新疆恒力煤业有限责任公司沙湾煤矿
氮气防灭火设计及安全技术措施
新疆恒力煤业有限责任公司沙湾煤矿
二零一二年八月五日
氮气防灭火设计及安全技术措施
一、氮气防灭火
应用氮气防灭火技术防治矿井自燃火灾，是公认的行之有效的技术措施。氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体，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。据有关资料介绍：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。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，可达到抑制采空区自燃，同时还能防止瓦斯爆炸事故的发生。
（一）氮气防灭火的作用和特点
(1)氮气可以充满任何开形状的空间并将氧气排挤出去，使采空区深部及其顶板高冒处因氧气含量不足而使遗煤不能氧化自燃；
(2)注氮过程中，采空区经常保持正压状态，致使新鲜空气难以漏入，有利于控制采空区遗煤自燃；
(3)注入氮气后，可使采空区内和采空区周围介质的温度降低，起到冷却降温作用；
(4)在瓦斯和火共存的爆炸危险区内注入氮气能抑制火区内可燃气体爆炸，提高灭火作业的安全性；
(5)工艺简单，不污染环境；
(6)氮气防灭火存在的主要问题是在矿井负压作用下，如果采空区漏风严重，则注入的氮气不易留存，易随漏风流向采面或邻近采空区；加上氮气本身虽然无毒，但具有窒息性，对人体有害，因此需与均压和其他堵漏风措施配合应用，使氮气泄露量控制在最低限度。
（二）注氮的要求 (1)氮气源稳定可靠；
(2)注入的氮气浓度不小于97%；
(3)至少有一套专用的氮气输送管路及其附属安全设施； (4)有能连续不断地监测采空区气体成分变化的监测系统； (5)有固定或移动的温度观测站(点)和监测手段；
(6)有专人定期进行监测、分析和整理有关记录，发现问题及时报告处理等规章制度。
（三）引起煤层自然发火的主要因素
根据煤层开采特点及有煤层自然发火的生产矿井资料分析，煤层自燃主要发生在回采工作面采空区及采空区上部的氧化带，回采工作面上、下隅角及高冒区。矿井开采采用放顶煤开采工艺，采空区自然发火的危险性大，严重威胁矿井的安全生产，造成煤层自然发火的主要因素有：
（1）采用放顶煤开采，采空区浮煤多，易氧化自燃； （2）采放困难时，使工作面推进速度慢，易使采空区浮煤达到发火期。
（3）由于采用放顶煤开采技术，顶煤遗留浮煤易由漏风造成氧化自燃。
（四）确定放顶煤工作面主要防灭火措施
放顶煤开采工作面存在多种发火因素，矿井能否安全回采，防灭火是关键之一。而采用适量的氮气注入采空区，则能迅速充满采空区氧化带的各个部位，降低采空区氧含量，惰化采空区，尤其是氮气比空气略轻，更能迅速降低采空区上部氧含量，有效抑制顶部浮煤自燃。根据甘肃省华亭矿区、淮南淮北矿区、铜川矿区等十多对矿井放顶煤工作面应用氮气防灭火的实践表明：氮气具有灭火速度快，既能防火，又能灭火，还能抑制瓦斯爆炸，无环境污染，对煤质无影响等特点。
鉴于以上原因，确定工作面形成以氮气防灭火为主，阻化剂、气雾阻化等为辅的综合防灭火措施，同时采用地表覆盖黄土压实和加强管理与监测，并采用先进技术加快开采推进的综合防灭火措施。
（五）氮气防灭火 1、注氮流量的计算 （1）按每日产煤量计算
该方法是指采煤工作面一般按吨煤注氮5m3∕t，注氮量为60 m3
∕h。
（2）按采出的空间，即在单位时间注氮充满采煤所形成的空间，使氧气浓度降到惰化指标以下计算注氮量为52 m3∕h。
QN=KV×1.03
式中 QN---注氮流量，m3∕min；
K----富余系数，一般取K=1.2 V----待注地点的几何体积，m3； 1.03---膨胀系数。
（3）按采空区火灾连续注氮所需的注氮量计算为73 m3∕h。 （4）按采空区漏风量计算所需的注氮量计算为80 m3∕h。 综合上述计算，结合国内采用注氮防灭火矿井设计生产情况，矿井注氮实际效果及一定的安全系数，并考虑地表沉降裂隙引起浅部采空区可能自燃等多种因素，确定本工作面最小注氮量为100 m3∕h。
2、制氮设备校核
根据计算，该矿已有一台RDZ97-400型地面固定制氮设备对采空区进行注氮防火。该设备产气量为400 m3∕h，其浓度为97%，所产生压力为≥0.85Mpa。
该矿已有设备可以满足工作面防灭火的需要。 3、注氮工艺及方法
在采空区深部预埋管道，在自然发火期之前或有火灾预兆时，进行连续注氮，使采空区深部的氧含量降到防火惰化指标以下，然后根据工作面推进等情况，对预埋管路进行拖移。
4、注氮系统 （1）系统的确定 在地面建立集中制氮站。 （2）制氮设备工艺流程
灌注方式根据采空区中埋管气样分析结果间歇注氮。注氮方法为
氮气防灭火设计
