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7163采空区注氮方案及安全技术措施

龙东煤矿通风科
2021.12

7163采空区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7163轻放面所属7#煤层属于容易自燃煤层，该面为大倾角坚硬顶板，推进度受限，放煤管理困难，又因该面大部为俯采段，传统的注浆防灭火方式效果不佳，采空区存在自燃发火的隐患，我矿采取开放式注氮的防灭火方案进行治理。
（二）氮气性质及防灭火原理
氮气在空气中约占78％，是一种无色、无臭、无毒的气体，与同体积的空气重量比为0.97，比空气稍轻。在标准大气压和绝对温度为273K时，气体的真空密度为1.25g/L。空气中的氮气在常温下通过空气分离设备，即能分离出氮气。
氮气是不燃烧气体，也不助燃，溶水极微，性质稳定，不易与其它化学元素化合，无腐蚀作用，属于惰性气体。由于氮的密度接近于空气的密度，因此，气体在采空区内能均匀地扩散，且不易被煤和岩石吸附。
氮气用于煤矿防灭火，主要有以下作用：
(1)窒息作用
在防灭火区域内注入氮气后，使该区域内气体氧的含量降低，增加了气体惰性化阻止了煤炭氧化。对于火区，则因氧的含量不足而熄灭。对于防火区域，则缩小了氧化带，扩大了窒熄带，有利地抑制了煤的氧化自燃。
(2)抑爆作用
由于这种气体遇高温(火区)其成分不变，与可燃物质及可燃气体不产生化学反应，所以，注入氮气后冲淡了可燃气体与氧的含量，使其形成惰化气，从而使混合气体失去可爆性。
采用氮气防灭火不仅效果好，而且也较经济，具体有以下优点：
(1)氮气是制氧过程中的另一产品，也可从空气中专门提取，因此来源方便，可供量大，单位产气成本比液态二氧化碳低。
(2)注氮后，氮气可以充满任何形状的有限燃烧空间和预防自燃空间，便于对煤矿采空区深部、高冒之处以及人们难以接近的地点进行防灭火。
(3)使火区气体惰性化，防止瓦斯和煤尘爆炸。
(4)注氮防灭火不损坏和不污染机械设备及井下设施，灭火后恢复工作量少且容易。
氮气灭火的缺点是：氮气在采空区停滞时间短，在矿井负压作用下易散失。
（三）氮气防灭火工艺
1、我矿氮气防灭火的氮气源由厂家直供，运送至西风井的液氮通过EDM1000防灭火装置转换成气态氮气，经已铺设好的原注浆管路将纯度97%以上氮气注入到7163工作面采空区达到防灭火的目的。
具体方案为：在7163材料道进风隅角处向工作面采空区敷设三趟管路，分别伸进采空区30m、60m、90m左右，在主管路与所敷设的三趟管路接头处设置三通进行控制，注氮严格按照操作规程执行。综采二队要注意保护好注氮管路，严禁注氮管路被撞开、压扁，影响埋管质量。
（四）注氮气可靠性计算：
注氮设备主要技术指标
EDM1000防灭火装置
液化能力500Nm3/h/台
出口压力0.8Mpa
流量1t/h
氮气纯度≧97%
输氮系统
液态氮气槽车→转换器→缓冲罐→西风井注浆管路入口→矿井总回风巷→矿井西总回风巷→西一回风巷→西一轨道下山→西一二甩道→7163材料道→7163进风隅角→7163采空区
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=×Li……………………………②
式中：Do-----基准管径（Do=150mm）
阻力损失系数：=0.026
Li………………相同直径管路长度km，取1.8km
Di………………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=（150/100）×5×(0.0296/0.026)×3.37=28.77km
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（1000/1000）×2×28.77＋P2
P1=0.52Mpa
根据以上计算，从西风井到7163采空区的输氮管路长度为3367m的情况下，管路初段压力只需0.52Mpa，便可将1000m3/h的氮气输送到7163采空区内，末端的绝对压力还有0.2Mpa，因此完全满足氮气出口压力0.8Mpa要求。
注氮地点安全通风量
根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》（MT/T701-1997）第11.2条的规定：注氮过程中，工作场所的氧气浓度不得低于18.5%，否则应立即停止作业并撤出人员，同时降低注氮流量或停止注氮。
在输氮管路的沿途或工作面，假设1000m3/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≧Q