1　工作面火灾概况

　　2311综放工作面是231采区首采工作面，位于二水平东翼最北端，四周多为未开采的实体煤，煤层自然发火期为46d。采用综放工艺开采山西组3_上煤层，煤层厚5m，煤层倾角3～8°，工作面长135.5m，可推采长度768m。
　　2311工作面于1997年6月9日正式贯通，其通风系统见图1。9月2日上午，在工作面开切眼13^＃架顶板处发现明火。

图1　2311综放工作面通风系统

　　其发火原因如下：
　　(1)该工作面自贯通至发火时已近3个月。超过了自然发火期，具备发火条件。
　　(2)开切眼掘进贯通期间曾发生大范围冒顶，冒高4～5m。冒顶长度40m，煤体破碎，使煤体具有良好的氧化条件。
　　(3)支架安装过程中煤体积热不易散发，形成了屏蔽层，自燃表面不易被发现。
　　为避免工作面出现火灾采取了以下措施：
　　(1)由救护队员现场监护，用水枪直接灭火。
　　(2)打钻注水降温，同时对6^＃～16^＃架间打钻探温，发现高温点及时注水。
　　(3)在工作面前，开出了3个钻机窝，利用钻机窝向着火点打钻注水、注凝胶。共打钻孔100个，其中注凝胶30m³。
　　虽然采取了以上措施，但火势没有得到有效控制，火点从13^＃架一直蔓延到21^＃架，CO气体已逆风流扩散到45^＃架，回风流中CO浓度达到5000×10^－6，并有中等烟雾。随着火势的继续蔓延，至9月17日，已不能直接灭火，决定采取封闭灭火。经过调整通风系统(图2)，对2311材料道、运输机道进行密闭。

图2　2311火区通风系统

2　注氮灭火

2.1　注氮灭火机理
　　氮气是一种无色、无味、无毒的气体，在正常干燥大气中N₂含有量大于79.04%，O₂为20.93%，CO₂为0.03%。在标准状况下，N₂密度为1.2505kg/m³，与同体积空气质量比为0.9673。在常温常压下，由于N₂分子结构稳定，其化学性质稳定，N₂很难与其它物质发生化学反应，所以是一种良好的灭火用惰性气体。
　　煤的氧化自燃是一个复杂的化学过程。当其氧化速度加快到使氧化生成的热量不能及时散发而聚集达到一定温度时，就导致了自燃。煤的自燃速率主要取决于煤的温度和它所处的环境空气中的氧含量，且与两者成正比。在同一温度下，煤周围空气中氧含量越低，氧化自燃速度越缓慢，当氧含量降到5%～10%时，煤的氧化自燃过程趋于窒息或停止状态；而氧含量降到3%以下时，则可抑制煤炭、木材等可燃物的阴燃或复燃。
　　向井下火灾区域注入N₂，减少火区氧含量，使煤的氧化自燃速度减慢，促使煤的氧化自燃向逆向发展，直至其氧化过程终止，最终达到治理火灾的目的。

2.2　注氮灭火条件
　　(1)柴里矿现有两台深冷空分设备，制氮量为1200m³／h，2311综放工作面注氮防火系统已形成，为注氮灭火提供了氮气来源。
　　(2)柴里矿已有2年多的注氮防火经验，在综放开采时研究成功了“旁路式”注氮防火，在分层开采时研究成功了“隔离式”注氮防火新工艺。
　　(3)从图2可以看出，2311综放工作面封闭空间小，周围为实体煤，漏风通道少，易于调压管理，可以使N₂能有效地惰化火区。

2.3　注氮灭火工艺
2.3.1　注氮口位置的选择
　　2311火区临时封闭后，前期只能在材料道原敷设的φ108mm×4.5mm钢管上实施连续式注氮，注氮流量为400m³/h。但经3d连续注氮，效果较差，对火区没有起到抑制作用，主要有以下几个方面的原因。
　　(1)为确保运输机道施工人员的安全，调整后的通风压力运输机道高于材料道，在负压侧注氮，直接漏掉一部分N₂气体。
　　(2)注氮量偏小。
　　(3)注氮口设置在材料道密闭处，处于火区回风侧，距火源点远。
　　为此，在运输机道重新敷设φ108mm×4.5mm钢管，出氮口在运输机道密闭内3m处，实施连续式注氮，同时停止材料道注氮。

2.3.2　注氮量的选择
　　(1)初期注氮量。为迅速抑制该火区，并尽快进入窒息状态，初期将矿制氮厂生产的全部N₂量1200m³/h注入该火区，经65h后注氮量达65000m³，对2311材料道、运输机道密闭内气体进行取样分析(结果见表1)，说明火区已进入窒息阶段。

表1　取样分析各气体浓度

2.4　注氮效果
　　为观测火区注氮效果，在火区回风侧2311

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