4301工作面注氮防灭火设计
我矿4301采用综放工艺回采，其采空区遗煤较多、范围广、空间大，加之所采4#煤自燃倾向性等级为Ⅱ类，工作面防灭火工作十分重要。采用注氮防灭火措施的有效覆盖率较高、适应性较好，能有效的保证工作面回采期间防灭火安全。为了防止输氮管路和采空区泄漏氮气造成人员伤害、保证注氮防灭火效果，特编制如下设计。 一、工作面概况 1、采煤工作面位臵：
工作面位于位于主斜井工业广场东北约1000m空地处井田西部，东翼回风北部，南部为东翼回风巷，对回采无影响，北侧为后安煤矿，开采过程中应预防后安煤矿采空区水通过塌陷裂隙导入工作面，编制好安全规程。 2、工作面有关参数
走向长度：892m，煤层厚度为5.7-8.3m，平均7.26m。 平均采高：机采3m，放煤高度4m。 瓦斯等级：瓦斯。 自燃倾向性：Ⅱ类自然。 工作面倾斜长：207m。 一、注氮防灭火方案
1、注氮防灭火措施的适应性和有效性分析
氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体。由于氮气分子结构稳定，其化学性质相对稳定，在常温、常压条件下氮气很难与其它
物质发生化学反应，所以它是一种良好的惰性气体，随着空气中氮气含量的增加，氧气含量必然降低。当氧气含量低到5～10％时，可抑制煤炭的氧化自燃；氧气含量降至3％以下时，可以完全抑制煤炭等可燃物的阴燃与复燃。用氮气防灭火和阻止瓦斯爆炸的过程称为惰化，惰化后的火区因氧气不足而不能燃烧和爆炸。氮气的防灭火作用，即是使采空区等有关区域惰化。
具体地说，氮气的防灭火作用和特点是：1）氮气可以充满任何形状的空间并将氧气排挤出去，从而使火区中因氧含量不足而将火源熄灭，或者使采空区中因氧含量不足而使遗煤不能氧化自燃；2）在有瓦斯和火存在的气体爆炸危险区内，注入氮气能使可燃性气体失去爆炸性；3）向采空区或火区中大量注入氮气后，可以增加采空区相对压力，致使新鲜空气难以漏入； 4）氮气防灭火必须与均压和其它堵漏风措施配合应用。否则，如果注入氮气的采空区或火区漏风严重，氮气必然随漏风流失，难以起到防灭火作用。
基于上述氮气的性质及煤的氧化机理，向采空区及遗煤带注入氮气，使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰化带，从而达到抑制采空区自燃和安全开采的目的。
因4301工作面采空区遗煤较多、范围广、空间大，所采4#煤自燃倾向性等级为Ⅱ类，采用预先铺设管路、连续注氮方式，同时应采取均压通风措施、堵漏措施、工作面及采空区氧气监测措施。 2、氮气来源选取的技术经济分析
目前，工业制取氮气均以空气作为原料气，这种原料气的供给是无限量的。本设计采用DM600型煤矿用移动式碳注氮装臵。 3、供氮能力、输氮管路的计算与选取 （1）供氮能力计算
注氮量是最重要的注氮参数，直接决定着注氮效果。注氮量太小因达不到惰化采空区气体的目的而起不到防火的作用，注氮量太大造成经济上的浪费。注氮量主要取决于被注地点的几何体积、氧化空间大小、裂隙情况、漏风量大小以及气体组分等。由于煤矿条件千差万别，目前注氮量只能按待注地点的几何体积、工作面的产量、吨煤注氮量、瓦斯量、氧化带内的氧含量进行计算。
根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》（MT/T701-1997）第7.1条的规定：制氮设备或装臵的供氮能力应按矿井注氮工作面防火需要选取。
采空区防灭火耗氮量按采空区氧化带氧含量计算，并按作业场所氧浓度核算。按采空区氧化带氧含量计算。按采空区氧化带内氧含量及惰化指标计算注氮强度，其方法较合理，符合注氮防火的实际情况：
q=60×Q漏（C1-C2-C3）/C3
式中：
q——采面采空区注氮强度，m3/min；
Q漏——采空区氧化带漏风量，m3/min；
C1——采空区氧化带内初始氧含量；
C2——采空区氧化带内二氧化碳、甲烷等气体含量； C3——采空区氧化带惰化指标规定的氧含量，可取10%； 1.2按作业场所氧含量计算允许最大注氮量： Q≤60×Q×（C1-C2）/C2 式中：
q——按采面回风巷允许氧浓度19%计算的采空区允许最大注氮量，m3/h；
Q——工作面风量m3/min；
C1——采面初始氧浓度，可取20%； C2——采掘作业场所允许氧含量为19%；
实际计算时，应按采空区注氮量全部泄漏到工作面和回风巷计算出允许最大注氮强度。
间歇式日注氮量可按下边公式计算：
Qn=b×L×H×K2×K2
式中:
Qn——间歇式注氮时日注氮量m3； b——工作面日推进度m； L——工作面长度m；
H——采、放煤高度m；
K1——采空区气体臵换系数，取2～3； K2——采空区冒落矸石松散系数，取0.8～0.9； K3——工作面推进速度校正系数，按下边公式计算。
K3=Lmax-Lmin/ Lmax
式中
Lmax——采空区窒息带与氧化带边界距工作面的距离m； Lmin——采空区氧化带与散热带边界距工作面的距离m。 （2）输氮管路的选取
根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT／T701-1997)第7.4.1条和7.4.2条的规定：从井下供氮时，除应采用钢管外，在满足输氮压力的情况下，可选用耐压橡胶软管，但进入采空区或火区的管路必须采用钢管。
采空区埋设管路选用Φ100mm的无缝钢管。转弯处、进风隅角埋管处管路连接采用耐压橡胶软管。采空区埋设输氮管路采用螺纹管接头连接，并需有独立的专用阀门。 （3）输氮管路的铺设要求
① 管路的铺设应尽量减少拐弯，要求平、直、稳，接头不漏气。每节钢管的支点不少于两点，不允许在管路上堆放他物。低洼处可设臵放水阀。
注氮设计
