注氮抑爆防滅火技術在煤礦的應用

平頂山煤業集團十一礦是開采急傾斜煤層的礦井，井田內所采的丁、戊、己三組煤層均發生過內因火災，尤其是己組煤層屬厚煤層（3～20m）極易自燃（發火期18d）實驗麵己16—17—22080采麵，煤層傾角（20°～28°）、煤層（4～15m），機、風兩巷沿煤層底板掘進，掘進期間兩巷多次發生冒頂，留有130多個高冒區（實為火災發生隱患點）該麵為十一礦首次采用綜采放頂煤工藝的綜放麵，為保證 安全回采，決定采用以注氮為主的綜合防滅火技術。
結合國內外注氮防滅火技術應用的情況 03manbetx ，注氮雖能迅速降低注區內氧氣含量，是一種有效地抑製煤層自燃和滅火的技術，但也存在著不足之處，一是降溫效果差，火滅後高溫煤體易複燃；二是容易受風流、風壓影響，流失性強，停止注氮後其防滅火作用隨即消失；三是在撲滅兩巷高冒區上部空間瓦斯與下部浮煤共存的著火隱患效果不佳，經平煤集團公司國家職能部門討論，決定把“綜放麵注氮及氮氣添加劑抑爆防滅火技術研究”作為集團公司重大攻關項目，該攻關項目放在儲量豐富、有著良好發展前景的十一礦試驗，試驗工作麵定在首次采用綜采放頂煤工藝的己16—17—22080采麵。項目從2002年4月開始，到2003年7月止，試驗麵回采結束，支架 安全回撤，采麵封閉，該項目達到了預期目的，收到良好的經濟效益和社會效益。
2003年11月8日經科學技術廳組織專家鑒定，一致認為，該項目在大傾角特厚易自燃煤層綜放麵為首次應用，其技術處在國內先進水平之列，對於越來越多采用放頂煤工藝的自燃煤層綜采麵和巷道火災極有推廣價值。
項目內容簡介
1.利用綜合方法劃分采空“三帶”，建立數學模型，利用束管和熱敏探頭組合成采集器；分頭埋入采空區，可遠距離連續檢測采空區不同部位，不同深度氧含量、溫度的變化，然後將各采集點上的數據與數學模型數據進行綜合 03manbetx ，劃分出采空“三帶”既準確又可靠，為科學合理的注氮，最佳注氮時機、注氮量提供可靠的技術依據，僅此一項，每年可節約注氮費用10多萬元，利用此種方法劃分采空“三帶”，國內尚末見報。
2.利用打鑽孔埋束管考察測試支架上方“垂直三帶”發現支架上方存在“氧化帶”，這種新見解，合理地、科學地解釋了國內外發生在綜采支架上部屢屢發生煤層火災的現象。
3.通過對采空區漏風流線的考察結果，提出綜放麵采空區漏風流線不是傳統“U”型的新見解。
4.對以氮氣為載氣，研製了低倍數的氮氣泡沫添加劑的設備和工藝，用於巷道上部高冒區有瓦斯積聚和煤層自然火源，這種瓦斯與火共存的災害隱患處理，數十次成功的消除了火災隱患，對瓦斯起到了抑爆作用，為國內外處理同類型隱患提供可借鑒的 案例。
5.對以氮氣為載氣，研製了汽霧添加劑的設備和工藝，不但在處理巷道高冒區煤層初期火災有著很好的效果，而且隋化了煤層氧化，利用插管方法處理支架上方煤層初期火災效果明顯，特別是在采麵結束，支架回撤時，利用此法防治支呆上方煤層火災，效果更佳。
6.氮氣泡沫和汽霧陰化添加劑的研製和使用工藝的研製，對井下現場的實施，效果明顯，完全克服注氮防滅火技術上的缺點，提高了氮氣防滅火的作用，為我國在此項技術處在領先地位，為我國在注氮防滅技術上有了一個重大突破。
項目推廣應用情況
為解決綜采放頂煤工作麵煤層自然發火問題，平煤集團公司將《綜放麵注氮及氮氣添加劑抑爆防滅火技術的研究》作為公司2002年度重大攻關項目，並由公司總 工程師張鐵崗院士掛帥組織攻關，該項目在我礦首次使用綜放工藝的回采工作麵己16-17-22080工作麵進行實施。項目從2002年4月啟動，到2003年5月10日該回采工作麵結束，曆時13個月另10天，項目開始，就注氮的合理流量、注氮時機、注氮方式等參數進行試驗，在取得各參數之後，又進行了注氮添加劑工藝流程的 設計和實施，以及采空區三帶考察 設計和實施方案後，展開了本項目全部 設計的項目，從應用情況來看，各個階段、各個分項子項目都能按 計劃 設計要求全麵展開，項目之間一環扣一環，循序漸進，逐步展開。如：我們在掌握采空氣體分布狀況後，把連續注氮改為間歇式、邁步式注氮，嚴格控製注氮流量，既能達到防滅火的要求，又為礦上每年可節約幾十萬元電耗，在項目試驗當中，鄰近試驗麵的一個己16-17-22040炮采放頂煤工作麵發生采空浮煤自燃火災，我們根據測試采空漏風不是“U”型的特性，采取相對 措施，在該采麵正常生產的情況下，很快撲滅了該麵采空火災。特別是在處理試驗麵兩巷幾十處冒頂區火災時，氮氣配合高粘度的泡沫滅火，從手段上簡便，投入時間短，比傳統的凝膠滅火節約投資60%以上，該項目實施獲得成功，一是為我礦嚴重的煤層火災綜合治理取得了可靠的技術保障；二是我礦首次使用綜機采煤的 安全回采獲得成功，為我礦的機械化采煤的推動普及提供了經驗和 安全基礎；三是通過項目實施獲得顯著的經濟效益；四是此項技術已在我省迅速開展，正獲得臣大的社會經濟效益。從項目實施初期，我省僅我礦這一套係統，現已發展到平頂山、義馬、永煤三個集團公司9套係統，本項目所采用的各種滅火工藝和技術也逐漸為自燃嚴重的 煤礦所采用。
國內外市場前景
氮氣添加劑防滅火在國內還處於初研階段，尚未在國內立項，也未鑒定，需進一步的完善。平煤集團和重慶分院合作研究，在平煤集團十一礦複雜條件下，傾斜厚煤層綜放麵注氮及注氮添加劑防滅火技術研究與實施成功，拓展了氮氣防滅火技術應用，對經濟、科學、合理的注氮，最佳的注氮時機，以及添加劑的應用，無疑對氮氣綜合防滅火技術推向一個成熟地更高的水平。
實施該項目的基礎條件
平煤集團十一礦屬高瓦斯一級發火礦井，礦井丁、戊、己三組主采煤層均發生過自燃火害。尤其是己組煤層，發火期隻有18天，屬極易自燃煤層，煤層自然火災是製約礦井安全生產、經濟發展的主要因素。
2002年初，十一礦準備在煤層較厚的己組采用綜采放頂煤工藝，，上綜機設備，為解決綜采放頂煤工藝，采空浮煤多，容易發生煤層火災 02manbetx.com 。集團公司決定作為重大攻關項目與重慶分院進行合作立項攻關，經調研，決定采用注氮防滅火技術，配合十一礦首個綜放麵 16一17—22080安全回采。
注氮防滅火技術是一種成本低，先進有效的技術手段，但存在著不足之處，一是隆溫效果差，火滅後的高溫煤體容易複燃；二是注區內容易受風流、風壓影響，流失性強，停止注氮後其防滅火作用隨即消失；三是在撲滅巷道支架上部高冒火災，特別是高冒空間有瓦斯積聚，下部浮煤自燃的火災，火與瓦斯共存的災害處理上安全可靠性差，所以本項目的重點技術圍繞克服注氮防滅火技術上的不足，進行多內容、多層次、多方位的研究，確保十一礦試驗麵16一17—22080綜放麵安全高效生產的同時，力爭在注氮防滅火技術上實現一個重大的突破。