慈林山煤矿
注氮方案及安全技术措施
一、氮气防灭火设计方案 （一）、概况：
现我矿开采的15#煤层属于自燃中厚煤层，矿井采煤工作面采空区采用以注浆为主注氮为辅的防灭火系统。考虑矿井处于停产状态，注浆所需的粉煤灰材料附近赵庄电厂还没有建设投产，根据我矿防灭火设计及矿井实际生产情况，故矿井停产期间采用马户场地ZD-1100型注氮设备作为矿井防灭火工作的主要系统，能满足井下每小时注氮936m3的要求。
（二）、氮气防灭火工艺
1、我矿氮气防灭火的氮气源由风井工业场地制氮车间经已铺设好的4寸注氮管路将纯度97%以上氮气注入到工作面采空区达到防灭火的目的。
2、此项措施作为采煤工作面采空区防治煤层自燃发火的主要措施之一，矿井在工作面推进速度慢和停产情况下，采空区自燃发火隐患就越大，则必须采取向采空区实施注氮。
3、具体方案为：在15101回采工作面运输顺槽埋设直径为4寸钢管，工作面采空区处埋设3寸高压胶管，工作面高压胶管每隔30米设置一个三通，注氮严格按照操作规程执行，一旦需要注氮则将预埋高压胶管与主管接通，对采空区实施注氮。埋管期间综采队要注意
保护好注氮管，严禁注氮管被撞开、压扁，影响埋管质量。 （三）注氮气可靠性计算： 1、注氮设备主要技术指标 DT-1100型 氮气产量1100m3/h 出口压力0.8Mpa 氮气纯度≧97% 2、输氮系统
马户风井制氮车间→回风斜井→15煤回风巷→15101运输巷，均采用4寸无缝钢管。
注氮管路能否满足输氮气要求通过下式计算： P1﹣P2＝0.0056（Qmax/1000）*L ??????① 式中：P1-管道始端的绝对压力Mpa P2-管道末端的绝对压力Mpa Qmax-最大输氮量m3/h L-管路当量长度 Km L计算式为：
L=?(Do/Di)5×(?i/?o)×Li???????????② 式中：Do-----基准管径（Do=100mm） 阻力损失系数：?o=0.026
Li??????相同直径管路长度km Di??????实际输氮管路内径mm
?i??????实际输氮管路直径的阻力损失系数
Di=99mm ?i=0.0296将以上数据代入②计算： L=（100/95）5×(0.0296/0.026)×1.10=1.597km 假设管路末端绝对压力0.2Mpa 将以上数据代入①计算得： P1=0.0056（200/1000）2×1.597＋P2 P1=0.21Mpa
根据以上计算，从地面制氮机到15101采空区的输氮管路长度为2750米的情况下，管路初段压力只需0.53Mpa，便可将1100m3/h的氮气输送到15101采空区内，末端的绝对压力还有0.2Mpa，因此制氮机氮气出口压力0.8Mpa完全满足要求。 3、注氮地点安全通风量
在输氮管路的沿途或工作面，假设1100m3/h的氮气量全部泄漏到巷道里或工作面，是否漏氮气的地区缺氧，其安全通风量大可按下式计算：
Q≧Qn(Cn＋C2－100)/(C1－C2)m3/min 式中：Q-----安全通风量
Qn------氮气最大泄漏量18.33m3/min C1------工作面或进风巷的氧气含量20.8% C2------注氮时采掘工作面安全氧气含量＞18.5%
计算得：Q＝18.33×（99.95＋18.5－100）/（20.8－18.5）＝147m3/min
根据计算工作面或巷道风量只要是大于147m3/min便是安全的，同时可算出18.33m3/min的氮气量全部泄漏到巷道内或工作面中，则氧气含量只降到20.44%也是安全的。 井下日注氮量计算：
（1）火区空间体积计算：Vk＝LI[h(1－a)＋m] 式中Vk-----火区空间体积 m3 L----------火区走向长度m 取15m I-----------火区倾斜长度m 取72m a----------取冒落体碎裂系数取1.3 h----------顶板冒落高度 取煤层厚的3倍 m---------采高 取3.5m
所以Vk＝LI[h(1－a)＋m]＝15×72×[3×60×＋3.5]=3780m3
根据防火空间的大小及燃烧程度，注氮量应按防火空间的0.75-2.5倍计算，我矿暂定注氮量为防火空间体积的1.5倍。
Q=kVk=1.5×3780=5670m3
采空区注氮量为注氮机工作5小时时间。 二、 供氮能计算与选取
从理论上讲注氮流量越大，防灭火的效果就越好，由于每个矿井的煤层地质条件、开拓开采条件及其它影响因素各不相同，因此确定防灭火注氮流量就成为一个重要问题。设计时既要充分考虑制氮能力能满足防灭火所需注氮流量要求，又要考虑经济合理性。工作面防火注氮量的大小，主要取决于采空区的几何形状、氧化带空间大小、岩
石冒落程度、漏风量大小及采空区内气体成份的变化等诸多因素。根据《煤矿用注氮防灭火技术规范》（MTT701-1997）的规定，采用下式计算，其实质是将采空区氧化带内的原始氧气含量降到防火惰化指标以下。
QN?60?Q0?k?C1?C2
CN?C2?1式中：QN——注氮流量，m3/h；
Q0——采空区氧化带内漏风量，m3/min；采空区氧化带的范围受工作面的通风状况、采空区的冒落等诸多因素的影响而在很大的范围内变化，因此采空区氧化带的漏风量的变化范围也较大，一般按工作面风量的1/60～1/100选取。该矿15#煤工作面设计风量为1200m3/min，在正常生产期间工作面上下端头均挂设风幛，可有效减少向采空区的漏风，因此，采空区氧化带内的漏风量暂取6m3/min，并根据实测数据进行调整；
C1——采空区氧化带内平均氧气浓度，目前国内应用较普遍的是将采空区氧浓度在10～18%之间的区域视为氧化带，因为氧化带的范围不同而平均氧浓度值也不同，一般取15%；
C2——采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度，%；煤的自燃临界氧浓度值随煤种、煤质、赋存条件等因素的不同而变化，其范围一般为7%～10%，取7%；
CN——注入氮气的浓度，根据《煤矿安全规程》第238条的规定：采用氮气防灭火时，注入的氮气浓度不小于97%，因此取97%；
K——备用系数，一般1.2～1.5，现取1.3。 经计算得：QN=936m3/h。
三、注氮防灭火工艺和方法
慈林山煤矿注氮方案及安全技术措施
