慈林山煤礦注氮方案及安全技術(shù)措施

1、慈林山煤礦注氮方案及安全技術(shù)措施一、氮?dú)夥罍缁鹪O(shè)計(jì)方案（一）、概況：現(xiàn)我礦開采的15#煤層屬于自燃中厚煤層，礦井采煤工作面采空區(qū)采用以注漿為主注氮為輔的防滅火系統(tǒng)?？紤]礦井處于停產(chǎn)狀態(tài)，注漿所需的粉煤灰材料附近趙莊電廠還沒有建設(shè)投產(chǎn)，根據(jù)我礦防滅火設(shè)計(jì)及礦井實(shí)際生產(chǎn)情況，故礦井停產(chǎn)期間采用馬戶場地ZD-1100型注氮設(shè)備作為礦井防滅火工作的主要系統(tǒng)，能滿足井下每小時注氮936m3的要求。（2） 、氮?dú)夥罍缁鸸に?、我礦氮?dú)夥罍缁鸬牡獨(dú)庠从娠L(fēng)井工業(yè)場地制氮車間經(jīng)已鋪設(shè)好的4寸注氮管路將純度97%以上氮?dú)庾⑷氲焦ぷ髅娌煽諈^(qū)達(dá)到防滅火的目的。2、 此項(xiàng)措施作為采煤工作面采空區(qū)防治煤層自燃發(fā)火的主要措

2、施之一，礦井在工作面推進(jìn)速度慢和停產(chǎn)情況下，采空區(qū)自燃發(fā)火隱患就越大，則必須采取向采空區(qū)實(shí)施注氮。3、 具體方案為：在15101回采工作面運(yùn)輸順槽埋設(shè)直徑為4寸鋼管，工作面采空區(qū)處埋設(shè)3寸高壓膠管，工作面高壓膠管每隔30米設(shè)置一個三通，注氮嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行，一旦需要注氮則將預(yù)埋高壓膠管與主管接通，對采空區(qū)實(shí)施注氮。埋管期間綜采隊(duì)要注意保護(hù)好注氮管，嚴(yán)禁注氮管被撞開、壓扁，影響埋管質(zhì)量。（3） 注氮?dú)饪煽啃杂?jì)算：1、 注氮設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo) DT-1100型 氮?dú)猱a(chǎn)量1100m3/h 出口壓力0.8Mpa 氮?dú)饧兌?7%2、 輸?shù)到y(tǒng)馬戶風(fēng)井制氮車間回風(fēng)斜井15煤回風(fēng)巷15101運(yùn)輸巷，均采用

3、4寸無縫鋼管。注氮管路能否滿足輸?shù)獨(dú)庖笸ㄟ^下式計(jì)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(dāng)量長度 KmL計(jì)算式為：L=×Li式中：Do-基準(zhǔn)管徑（Do=100mm）阻力損失系數(shù)：=0.026Li相同直徑管路長度kmDi實(shí)際輸?shù)苈穬?nèi)徑mm實(shí)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(jì)算：L=（100/95）5×(0.0296/0.026)×1.10=1.597km假設(shè)管路末端絕對壓力0.2Mpa將以上數(shù)據(jù)代入計(jì)算得：

4、P1=0.0056（200/1000）2×1.597P2P1=0.21Mpa根據(jù)以上計(jì)算，從地面制氮機(jī)到15101采空區(qū)的輸?shù)苈烽L度為2750米的情況下，管路初段壓力只需0.53Mpa，便可將1100m3/h的氮?dú)廨斔偷?5101采空區(qū)內(nèi)，末端的絕對壓力還有0.2Mpa，因此制氮機(jī)氮?dú)獬隹趬毫?.8Mpa完全滿足要求。3、 注氮地點(diǎn)安全通風(fēng)量在輸?shù)苈返难赝净蚬ぷ髅?，假設(shè)1100m3/h的氮?dú)饬咳啃孤┑较锏览锘蚬ぷ髅?，是否漏氮?dú)獾牡貐^(qū)缺氧，其安全通風(fēng)量大可按下式計(jì)算：QQn(CnC2100)/(C1C2)m3/min式中：Q-安全通風(fēng)量Qn-氮?dú)庾畲笮孤┝?8.33m3/minC

5、1-工作面或進(jìn)風(fēng)巷的氧氣含量20.8%C2-注氮時采掘工作面安全氧氣含量18.5%計(jì)算得：Q18.33×（99.9518.5100）/（20.818.5）147m3/min根據(jù)計(jì)算工作面或巷道風(fēng)量只要是大于147m3/min便是安全的，同時可算出18.33m3/min的氮?dú)饬咳啃孤┑较锏纼?nèi)或工作面中，則氧氣含量只降到20.44%也是安全的。井下日注氮量計(jì)算：（1） 火區(qū)空間體積計(jì)算：VkLIh(1a)m式中Vk-火區(qū)空間體積 m3L-火區(qū)走向長度m 取15mI-火區(qū)傾斜長度m 取72ma-取冒落體碎裂系數(shù)取1.3h-頂板冒落高度 取煤層厚的3倍m-采高 取3.5m所以VkLIh(1

6、a)m15×72×3×60×3.5=3780m3根據(jù)防火空間的大小及燃燒程度，注氮量應(yīng)按防火空間的0.75-2.5倍計(jì)算，我礦暫定注氮量為防火空間體積的1.5倍。Q=kVk=1.5×3780=5670m3采空區(qū)注氮量為注氮機(jī)工作5小時時間。二、 供氮能計(jì)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(jì)時既要充分考慮制氮能力能滿足防滅火所需注氮流量要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)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

7、大小、巖石冒落程度、漏風(fēng)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(jì)算，其實(shí)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(biāo)以下。式中：QN注氮流量，m3/h；Q0采空區(qū)氧化帶內(nèi)漏風(fēng)量，m3/min；采空區(qū)氧化帶的范圍受工作面的通風(fēng)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(fēng)量的變化范圍也較大，一般按工作面風(fēng)量的1/601/100選取。該礦15#煤工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量為1200m3/min，在正常生產(chǎn)期間工作面上下端頭均掛設(shè)風(fēng)幛，可有效減少向采空區(qū)的漏風(fēng)，因此，采空區(qū)氧化帶內(nèi)的漏風(fēng)量暫取6m3/

8、min，并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)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?yàn)檠趸瘞У姆秶煌骄鯘舛戎狄膊煌?，一般?5%；C2采空區(qū)惰化防火指標(biāo)，其值為煤自燃臨界氧濃度，%；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?dú)獾臐舛?，根?jù)煤礦安全規(guī)程第238條的規(guī)定：采用氮?dú)夥罍缁饡r，注入的氮?dú)鉂舛炔恍∮?7%，因此取97%；K備用系數(shù)，一般1.21.5，現(xiàn)取1.3。經(jīng)計(jì)算得：QN=936m3/h。三、注氮防滅火工藝和方法1、注氮方式注氮方式分為開放式注氮和封閉式注氮。開放

9、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?dú)馐沟貌煽諈^(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。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。我礦注氮系統(tǒng)在15#煤層正常回采期間采用開放式注氮方式，工作面回采完畢或火區(qū)封閉后采取封閉式注氮方式。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)

10、原因，或因機(jī)電設(shè)備原因造成工作面推進(jìn)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15#煤層正?；夭善陂g注氮方式采用間斷性注氮；在15#煤層開采初期、停采撤架期間、推進(jìn)速度緩慢或出現(xiàn)自燃隱患時改用連續(xù)性注氮。3、 注氮防滅火工藝防滅火注氮地點(diǎn)選擇在15#煤層工作面進(jìn)風(fēng)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15#煤層自燃危險性較大，為保證及時、簡便處理15#煤層在工作面回采期間發(fā)生的自燃隱患，設(shè)計(jì)采取垮步埋管注氮工藝，即沿工作面運(yùn)輸巷巷道左幫底部埋設(shè)一趟注氮管路，其中第一個氮?dú)忉尫趴谠O(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

11、通過實(shí)際注氮效果考察進(jìn)行修正）。當(dāng)?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(dāng)?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?，必須立即倒換管路。氮?dú)忉尫趴趹?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(hù)，氮?dú)忉尫趴谔幑苈房纱?m花眼，并用鐵絲網(wǎng)包裹。采空區(qū)注氮釋放口注氮管道30m10m20m10m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(fēng)和氮?dú)庑孤?/p>

12、的措施采空區(qū)漏風(fēng)狀態(tài)決定了氮?dú)庠诓煽諈^(qū)內(nèi)的滯留時間，同時也決定著間歇性注氮的注氮周期。采空區(qū)漏風(fēng)強(qiáng)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(jì)。同時氮?dú)饩哂袣怏w共同的性質(zhì)擴(kuò)散性。根據(jù)氣體擴(kuò)散原理，濃度差是擴(kuò)散的推動力。而注入到采空區(qū)內(nèi)氮?dú)庖_(dá)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?dú)庀蚬ぷ髅婧蛢上飻U(kuò)散的現(xiàn)象。這樣，由于氮?dú)庑孤?dǎo)致采空區(qū)氮?dú)鉂舛冉档?，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?dú)鈱⑽廴竟ぷ髅姝h(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(fēng)和采空區(qū)氮?dú)庑孤┑陌踩胧?、工作面上下端頭堵

13、漏為保證向注氮區(qū)域內(nèi)漏風(fēng)和氮?dú)庑孤?，首先，?5#煤層工作面進(jìn)回風(fēng)隅角吊掛擋風(fēng)簾，并拆卸錨網(wǎng)索零部件使回風(fēng)隅角頂煤充分冒落，減少漏風(fēng)。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(fēng)墻，在擋風(fēng)墻外部設(shè)置擋風(fēng)簾，擋風(fēng)墻和擋風(fēng)簾的施工方式如圖所示。即：首先沿底板鋪設(shè)風(fēng)簾布，而后在風(fēng)簾布的一端壘設(shè)黃泥（沙）袋子墻，墻體寬度12m，之后將風(fēng)簾緊貼袋子墻吊起，把風(fēng)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(qiáng)管理，每班規(guī)定專人對擋風(fēng)墻的質(zhì)量和擋風(fēng)簾的懸掛位置進(jìn)行視察，如出現(xiàn)擋風(fēng)墻上部不接頂?shù)嚷╋L(fēng)現(xiàn)象立即組織人員

14、堵漏。30m1692345781進(jìn)風(fēng)巷；2回風(fēng)巷；3工作面；4，5，6，7封堵墻；8綜采支架；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(fēng)簾布風(fēng)簾布袋子墻鐵絲風(fēng)簾布袋子墻袋子墻和擋風(fēng)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(rèn)真檢查各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，注氮埋管期間通風(fēng)科要與綜采隊(duì)密切配合，確保氮?dú)夤苈芳捌涓綄侔踩b置完好檢查各閥門開閉情況是否符合要求及制氮裝置的完好性。2、 各項(xiàng)工作準(zhǔn)備就緒后，制氮機(jī)組操作人員應(yīng)通知調(diào)度室。3、 調(diào)度室同意后，通知采面注氮人員打開注氮閥門，同時通知制氮司機(jī)按規(guī)定時間及質(zhì)量要求開機(jī)制氮、送氮。4、 制氮機(jī)嚴(yán)

15、格按操作規(guī)程進(jìn)行操作，制氮過程中制氮司機(jī)必須堅(jiān)守崗位，隨時注意觀察氮?dú)獾膲毫Α舛群蜋C(jī)組各處的閥門，保證機(jī)組的正常運(yùn)行及氮?dú)赓|(zhì)量。六、注氮安全措施及注意事項(xiàng)氮?dú)怆m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(fēng)隊(duì)巡查管路人員必須巡查管路完好情況，確認(rèn)完好后匯報調(diào)度室。由調(diào)度室通知綜采工作面跟班隊(duì)干和工作面瓦斯員后，方可進(jìn)行注氮。2、 注氮前必須認(rèn)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，并對所有開關(guān)加

16、鎖。4、 定期對氮?dú)獬隹诘陌踩y門進(jìn)行可靠性檢測。5、 工作面采空區(qū)注氮時，應(yīng)在進(jìn)風(fēng)順槽掛上“工作面正在注氮”的文字警告牌，并通知三班作業(yè)人員，一旦氧氣濃度降到18.5%時，立即通知制氮司機(jī)停止注氮，及時尋找原因和撤離人員。6、 同時測定好工作面、回風(fēng)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)異常立即匯報調(diào)度室、通風(fēng)科。7、 注氮期間，通風(fēng)科安排專人攜帶測氧儀器全面檢查輸?shù)苈返膰?yán)密性，每次注氮后，必須有兩人一起沿管路鋪設(shè)巷道仔細(xì)進(jìn)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?dú)庑孤r，應(yīng)立即組織人員及時排除故障，漏氣嚴(yán)重時，應(yīng)立即停止注氮并關(guān)閉最近閥門，防

17、止氮?dú)獯罅啃孤?。同時調(diào)度室通知停止注氮，處理時嚴(yán)禁人員口鼻正對漏氣點(diǎn)。8、 在注氮過程中，如發(fā)生主扇停風(fēng)，造成工作面停風(fēng)，瓦斯、安全員或工作面跟班隊(duì)干應(yīng)立即組織將工作面人員撤離至進(jìn)風(fēng)大巷，并通知制氮車間或調(diào)度室立即停止注氮。9、 注氮結(jié)束后，繼續(xù)檢測工作面及回風(fēng)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?dú)獯罅坑砍?，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(qiáng)氣體監(jiān)測，頂板大面積垮落時工作面及回風(fēng)巷人員可由工作面撤離至采面進(jìn)風(fēng)巷安全處。11、 必須建立制氮設(shè)備的操作規(guī)程、工種崗位責(zé)任制、機(jī)電設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程、注氮

18、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(hù)等工作。輸?shù)苈废到y(tǒng)必須固定專人進(jìn)行檢查與維修，保持管路、閥門良好，不發(fā)生漏氣。注氮巷內(nèi)的輸?shù)苈返膰?yán)密性必須每天檢查一次，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，必須建立完善的束管監(jiān)測系統(tǒng)和礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)，并保證其連續(xù)正常工作。并設(shè)置專職瓦檢員，加強(qiáng)工作面和進(jìn)回風(fēng)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(fēng)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(fēng)負(fù)壓的作用，從進(jìn)風(fēng)順槽至回風(fēng)順槽必然形成漏風(fēng)通道。向采空區(qū)注入氮?dú)猓厝谎刂╋L(fēng)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(fēng)障、封堵墻等封堵措施，減少漏風(fēng)量，才能以較少的注氮量達(dá)到較好的惰化效果，達(dá)到防火的目的。14、 注意檢查工作面及回風(fēng)巷道風(fēng)流中瓦斯涌出情況，若發(fā)現(xiàn)采空區(qū)大量涌出瓦斯，風(fēng)流中瓦斯超限時，可適當(dāng)降低注氮