氮?dú)饧捌涮砑觿┰谝兹己衩簩臃罍缁鹬械膽?yīng)用

當(dāng)高濃度氮?dú)庾⑷朊簩幼匀话l(fā)火點(diǎn)時(shí)，將會(huì)降低局部區(qū)域的氧氣濃度，大量或持續(xù)不斷的注入氮?dú)饪梢詫⒀鯕鉂舛冉档偷?0％以下，從而隔斷煤層的自然發(fā)火條件。開放區(qū)域內(nèi)氮?dú)庖琢魇ВＶ棺⒌蠓阑鹱饔孟?。借鑒空氣泡沫的防滅火原理，克服單純注氮易流失的缺點(diǎn)，制成氮?dú)舛枧萦糜诜乐伍_放區(qū)域煤層自然發(fā)火，效果良好。

3 綜采工作面易自燃部位和防治重點(diǎn)

綜放工作面與一般綜采工作面相比，有其自身特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝，綜合分析，其易自然發(fā)火地點(diǎn)依次是：開切眼、停采線、進(jìn)風(fēng)巷與采煤工作面交叉點(diǎn)附近、支架頂部、采空區(qū)以及順槽巷道高冒等。防治重點(diǎn)主要是開采線、停采線、支架上部、采空區(qū)等。特別是采煤工作面推進(jìn)不正常時(shí)，要同時(shí)注意采空區(qū)和支架上部的防滅火工作，因?yàn)椴煽諈^(qū)和支架上部的浮煤有同時(shí)進(jìn)入自然發(fā)火期導(dǎo)致煤層一起自然發(fā)火的可能。

4 采空區(qū)防滅火縱橫“三帶”的觀測(cè)

綜放工作面采空區(qū)防滅火注氮是在開放的環(huán)境下進(jìn)行，只有在氧化帶內(nèi)注氮才能取得實(shí)效。為此，必須進(jìn)行采空區(qū)和支架上部防滅火縱橫“三帶”的實(shí)際觀測(cè)。

4.1 采空區(qū)橫向“三帶”的觀測(cè)

采空區(qū)橫向“三帶”的觀測(cè)采用綜合劃分法。首先將工作面的有關(guān)參數(shù)建立采空區(qū)數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)計(jì)算得出采空區(qū)理論“三帶”范圍；其次在采空區(qū)埋管設(shè)點(diǎn)取氣測(cè)溫，采集方法根據(jù)采空區(qū)內(nèi)氧氣含量劃分“三帶”范圍；采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)溫度傳感器測(cè)溫，根據(jù)采空區(qū)溫度變化劃分“三帶”范圍；最后根據(jù)數(shù)學(xué)解算、氣體變化和溫度變化綜合分析，準(zhǔn)確劃分采空區(qū)“三帶”的范圍。埋管取氣測(cè)溫的方法為：先做5個(gè)采樣器，將束管和測(cè)溫儀置放在里面，采樣器分放在采空區(qū)內(nèi)，束管和測(cè)溫電纜通過管道引出來，隨著采煤工作面向前推進(jìn)，即可獲得采空區(qū)不同深度的氣體含量和溫度。以此劃分采空區(qū)的“三帶”范圍。如圖1，2所示。

采空區(qū)“三帶”劃分依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：(1)采空區(qū)內(nèi)的溫升率K≥1℃／d為自熱帶，K≤1℃／d為通風(fēng)散熱帶或窒息帶。(2)氧氣含量大于18％為通風(fēng)散熱帶，10％～18％之間為氧化帶，低于10％為窒息帶。通過對(duì)采空區(qū)預(yù)埋的5個(gè)氧氣取樣頭和熱敏探頭共計(jì)2000多個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析并結(jié)合采空區(qū)“三帶”數(shù)學(xué)模型解算。采空區(qū)“三帶”范圍為：通風(fēng)散熱帶：進(jìn)風(fēng)側(cè)距工作面22m以內(nèi)，回風(fēng)側(cè)17m以內(nèi)?？赡茏匀紟В哼M(jìn)風(fēng)側(cè)22～95m，回風(fēng)側(cè)17～80m之間。窒息帶：進(jìn)風(fēng)側(cè)95m以外，回風(fēng)側(cè)80m以外。

(3)采空區(qū)橫向漏風(fēng)流線的觀測(cè)。經(jīng)實(shí)測(cè)綜放工作面采空區(qū)氧氣含量等值線類似橫放的“M”型，非呈“U”型。采空區(qū)氧氣含量等值線與采空區(qū)瓦斯抽放的“O”圈相似。

4.2 采空區(qū)垂直“三帶”測(cè)定

考察采空區(qū)垂直“三帶”的目的，提高對(duì)綜放支架上部煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)性的認(rèn)識(shí)。在試驗(yàn)面回風(fēng)巷向采煤工作面打鉆孔到采煤工作面煤壁上方，然后埋管取樣?？疾旖Y(jié)果：發(fā)現(xiàn)綜放工作面支架上部1～8m范圍的氧氣濃度為15％～18％，在支架上部確實(shí)存在一個(gè)氧氣帶。支架尾梁后部附近底板以上0～2m氧氣含量為19％，此空間為通風(fēng)散熱帶，在此空間的浮煤不易氧化自然。

5 注氮工藝及注氮時(shí)機(jī)

工作面正常推進(jìn)時(shí)，采空區(qū)的縱橫“三帶”是運(yùn)動(dòng)的，只有在氧化帶注氮時(shí)，才能取得預(yù)期的效果。采空區(qū)的注氮流量計(jì)算有3種方法：按噸煤注氮量、采空區(qū)氧化帶氧含量、撲滅火災(zāi)注氮量，分別計(jì)算取最大值。本試驗(yàn)工作面采用400m³／h流量，間歇式注氮工藝。在工作面機(jī)巷尾沿采煤工作面走向方向每隔25～30m，埋一趟直徑50mm鋼管，交替進(jìn)行注氮。在需要注氮?dú)饧捌涮砑觿r(shí)，在機(jī)巷尾合適位置將炮沫發(fā)生器與注氮系統(tǒng)連接，調(diào)節(jié)好氮?dú)夂团菽牧髁浚憧梢援a(chǎn)生惰泡(中高倍約700倍)，快速抑制和撲滅煤層自然發(fā)火。

在正常推進(jìn)時(shí)，埋好注氮管，間歇注氮。出現(xiàn)以下情況時(shí)需要加強(qiáng)注氮：①工作面上隅角出現(xiàn)一氧化碳，其含量向上升達(dá)到60×10^-6，或一氧化碳含量波動(dòng)和變化，濃度達(dá)到80×10^-6以上；②工作面回采速度達(dá)不到合理防火速度，一直注到工作面推進(jìn)速度超過或達(dá)到合理防火推進(jìn)速度；③工作面測(cè)溫地點(diǎn)的溫度出現(xiàn)高于進(jìn)風(fēng)溫度10℃以上或放煤溫度明顯高于煤壁溫度；④巷道高溫煤炭放入到采空區(qū)，一直注氮將高溫煤炭推進(jìn)到窒息帶；⑤采煤工作面撤架時(shí)，無論工作面是否有自然征兆，均需加強(qiáng)注氮。

氮?dú)饧捌涮砑觿┰诜乐蜗锏栏呙盎蚍忾]的采空區(qū)煤層自然發(fā)火時(shí)，尤其是在處理巷道高冒區(qū)，煤層自燃現(xiàn)象與高濃度瓦斯聚集共存的隱患與其它防滅火手段相結(jié)合，可以取得更好的效果。

6 效果和效益

氮?dú)饧捌涮砑觿┦且豁?xiàng)防治煤層自然發(fā)火新技術(shù)，具有工藝簡(jiǎn)捷，迅速，環(huán)保等特點(diǎn)，防滅火效果顯著。氮?dú)饧捌涮砑觿┎粌H能迅速撲滅和抑制煤層自然發(fā)火，而且能夠有效地阻止在滅火的過程中發(fā)生瓦斯事故，具有很好的抑爆和阻爆作用。該技術(shù)在十一礦使用期間，成功地防止了多起煤層自然發(fā)火事故。特別是在采煤工作面遇到困難，月推進(jìn)度僅有12m時(shí)，通過采取綜合措施，上隅角CO濃度控制在24×10^-6以內(nèi)；單體柱放頂煤工作面應(yīng)用該套系統(tǒng)也取得十分理想的效果，采空區(qū)約1500×10^-6的CO在2天的時(shí)間降到100×10^-6以內(nèi)。從2002年到現(xiàn)在，為配合注氮的合理時(shí)機(jī)，我們對(duì)采空區(qū)“三帶”和支架上方的“三帶”的測(cè)試研究提出了新的見解，并付諸于技術(shù)實(shí)施，實(shí)踐證明，對(duì)全國(guó)同類型的煤層和回采工藝有著借鑒的價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：張傳應(yīng)(1967-)，男，平煤集團(tuán)公司十一礦。 所在單位 平煤集團(tuán)十一礦