計算風(fēng)量或漏風(fēng)量。目前，通常采用六氟化硫（SF6）作為示蹤氣體來檢測井下漏風(fēng)通道和漏風(fēng)量。1974年美國首次采用這一技術(shù)檢測井下漏風(fēng)，近些年我國也廣泛應(yīng)用這一技術(shù)來檢測工作面漏風(fēng)和礦井外部漏風(fēng)，證明它是—種測礦井漏風(fēng)有效的方法。SF6無色、無味、無嗅，是不燃惰性氣體。它的物理活性大，在擾動的空氣中可以迅速混合而均勻地分布在檢測空間內(nèi)。這種氣體不溶于水，無沉降，不凝結(jié)，不為井下物料表面所吸附，不與堿起作用，是一種良好的負(fù)電性氣體。SF6的檢出靈敏度高，使用帶電子捕獲器的氣相色譜儀或SF6檢漏儀均可有效地檢出（檢測精度可達(dá)8×10-12）。另外，SF6在大氣與礦井環(huán)境中的本原含量極低，約為10-14～10-15g/mL。SF6的這些性質(zhì)，使得人們可以方便、準(zhǔn)確地應(yīng)用它進(jìn)行礦井漏風(fēng)檢測。因此，SF6是一種理想的示綜氣體。根據(jù)漏風(fēng)檢測目的的不同，SF6示蹤技術(shù)測定井巷漏風(fēng)又分瞬時釋放SF6和連續(xù)穩(wěn)定釋放SF6兩種檢漏法。（1）瞬時釋放法在漏風(fēng)通路的主要進(jìn)風(fēng)口瞬時釋放一定量的SF6氣體，然后在幾個預(yù)先估計的漏風(fēng)通路出口采取氣樣，通過分析氣樣中是否含有SF6以及SF6的濃度大小來具體確定漏風(fēng)通道和漏風(fēng)量。圖4-2-1SF6瞬時釋放法釋放方式示意圖為檢測圖4-2-1所示聯(lián)絡(luò)巷的漏風(fēng)情況，在聯(lián)絡(luò)巷前（巖石平巷中）A處釋放SF6，而在工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)B處和回風(fēng)側(cè)（回風(fēng)平巷中）C處采取氣樣，見圖4-2-1所示。測定方法與步驟：①首先根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖分析可能的漏風(fēng)通道、漏風(fēng)源、漏風(fēng)出口；②在地面將SF6氣體裝入球膽，帶往選定的漏風(fēng)源處釋放SF6氣體；③在漏風(fēng)出口每隔一定時間用球膽或15mL的醫(yī)用針管采集氣樣；④將采集的氣樣送實驗室分析，測定SF6濃度。測定的儀器為氣相色譜儀，配有電子捕獲檢測器，以及2m長的5?分子篩色譜柱；⑤根據(jù)氣樣分析結(jié)果確定漏風(fēng)狀況。主要技術(shù)要點：①準(zhǔn)確把握第一次采樣時間在綜合考慮SF6的釋放地點與采樣地點的距離、漏風(fēng)風(fēng)流的速度和SF6的擴(kuò)散速度等因素的基礎(chǔ)上確定第一次采樣時間。一般講，小范圍的漏風(fēng)區(qū)域可在放樣5分鐘以后開始采樣，大范圍的漏風(fēng)區(qū)域不應(yīng)超過30分鐘。②合理安排采樣間隔時間同一采樣地點需多次采取氣樣，兩次采樣的時間間隔初期可取5～10分鐘，后期可以長一些。一般講，同一采樣點采樣10次左右就足以檢測出SF6的最高濃度點。③及時分析樣品樣品中SF6的濃度隨采樣時間的增長而降低，所以采集到氣樣后應(yīng)立即進(jìn)行氣樣分析，最遲不能超過24h。④保證地面分析測試環(huán)境空氣清潔開展測試工作前要先對分析儀器的環(huán)境進(jìn)行通風(fēng)，確保該環(huán)境內(nèi)不得含有SF6。灌裝SF6的壓氣瓶一定不能與分析儀器放置在同一室內(nèi)。神華神東煤炭分公司補連塔煤礦煤層埋藏較淺，在回采工作面上方的地表出現(xiàn)裂縫，成為可能的漏風(fēng)通道。為了確認(rèn)是否有風(fēng)流從地面漏入采空區(qū)，確定采用SF6瞬時釋放技術(shù)補連塔煤礦進(jìn)行了地面漏風(fēng)測定。補連塔礦3202工作面是正在回采的工作面，3201工作面是已封閉的工作面。分別在這兩個工作面對應(yīng)的地表裂隙處釋放SF6，并在3202工作面回風(fēng)隅角和3201工作面回撤通道采集氣樣。氣樣采集時間、氣樣分析結(jié)果如表4-1-1、表4-1-2所示。（2）連續(xù)穩(wěn)定釋放法SF6瞬時釋放法簡單，易于實施，但不能用于漏風(fēng)風(fēng)量的定量測定。漏風(fēng)風(fēng)量的定量測定需采用SF6示綜氣體連續(xù)定量釋放的漏風(fēng)測定技術(shù)。連續(xù)定量釋放SF6測定漏風(fēng)的原理為：在需要檢測的井巷風(fēng)流中連續(xù)、定量、穩(wěn)定地釋放SF6示蹤氣體，然后順著風(fēng)流方向，沿途布點采取氣樣分析SF6氣體的濃度變化。如果沿途不漏風(fēng)或者向外漏風(fēng)，則沿途各點風(fēng)流中的SF6濃度保持不變；如果沿途向內(nèi)漏風(fēng)，則沿途各點風(fēng)流中的SF6濃度變化呈下降趨勢。通過對采樣點的SF6濃度變化的分析，即可求得漏風(fēng)量，從而找出漏風(fēng)規(guī)律。圖4-2-2SF6連續(xù)定量測定漏風(fēng)原理簡圖如圖4-2-2所示，設(shè)在R處釋放SF6氣體，在S點處采取氣樣。若SF6的釋放流量為qmL/min,若該氣樣經(jīng)分析后的SF6濃度為C，則通過該采樣點處巷道斷面的風(fēng)量Q（m3/min）可表示為：據(jù)公式（4-2-2），通過多點采集氣樣的方式即可得出流經(jīng)這些采樣點處巷道斷面的風(fēng)量，風(fēng)量之差即為巷道對應(yīng)區(qū)間的漏風(fēng)量。該方法的特點是不需測定巷道斷面就可較準(zhǔn)確地測出風(fēng)量，而一般在工作面，由于巷道斷面大，機(jī)電設(shè)備多，尤其是在運輸機(jī)巷道，斷面很難測準(zhǔn)。連續(xù)穩(wěn)定釋放方法關(guān)鍵是要有一套能連續(xù)、穩(wěn)定、定量釋放SF6的裝置。該裝置必須有很高的可靠性，保證釋放流量穩(wěn)定在某一設(shè)定值，且能靈活的調(diào)節(jié)釋放量。如圖4-2-3所示為中國礦業(yè)大學(xué)設(shè)計制作的SF6示綜氣體連續(xù)釋放裝置。該系統(tǒng)由示綜氣體鋼瓶1、減壓閥2、穩(wěn)壓閥3、穩(wěn)流閥4及流量計5等組成。釋放系統(tǒng)經(jīng)過二級穩(wěn)壓、一級穩(wěn)流，保證釋放SF6氣體的流量穩(wěn)定、連續(xù)可調(diào)。該裝置SF6的流量范圍為20-200mL/min。圖4-2-3連續(xù)穩(wěn)定釋放裝置1—SF6儲氣瓶；2—級減壓裝置；3—穩(wěn)壓閥；4—穩(wěn)流閥；5—流量計圖4-2-4為采用連續(xù)穩(wěn)定釋放SF6示蹤氣體對棗莊柴里煤礦2340（3）采煤工作面停采線及上分層采空區(qū)進(jìn)行漏風(fēng)測定的示意圖。2340（3）工作面是一個第三分層高檔普采工作面，工作面傾向長度140m，走向長度282m，測定時距設(shè)計停采線215m。釋放量為15ml/min，釋放點R及采樣點S1、S2……Sn布置如圖4-2-2。穩(wěn)定釋放20分鐘后開始取樣，取樣后及時交地面化驗室分析，分析結(jié)果見表4-2-3。圖4-2-4漏風(fēng)檢測示意圖2、堵漏措施為了減少漏風(fēng)，應(yīng)該從降低風(fēng)壓差和增大風(fēng)阻兩方面著手采取措施。在風(fēng)門、通風(fēng)巷道表面、巷道壁和煤柱等地方，為了增加風(fēng)阻，減少漏風(fēng)量，需要修建很多各種各樣的密封設(shè)施。這些密封措施可能是建在煤壁等的外表面，也可能是噴注漿液材料到壓實區(qū)或者充填區(qū)。所謂密封材料，一般采用樹脂和凝膠，具有低滲透性和一定的塑性，選擇的密封材料一定要能夠快速密封并且易于在本地獲取?；炷粱覞{和石膏灰漿能較容易噴灑在通風(fēng)巷道表面并且密封效果較好，常用來填實兩密閉墻之間的區(qū)域。用尾礦或者其他材料制成的水泥漿同樣可以用來填充或者注入到火區(qū)。這些材料可以通過在礦井井下打孔注入，也可以在礦井地面上鉆孔進(jìn)行灌注。另外，在煤柱中注入凝膠也已經(jīng)證明對防滅火是有效果的。無煤柱開采時防止漏風(fēng)的主要技術(shù)措施有：（1）沿空巷道桂簾布簾布采用耐熱、抗靜電和不透氣的廢膠質(zhì)（塑料）風(fēng)筒布。其鋪設(shè)方法有兩種：一是在使用木垛維護(hù)巷道時，在木垛壁面與巷道支架的背面之間鋪設(shè)風(fēng)筒布（圖4-2-5）；二是使用密集支柱維護(hù)巷道時，將風(fēng)筒布鋪設(shè)在密集支柱上（圖4-2-6）。圖4-2-5沿空巷道掛簾布堵漏風(fēng)1─膠質(zhì)風(fēng)筒布；2─背板圖4-2-6密集支柱膠質(zhì)風(fēng)筒布的鋪放1─風(fēng)筒布；2─背板；3─密集支柱（2）利用飛灰充填帶隔絕采空區(qū)飛灰是火力發(fā)電廠在煙道中排出的塵埃。日本、波蘭、美國除將飛灰廣泛用作防止防火墻漏風(fēng)的充填材料外，還將它作為防止采空區(qū)周壁漏風(fēng)的充填隔離帶材料：波蘭把飛灰充入木垛內(nèi)形成隔墻，或者先在沿空巷道的支架表面噴涂一層水泥白灰漿，待其固化后，打眼插上注灰管壓注飛灰，最后在巷道表面噴涂含灰砂漿。（3）利用水砂充填堵漏水砂充填主要用于聯(lián)絡(luò)巷閉內(nèi)、終采線等地點的堵漏。①聯(lián)絡(luò)巷閉內(nèi)水砂充填堵漏防火。工作面推過聯(lián)絡(luò)巷以前，先于聯(lián)絡(luò)巷下端適當(dāng)位置打上密閉，并在密閉上部及下部各留一泄水孔，上孔斷面為0.5m×0.5m，下孔為0.3m×0.3m，兩孔均用荊笆等材料封住，以擋砂泄水，從巷道中接管注砂。②終采線端頭水砂充填堵漏。工作面停采以后，在終采線以外進(jìn)、回風(fēng)巷道的適當(dāng)位置建密閉，密閉上留孔設(shè)荊笆，引管進(jìn)行水砂充填。（4）噴涂塑料泡沫防止漏風(fēng)將在常溫下能夠凝固的塑料泡沫噴涂到防火墻和巷道劈上，形成厚度為20~30mm泡沫塑料層。一種目前國內(nèi)較廣泛使用的羅克休礦用堵漏材料，也是樹脂泡沫聚合材料，其生產(chǎn)及壓注工藝如圖4-2-7所示。通過高壓風(fēng)驅(qū)動多功能氣泵，將樹脂和催化劑吸入泵中，同時壓入注射槍，兩種液體經(jīng)過注射槍加壓以4:1的體積相混合、發(fā)泡，注入要堵漏的地點，瞬間發(fā)泡到原體積的25~30倍。使用井下動力源，輸出壓力可達(dá)17MPa。該材料具有良好的機(jī)械抗壓性能，對于封堵煤層裂隙效果顯著。圖4-2-7礦用羅克休堵漏材料壓注工藝（5）利用可塑性膠泥堵塞漏風(fēng)英國利用螺桿式泵將一種半塑性不凝固的膠泥壓入采空區(qū)矸石堆的縫隙中，形成4m寬的隔絕矸石墻。這種隔離帶在巷道來壓時，隨著巷道的變形而變形，不會形成新的裂隙。（6）采取“均壓”措施，減少漏風(fēng)國內(nèi)外普遍采用調(diào)節(jié)風(fēng)壓法（“均壓”措施）防止采空區(qū)的漏風(fēng)，方法簡單，效果顯著，其原理與具體做法詳見后述。二、均壓防滅火均壓防滅火就是采用風(fēng)窗、風(fēng)機(jī)、連通管、調(diào)壓氣室等調(diào)壓手段，改變通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的壓力分布，降低漏風(fēng)通道兩端的壓差，減少漏風(fēng)，從而達(dá)到抑制和熄滅火區(qū)的目的。均壓技術(shù)是在20世紀(jì)50年代由波蘭漢·貝斯特朗（H·Bystron）教授首先提出。用于封閉區(qū)的均壓可防止遺煤自然發(fā)火和加速火災(zāi)熄滅，用于開區(qū)的均壓可以抑制工作面后部采空區(qū)遺煤自燃的發(fā)展，并可消除火災(zāi)氣體的威脅。均壓作為一種“以風(fēng)治火”的技術(shù)，方法簡單，成本最低，控制火勢的發(fā)展常常立竿見影，深受現(xiàn)場歡迎。根據(jù)煤礦井下實施均壓技術(shù)的區(qū)域是否封閉，均壓技術(shù)可分為開區(qū)均壓和閉區(qū)均壓兩種類型。1、開區(qū)均壓在生產(chǎn)工作面建立的均壓系統(tǒng)，其特點是在保證工作面所需通風(fēng)風(fēng)量的條件下，通過實施通風(fēng)調(diào)節(jié)，盡量減少向采空區(qū)漏風(fēng)，抑制煤的自燃，防止一氧化碳等有毒有害氣體涌入工作面，從而保證正常生產(chǎn)的進(jìn)行。（1）調(diào)節(jié)風(fēng)窗均壓適用于工作面采空區(qū)內(nèi)形成的并聯(lián)漏風(fēng)方式。通常在工作面的回風(fēng)巷內(nèi)安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗，使工作面內(nèi)的風(fēng)流壓力提高，以降低工作面與采空區(qū)的壓差，從而減少采空區(qū)中氣體涌出。適用于采空區(qū)內(nèi)已有自燃跡象，并抑制采空區(qū)中的火災(zāi)氣體（一氧化碳等）涌到工作面，威脅工作面的安全生產(chǎn)。安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗后，通風(fēng)巷道的壓力如圖4-2-8所示。圖4-2-8安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)門的巷道中的壓力分布圖4-2-9調(diào)節(jié)風(fēng)門均壓如圖4-2-9所示，當(dāng)在回風(fēng)巷內(nèi)3－4間安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗A以后，風(fēng)窗前的壓力升高，采空區(qū)與工作面的壓差就降低，采空區(qū)內(nèi)的氣體就不易涌出。其降低值取決于可調(diào)節(jié)風(fēng)門的風(fēng)阻大小。使用此種方式進(jìn)行均壓時，應(yīng)注意工作面風(fēng)量滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求。（2）局部通風(fēng)機(jī)均壓有時為提高風(fēng)路的壓力，需在風(fēng)路上安設(shè)帶風(fēng)門的風(fēng)機(jī)（即輔助通風(fēng)機(jī)），利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的增風(fēng)作用，改變風(fēng)路上的壓力分布，達(dá)到均壓的目的。如圖4-2-10所示。圖4-2-10局部通風(fēng)機(jī)調(diào)壓原理（3）調(diào)節(jié)風(fēng)窗與局部通風(fēng)機(jī)聯(lián)合均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門與扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合均壓常常采用工作面進(jìn)風(fēng)巷安設(shè)輔助通風(fēng)機(jī)而回風(fēng)巷安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)門的聯(lián)合均壓措施，如圖4-2-11所示。其中，C處安設(shè)了輔助通風(fēng)機(jī)，能夠有效增加該點至D點之間的風(fēng)壓；而D處安設(shè)了調(diào)節(jié)風(fēng)門，使通風(fēng)阻力增大，該點之后風(fēng)壓明顯減少。這樣能夠提高C、D兩點之間的風(fēng)壓，同時又能降低二者之間的壓差，可有效避免漏風(fēng)進(jìn)入工作面，為回采提供了安全保障。圖4-2-11風(fēng)窗-風(fēng)機(jī)聯(lián)合增壓調(diào)節(jié)圖4-2-12調(diào)節(jié)風(fēng)門與通風(fēng)機(jī)聯(lián)合均壓2、閉區(qū)均壓所謂閉區(qū)均壓，就是對已經(jīng)封閉的區(qū)域進(jìn)行均壓，它一方面可以防止封閉區(qū)中的煤炭自燃，又可加速封閉火區(qū)的熄滅速度。常用的閉區(qū)均壓技術(shù)措施有：并聯(lián)風(fēng)路與調(diào)節(jié)風(fēng)門聯(lián)合均壓，調(diào)壓風(fēng)機(jī)與調(diào)節(jié)風(fēng)門聯(lián)合均壓，連通管均壓等方法。（1）并聯(lián)風(fēng)路與調(diào)節(jié)風(fēng)門聯(lián)合均壓如圖4-2-13(a)所示，封閉區(qū)(F)進(jìn)回風(fēng)口5、8兩點的壓差過大，如壓能圖4-2-13(b)所示，漏風(fēng)嚴(yán)重，以致有自然發(fā)火的危險。為了控制漏風(fēng)采取了兩項措施，如圖4-2-14(a)所示，取消了5—8上山內(nèi)的兩道密閉，使之成為與封閉區(qū)漏風(fēng)并聯(lián)的通道；同時在8—9區(qū)段內(nèi)構(gòu)筑調(diào)節(jié)風(fēng)門4，將通過3—4上山的風(fēng)量限制在最小的范圍之內(nèi)。如壓能圖4-2-14(b)所示。閉區(qū)進(jìn)回風(fēng)口5、8兩點壓差顯著減小，漏風(fēng)量降低，這樣就消除了封閉區(qū)自然發(fā)火的危險。如果封閉的是個火區(qū)，當(dāng)然也會加速火的熄滅。圖4-2-13封閉區(qū)漏風(fēng)及其壓能示意圖（a）5、8兩點壓差大造成封閉采空區(qū)（F）內(nèi)漏風(fēng)嚴(yán)重；（b）封閉區(qū)（F）壓能圖圖4-2-14并聯(lián)風(fēng)路與調(diào)節(jié)風(fēng)門聯(lián)合均壓圖（a）采取均壓措施后6、7兩點壓差減小，封閉的采空區(qū)（F）漏風(fēng)減少；（b）采取均壓措施后，封閉區(qū)（F）的壓能圖（2）調(diào)壓風(fēng)機(jī)與調(diào)節(jié)風(fēng)門聯(lián)合均壓如圖4-2-14所示，當(dāng)上山5—8區(qū)段的風(fēng)量不允許控制時，為實現(xiàn)對封閉的采空區(qū)(F)進(jìn)行均壓，可在封閉區(qū)的兩端進(jìn)回風(fēng)口采取調(diào)壓風(fēng)機(jī)與調(diào)節(jié)風(fēng)門聯(lián)合組成均壓硐室[圖4-2-15(a)]的方法。啟動通風(fēng)機(jī)后，調(diào)節(jié)風(fēng)門窗口的大小以消除原有密閉墻內(nèi)外的壓差，從而阻止了通過密閉墻的漏風(fēng)。密閉內(nèi)外壓力的均衡，可由安設(shè)于調(diào)節(jié)風(fēng)門之外的“U”形水柱計顯示。圖4-2-15調(diào)壓風(fēng)機(jī)與調(diào)節(jié)風(fēng)門聯(lián)合均壓圖（a）在封閉區(qū)的進(jìn)回風(fēng)側(cè)建立均壓硐室A與B；（b）負(fù)壓均壓硐室；（c）正壓均壓硐室；（d）負(fù)壓均壓硐室壓能圖；（e）正壓均壓硐室壓能圖①—調(diào)節(jié)風(fēng)窗；②—均壓風(fēng)機(jī)；③—水柱計封閉區(qū)兩側(cè)的均壓硐室是有區(qū)別的：進(jìn)風(fēng)側(cè)是負(fù)壓硐室，調(diào)壓通風(fēng)機(jī)抽出式工作[圖4-2-15(b)]；回風(fēng)側(cè)是正壓硐室。調(diào)壓風(fēng)機(jī)按壓入式工作[圖4-2-15(c)]。圖4-2-14是雙側(cè)均壓，其實也可以構(gòu)筑單側(cè)均壓硐室。這種均壓方式用于已經(jīng)封閉的火區(qū)，限于條件，無其它適當(dāng)?shù)木鶋悍椒〞r才考慮使用，因為通風(fēng)機(jī)運行消耗電能、經(jīng)濟(jì)上很不合理。另外，一旦發(fā)生故障，通風(fēng)機(jī)停止運行，均壓作用消失，措施的可靠性較差。封閉區(qū)(F)的壓能圖與圖4-2-14(b)完全相同。如果單獨采用負(fù)壓均壓硐室，其壓能圖如圖4-2-15(d)所示。單獨采用正壓均壓硐室。其壓能圖如圖4-2-15(e)所示。（3）連通管均壓如圖4-2-16(a)所示，在可能發(fā)生煤炭自燃的封閉區(qū)（F）的回風(fēng)側(cè)密閉外面，再加筑一道密閉墻。然后，穿過外部密閉墻安設(shè)直徑為300~500mm的金屬管路(1'、2')直通地面。在管路上安設(shè)調(diào)節(jié)閥門，或者在外部密閉墻上構(gòu)筑風(fēng)窗調(diào)節(jié)孔，以控制通過連接管的風(fēng)量。使其阻力h1'-2'與進(jìn)風(fēng)1-2-5區(qū)段的阻力(h1-5)相等，則封閉區(qū)進(jìn)回風(fēng)兩端(5、2')的壓能一樣而漏風(fēng)消失。圖4-2-16連通管均壓（a）連通管均壓布置圖；（b）將連通管視為一條風(fēng)路；（c）連通管均壓壓能圖①—加筑的密閉墻；②—連通管；③—調(diào)節(jié)閥門如果將連通管各作一條風(fēng)流支路，按網(wǎng)路圖展開如圖4-2-16(b)所示，從此圖上可見封閉區(qū)處于角聯(lián)支路上，通過相鄰支路風(fēng)阻的調(diào)節(jié)不僅可以使其漏風(fēng)風(fēng)流停止流動，而且可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)其風(fēng)流方向。所以，連通管均壓措施實質(zhì)上也是改變通風(fēng)系統(tǒng)均壓的一種方法，連通管均壓的壓能圖如圖4-2-16(c)所示。第三節(jié)注漿防滅火注漿防滅火就是將不燃性注漿原料（粘土、粉煤灰、矸石以及砂等固體材料）細(xì)粒化后與水按一定配比制成懸浮液，利用靜壓或動壓，經(jīng)由鉆孔或輸漿管路水力輸送至礦井防滅火區(qū)，以阻止煤炭氧化或撲滅已自燃的煤體。注漿的主要作用就是隔氧與降溫，即通過漿體材料包裹煤體，隔絕氧氣與煤體的接觸，防止煤的氧化；同時對于已自燃的煤炭降溫和滅火。注漿防滅火是防治煤炭自然發(fā)火的一項最經(jīng)濟(jì)、最有效的防滅火技術(shù)措施之一。一、注漿材料的選取井下防滅火注漿材料一般要具備5個基本性能：⑴不含可燃或助燃物質(zhì)；⑵易成漿，利于管道水力輸送；⑶具有必要的粘結(jié)性、穩(wěn)定性和脫水性；⑷制成的漿液具有較大的滲透力和小的收縮率；⑸注漿材料堆成的實體具有足夠的密封性能。煤礦中使用的傳統(tǒng)注漿材料是含砂量不超過25%~30%黃土，根據(jù)礦區(qū)條件，也可選用適當(dāng)?shù)拇貌牧稀Ｄ壳?，已?jīng)成功試用的代用材料有：粉煤灰、煤矸石和山砂等，這些常用注漿材料的優(yōu)缺點列于表4-3-1。在選擇注漿材料時，應(yīng)首先以就地取材和能保證持續(xù)注漿為主，如果有條件盡量采用不加工的材料，如黃土、粉煤灰等。如有兩三種可供選擇的原材料則應(yīng)對其物理性能、技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性加以對比，特別是采、運、加工的工藝及其各種費用進(jìn)行對比，這樣就能保證合理地使用注漿技術(shù)來進(jìn)行防滅火工作。二、漿液制備與輸送1、漿液制備工藝1）黃泥漿液制備黃土漿液的制備一般在地面進(jìn)行，通常有水力和機(jī)械兩種取土方式。水力取土制漿系統(tǒng)如圖4-3-1所示。水力取土制漿系統(tǒng)利用水槍直接沖刷粘土層（或堆）形成泥漿，漿液沿泥漿溝流入沉淀池（或集泥池），經(jīng)攪拌機(jī)制成漿后，通過放漿閘閥送至注漿集中鉆孔或井下注漿干管。圖4-3-1黃泥制漿工藝1-儲土場；2-水槍；3-進(jìn)漿閘門；4-沉淀池；5-攪拌機(jī)；6-放漿閘閥；7-箅子；8-風(fēng)井水力取土方式工序簡單，但需多個制漿池，要求制漿站面積較大；采用機(jī)械取土制漿則可在有限場地內(nèi)實現(xiàn)快速、連續(xù)制漿。機(jī)械制備泥漿是把粘土由采土場運至注漿站的貯土場，然后進(jìn)入振動給土器，再由此運送到攪拌池。同時給水，經(jīng)機(jī)械攪拌形成泥漿，再經(jīng)松動篩除渣送入注漿管。2）頁巖或矸石漿的制備頁巖或矸石漿制備工藝是：在采料場對大塊巖進(jìn)行破碎，然后用電扒斗耙經(jīng)膠帶輸送機(jī)運送到破碎機(jī)破碎，再經(jīng)球磨機(jī)磨制成漿。通過球磨機(jī)磨成的泥漿沿泥漿溝流入集漿池，經(jīng)攪拌后即可由下漿孔輸往井下干管進(jìn)漿池。若集漿池盛滿，用泥漿泵或砂漿泵將泥漿送往泥漿池以備用。制漿系統(tǒng)及工藝流程如圖4-3-2所示。圖4-3-2頁巖或矸石制漿工藝流程圖3）粉煤灰漿制備工藝一般粉煤灰地面制漿工藝是：應(yīng)用專用運輸線和運輸工具（多采用封閉式裝置以避免污染環(huán)境），將電廠粉煤灰運送至注漿站儲灰池（或者貯備罐）內(nèi)。制漿時，打開貯備罐下口的閥門，利用電動鎖定器定量放粉煤灰，同時打開水槍泵，將粉煤灰經(jīng)導(dǎo)灰溝引入到攪拌池內(nèi)，經(jīng)攪拌機(jī)攪拌均勻后通過篩板或箅子流入注漿立孔最后達(dá)需漿地點。4-3-3為兗州東灘煤礦采用的地面粉煤灰制漿工藝系統(tǒng)。圖4-3-3粉煤灰制漿工藝1-電廠灰水處理站；2-沉灰池；3-過濾池；4-清水池；5-回水溝；6-水槍；7-放漿閘閥；8-箅子；9-風(fēng)井；10-循環(huán)水泵站2、漿液輸送漿液輸送方式有兩種形式：⑴靜壓輸漿。靜壓輸漿是利用制漿地點標(biāo)高不同而產(chǎn)生的自然壓差，借助輸漿管路（或鉆孔）將漿液輸送到注漿區(qū)；⑵動壓輸漿。當(dāng)借助自然壓頭輸漿壓力不夠或倍線不能滿足時，利用泥漿泵向注漿區(qū)注漿。漿液輸送一般是靠靜壓作動力，注漿系統(tǒng)的阻力與靜壓動力之間的關(guān)系用輸送倍線表示。漿液的輸送倍線是指從地面注漿站至井下注漿點的管線長度與垂高之比，即：式中N—輸送倍線；L—進(jìn)漿管口至注漿點的距離，m；H—進(jìn)漿管口至注漿點的垂高，m。一般情況下，漿液的輸送倍線值最好在5~6范圍內(nèi)變化。倍線過大，則相對于管線阻力的壓力不足，漿液輸送受阻，容易發(fā)生堵管現(xiàn)象；倍線過小，漿液出口壓力過大，對漿液在注漿區(qū)內(nèi)的分布不利。三、注漿工藝1、注漿方式⑴集中注漿。集中注漿即在地面工業(yè)場地或主要風(fēng)井煤柱內(nèi)設(shè)集中注漿站，為全礦或一翼服務(wù)的注漿系統(tǒng)。⑵分散注漿是在地面沿煤層走向打鉆孔網(wǎng)或分區(qū)打鉆注漿，設(shè)多個注漿站，分區(qū)注漿的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)又分為鉆孔注漿、分區(qū)注漿和井下移動式注漿，見表4-3-2。2、注漿方法注漿按與回采的關(guān)系大體可分為采前預(yù)注、隨采隨注和采后封閉注漿三種類型。采前預(yù)注是在工作面尚未回采前對其上部的采空區(qū)進(jìn)行注漿。這種注漿方法適用于開采老窯多的易自燃、特厚煤層。對于開采老窯多、易燃厚煤層進(jìn)行采前預(yù)注，充填老窯空區(qū)，可消滅老空蓄火、降溫和粘結(jié)浮煤，并起到除塵和排擠有害氣體的作用，以實現(xiàn)老空的安全復(fù)采。采后注漿是采空區(qū)封閉后，利用鉆孔向工作面后部采空區(qū)內(nèi)注漿。可由鄰近巷道向采空區(qū)上、中、下三段分別打鉆注漿，也可以在每一中間順槽砌密閉墻插管注漿。采后注漿方式必須在發(fā)火期允許的開采條件下才能使用。該方法安全可靠、注漿量大、效率高，不受時間和回采工序的限制、使用范圍廣。隨采隨注則是隨著采煤工作面推進(jìn)的同時向有發(fā)火危險的采空區(qū)注漿，是注漿采用的主要方法，其目的和作用：一是防止采空區(qū)遺煤自燃，二是膠結(jié)冒落的矸石，形成再生頂板而為下分層開采創(chuàng)造條件。隨采隨注分為鉆孔注漿、埋管注漿和灑漿三種方式。1）鉆孔注漿打鉆注漿是在煤層底板運輸巷或回風(fēng)巷以及專門開鑿的注漿巷道內(nèi)，也可以在鄰近煤層的巷道內(nèi)，向采空區(qū)打鉆注漿，鉆孔直徑一般為75mm，如圖4-3-4所示。為減少孔深或便于安裝鉆機(jī)，而又不影響巷道內(nèi)的運輸，在巷道內(nèi)一般每隔20～30m距離開一小巷（稱鉆窩或鉆場），在鉆場內(nèi)向采空區(qū)打扇形鉆孔注漿（圖4-3-5）。圖4-3-4由底板巷道打鉆灌漿1-底板巷道；2-回風(fēng)巷；3-鉆孔；4-進(jìn)風(fēng)道圖4-3-5由鉆窩打鉆灌漿1-底板巷道；2-鉆窩；3-鉆孔；4-回風(fēng)巷；5-進(jìn)風(fēng)巷2）埋管注漿埋管注漿是在放頂前沿回風(fēng)道在采空區(qū)預(yù)先鋪好注漿管，一般預(yù)埋10～15m，預(yù)埋管一端通往采空區(qū)，一端接膠管，膠管長一般為20～30m，放頂后立即開始注漿。為防止冒落巖石砸壞注漿管，埋管時應(yīng)采取防護(hù)措施（如架設(shè)臨時木垛）。隨工作面的推進(jìn)，按放頂步距用回柱絞車逐漸牽引注漿管，如圖4-3-6所示，牽引一定距離注一次漿。圖4-3-6埋管灌漿1-注漿管，2-三通，3-預(yù)埋注漿管，4-灑漿膠管圖4-3-7工作面插管3）工作面灑漿或插管注漿從回風(fēng)巷注漿管上接出一段漿管，沿傾斜方向向采空區(qū)均勻地灑一層泥漿，如圖4-3-7所示。灑漿量要充分，泥漿能均勻地將采空區(qū)新冒落的矸石包圍。灑漿通常作為埋管注漿的一種補充措施，使整個采空區(qū)特別是下半段也能注到足夠的泥漿。對綜采工作面常采用插管注漿的方式，即注漿主管路沿工作面傾斜鋪設(shè)在支架的前連桿上，每隔20m左右預(yù)留一個三通接頭，并分裝分支軟管和插管。將插管插入支架掩護(hù)梁后面的跨落巖石內(nèi)注漿，插入深度應(yīng)不小于0.5m。工作面每推進(jìn)兩個循環(huán)，注漿一次。3、主要注漿參數(shù)注漿參數(shù)主要包括注漿濃度、注漿量、漿液擴(kuò)散半徑和采后開始注漿時間等。1）注漿濃度（漿液的水土比）漿液的水土比是反映漿液濃度的指標(biāo)，是指漿液中水與土的體積之比。漿液的水土比小，則漿液的濃度大，其粘性、穩(wěn)定性和致密性好，包裹隔離效果好，但流動性差，輸送困難，注漿鉆孔與輸漿管路容易發(fā)生堵塞。水土比過大，則耗水量大，礦井涌水量增加；在工作面后方采空區(qū)注漿時，容易流出放頂線而惡化工作環(huán)境。一般水土比的變化范圍為2:1~5:1。特別地，由于砂子比重和平均顆粒粒徑均較大，根據(jù)經(jīng)驗、水砂比一般控制在9:1~15:1之間較為適宜。2）注漿量根據(jù)注漿的作用和目的，合理的注漿量應(yīng)能夠使沉積的漿材充填碎煤裂隙和包裹注漿區(qū)暴露的遺煤。注漿量主要取決于注漿形式，注漿區(qū)的容積、采煤方法等。采前預(yù)注、采后封閉停采線注漿都是以充滿注漿空間為準(zhǔn)。隨采隨注的用土量和用水量可按下列方法計算。（1）按采空區(qū)注漿計算需土量和需水量：①注漿需土量：②注漿需水量：（2）按日注漿計算需土量和需水量：①日注漿需土量：②日注漿需水量：3）漿液擴(kuò)散半徑注漿過程中，漿液的擴(kuò)散半徑隨注漿區(qū)滲透系數(shù)、裂隙寬度、孔隙率、注漿壓力、注漿時間的增加而增加，隨著漿液濃度（或黏度）的增加而減小。此外，注漿材料的選擇對漿液擴(kuò)散半徑影響也較大。漿液擴(kuò)散半徑的大小很大程度上決定了注漿施工的成本和進(jìn)度。漿液擴(kuò)散半徑大，單孔所需要的漿液注入量就大，而注漿鉆孔的數(shù)量就相對少些，這樣注漿鉆孔的工作量就要少。當(dāng)漿液擴(kuò)散半徑確定后，要達(dá)到設(shè)計的擴(kuò)散半徑，可以通過調(diào)整注漿壓力以及漿液的濃度來達(dá)到。漿液濃度小，注漿時壓力大，漿液在采空區(qū)中擴(kuò)散得遠(yuǎn)，反之則擴(kuò)散得近。此外，注漿方法也能控制漿液在注漿區(qū)的擴(kuò)散范圍。采用連續(xù)注漿，漿液擴(kuò)散范圍大，而采用間歇式注漿方法，漿液擴(kuò)散范圍就小。4）采后開始注漿時間采后開始注漿時間是指在回采后開始注漿的一段時間間隔。這是一個重要參數(shù)，從防火要求來說，應(yīng)盡可能縮短采后注漿時間。但采后間隔時間短，由于注漿點與回采工作面的距離小，采空區(qū)未被壓實，漿液容易流入回采工作面，不但影響正常生產(chǎn)，而且漿液流失會影響注漿效果。合理的采后注漿時間，既要考慮鉆孔施工的可能和及時抑制遺煤氧化，又要顧及注漿管路系統(tǒng)的倍線和不能影響正常生產(chǎn)。四、注漿管理⑴預(yù)防堵管。為了防止注漿時漿液堵管，除嚴(yán)格控制大顆粒（大于2mm）進(jìn)入輸漿管路中，注漿前應(yīng)先用清水沖洗輸漿管路，然后下漿。注漿結(jié)束后，再用清水清洗，以免泥漿在管內(nèi)沉淀。⑵防止跑漿。注漿期間要對管路接頭及密閉附近的煤巖進(jìn)行細(xì)致的檢查，避免跑漿。當(dāng)采用隨采隨注的預(yù)防性注漿方法時，特別是對于俯采工作面，如果管理不當(dāng)則常常會出現(xiàn)泥漿漫溢到工作面而惡化工作面環(huán)境的情況。為此，注漿地點應(yīng)距工作面有一定安全距離，一般為15～20m。也可將工作面用木板作成擋漿隔板。⑶觀測水情。注入采空區(qū)的水量和排出的水量均應(yīng)詳細(xì)記錄和計算。如排出的水量很少，則說明注漿區(qū)內(nèi)有泥漿水積聚，這對于開采下分層或下部煤層具有一定的危險性。只有注漿區(qū)內(nèi)積水全部排出才不會引起泥漿的潰決事故。此外，應(yīng)注意從注漿區(qū)中排出水的含泥量。如果水中含泥量增多，說明在采空區(qū)內(nèi)形成了漿溝，泥漿未均勻分布于采空區(qū)，而是直接從采空區(qū)流出，這勢必要降低注漿效果。因此，要在泥漿中適當(dāng)增加砂子量，用砂子填平水路，以便使泥漿分布范圍增大。⑷設(shè)置濾漿密閉和排水道。在注漿工作面的運輸巷內(nèi)應(yīng)用濾水密閉將濾漿區(qū)與工作區(qū)分開。泥漿水通過濾漿密閉流出且把泥砂留在注漿區(qū)內(nèi)。這樣既能保證水從水溝中順利排出，也不致發(fā)生泥漿在運輸?shù)纼?nèi)積聚而妨礙運輸和惡化勞動條件。在注漿區(qū)的運輸巷內(nèi)，為避免污染運煤巷，可設(shè)專門排水站孔，使水直接從工作面的后部流出而不進(jìn)入運輸巷。惰性氣體簡稱惰氣。礦井防滅火所用的惰氣與化學(xué)上的惰氣在概念上有所區(qū)別，是指不能助燃的氣體，常用的有氮氣、二氧化碳和濕式惰氣等，在煤炭自燃的防治應(yīng)用方面，氮氣純度高（純度≥97%）、對人與環(huán)境安全性更好，因此應(yīng)用最廣。本節(jié)主要介紹氮氣防滅火技術(shù)。二氧化碳和濕式惰氣等防滅火技術(shù)將在第六章的直接滅火技術(shù)中進(jìn)行介紹。1953年，英國羅斯林礦用罐裝的液氮汽化形成的氮氣撲滅了井底車場附近煤層的自然發(fā)火。1962年，威爾士的弗恩希爾礦將液氮汽化后注入到密閉區(qū)來撲滅火災(zāi)。第四節(jié)惰氣防滅火20世紀(jì)70年代起，原西德在液氮防治煤自然發(fā)火技術(shù)方面發(fā)展較快，在現(xiàn)場應(yīng)用取得了良好的效果，在1974～1979年間，41次將液氮應(yīng)用到煤礦井下防滅火。而后，英、法、前蘇聯(lián)、印度等國也都采用了這一技術(shù)。20世紀(jì)80年代，我國開始了對氮氣惰化防滅火技術(shù)的研究與試驗。1982年，天府礦務(wù)局用罐裝液氮進(jìn)行了滅火試驗；1989年，撫順龍鳳礦利用井上氧氣廠生產(chǎn)的氮氣，通過管路輸送到綜放工作面采空區(qū)防止遺煤自燃取得了成功。1992年，西山杜爾坪礦利用移動式變壓吸附制氮裝置產(chǎn)生的氮氣，通過管路輸送到井下，有效地防止了近距離煤層群煤的自燃；1995年，兗州興隆莊礦利用安裝在停采線附近的移動式膜分離制氮裝置．有效地控制了無煤柱開采鄰近工作面采空區(qū)煤的自燃。1996年，我國已有21個礦區(qū)，34個綜放工作面采用注氮防滅火技術(shù)。進(jìn)入到21世紀(jì)以來，由于制氮裝備與技術(shù)的不斷發(fā)展，氮氣防滅火技術(shù)已經(jīng)在國有重點煤礦獲得了廣泛應(yīng)用，特別已作為綜放工作面防治煤自然發(fā)火的一項重要技術(shù)措施。一、氮氣防滅火特性1、氮氣的性質(zhì)氮氣是空氣的主要成分，在空氣中所占的體積百分比為79%。它無色、無味、無嗅、無毒，不可燃也不助燃，無腐蝕性，不易溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。氮氣常溫下密度為1.16kg/m3，與空氣密度1.2kg/m3相近，因此，氮氣很容易和空氣混合，這就使得注入的氮氣在煤礦井下不易分層。在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1.01325×105Pa）下，-195.8℃時液化為液態(tài)氮，-209.9℃時可變?yōu)楣虘B(tài)。液氮與氮氣相比，具有體積小（0℃時兩者體積比為1/647，35℃時為1/731），易貯存，運輸量小等優(yōu)點。注氮是實現(xiàn)可燃物對氧氣的一種隔絕和屏蔽，即消除燃燒三要素中的氧氣這一要素。所有的有火焰的燃燒都會在氧氣濃度低于10～12％時候熄滅，低溫干餾性的燃燒在氧氣濃度低于2％時熄滅。用惰氣防滅火和阻止瓦斯爆炸的過程稱為惰化，惰化后的火區(qū)因氧氣不足而不能燃燒和爆炸。氮氣防滅火技術(shù)就是指將氮氣送入防滅火區(qū)，使該區(qū)域內(nèi)空氣惰化，使氧氣濃度小于煤自然發(fā)火的臨界氧濃度，從而防止煤氧化自燃，或使已經(jīng)形成的火區(qū)窒息的防滅火技術(shù)。氮氣防滅火的作用主要表現(xiàn)在：（1）當(dāng)對防滅火區(qū)域注入大量的氮氣后，使得采空區(qū)內(nèi)的氧氣濃度下降；氮氣部分地替代氧氣進(jìn)入到煤體裂隙表面，與煤的微觀表面進(jìn)行交換吸附，從而使得煤表面對氧氣的吸附量減少，在很大程度上抑制或減緩了遺煤的氧化作用。（2）對于有一定封閉條件的防滅火區(qū)域注氮防滅火而言，長期連續(xù)地注入氮氣后，大量的氮氣可使采空區(qū)內(nèi)形成正壓，從而使得采空區(qū)的漏風(fēng)量減少，使遺煤處于缺氧環(huán)境中而不易氧化。（3）較低溫度的氮氣在流經(jīng)煤體時，吸收了部分煤氧化產(chǎn)生的熱量，可以減緩煤升溫的速度和降低周圍介質(zhì)的溫度，使煤的氧化因聚熱條件的破壞而延緩或終止。（4）采空區(qū)內(nèi)的可燃、可爆性氣體與氮氣混合后，隨著惰性氣體濃度的增加，爆炸范圍逐漸縮?。聪孪奚摺⑸舷尴陆担?。當(dāng)惰性氣體與可燃件氣體的混合物比例達(dá)到一定值時，混合物的爆炸上限與下限重合，此時混合物失去爆炸能力。這是注氮防止可燃、可爆性氣體燃燒與爆炸作用的另一個方面。綜上所述，注氮防滅火的實質(zhì)是通過控制燃燒所需的氧氣量抑制燃燒、窒息火源，達(dá)到滅火的目的。2、氮氣防滅火的優(yōu)缺點1）氮氣防滅火技術(shù)的優(yōu)點①工藝簡單、操作方便、易于掌握。②不污染防滅火區(qū)域、對封閉區(qū)域內(nèi)的設(shè)備損害小，恢復(fù)生產(chǎn)快。③較好的稀釋抑爆作用。注入氮氣可快速、有效稀釋防滅火區(qū)域的氧氣，降低氧氣和可燃?xì)怏w的濃度，可使防滅火區(qū)域內(nèi)達(dá)到缺氧狀態(tài)，并使可燃?xì)怏w失去爆炸性，從而充分惰化防滅火區(qū)域，保證防滅火區(qū)域的安全。④有效抑制防滅火區(qū)域的漏風(fēng)。由于氮氣均為正壓注入，因此，當(dāng)大量注入到防滅火區(qū)域后，使得該區(qū)域的氣壓升高，處于正壓狀態(tài)，從而有效抑制了防滅火區(qū)域的漏風(fēng)。2）氮氣防滅火技術(shù)的缺點一切事物都有其兩面性，惰氣防滅火也有一定的局限性，其缺點表現(xiàn)為：①注入到防滅火區(qū)域的氮氣不易在防治區(qū)域滯留，不如注漿注砂能“長期”覆蓋在可燃物或已燃物的表面上，其隔氧性較差；②注氮能迅速窒息火災(zāi)，但火區(qū)完全滅火時間相當(dāng)長，不能有效地消除高溫點，因此，在注惰氣滅火的同時，應(yīng)輔以其它措施滅火，如用水、注漿、以及凝膠等方法，以防復(fù)燃；③注氮氣防火，氮氣有向采面或臨近采空區(qū)泄漏的可能性；而當(dāng)注氮氣滅火時，當(dāng)密閉不嚴(yán)或者存在有漏風(fēng)通道時，氮氣可能通過密閉等漏風(fēng)通道泄漏。因此，注氮氣防滅火的同時，需相應(yīng)采取堵漏措施，使氮氣泄漏量控制在最低限度內(nèi)；④氮氣本身無毒，但具有窒息性，濃度較高時對人體有害。據(jù)試驗，井下作業(yè)場所氧含量下限值為19%，所以氮氣泄漏的工作地點氧含量不得低于其下限值。因此，礦井在應(yīng)用氮氣防滅火技術(shù)時，要根據(jù)自身情況，因地制宜，采取合理的技術(shù)及管理措施，揚長避短，充分發(fā)揮其優(yōu)越性。二、氮氣的制備目前，世界各國制取氮氣均以空氣作為原料，而空氣的供給是無限量且方便快捷的。制取氮氣的方法主要是采用空分技術(shù)，即將空氣中的氮氣和氧氣運用不同的方法進(jìn)行分離而得到較高濃度的氮氣。目前，制取氮氣主要有深冷空分、變壓吸附和膜分離三種方法。制氮技術(shù)中，在我國煤礦應(yīng)用的空分制氮技術(shù)中，深冷空分是最先使用的方法，但由于其制氮裝備龐大，固定資產(chǎn)投資較高，需要較大的固定廠房，因而逐步被變壓吸附和膜分離的方法所代替。1、深冷空分制氮利用深冷原理制取氮氣的基本過程是：通過壓縮、膨脹循環(huán)將大氣溫度降低并使之成為液態(tài)，然后根據(jù)大氣組分沸點不同而將氮氧分離出來，如圖4-4-1所示。深冷空分式的最大特點是同時制取氧氣和氮氣，產(chǎn)氣量較大，每小時可產(chǎn)氮（或氧）幾千到幾萬m3（目前我國能夠達(dá)到的最大制氮量為80000m3/h），且氮氣純度高，可達(dá)到99.95%以上。如圖4-4-1所示，深冷空分設(shè)備一般由空氣過濾器、空壓機(jī)、分子篩純化器、換熱器、膨脹機(jī)、分餾塔、氮氣壓縮機(jī)、氧氣壓縮機(jī)等八部分組成。圖4-4-1深冷空分制氮工藝流程圖空氣經(jīng)空氣過濾器清除塵埃及機(jī)械雜質(zhì)后，由空壓機(jī)壓縮至工作壓力，壓縮后的氣體進(jìn)入氣體純化系統(tǒng)。純化系統(tǒng)作用是清除空氣中的水份，二氧化碳及乙炔等碳?xì)浠衔铮浞椒ㄊ菍怏w通過分子篩予以吸附，達(dá)到清除的目的。從分子篩純化器中出來的氣體經(jīng)換熱器降溫，膨脹機(jī)降壓后，進(jìn)入到分餾塔中分餾，從而從中分離出氧氣和氮氣。從分餾塔出來的低溫、低壓的氧氣和氮氣，然后再經(jīng)壓縮機(jī)的壓縮，使其達(dá)到現(xiàn)場應(yīng)用的要求。綜上所述，深冷空分技術(shù)成熟、實用性好、安全可靠。該技術(shù)缺點是啟動時間長，制氮效率低，耗能大，且設(shè)備龐大、無法下井，需要在地面上設(shè)制氮廠，然后通過管路將氮氣（或液氮）送往井下，一次性投資較大。若制氮廠離井口較遠(yuǎn)時（如利用制氧廠分離出的氮時），可將氮氣加壓降溫制成液氮，然后用專用運輸設(shè)備（液氮槽車）運往礦井使用。2、變壓吸附制氮利用變壓吸附方法制取氮氣的基本原理是：通過分子篩對氧氣加壓吸附排氮、減壓脫附排氧，從而將氮、氧分離。變壓吸附是利用吸附劑對吸附介質(zhì)在不同的壓力下，對吸附介質(zhì)中的不同組份有不同的吸附容量，通過壓力的變化進(jìn)行吸附、解吸，從而獲得目標(biāo)組份的方法。由于過程中壓力在不停變化，因此稱為變壓吸附。目前變壓吸附制氮采用碳分子篩（CMS）和沸石分子篩（MS）兩種技術(shù)。碳分子篩制氮（CMS）是利用碳分子篩對O2和N2吸附速率不同的原理來分離N2的。碳分子篩是一種非極性速度分離型吸附劑，通常以煤為原料，以紙張或焦油為粘結(jié)劑加工而成。它之所以能對氧氮分離主要是基于氧氣和氮氣在碳分子篩上的擴(kuò)散速率不同（35℃時擴(kuò)散速率，O2為6.2×10-5，N2為2.0×10-6），氧氣在碳分子篩上的擴(kuò)散速度大于氮氣的擴(kuò)散速度，使得碳分子篩優(yōu)先吸附氧氣，而氮氣富集于不吸附相中，從而在吸附塔流出得到產(chǎn)品氮氣。沸石分子篩制氮（MS）是利用沸石分子篩對O2和N2吸附容量不同的原理來分離N2的。從目前制氮技術(shù)應(yīng)用來看，碳分子篩技術(shù)成為主流技術(shù)，沸石分子篩技術(shù)由于處理原料氣和真空解吸等繁雜步驟應(yīng)用較少。變壓吸附制氮是利用碳為基體，碳分子篩作為吸附劑，它具有多孔性，能選擇性地吸附空氣中的氧分子，從而得到氮氣的常溫制氣方法。

為獲得連續(xù)的氮氣，需要多個吸附塔交替工作。氧與氮通過焦炭分子篩分離的原理是：帶有一定壓力的空氣送入到焦炭分子篩后，分子直徑比氮稍小的氧以較快速度擴(kuò)散至炭分子篩的微孔內(nèi)，從而優(yōu)先被分子篩所吸附，而氮能自由通過分子篩顆粒而排出。氣體所走行程越長，氮氣的濃度就越高。經(jīng)過一定的時間后，兩個吸附罐進(jìn)行反向切換，將吸足了氧的吸附罐進(jìn)行減壓脫氧，使分子篩再生，另一個吸附罐在此期間完成吸氧工作。如此往復(fù)交替，就能得到純度在99％以上的氮氣。變壓吸附制氮的工藝流程如圖4-4-2所示。工作流程是：空氣經(jīng)空氣過濾器清除塵埃及機(jī)械雜質(zhì)后，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，進(jìn)入冷干機(jī)進(jìn)行冷凍干燥，以達(dá)到變壓吸附制氮系統(tǒng)對原料空氣的露點要求。圖4-4-2變壓吸附制氮工藝流程圖再經(jīng)過過濾器除去原料空氣中的油和水，進(jìn)入空氣緩沖罐，以減少壓力波動。最后，經(jīng)調(diào)壓閥將壓力調(diào)至額定的工作壓力，送至吸附器（內(nèi)裝碳分子篩），空氣在此得到分離，制得氮氣。原料空氣進(jìn)入其中一臺吸附器，產(chǎn)出氮氣，另一臺吸附器，則減壓解吸再生。二臺吸附器交替工作，連續(xù)供給原料空氣，連續(xù)產(chǎn)出氮氣。氮氣送至氮氣緩沖罐，通過流量計計量，儀器分析檢測，合格的氮氣備用，不合格氮氣放空（剛開車時）。變壓吸附制氮裝置存在著產(chǎn)氮效率低、單位氮氣能耗大、設(shè)備體格大、運轉(zhuǎn)和維護(hù)費用高等問題。目前，變壓吸附制氮裝置不僅有地面固定或移動式，還制成了井下移動式注氮設(shè)備，這對煤礦井下的注氮防滅火起到很好的作用。3、膜分離制氮膜分離制氮技術(shù)是20世紀(jì)80年代高科技研究成果。自1985年美國DOW公司開發(fā)的第一臺膜分離空分設(shè)備投放市場以來，至今已有數(shù)千套在世界上運行。國內(nèi)也從l987年開始采用國外膜分離技術(shù)研制井下移動式膜分離制氮機(jī)并取得成功。1）膜分離制氮原理膜分離法是根據(jù)氣體的“溶解擴(kuò)散理論”來分離氧氣和氮氣的。即氧和氮在膜中的透過，是因為氣體首先在膜中溶解，在外界能量的推動下再從另一側(cè)解析。因為氧、氮對分離膜的滲透率不同，在外界能量或化學(xué)位能差的作用下，分別在分離膜的兩側(cè)得到富集。不同介質(zhì)流體在壓力作用下，通過某種微孔材料表面擴(kuò)散速率不同，速度快者稱“快氣”，容易通過膜墻至管壁外富集；速率慢者稱“慢氣”，在管內(nèi)逐漸富集，亦有少量滲透到管外。收集不同富集端(管內(nèi)外)氣體得到不同氣體產(chǎn)品，達(dá)到分離氣體的目的。下圖為膜分離制氮的工藝流程圖。4-4-3膜分離制氮工藝流程圖

幾種常見氣體的快、慢分級如圖4-4-4所示，可以看出，O2、N2的快慢差別比較明顯，因此可以用膜將它們分離。圖4-4-4常見氣體的相對滲透速率2）制氮裝置膜分離制氮裝置也分為井上固定式和井下移動式兩種，下面以移動式為例介紹。井下移動式膜分離制氮裝置由空壓機(jī)段、預(yù)處理段和膜分離段三部分組成。采用分體式結(jié)構(gòu)，組裝在平板車上以耐壓膠管連接，組成整個制氮裝置。此外配有保護(hù)系統(tǒng)、控制和檢測裝置等。如圖4-4-5所示為膜分離制制系統(tǒng)示意圖及其膜組件圖片。該裝置是以螺桿式空氣壓縮機(jī)為動力氣源，通過壓縮空氣預(yù)處理段對空氣進(jìn)行除油、除塵、除水、恒溫處理后。再由膜分離段中的膜組件對空氣進(jìn)行分離富集而制取氮氣的。圖4-4-5膜分離制氮系統(tǒng)及組件中空纖維膜分離制氮的膜組是一個圓筒形的高分子材料制成的中空纖維膜束，每束像列管式換熱器一樣包含上百萬根中空纖維，以提供最大限度的分離面積，每根中空纖維直徑約幾十微米，就象人的頭發(fā)絲一樣細(xì)，壓縮空氣由中空纖維束的一端進(jìn)入，氣體分子在壓力作用下，經(jīng)過吸附、溶解、擴(kuò)散、脫溶、逸出，從中空纖維管束的另一端排出產(chǎn)品氣。由于每種氣體對纖維的滲透速率均不相同，氧、水蒸氣、二氧化碳的滲透速率“快”，即由高壓內(nèi)側(cè)對纖維壁向低壓外側(cè)滲出容易，由膜組件一側(cè)的排氣口排出。而氮氣的滲透速率“較慢”，被富集在高壓內(nèi)側(cè)，由膜組件的另一端排出，從而實現(xiàn)了氧、氮的分離，分離出的氮氣壓力一般為0.8MPa。此外，機(jī)組裝有氣、油超溫保護(hù)，斷電、超壓保護(hù)以及壓力、溫度、壓差、氮氣流量、氮氣濃度等自動顯示儀器儀表。3）井下移動式膜分離制氮特點①體積小，重量輕，安裝移動方便；②性能可靠，操作簡單，故障率低，壽命長；③氮氣的產(chǎn)量、壓力可調(diào)，而且產(chǎn)量和純度有關(guān)；例如MD-350型膜分離制氮裝置產(chǎn)量和氮氣純度的關(guān)系如下圖4-4-6所示；圖4-4-6MD-350型膜分離制氮裝置性能曲線④系統(tǒng)簡單，運行成本低，經(jīng)濟(jì)效益好；⑤氮氣壓力高，輸送距離遠(yuǎn)；⑥自動化程度高。4、三種制氮方式的比較綜上所述，制取氮氣的三種方法各有優(yōu)缺點，主要表現(xiàn)在：深冷空分制取的氮氣純度最高，通?？蛇_(dá)到99.95％以上，但制氮效率較低，能耗大，設(shè)備投資大，需要龐大的廠房，且運行成本較高；變壓吸附的主要缺點是碳分子篩在氣流的沖擊下，極易粉化和飽和，同時分離系數(shù)低，能耗大，使用周期短，運轉(zhuǎn)及維護(hù)費用高；膜分離制氮的主要特點是整機(jī)防爆，體積小，可制成井下移動式，相對所需的管路較少，維護(hù)方便，運轉(zhuǎn)費用較低、但當(dāng)制氮純度較高時其成本也顯著上升，且產(chǎn)氮量有限。下表為三種制氮方法及設(shè)備的比較表：表4-4-1制氮方法及設(shè)備比較按制氮原理分類深冷空分法變壓吸附空分法膜分離空分法工作原理將空氣液化，根據(jù)氧和氮沸點不同達(dá)到分離。加壓吸附，降壓解吸，利用氧氮吸附能力不同達(dá)到分離。根據(jù)不同氣體分子在膜中的溶解擴(kuò)散性能的差異來完成分離。主要設(shè)施1、空氣凈化裝置2、換熱裝置3、精餾塔4、壓縮機(jī)5、透平膨脹機(jī)6、輸液泵1、吸附劑（碳分子篩）2、壓縮機(jī)3、真空泵4、干燥器1、壓縮機(jī)2、除油凈化及后冷3、膜組件裝置特點工藝流程復(fù)雜，設(shè)備較多，投資大。工藝流程簡單，設(shè)備少，自控閥門較多，投資少。工藝流程簡單，設(shè)備少，自控閥門少，投資較大。操作特點啟動時間長，一般在15～40小時，必須連續(xù)運轉(zhuǎn)，不能間斷運行，短暫停機(jī)，恢復(fù)工況時間長。啟動時間短，一般≤30min，可連續(xù)運行，也可間斷運行。啟動時間短，一般≤20min，可連續(xù)運行，也可間斷運行。維護(hù)特點設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，維修保養(yǎng)技術(shù)難度大，維護(hù)保養(yǎng)費用高。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)難度低，維護(hù)保養(yǎng)費用低。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)難度低，維護(hù)保養(yǎng)費用較高。土建及安裝特點占地面積大，廠房和基礎(chǔ)要求高，工程造價高。安裝周期長，技術(shù)難度大，安裝費用高。占地面積小，廠房無特殊要求，造價低。安裝周期短，安裝費用低。占地面積小，廠房無特殊要求，造價低。安裝周期短，安裝費用低。表4-4-1制氮方法及設(shè)備比較(續(xù))按制氮原理分類深冷空分法變壓吸附空分法膜分離空分法產(chǎn)氣成本0.5～1.0kW.h/Nm30.32～0.35kW.h/Nm3。單位產(chǎn)98%純度氮氣的電耗為0.29kW.h/Nm3。安全性在超低溫、高壓環(huán)境下運行可造成碳?xì)浠衔锞植烤奂?，存在爆炸的可能性。常溫常壓下操作，無爆炸危險性。常溫較高壓力下操作，不會造成碳?xì)浠衔锏木植烤奂??？烧{(diào)性氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度不可調(diào)，靈活性差氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度可調(diào)，靈活性好。氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度可調(diào)，靈活性較好。經(jīng)濟(jì)適用性氣體產(chǎn)品種類多，氣體純度高，適用于大規(guī)模制氣、用氣場合。投資小、能耗低，適用于氮氣純度95%～99.9995%的中小規(guī)模應(yīng)用場合。投資較大、能耗低，適用于氮氣純度95%～99.9%的中小規(guī)模應(yīng)用場合。膜分離制氮能耗在氮氣純度99%以下和變壓吸附制氮能耗相差不大，氮氣純度99.5%以上經(jīng)濟(jì)性比變壓吸附差。三、注氮防滅火工藝1、注氮方式根據(jù)注氮區(qū)域空間的封閉與否，注氮方式可分為開放式注氮和封閉式注氮。（1）開放式注氮開放式注氮即是在需要注氮的區(qū)域未封閉的情況下，進(jìn)行的一種注氮方式。一般在不影響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(dá)到防滅火的目的。開放式注氮適用于推進(jìn)中的工作面采空區(qū)早期自燃的防滅火工作。（2）封閉式注氮封閉式注氮：為控制火情或防止瓦斯爆炸，將發(fā)生火災(zāi)或積聚瓦斯的區(qū)域先封閉后進(jìn)行注氮。當(dāng)封閉的火區(qū)內(nèi)漏風(fēng)嚴(yán)重或者存在有大量高濃度瓦斯時，可采取封閉式注氮來降低氧含量并抑制瓦斯爆炸。開放式與封閉式注氮方式，其注氮地點一般離火源或者是高溫點較遠(yuǎn)，覆蓋范圍較大，利用大流量的注氮來降低該大面積區(qū)域的氧氣含量，從而達(dá)到防滅火的目的。因此，這對那些火源點不明確、無法確定準(zhǔn)確位置的火情比較適合。但是對用于一些明確的火情，這兩種方法就顯得較為笨拙且浪費氮氣。因此，煤科總院重慶分院與阜新礦業(yè)集團(tuán)公司合作，研究了新的注氮氣防滅火技術(shù)—目標(biāo)注氮，其內(nèi)容為：巷道、支架上部或采空區(qū)發(fā)生煤層自燃或發(fā)現(xiàn)有高溫點，對該區(qū)域暫不進(jìn)行封閉，而是直接向火源點或高溫點打鉆孔進(jìn)行注氮，氮氣釋放口離火源目標(biāo)的距離不超過8m，僅通過降低火源點或高溫點附近小范圍的氧含量，來達(dá)到防滅火的目的。2、注氮方法1）埋管注氮埋管注氮時管路的布置通常有兩種方法，第一種方法是在工作面的進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)埋設(shè)一條注氮管路，埋入一定長度后開始注氮，同時再埋入第二條注氮管路（注氮管口的移動步距通過考察確定），當(dāng)?shù)诙l注氮管口埋入采空區(qū)氧化帶與冷卻帶的交界部位時向采空區(qū)注氮，同時停止第一條管路的注氮，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。另一種方法是沿工作面進(jìn)風(fēng)巷鋪設(shè)注氮干管，每隔一定距離從干管上引出注氮支管，在支管上安裝閘閥，以控制氮氣的注入量；開始注氮和停止注氮時，埋入采空區(qū)的注氮支管長度為多少，須通過實際考察確定。采空區(qū)埋管管路每隔一定距離預(yù)設(shè)氮氣釋放口，其位置應(yīng)高于煤層底板20~30cm，并采用石塊或木垛加以妥善保護(hù)，以免孔口堵塞。圖4-4-7是大屯徐莊礦7235工作面埋管示意圖。1－工作面注氮干管；2－注氮支管；3－支管閘