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氮气纯度三97%2、输氮系统马户风井制氮车间一回风斜井一 15煤回风巷一15101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MpaP2-管道末端的绝对压力MpaQmax-最大输氮量m3/hL-管路当量长度KmL 计算式为：L= Z (Do / Di)5x(Xi/Xo) XLi ②式中：Do 基准管径(Do=100mm)阻力损失系数： =0.026Li 相同直径管路长度kmDi 实际输氮管路内径mm………………实际输氮管路直径的阻力损失系数Di=99mm =0.0296 将以上数据代入②计算：L= (100/95) 5X(0.0296/0.026)X1.10=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) 2X1.597+P2P1=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1 1 00m3/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 三 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/minC1 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 X( 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(l—a)+m]式中 Vk 火区空间体积 m3L 火区走向长度 m 取 15mI 火区倾斜长度 m 取 72ma 取冒落体碎裂系数取 1.3h 顶板冒落高度 取煤层厚的 3 倍m 采高 取 3.5m所以 Vk=LI[h(l — a)+m] = 15 X 72 X [3 X 60 X+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=1.5X3780=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 x Q07 C - Cx k x 1 2—C + C -1N2式中：Q——注氮流量，ms/h；NQ——采空区氧化带内漏风量，ms/min；采空区氧化带的范围 0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1200ms/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 6ms/min， 并根据实测数据进行调整；C——采空区氧化带内平均氧气浓度，目前国内应用较普遍的 1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%；C ——采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度， %； 2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%；C——注入氮气的浓度，根据《煤矿安全规程》第238条的规 N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：Q =936ms/hoN三、注氮防灭火工艺和方法1、注氮方式注氮方式分为开放式注氮和封闭式注氮开放式注氮，即是在需要注氮的区域未封闭的情况下，进行的一 种注氮方式一般在不影响工作面正常工作的情况下，利用大量的氮 气使得采空区内氧化带的氧含量降低到能使浮煤发生自燃的浓度以 下，从而达到防灭火的目的开放式注氮适用于推进中的工作面采空 区早期自燃的防灭火工作封闭式注氮，为控制火情或防止瓦斯爆炸，将发生火灾或积聚瓦 斯的区域先封闭后进行注氮当封闭的火区内漏风严重或者存在有大 量高浓度瓦斯时，可采取封闭式注氮来降低氧含量并抑制瓦斯爆炸我矿注氮系统在 15#煤层正常回采期间采用开放式注氮方式，工 作面回采完毕或火区封闭后采取封闭式注氮方式2、 注氮防灭火方法连续性注氮——工作面开采初期和停采撤架期间，或因地质原 因，或因机电设备原因造成工作面推进缓慢，宜采用连续性注氮间断性注氮——工作面正常回采期间，可采用间断性注氮我矿在 15#煤层正常回采期间注氮方式采用间断性注氮；在 15# 煤层开采初期、停采撤架期间、推进速度缓慢或出现自燃隐患时改用 连续性注氮3、 注氮防灭火工艺防灭火注氮地点选择在 15#煤层工作面进风侧，注氮释放管口应 处于采空区氧化带内。
由于我矿 15#煤层自燃危险性较大，为保证及 时、简便处理 15#煤层在工作面回采期间发生的自燃隐患，设计采取 垮步埋管注氮工艺，即沿工作面运输巷巷道左帮底部埋设一趟注氮管 路，其中第一个氮气释放口设在开切眼，其它释放口间距以30m （注 氮管口的移动步距暂时选定为30m，可通过实际注氮效果考察进行修 正）当第一个释放口埋入采空区30m后开始注氮，同时埋入第二趟 注氮管路当第二趟注氮管口埋入采空区30m后向采空区注氮，同时 停止第一趟管路注氮，并又重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作 面采完为止如果发现注氮压力异常或管路堵死，必须立即倒换管路 氮气释放口应高于底板，注氮口距底板巷道高度应在 300mm 以上， 90°弯拐向采空区，与工作面保持平行；一般情况下，为防止注氮管 口被砸或堵塞，尽量用石块或木垛等加以保护，氮气释放口处管路可注氮管埋设及释放口位置四、 防止向注氮区域内漏风和氮气泄漏的措施采空区漏风状态决定了氮气在采空区内的滞留时间，同时也决定 着间歇性注氮的注氮周期采空区漏风强度越小，两次注氮的间隔时 间就越长，注氮效果好而且经济同时氮气具有气体共同的性质扩散 性根据气体扩散原理，浓度差是扩散的推动力。
而注入到采空区内 氮气要达到防灭火的目的，根据《煤矿安全规程》规定，其浓度应不 低于 97%，因此，不可避免地将出现采空区氮气向工作面和两巷扩散 的现象这样，由于氮气泄漏导致采空区氮气浓度降低，从而对采空 区防火不利；另一方面，泄漏到工作面及两巷的氮气将污染工作面环 境，造成人员的窒息或者瓦斯事故的发生所以，必须做好防止向注 氮区域内漏风和采空区氮气泄漏的安全措施1、工作面上下端头堵漏 为保证向注氮区域内漏风和氮气泄露，首先，在 15#煤层工作面 进回风隅角吊挂挡风帘，并拆卸锚网索零部件使回风隅角顶煤充分冒 落，减少漏风同时在工作面回采期间在工作面上下顺槽采取积极的 堵漏措施即每隔30m在上下端头各搭建一个挡风墙，在挡风墙外部 设置挡风帘，挡风墙和挡风帘的施工方式如图所示即：首先沿底板 铺设风帘布，而后在风帘布的一端垒设黄泥（沙）袋子墙，墙体宽度 1〜2m,之后将风帘紧贴袋子墙吊起，把风帘布的另一端利用铁丝挂 设在巷道顶板的锚网上，这种方式施工的袋子墙具有很好的堵漏效 果同时还要加强管理，每班规定专人对挡风墙的质量和挡风帘的悬 挂位置进行视察，如出现挡风墙上部不接顶等漏风现象立即组织人员 堵漏。
充填材料在工作面上、下隅角封堵示意图后尾梁位置袋子墙和挡风帘施工方式示意图（沿工作面走向垂直剖面）五、注氮操作办法1、注氮前必须认真检查各项准备工作，注氮埋管期间通风科要 与综采队密切配合，确保氮气管路及其附属安全装置完好检查各阀门 开闭情况是否符合要求及制氮装置的完好性2、各项工作准备就绪后，制氮机组操作人员应通知调度室3、调度室同意后，通知采面注氮人员打开注氮阀门，同时通知 制氮司机按规定时间及质量要求开机制氮、送氮4、制氮机严格按操作规程进行操作，制氮过程中制氮司机必须 坚守岗位，随时注意观察氮气的压力、浓度和机组各处的阀门，保证 机组的正常运行及氮气质量六、注氮安全措施及注意事项氮气虽无毒无害，但是井下狭窄的巷道或工作面内大量泄漏会降 低空气中的氧气浓度，使人窒息死亡因此，必须做好注氮期间的预 防和处理措施：1、为确保安全，注氮前通风队巡查管路人员必须巡查管路完好 情况，确认完好后汇报调度室由调度室通知综采工作面跟班队干和 工作面瓦斯员后，方可进行注氮2、注氮前必须认真检查管路、注氮位置和各阀门开关状态是否 符合要求3、为防止注氮管路开关被随意打开和关闭应在阀门上挂上“注氮危险，勿动”文字警告牌，并对所有开关加锁。
4、定期对氮气出口的安全阀门进行可靠性检测5、工作面采空区注氮时，应在进风顺槽挂上“工作面正在注氮” 的文字警告牌，并通知三班作业人员，一旦氧气浓度降到18.5%时， 立即通知制氮司机停止注氮，及时寻找原因和撤离人员6、同时测定好工作面、回风流及采面上隅角一氧化碳、二氧化 碳、瓦斯以及温度情况一旦发现异常立即汇报调度室、通风科7、注氮期间，通风科安排专人携带测氧仪器全面检查输氮管路 的严密性，每次注氮后，必须有两人一起沿管路铺设巷道仔细进行管 路与阀门的检漏工作，在注氮期间，每人巡视一遍管路，一经发现氮 气泄漏时，应立即组织人员及时排除故障，漏气严重时，应立即停止 注氮并关闭最近阀门，防止氮气大量泄漏同时调度室通知停止注氮， 处理时严禁人员口鼻正对漏气点8、在注氮过程中，如发生主扇停风，造成工作面停风，瓦斯、 安全员或工作面跟班队干应立即组织将工作面人员撤离至进风大巷， 并通知制氮车间或调度室立即停止注氮9、注氮结束后，继续检测工作面及回风流的各种气体浓度和温 度情况10、采煤工作面大面积垮落可能造成工作面采空区注入的氮气 大量涌出，给工作面人员带来危害，为此要做好采面顶板垮落的预测 预报工作，在顶板大面积垮落前，要加强气体监测，顶板大面积垮落 时工作面及回风巷人员可由工作面撤离至采面进风巷安全处。
11、必须建立制氮设备的操作规程、工种岗位责任制、机电设备 维护检修规程、注氮防灭火管理暂行规定等规章制度和建立注氮防灭 火台帐，做好日常管理、检查、维护等工作输氮管路系统必须固定 专人进行检查与维修，保持管路、阀门良好，不发生漏气注氮巷内 的输氮管路的严密性必须每天检查一次，主输氮管路必须每五天检查 一次12、使用注氮防灭火系统前，必须建立完善的束管监测系统和矿 井安全监测系统，并保证其连续正常工作并设置专职瓦检员，加强 工作面和进回风顺槽的氧气监测，发现氧气浓度低于18%时立即停止 工作，撤出人员，减少注氮量，待风流中氧气浓度大于18%时，方能 恢复工作13、采空区受工作面通风负压的作用，从进风顺槽至回风顺槽必 然形成漏风通道向采空区注入氮气，必然沿着漏风通道而大量泄露， 将使采空区内冷却氧化带加宽，影响惰化效果，因此，注氮前对上下 隅角采取打设风障、封堵墙等封堵措施，减少漏风量，才能以较少的 注氮量达到较好的惰化效果，达到防火的目的14、注意检查工作面及回风巷道风流中瓦斯涌出情况，若发现采 空区大量涌出瓦斯，风流中瓦斯超限时，可适当降低注氮强度15、注氮管第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应 利用工作面附近的三通阀门，先排出管内空气，避免将空气注入采空 区中去。
16、操作过程中要经常注意制氮机运行状态，检查制氮机各部位 接头、管路的密封情况，加强维护任何人员不得私自拆移、破坏注 氮设施认真作好制氮装置的运行记录，每小时记录一次制氮机的压 力和温度，每两小时记录一次制氮机出口氮气压力、流量和浓度发 现异常及时处理，当发生故障又无法处理时应先停机注氮系统、设 施的拆移必须由通风科注氮组进行作业17、所有参与注氮及相关人员，必须由相关科队认真组织学习， 并严格执行本措施规定通风科2015年1月12日。