注氮防滅火技術(shù)在火區(qū)控制中的應(yīng)用

　鶴壁中泰公司開(kāi)采煤層為石炭二迭系山西組二1煤，煤層平均厚度8m，自燃發(fā)火期為6～12個(gè)月。工作面自1992年采用綜采放頂煤開(kāi)采工藝以來(lái)，基本上達(dá)到了高產(chǎn)、高效目的。但由于放頂煤回采工藝的特殊性，導(dǎo)致一系列防滅火問(wèn)題，使工作面采空區(qū)自燃發(fā)火問(wèn)題日益嚴(yán)重，特別是工作面相鄰采空區(qū)回采期間，由于隔離煤柱較薄，工作面采空區(qū)推過(guò)后，隔離煤柱被壓碎，使后部采空區(qū)連成一片，形成漏風(fēng)通道，導(dǎo)致采空區(qū)CO時(shí)有超限。于是，2005年以后不再推廣全層放頂煤，采用頂分層分層采煤工藝，收到良好效益。

　　21301工作面為頂分層采煤工作面，位于二水平一采區(qū)。該工作面東以21301下運(yùn)輸巷為界與4F37斷層相鄰，南以切眼為界與2118采空區(qū)相鄰，西以31301上運(yùn)輸巷為界與21281采空區(qū)相鄰，北以設(shè)計(jì)停采線為界與21301邊切眼相鄰。該工作面于2007年6月開(kāi)始回采，工作面走向長(zhǎng)278m，傾斜長(zhǎng)59～71m，上運(yùn)輸巷拉長(zhǎng)402m，下運(yùn)輸巷長(zhǎng)371m，工作面煤塵爆炸指數(shù)為13.5%～16.7%，煤層自燃發(fā)火期為5～12個(gè)月。

　　1 問(wèn)題提出及原因分析

　　2007年10月，21301工作面推進(jìn)距停采線為15m時(shí)，發(fā)現(xiàn)上隅口CO有明顯上升趨勢(shì)，10月27日四點(diǎn)班測(cè)的CO達(dá)到0.008%，已超過(guò)《煤礦安全規(guī)程》0.0024%的規(guī)定值。分析認(rèn)為，21301上運(yùn)輸巷剛采過(guò)上幫老巷，由于其密閉長(zhǎng)期漏風(fēng)，導(dǎo)致殘煤氧化及后部采空區(qū)氧化，造成CO上升。

　　2 防火方案

　　采用注漿、注凝膠、均壓滅火的同時(shí)，采取向21301采空區(qū)壓注氮?dú)膺M(jìn)行滅火，使采空區(qū)自燃隱患得以有效治理。

　　2.1 注氮及鉆孔的選擇

　　通風(fēng)區(qū)資料料顯示，高溫點(diǎn)位于21301上塘口以里20m上幫老巷及后部采空區(qū)開(kāi)采切眼位置。為盡快滅火，同時(shí)在21282上、下運(yùn)輸巷分別向21301上塘口以里老巷和工作面開(kāi)采切眼位置打鉆，并立即向21301采空區(qū)及上塘口以里老巷注氮?dú)狻?/p>

　　2.2 注氮設(shè)備與設(shè)施

　　注氮設(shè)備采用地面DM移動(dòng)式膜分離制氮機(jī)，該機(jī)采用了世界制氮領(lǐng)域的最新技術(shù)——中空纖維膜分離注氮技術(shù)，主要用于煤礦防滅火。該機(jī)注氮壓力高，壓力損失小，可滿足氮?dú)鈮毫Ω哂脩簟＿m合遠(yuǎn)距離輸送，并可移動(dòng)。主要技術(shù)指標(biāo)：氮?dú)猱a(chǎn)量：1000Nm³/h，氮?dú)饧兌?ge;97%，O2≤3%，氮?dú)獬隹趬毫?ge;0.8MPa（可調(diào)）。

　　2.3 移動(dòng)式膜分離注氮機(jī)防滅火原理

　　DM移動(dòng)式膜分離注氮機(jī)是由空氣壓縮機(jī)、冷卻器、電加熱器、過(guò)濾器和膜分離器組成，其核心部分是膜分離器。膜分離器是由多束半滲透中空纖維組成，每個(gè)分離器含有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的纖維絲，中空纖維膜分離氣體的總過(guò)程，是由溶解和擴(kuò)散兩部分組成，即混合氣體在膜的高壓側(cè)表面，以不同的溶解度溶于膜內(nèi)，然后在膜中兩側(cè)壓力差推動(dòng)下，混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓擴(kuò)散，滲透速率較快的氣體，如水氣、氧氣等，透過(guò)膜后在透膜側(cè)被富集，而滲透速率較慢的氣體，如氮?dú)狻鍤獾葎t在滯留側(cè)被富集，從而達(dá)到混合氣體分離的目的。

　　2.4 注氮防滅火工藝流程

　　首先,人工起動(dòng)DM制氮機(jī)，制氮機(jī)生成的氮?dú)庥勺⒌?0壓入21282上、下運(yùn)輸巷，然后通過(guò)2吋注氮管4、8到注氮孔5、6，最后進(jìn)入采空區(qū)快速進(jìn)行滅火。由圖可知，其工作原理簡(jiǎn)單，并可根據(jù)管徑調(diào)整出口壓力，向封閉的采空區(qū)送氣，就能達(dá)到防滅火的目的。

　　3 效果分析

　　從2007年10月27日四點(diǎn)班測(cè)得21301上塘口CO濃度為0.008%，連續(xù)不斷向21301采空區(qū)注氮，每小時(shí)注氮500Nm3/h，每天注氮?dú)?0h，到11月10日止,共向采空區(qū)注130000Nm3/h，10日四點(diǎn)班測(cè)得CO濃度為0.0012%，以后連續(xù)監(jiān)測(cè)到13日，基本穩(wěn)定。注氮?dú)饽芗皶r(shí)消滅高溫火源，取得了顯著效果,保證了21301工作面的安全生產(chǎn)。

　　從21301采空區(qū)的使用情況看，注氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)能夠有效防治采空區(qū)自燃發(fā)火，快速處理自燃帶的火區(qū)。其中，判斷高溫區(qū)域范圍，做到有的放矢，是快速治理高溫火區(qū)的基礎(chǔ)。使用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)工藝簡(jiǎn)單，滅火迅速，節(jié)約材料及能源，經(jīng)濟(jì)可靠，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。