1、- 1 -青岗坪煤矿 42101 工作面治理 CO 气体超限技 术 方 案青岗坪煤矿二 0 一三年十一月- 2 -目 录1 矿井及工作面概况 22 42101 工作面采空区 CO 气体超限状况及原因 4 2.1 CO 气体超限状况 .4 2.2 工作面出现高浓度 CO 气体原因 53 处理 CO 气体超限措施 .7 3.1 采空区高温点位置分析 .73.2 处理 CO 气体超限总体思路 . 8 3.3 治理措施 83.3.1 加强采空区氧化带注氮 9 3.3.2 工作面上、隅角堵漏 10 3.3.3 工作面不放煤加快推进度 . 103.3.4 工作面实行半均压通风 . 103.3.5 1 至
2、40 号支架挂风帘减少漏风 .113.4 防治工作面 CO 气体超限效果 11 4 防治工作面 CO 气体超限下阶段措施 . 124.1 继续向采空区连续注氮 .124.2 工作面上、下隅角堵漏 - 12 -4.3 工作面上隅角气室抽瓦斯 - 12 -4.4 采空区埋管抽瓦斯 - 12 -4.5 工作面半均压通风停止的时间 - 13 -4.6 继续加强与协作单位的合作 - 13 -5 工作面正常回采时防火防瓦斯措施 .13 5.1 正常回采的 CO 气体标准 135.2 防瓦斯措施 . 14 5.2.1 工作面上隅角气室抽瓦斯 14 5.2.2 采空区埋管抽瓦斯 .- 15 -5.3 防火措施
3、 - 16 -5.3.1 采空区防火策略 .- 16 -5.3.2 采空区自然发火预测预报 .- 16 -5.3.3 氮气防灭火技术 .- 17 -5.3.3.2 氮气防灭火系统 - 18 -5.3.4 氮气防火辅助措施 .- 23 -6 工作面应急防火措施 26 7 需增加的设备、仪表和材料 28 - 3 -1 矿井及工作面概况青岗坪矿井采用斜井开拓方式，主副井和风井工业场地独立，在工业场地内平行布置二条斜井，分别为主斜井和副斜井，回风斜井布置在位于井田一采区南部边界外的风井场地。主斜井承担全矿井的煤炭提升任务，兼作进风和安全出口；副斜井承担全矿井辅助提升兼作进风、安全出口；回风斜井承担矿井
4、回风任务、兼作安全出口。在井田南部 4-2 煤层东西向布置一组开拓大巷，分别为带式输送机大巷、辅助运输大巷和回风大巷，全井田划分为两个采区。分别在 PK15 和 PK3 钻孔附近南北向沿 4-2 煤层布置一、二采区巷道，沿走向布置回采工作面。采用中央分列式通风系统，抽出式通风方式。主斜井、副斜井进风，回风斜井回风，矿井总进风量为 82m3/s。矿井 42102 工作面为首采工作面，42101 工作面为 42102 工作面的接续工作面，工作面倾斜长度为 150m，走向长度为 1740m，回采煤层厚度平均为 10m，采用综采放顶煤方法开采。工作面风量1200m3/min，U 型通风，煤层瓦斯含量约
5、为 4.2m3/t，煤层具有自然发火倾向，自然发火期为 36 个月。工作面的所采煤层参数为 4-2煤层：位于延安组第一段第一旋回中上部，是本区主采煤层，厚度1.1516.35m，平均厚度 10.26m。含 04 层夹矸，一般为 23 层，岩性为泥岩，厚度 0.150.95m，一般多为 0.30.4 m。为全区可采的较稳定煤层。可采煤层主要特征见表 1-1。- 4 -表 1-1 可采煤层表煤层 可采情况厚度(m)最小-最大平均平均层间距(m) 煤层结构视密度(t/m3)4-1 局部可采 1.05-2.421.88 含矸 1 层 1.454-2 全区可采 1.15-16.3510.260.90-4
6、.40含矸 23 层 1.432 42101 工作面采空区 CO 气体超限状况及原因2.1 CO 气体超限状况 42101 综采工作面自 2012 年 12 月 25 日开始回采以来，上隅角挡墙内 CO 气体很稳定，一直变化在 070ppm。2013 年 11 月 13 日-15 日，上隅角挡墙内 CO 气体在 7090ppm 之间变化，较以前有所异常，11 月 16 日上隅角挡墙内 CO 气体达到 260ppm，矿井当即加强了采区注氮（24 小时两台注氮机正常工作，小时注氮量在 1200 立方以上） 、堵漏、正常的喷洒阻化剂、调整工作面风量等防火措施。11 月 17 日，上隅角挡墙内 CO
7、气体浓度升高到 280ppm，11 月 18 日达到 500ppm，随后几天，上隅角挡墙内 CO 气体浓度急剧上升，最高达到 750ppm，同时工作面回风流中也出现了 CO 气体，最高达到15ppm，工作面 60#99#支架尾梁均出现了 CO 气体，其浓度为10550ppm 之间。经过对工作面 CO 气体浓度的统计，结合实验室对煤层自然发- 5 -火特性的研究，对工作面的自然发火状况分析如下：实验室煤样升温试验表明（表 4-1） ，CO 气体浓度达到 627ppm时，煤炭温度已升高到 161，煤炭进入剧烈氧化阶段。42101 工作面上隅角挡墙内CO 气体最高浓度达到 850ppm，表明采空区内
8、浮煤已经剧烈氧化升温。上隅角挡墙内始终未出现 C2H2（乙炔）气体，表明采空区内无明火。工作面任何地点未发现烟雾，也表明采空区内还未出现明火。工作面任何地点未出现温度异常，上隅角出气温度和瓦斯抽放混合气体温度也在常温，表明采空区内未出现明火。通过以上分析，断定工作面尚未出现明火，但浮煤已剧烈氧化，必须采取强有力的防火措施，抑制采空区浮煤的剧烈氧化。表 2-1 煤样升温氧化过程中气体浓度煤样及进气温度（）TcminTcmaxTaO2（%）CO（PPm）CH4（PPm）CO2（PPm）C2H4（PPm）C2H6（PPm）C2H2（PPm）C3H8（PPm）23 23 23 20.90 0 0 33
9、4.7 0 0 0 026 33 41 20.87 0 0 312.0 0 0 0 034 48 59 20.84 0 0 349.8 0 0 0 047 67 80 20.79 0 0 355.4 0 0 0 059 82 95 20.76 0 0 361.0 0 0 0 076 99112 20.72 9.8 0 386.2 0 0 0 096 117130 20.66 25.0 0 417.9 0 0 0 0109 125141 20.60 55.2 5.7 497.8 0 0 0 0129 143154 20.43 151.0 7.6 747.9 0 0 0 0161 184170 1
10、9.73 627.2 28.3 1842.3 1.6 6.9 0 4.1- 6 -199 308183 7.44 8451.4 8088.7 30678.0 443.7 827.6 6.8 523.4314 511197 7.27 9284.4 11367.0 33673.0 336.5 176.7 29.8 382.52.2 工作面出现高浓度 CO 气体原因 4-2 煤层为易自然发火煤层实验室对工作面所采的 4-2号煤层的自然发火倾向鉴定如表 2-2 所示，吸氧量为 6.8cm3/g，接近于类易自然发火煤层的7.0cm3/g 的吸氧量，表明极易自然发火，其最短自然发火期为 38 天，在工作面
11、推进的 38 天里，采空区的浮煤还处于采空区的氧化带，易自然发火。表 2-2 工业分析及自燃倾向等级鉴定结果工业分析 (%)项目编号 Mad Ad Vdaf全硫St,ad（ %）真相对密度dTRD吸氧量Vdcm3/g 干煤自燃倾向性CI220120074 5.03 6.37 39.53 0.18 1.38 0.68 类 实验结果表明：青岗坪煤矿 4-2 煤层属于类自然煤层，从吸氧量分析，接近 I 类自然发火煤层。 未处理好采空区瓦斯抽放与防火的关系42101工作面自去年 12月 25日开采以来，工作面瓦斯涌出量较高，其绝对瓦斯涌出量为 7-10m3/min，比 42102 工作面的瓦斯涌出量要
12、高 20%左右，所以公司和矿上从思想上重视了瓦斯的防治工作,采用了上隅角气室抽放、高位钻孔抽放、煤层预抽和采空区埋管抽放等防瓦斯措施。在采空区埋管抽放时，从开切眼一直抽到了今- 7 -年 10月 15日为止，由于采空区对瓦斯的过度抽放，造成了采空区的大量漏风，使采空区的氧化带变宽，采空区的浮煤在其最短自然发火期内未能进入窒息带，因而发生了浮煤剧烈氧化，产生高温。 采空区内油气污染浮煤增加了浮煤的自然发火性42101工作面在回采时，不时有油气下泄到工作面，根据重庆煤科院对窑街海石湾煤矿油气污染煤样的研究，其吸氧量比未被污染时增加了 30%，表明 42101工作面采空区油气下泄增加了采空区浮煤的自
13、然发火性。 工作面上、下隅角冒落不充分由于工作面进、回风顺槽均为锚杆锚网支护，从 2012 年 42101两道掘进形成至今，两顺槽顶板没有下沉等变化，矿压显现不明显。因此造成了工作面上、下隅角均冒落不好，特别是工作面下隅角经常十几米不冒落，造成了采区进风侧的严重漏风，使采空区的氧化带较宽，浮煤易氧化自然发火。公司曾经也想采用放炮强制放顶，但由于自 2012 年 10 月以来，公安局停止了青岗坪煤矿火工品供应，所以这项工作一直没有开展。 矿井的防灭火能力达不到到应急防火的标准42101工作面上隅角挡墙内出现 200ppmCO气体浓度后，矿井即加强了注氮和采空区堵漏的防火措施，但是由于矿井的制氮机
14、能力2600m3/h是按工作面防火设计，如果是抑制采空区剧烈氧化浮煤的氧化，则注氮能力需增加 1倍，如果是灭火，则注氮能力需增加24 倍。正是由于注氮应急能力的不够，导致了这次处理 CO气体- 8 -超限非常艰难。3 处理 CO 气体超限措施3.1 采空区高温点位置分析要处理工作面 CO 气体超限，首先必须对采空区高温地点进行分析和判断。根据对采空区 CO 气体涌出时间、地点、增加量和矿压的分析，采空区高温点位于工作面支架后 50m 以里的采空区进风侧，理由如下：工作面 60 号支架尾梁最大 CO 气体浓度达到了30ppm，证明采空区高温点位于 60 号支架以下，根据采空区流场漏风弧线，在 6
15、0 号支架出现 CO 气体，必须是高温点在采空区的沿倾向中下部，其 CO 气体才可能从 60 号支架出现。根据对国内煤矿采空区自然发火的统计，大多数自然发火均是出现在采空区的进风侧，这是因为采空区进风侧由于供氧充分，其浮煤的氧化概率要大于采空区的回风侧。工作面采空区 11 月 16 日出现 180ppm 的 CO气体，由于架后 25m 的冷却带不可能氧化聚热，因此氧化地点位于支架后 25m 里，由于 180ppm 的 CO 气体浮煤的氧化时间至少超过 5天，在这 5 天时间里工作面推进 20m，因此采空区高温点的位置位于支架后 45m 以里。工作面无任何温度显现，表明采空区高温点离支架较远。工
16、作面进、回风顺槽无高冒区，压力小，巷道松动圈小，因此巷道产生高温点进入采空区的可能性小。3.2 处理 CO 气体超限总体思路- 9 -根据以上对采空区高温点位置的分析，高温点位于工作面支架后 45m 以里的采空区内，这个位置通过工作面向采空区打钻注浆无法实现，因此只有降低采空区内高温点的氧浓度，将高温点甩入采空区窒息带，才能安全的治理工作面 CO 气体的超限。为了达到抑制采空区高温点的发展，尽快将高温点甩入采空区窒息带，采取的治理策略为：采空区氧化带注氮降氧；工作面上、下隅角堵漏减少采空区的漏风；工作面不放煤加快推进度并形成煤墙对采空区进行堵漏；工作面上隅角及支架尾梁加强对采空区气体监测；工作
17、面实行半均压通风，减小采空区漏风。3.3 治理措施工作面治理 CO 气体超限采取的措施如图 1 所示：- 10 -图 1 治理工作面 CO 气体超限防火布置图3.3.1 加强采空区氧化带注氮根据计算，采空区氧化带的防火注氮流量为 1200m3/h，注入地点为下隅角以里 25m75m,机巷输氮管路直径为 108mm。目前机巷的输氮管路直径为 50mm，因此应立即在机巷再敷设一趟直径为50mm 输氮管路，两趟管路并联注氮。目前采空区内只埋有一趟直径为 50mm 的管路，应立即再埋入一趟直径为 50mm 的注氮管，这趟管路进入下隅角以里 15m 以后立即注氮（最佳效果为进入采空区 25m 以里以后）
18、 。注氮流量应以矿井最大制氮能力注氮，即开启两台制氮机同时注氮，将 1200m3/h 流量的氮气连续注入采空区氧化带。- 11 -3.3.2 工作面上、隅角堵漏工作面上、下隅角均冒落不好，特别是工作面下隅角经常十几米不冒落，造成了采空区进风侧的严重漏风，为了尽快将采空区高温点甩入采空区窒息带，必须对工作面上、下隅角强制堵漏，其方法为：在工作面下隅角垒丝袋挡墙，在墙内注入艾克罗尼堵漏防火材料。在上隅角同样垒上丝袋挡墙，墙内注入马利散形成 1个隔绝带。艾克罗尼与马利散的区别为：马利散凝固后强度高，由于上隅角压力较大，因此马利散形成的隔绝带能起一定承撑作用，艾克罗尼凝固后没有强度，但发泡倍数为 20
19、30 倍，有利于对较大的空间堵漏。 3.3.3 工作面不放煤加快推进度为了尽快将采空区高温点甩入采空区窒息带，工作面必须加快推进度，由于工作面不放煤推进度可以加快一半，因此工作面向前推进 20m 不放煤。不放煤的好处还能在支架后方形成一堵煤墙，由于煤的空隙率大大小于岩石的空隙率，因此能大大减少支架后方的漏风。3.3.4 工作面实行半均压通风为了减少采空区的漏风，除了工作面上、下隅角堵漏外，还对工作面实施半均压通风，其方法为：在工作面回风顺槽附近进风联络巷安装 1 台 215kw 局扇，将局扇 600mm 风筒引到工作面上隅- 12 -角约 23m 的位置，并在回风顺槽挂上 2 道风幛，增加回风
20、顺槽的风阻。实施半均压通风的好处为：引起采空区漏风的第一因素为工作面的风量，为此必须降低工作面的风量，但工作面的风量降低后会减少工作面的风排瓦斯量，工作面的瓦斯容易超限。实施半均压通风后，工作面的运顺风量虽然由 1100m3/min 减小为800m3/min，但由于回风顺槽用局扇增加了 300m3/min，因此风排瓦斯量并未减少，因此半均压通风达到了既减少采空区漏风，又不影响工作面风排瓦斯的目的。工作面实施半均压通风后，减少了工作面进、回风的压差，因而减少了采空区的漏风。工作面实施半均压通风后，回风侧的负压降低，有利于采空区氮气的保存，有利于降低采空区的氧浓度。工作面实施半均压通风后，由于提高
21、了采空区回风侧的压力，因而有利于抑制采空区 CO 气体的流出。3.3.5 1 至 40 号支架挂风帘减少漏风工作面 140 号支架处于进风，其支架架缝和尾梁特别容易向采空区漏风，为此，用风筒布沿 1 号支架后立柱拉到 40 号支架后立柱，将 140 号支架后立柱全部挡住，减少采空区漏风。3.4 防治工作面 CO 气体超限效果11 月 23 日 20 时，工作面防治 CO 气体超限的所有措施全部到位，工作面上隅角挡墙内的 CO 气体停止了上升，从 850ppm 逐渐下降，至 24 日 8 时，下降到 320ppm,说明工作面防治 CO 气体超限的措施取得了阶段性的成果，采空区高温点已被控制。25
22、 日 9 时26- 13 -日 15 时，工作面上隅角挡墙内 CO 气体浓度下降到 30100ppm，表明采空区高温点已经进入窒息带，抑制工作面 CO 气体超限取得了成功。目前采空区深处还残留有部分 CO 气体，当采空区来压时，还会有部分 CO 气体压入工作面上隅角。 4 防治工作面 CO 气体超限下阶段措施防治工作面 CO 气体超限的措施虽然取得了阶段性的成果，但为了防止采空区高温点的继续氧化，还必须继续采取以下防火措施。4.1 继续向采空区连续注氮在工作面上隅角挡墙内 CO 气体浓度没有降到 60ppm 以下时，必须坚持连续向采空区内注氮气，注氮流量为 1200m3/h，两台制氮机同时运转
23、，采空区下隅角内必须保持 25m75m 内有两根 50mm 的注氮埋管同时注氮。埋设注氮管时必须将埋管出口抬高 0.5m，防止采空区流水堵塞管路。4.2 工作面上、下隅角堵漏工作面上、下隅角每天坚持垒挡墙堵漏，由于这个挡墙随着工作面的推进要撤除向前移动，因此挡墙移走后采空区内进、回风侧的空间仍然容易漏风，为此，工作面每推进 30m,需在工作面上、下隅角各垒固定式挡墙一道，要求挡墙厚度为 23m,由丝袋装碎煤垒成。4.3 工作面上隅角气室抽瓦斯- 14 -工作面上隅角气室抽瓦斯与现在采用的方法相同，当上隅角挡墙外的 CH4浓度超过 0.8%时，需开动 2 台瓦斯抽放泵同时抽瓦斯。4.4 采空区埋
24、管抽瓦斯采空区埋管抽瓦斯是对工作面上隅角抽瓦斯的补充，在回风顺槽上隅角前方设置 50m 的瓦斯抽放埋管，埋管的直径为 350mm，埋管沿煤帮埋入采空区，管路应尽量抬高，埋管进入采空区内 5m 后，即可开始瓦斯抽放，当管路进入采空区以里 40m 时，停止抽放。当埋管进入采空区 20m 时，应即时埋入另一趟管路，以保持采空区埋管抽放的连续性。埋管抽放瓦斯的时间为：当上隅角挡墙外瓦斯浓度达到 0.8%时，上隅角挡墙外瓦斯浓度低于 0.8%时停止采空区埋管抽瓦斯。4.5 工作面半均压通风停止的时间工作面上隅角挡墙内 CO 气体浓度稳定地降到 100ppm 以下时，可以停止工作面的半均压通风，未降到 1
25、00ppm 以下，继续实施半均压通风。4.6 继续加强与协作单位的合作42101 工作面这次 CO 气体超限，说明工作面自然发火因素复杂，处理难度大，为了保障矿井今后的安全生产，必须继续加强与阜新兴纪煤科所等单位的合作，重点研究的防灭火内容为：采空区瓦斯抽放与防火的关系；工作面油气下泄规律及对煤层自然发火的影响；采空区注氮后氧化带缩小的范围；采空区自然发火预测- 15 -预报指标及注氮时机。工作面 CO 气体超限应急系统及处理技术。5 工作面正常回采时防火防瓦斯措施5.1 正常回采的 CO 气体标准当工作面上隅角挡墙内 CO 气体稳定在 70ppm 以下时，工作面可进行正常回采，并采用正常回采
26、的防火防瓦斯措施。5.2 防瓦斯措施42101 工作面目前瓦斯较小，仅采用工作面上隅角气室抽瓦斯和采空区埋管抽瓦斯即能有效地防治工作面瓦斯超限。5.2.1 工作面上隅角气室抽瓦斯工作面上隅角气室抽瓦斯的方法如图 2 所示：在上隅角用丝袋垒闭形成气室。将两趟 350mm 硬质风筒作为抽放管伸入气室内，两趟风筒的位置一趟靠上部，一趟靠下部。两趟风筒从气室敷设出来后，通过三通与 350 瓦斯抽放管相连。用 1 台流量为 230m3/min的瓦斯抽放泵抽采空区埋管和气室抽放管的瓦斯，当上隅角挡墙外的 CH4浓度达到 0.8%时，再开启另一台 150m3/min 的瓦斯抽放泵，两台泵同时抽放气室瓦斯。-
27、 16 -图 2 工作面上隅角气室抽瓦斯布置图5.2.2 采空区埋管抽瓦斯采空区埋管抽瓦斯的方法如图 3 所示：在回风顺槽上隅角前方设置 50m 的瓦斯抽放埋管，埋管的直径为 350mm，管材为钢管，为了增加埋管抽放瓦斯的效果，每节钢管均开 1 个 0.1m2的进气孔，当埋管进入采空区之前，进气孔用橡胶挡板盖住，防止空气抽入瓦斯抽放管，埋管进入上隅角后，立即将挡板取下，增加瓦斯进入埋管的面积。采空区埋管沿煤帮埋入采空区，管路应尽量抬高。- 17 -图 3 采空区埋管抽放瓦斯布置图埋管进入采空区内 5m 后，即可开始瓦斯抽放，当管路进入采空区以里 40m 时，停止抽放。当埋管进入采空区 20m
28、时，应即时埋入另一趟管路，以保持采空区埋管抽放的连续性。为了防止采空区埋管的出口被碎煤堵住，埋管的出口 1m 处应加工成花管。为了防止采空区埋管今后再堵塞，每节管路的开口进入采空区时，都必须在开口处搭上铁架子和筛板，防止煤快和碎煤堵塞抽放管。为了不引起采空区氧化带的漏风，工作面采空区抽瓦斯的原则为：多抽采空区冷却带，少抽采空区氧化带，不抽采空区窒息带。5.3 防火措施5.3.1 采空区防火策略综放工作面采空区体积大，浮煤多，而且呈立体分布，无论是黄泥灌浆、注凝胶、注阻化剂，都不可能将采空区所有的浮煤都包裹 ，因此对采空区的浮煤采用降温、阻化防止其自燃是不现实的，唯一有效的方法就是降低浮煤所处区
29、域的氧含量。氮气防灭火是近- 18 -年来国内外煤矿发展的先进防灭火技术，将氮气注入采空区能迅速充满采空区，降低其氧含量，达到防止煤层氧化自燃的目的，为此，选择氮气防灭火技术为本工作面采空区主要防灭火技术。由于氮气易于流动，因此该技术还必须和采空区堵漏、合理通风和合理瓦斯抽放相结合才能取得好的防火效果。综上所述，工作面采用以注氮气为主，堵漏、合理通风、合理瓦斯抽放、加快工作面推进度为辅的综合防灭火技术。5.3.2 采空区自然发火预测预报采空区自然发火预测预报按下列步骤进行在进行采空区埋管抽放瓦斯时，利用瓦斯抽放管监测采空区气体，其方法为：在瓦斯抽放管的软管上插上铁钉，在对采空区埋管进行取气时，
30、拔出铁钉，用高负压抽气筒抽取抽放管中气体到球胆，再对球胆中的气体进行 CO 浓度测试。正常回采时用 50mm 钢管内插束管单管埋入采空区，埋入的地点为上隅角，用束管监测采空区气样。工作面束管探头的设置为：在工作面回风顺槽设置测点 1；在工作面上隅角设置测点 2； 采空区回风侧设置测点 3；回风顺槽重点高冒区设置束管测点 4。用束管监测系统监测束管探头的气样。瓦检员每班测试工作面上隅角、支架后部、支架架缝、巷道高冒区的气体含量，并取样到地面分析。5.3.3 氮气防灭火技术5.3.3.1 氮气防灭火参数- 19 - 氮气纯度及惰化指标氮气防火纯度：根据煤矿安全规程，采空区防火注氮的氮气纯度定为97
31、%。采空区氧化带防火惰化指标：根据煤矿安全规程，采空区氧化带防火惰化指标为 O27%。 确 定 采 空 区 合 理 防 火 注 氮 流 量采空区合理的防灭火注氮流量根据理论计算和矿井工作面防灭火注氮实践考察而确定防火注氮流量的计算和工作面的风量、产量、采空区体积、瓦斯涌出量及煤炭发火程度有关。根据氧含量计算防火注氮流量1602CknrQN式中：Q0采空区氧化带内漏风量，工作面风量为1200m3/min，取 Q0 为 12m3/min；C1采空区内氧化带平均氧含量，取为 15%；C2采空区氧化带防火惰化指标，取为 7%；Cn注氮防火时氮气纯度，取为 98%；k输氮管路损失系数，为 1.11.2，
32、取为 1.1n工作面推进度系数，大于 90m/月取为 0.9，取为 0.9；r煤层自然发火期，取为 1；- 20 -=1140m3/h198.07.5219.016NQ工 作 面 防 火 所 需 注 氮 流 量 取 为 1200m3/h。5.3.3.2 氮气防灭火系统矿井的氮气防灭火系统由制氮机、输氮管路和采空区埋管组成。 制氮机在地面工业广场设置 2 台碳分子筛制氮机。制氮机的参数为氮气产量（Nm 3/h） 6002氮气纯度（%） 98出口压力(Mpa) 0.50.7起动时间(min) 40装机容量(KW) 230 输氮管路输氮管直径:输氮管直径按下式计算VQD145式中: Q-最大输氮流量
33、，为 20m3/minD-注氮管路最小直径，mm;v-管道内氮气允许流速，当氮气压力为 0.30.6Mpa时，v 为 25m/s；将以上数据代入上式，算出 D=129mm- 21 -故矿井的输氮管路选取为 133mm 的无鏠钢管。工作面顺槽注氮管设置为 108mm 钢管5.3.3.3 采空区注氮防火方法当工作面采空区浮煤出现早期自然发火征兆时，采用边回采，边注氮的开放式注氮防灭火。目前国内外采空区开放式注氮有 3 种方式：采空区钻孔注氮；采空区埋管注氮；采空区拖管注氮。采空区拖管注氮一方面不浪费管材，另一方面可保证始终有注氮管埋设在采空区，一旦采空区有发火征兆，可随时注氮，其方法为：将直径为
34、89mm，壁厚为 5mm，长度为 30m 的厚壁地质无缝钢管埋设在采空区进风侧，钢管的出口端 1m 的长度钻上无数小孔，便于在钢管出口被堵塞时注氮，钢管的进口端捍上拉钩，用钢丝绳将拉钩连接到转载机上，采空区内埋设的钢管长度为 1520m，采空区外露出的钢管长度为 10m， 钢管随转载机的移动而移动，始终埋在采空区内 15m20m，保证开放注氮防火的需要。厚壁地质管每根长 2.05m,共 14 根,专用管接头每个长 0.53m,减去两边的丝扣,还长 0.43m,采空区内埋设的地质钢管共 9 根,长度约为 20m，采空区外露出的地质钢管共 5 根,长度约为 12m, 埋管随转载机的移动而移动，始终
35、埋在采空区内 20m,保证开放式注氮防火的需要。埋管时管路不能平放在巷邦,管路至转载机的钢丝绳连接处应保持一定的斜度,否则第一次拖管时不易将埋管拖出。当埋管进入采空区内约 20m 时将钢丝绳与转载机相连,直至工作面采完。由于这种注氮方法拖管的最大长度为 20m，超过 20m 容易将拖管拉断，故工作面风量大、冷却- 22 -带宽的采空区注氮不宜采用拖管注氮方法。本工作面风量为1200m3/min，采空区冷却带宽，而且采空区流水较大，不适合拖管注氮。采空区埋管注氮的方法为：在工作面进风顺槽埋设 50mm塑料管两趟，随着工作面的推进，钢管被埋入采空区进风侧，两趟管路并连注氮，每隔一定距离卡断一趟管路
36、，让采空区氧化带永远有二趟管路埋入。这种方式虽然浪费大量的管材，但能将氮气注入采空区的深部，适合于工作面风量大、采空区冷却带宽或采空区涌水较大的工作面，本工作面风量较大，故将注氮防火方法选为采空区埋管注氮。为了防止采空区的积水涌入埋管，将埋管出口端做成 45的弯头，氮气出口端高于采空区底板 0.5m（见图 4 所示） 。埋管注氮时，必须保证采空区内 25m75m 范围始终有 2趟注氮管在注氮，保证将氮气注入采空区氧化带，因此当第一根埋管进入采空区 25m时，应即时埋入第 2趟注氮管，埋管步距为 25m，埋管最大深度为75m,即埋管进入采空区 75m时将其断掉，进入 25m时立即开始注氮（图 5
37、） 。- 23 -图 4 采空区埋管注氮示意图图 5 采空区埋管注氮顺序图5.3.3.4 最佳注氮防火时机国内外的防火注氮分为连续注氮和间歇注氮。连续注氮的方法为：从工作面开始回采就注氮，一直注到工作面撤架完毕停氮，这- 24 -种方式适合于工作面采空区发火特别严重（如火区下采煤） ，而且工作面推进度又慢的工作面。间歇注氮的方法为：在工作面发火征兆时开始注氮，一般用于推进度较快的工作面。虽然连续注氮的可靠性最高，但由于每注 1d 的氮气，就需花费 3 千多元的电费，故采用这种方式的矿井不多，42101 工作面推进度较快，可选取用间歇注氮方式防火。间歇注氮防火成败的关键是要制定合理的防火注氮时机
38、，并严格按此注氮时机注氮。根据试验工作面的自然发火特点，制定以下防火注氮时机： 当工作面上隅角或采空区出现一氧化碳，其含量向上递增，达到 50ppm 时，必须立即注氮防火；当其含量波动和变化，只需达到 70ppm 时，也必须立即注氮防火。 当工作面在回采过程未达到合理防火推进度时，必须及时注氮，一直注到工作面推进度大于或等于防火合理推进度时停氮。 工作面测温地点的温度出现下列情况时必须立即注氮防火。 测温地点的温度高于进风流温度 10； 放煤温度高于 35。 撤架时，无论工作面是否有发火征兆，均应及时注氮防火。 巷道高温煤炭放入到采空区时，必须立即注氮，一直注到将高温煤炭用入窒熄带。 工作面初
39、采时，推进到 2550m 的范围必须注氮。间歇注氮时，每次注氮必须将采空区氧化带的氧含量降 7%以下- 25 -时，才能起到防火作用，每次注氮的最少时间用下式计算：021VCQN式中：Q N惰化采空区氧化带的注氮量；V0采空区氧化带体积；C1采空区氧化带平均氧化含量，取为 15%；C2采空区氧化带防火惰化指标，为 7%；V0=氧化带宽度工作面长度采高 回采率5.3.4 氮气防火辅助措施5.3.4.1 采空区堵漏采空区氮气防灭火注氮气采用的是开放式注氮，氮气有一定的泄漏是属于正常的，但是，如果氮气泄漏太多，会影响采空区氧化带的惰化效果。采空区的主要漏风通道为采空区的进、回风侧，采取的采空区堵漏措
40、施为： 进、回风侧强制放顶由于工作面上、下端头为锚杆支护，使采空区进、回风侧造成了采空区严重的漏风和泄漏氮气，为此,必须加强采空区进、回风侧的放顶，在工作面移架前，提前将矛网支护的网绞断，将锚杆的螺冒卸掉，让顶部岩石掉下，堵塞进、回风侧漏风通道。当采空区进风侧顶板十几米不能冒下来时，应打眼放炮，强行使顶板冒落，其方法为：在工作面每推进 10m 左右，在下隅角布置 2 排钻孔，排距为 1m，每排布置 5 个钻孔，其中第一排为深孔，孔深 3.54m，装- 26 -炸药 4 快，另一排钻孔为浅钻孔，孔深 1.8m，装炸药 2 快，放炮将顶部煤层崩落下来，堵塞下隅角以里采空区。回风侧瓦斯较高，不能放炮
41、，可采取上隅角对顶板打小钻注高压水软化顶板，使其垮落。 工作面上下端头垒丝袋闭当工作面有自然发火征兆时，在工作面上、下端头垒挡墙，挡墙分为移动式和固定式。移动式挡墙的方法为：用丝袋装满珍珠岩粉，每天在工作面上、下端头砌挡墙，工作面每推进 35m，砌挡墙一道，严密地封堵采空区进、回侧，随着工作面的推进，这道挡墙也向前移动。固定式挡墙的方法为：工作面每推进 30m，用丝袋装碎煤在工作面的上、下隅角各垒挡墙一道，要求挡墙的厚度为2m3m，宽度为 35m，尽可能的占据上、下隅角后部的空间，工作面移架推溜后，这道挡墙不要撤除，固定在采空区进、回风侧堵漏风。 在工作面进回、风端头支架尾梁前挂风帘当采空区进
42、、回风侧冒落不好时，应在工作面进风端头支架尾梁前挂风帘改变风流流向和增加采空区进风风阻。5.3.4.2 严防高温煤炭进入采空区由于工作面煤层最短发火期较短，当进回、风顺槽压力较大、松动圈多时，难免有部份高温煤炭进入支架前方，为了防止高温煤炭进入采空区，采取如下措施： 当进、回风顺槽高顶或松动圈进入工作面支架前方 20 m 范- 27 -围时，必须检查高顶是否有足够的钻孔控制高顶的气体含量，如果不够，必须立即补打。 瓦检员必须对工作面前方进、回风顺槽 20m 范围的巷道严防死守，每班均测试顶板钻孔的气体含量，并拔出钻孔束管用手感觉是否有高温。当对此段巷道进行挑顶时，必须观察是否有高温煤炭掉下。
43、当进、回风顺槽高顶即将进入工作面支架前方 20 m 范围时，必须对高顶进行一次高顶管注水，冷却高顶浮煤温度。5.3.4.3 保障工作面上、下出口的合理间隙工作面上、下出口是对采空区实施防火措施的重要地点，采空区的注氮管、注浆管、束管和丝袋闭等都在此处，因此工作面支架推进时端头支架与煤邦的距离应大于 0.5m。5.3.4.4 加快工作面推进度工作面的防火合理推进以公式计算:neKC式中：C工作面每月防火合理推进度;K采空区通风散热带宽度和氧化宽度之和;e煤层自然发火期;n月工作日，为 30d。42101 工作面的煤层的最短自然发火期为 38 天，采空区通风散热带和氧化带宽度之和按经验取为 100
44、m，因此工作面的防火合理推进度按上式计算为 80m/月，矿井每月的推进度应大于 80m，这样才- 28 -能减少工作面采空区的自然发火，减少工作面的防火成本。工作面的推进度如达不到这个防火合理推进度，就只有通过向采空区注氮和减小采空区漏风来缩小采空区氧化带的范围。5.3.4.5 工作面防火合理风量工作面的风量对采空区的防火至关重要，风量越小，则采空区的漏风就越小，但在防瓦斯时工作面风量越大，则越能风排更多的瓦斯，这两者是一个矛盾，因此工作面的风量应该合理，既能减少采空区的汛漏风，又能有利于风排瓦斯，为此，确定 42101 工作面的合理风量为 1000m3/min1200 m 3/min。6 工
45、作面应急防火措施前面已经分析，工作面存在极易自然发火因素，工作面现有的制氮机能力是按工作面防火设计，当工作面采空区浮煤剧烈氧化时，其采空区注氮流量是防火注氮流量的 2 倍，灭火时其注氮流量是防火流量的 24 倍。为了保障工作面的安全生产，当工作面出现意外的浮煤剧烈氧化时，能够在短时间内将其抑制，防止其发展为自然发火，有必要建立矿井的防灭火应急系统，其方法为：在矿井设置1 台移动式“惰气耦合高强度防灭火装备” ，当采空区出现浮煤剧烈氧化时，立即通知厂家将液态二氧化碳或液氮（华煤集团）用 35t槽车运送到矿井，槽车与惰气耦合高强度防灭火装置相连，矿井的惰气流量很快就可增加到 2000m3/h500
46、0 m3/h，注入采空区后可迅速抑制采空区浮煤的氧化自然发火。由于装置是移动式的，当集团- 29 -公司其它矿需用此装备时，也可立即将此装备拉到该矿进行防灭火。 惰气耦合高强度防灭火装置用途：使用本装置可实现惰气比重、流量、温度、纯度、防灭火材料的耦合。型号：MXCL-1型参数：惰气流量：2000 m 3/h8000m 3/h；惰气温度：-105；惰气比重: 1.5kg/m 3(大于空气比重)惰气纯度：99%惰气泡沫：1000 m 3/h 输惰气管路在矿井应急防灭火时，为了能顺利地将新增加的惰气注入井下采空区，还必须设置相应的管路，目前矿井的输氮主管仅为108mm，只能输送最多 1200 m3
47、/h 流量的氮气，在抑制采空区高温点时，其注惰气流量应当为 3000 m3/h 左右，为此，计算应急防灭火时输氮气的主管如下：输氮管直径按下式计算VQD145式中: Q-最大输氮流量，为 50m3/minD-注氮管路最小直径，mm;v-管道内氮气允许流速，当氮气压力为 0.30.6Mpa- 30 -时，v 为 25m/s；根据计算，输惰气主管的内径为 205mm，故矿井应再敷设一趟108mm 的钢管。 应急防火标准当工作面上隅角或采空区 CO 气体浓度达到 300pp 时，矿井进入应急防灭火状态，立即成立应急防灭火指挥部，按上述应急防灭火措施进行防灭火。7 需增加的设备、仪表和材料需增加的设备、仪表和材料如表 7-1 所示表 7-1 增加的防灭火设备、仪表和材料名称 规格、型号 数量 金额（万元） 用途惰气耦合高强度防灭火装备MXCL-1耦合惰气量(20006000m3/h)1 台 37 应急防灭火设备钢管 108mm 800m 20 应急防灭火管路
