吉新煤矿11A704综放工作面氮气防灭火措施
兖矿新疆矿业公司吉新煤矿
2012年3月
第一章 11A704采煤工作面概况
一、工作面范围
吉新矿11A704工作面是继11A601首采工作面第一个接续工作面，该工作面位于一采区西翼北部，其北部未回采，西部与红山洼矿煤矿相接，南部为煤层实体，东部为副井筒、回风上山及其煤柱。工作面开采煤层底板等高线标高为+910---+990米。自西向东逐渐增高。
二、工作面基本参数
工作面走向长1100m，倾斜长178m;开采上限标高为+980m，下限标高为+900m。工作面面积为195800m2 ,地质储量为1130887吨，可采储量为897659吨。
工作面地表标高+1050米-+1160米，工作面地表地形为山体丘陵及，沟底坡度约5°~7°，沟谷宽度30-150m。两侧山顶呈半圆——浑圆状，山体比高约80——150m，山坡基岩裸露，植被生长稀疏，无牧民区等建筑。
从已揭露的A6、A7煤层及地质勘察资料分析，该采区为单斜构造，产状220°∠10-20°。地层沿倾向有微弱的波状起伏，沿北西向倾角逐渐减缓，表现在掘进巷道时以7°--14°斜巷为主，矿区内没有成形的断裂构造。
从现有地质资料及已揭露巷道围岩分析，回风巷掘进至100米左右会遇到DF34号断层，该断层性质为逆断层，断距为0-8米;走向EW,倾向NS,倾角65°，延展长度约95米。该断层对11A704工作面及进、回风巷均有影响，进风巷掘进至约460米左右受DF28断层影响，该断层为逆断层，断距0-5米，走向SN,倾向EW倾角50°，由于该断层与巷道仅为末段相交，故推断对施工影响较小。进风巷在掘进至700米处会与DF24逆断层相遇，断距在0-5米，倾角40°，对掘进将产生一定影响。
除该工作面向西掘进中呈现一个缓背斜外，未见其它褶皱构造或岩溶或陷落柱构造存在。
第二章 注氮系统设计
根据吉新煤矿A7煤层自燃倾向性鉴定结果，自燃倾向性等级为Ⅱ类。
该工作面推进长度长，因此工作面防治自然发火工作重点在上下顺槽顶板和采空区。11A704回采工作面以灌浆防灭火为主，注氮防灭火为辅的防灭火措施，现制定工作面采取注氮时的安全技术措施。
一、氮气防灭火设计
一)注氮方式及其管路设置：
1.注氮方式分为预防性注氮和灭火注氮：
预防性注氮，即开放性注氮，回采期间，在不封闭工作面的情况下，向采空区间歇性注氮，必须严格控制注氮时间和注氮流量，确保采空区气体逸出不得造成回采工作面或回风流中有害气体超限，达到防止自燃的目的。
灭火注氮也即封闭注氮，封闭区内空间承受注氮增加气体体积的能力，由密闭调节管上的阀门进行调节，并始终保持封闭区内正压状态。
2.管路设置：
(1)注氮释放口位置的选择
对综采放顶煤采空区的注氮，其注氮释放口应设置在采空区氧化带内，注氮释放口距工作面的最大距离为：
Lmax=Le+Rn
式中：Le——采空区漏风带宽度，取10m;Rn——氮气有效扩散半径，取5m。
则Lmax=Le+Rn=10+5=15m
故注氮释放口设置于离工作面15m的进风侧采空区底板上。
(2)管路布置
①根据通风负压作用方向，工作面氮气管路铺设在工作面进风巷非行人侧，离底板200～300mm，吊挂牢固;
②从工作面下口到制氮机的氮气管路均采用Φ108聚乙烯胶管，工作面下口埋入至采空区一根Φ108加厚100mm钢管，钢管与下顺槽管路采用高压软管连接，加厚100mm钢管固定在下部端头支架上，随下部端头支架爬移。
二)灭火注氮：
1.灭火注氮也即封闭注氮，工作面一旦发生自然发火事故或因故封闭时，因设备庞大繁重，不宜撤出，在上、下两巷适当位置设置密闭，对工作面实施封闭，顺风向对封闭区注氮，封闭区内空间承受注氮增加气体体积的能力，由密闭调节管上的阀门进行调节，并始终保持封闭区内正压状态。
2.注氮管理：
(1)注氮量的多少，主要依据采空区内气体监测成份决定，与工作面推进度和煤的自然发火期有关。该措施以距工作面30米处采空区内气体成份进行调整，确保O2浓度小于10%，CO浓度小于0.005%。当工作面出现高温、异味等情况时，都应加大注氮量。
(2)加强工作面及回风流的氧气检测，发现O2浓度小于18%，必须立即停止工作，减小注氮量，待O2浓度大于18%后，方可恢复工作。
(3)氮气纯度不得低于97%。
(4)注意检查工作面、回风流，特别是回风隅角的瓦斯浓度，发现上述地点瓦斯浓度超限时，可适当减小或停止注氮。
(5)利用氮气管路第一次向采空区注氮，或停止注氮后恢复注氮，必须先排出管路中的空气，避免将空气注入采空区。
三)氮气防灭火参数计算及确定
1.注氮量：
(1)防火注氮量：
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。由于煤矿条件各异，目前尚无公认的计算方法，可参考下列公式并按国内外实际参数比较而定。
按产量计算
QN=〖A/r×N1×N2÷24〗X〖(C1/C2)-1〗 m3/h
式中：A------日产量。取1746吨
r------煤的容重。取1.31t/m3
N1----管路输氮效率。一般取0.9
N2----采空区注氮效率。0.3～0.7，取0.5
C1-----空气中的氧含量。取20.9%
C2-------采空区防火惰化指标。取7%
则QN=〖1746/1.31×0.9×0.5÷24〗×〖(20.9/7)-1〗=49.6 m3/h
(2)根据国内外经验估算 (吨煤需5m3)
QN=5×A/24
式中：A------日产量。取1746吨
则QN=5×1746/24=363.75 m3/h
2.灭火注氮量：
扑灭采空区火灾的工艺比较复杂，且需氮量也大，主要取决于发火区域的几何形状、氧化带空间大小、漏风量大小、火源范围和燃烧时间的长短等诸多因素。
扑灭采空区火灾的注氮量可按下式估算：
QN=V0×〖(C1/C2)-1〗
式中： QN-----注氮量。m3
V0------火区体积。m3
c1--------火区原始氧含量。取7%
c2--------注氮区欲达到的氧含量。取3%
火区体积按下式估算：
V0=LI〖h(a-1)+m〗
式中： V0------火区体积。m3
L------防火区的走向长度。取60m
I--------防火区的倾向长度。取176m
h-------顶板岩石冒落高度。H=βm
β------采高倍数。取平均值8
m-------采高。取3m
则V0=60×178×〖8×3×(1.3-1)+3〗
=108936m3
其中封闭区内两巷的空间未计。
则QN=108936×〖(7/3)-1〗
=141616.8m3
一般按5～7天扑灭火灾，则氮气流量如下：
5天时：Q=QN÷5÷24=769 m3/h
6天时：Q=QN÷6÷24=493m3/h
7天时：Q=QN÷7÷24=423m3/h
3.制氮机设置
矿井选用的制氮机能力为2x600 m3/h，可单机启动，单机额定制氮能力为600 m3/h，考虑到工作面的实际情况和制氮机在运行中的效率，(75%～80%)单机启动的流量最低应为450m3/h，双机启动的流量最低应为900 m3/h。
管路系统：
氮气管路经制氮机房→风井井筒→933车场→800回风上山→11A704甩车场→11A704进风顺槽→至工作面采空区。
二、井下火灾束管监测系统
为摸清11A704工作面采空区“三带”关系，检验注氮效果，确定采煤工作面最小安全推进度、氮气释放口的最佳距离以及最安全、经济的注氮方案，为煤矿自燃火灾和矿井瓦斯事故的防治提供科学依据，依照《煤矿安全规程》和《矿井防灭火规范》的规定，结合矿井实际情况，编制了束管监测系统设计。
一)设计方案
矿井安装了SG—2003矿井火灾束管监测系统，由GC4085色谱系分析仪、SG—2003系统分析软件、工控机(P4、2.4G// 1G/160G/17液晶)、四通道24位A/D转换器、激光打印机A3 1台、氢气发生器、空气发生器、净化稳压电源、束管抽气泵(水循环真空泵7.5KW 2BE1)、12分路箱、滤尘器、滤水器、管接头等组成。
1.在工作面回风顺槽向采空区埋设监测束管，用一根φ8mm束管穿入φ50钢管中，每根束管负责一个测点的监测。为防止监测管堵塞，埋入采空区的φ50钢管头必须焊挡栏，并用物件盖好。
2.采空区的气体成分用埋管真空泵抽气法进行分析，目前暂定50米设一探头，当第一个探头埋入采空区50米后，开始埋设第二个探头，当第一个探头埋入采空区100米后，开始埋设第三个探头，当第一个探头埋入采空区超过150米后，断开第一根束管，撤消该测点，开始埋设第四个探头，依此类推，始终保持采空区内有三个探头，监测范围为150米。
3.其它地点监测探头布置方案：
其它地点(如永久密闭、临时密闭)因客观条件较好，可根据实际情况布置，只需将φ8mm束管及探头通过观测管伸入密闭内，然后将φ8mm束管就近接入附近巷道的分路箱。
二)预测预报工作
1.在下顺槽皮带机头设KJ73N监测系统的一氧化碳传感器和温度传感器，传感器每7天调校一次，用来检测工作面的有害气体。
2.工作面生产后每隔2天在工作面下顺槽和回风隅角取样化验分析一次，并视防灭火要求增加取样点和缩短取样的间隔时间。
3.瓦检员每班对回风隅角和回风流用一氧化碳检测管或一氧化碳便携仪检查一次一氧化碳浓度情况。
4.工作面回风隅角采空区布置一路地面抽气的束管监测点，连续监测采空区内一氧化碳的变化情况;铜鼓以上手段，做出工作面是否有发火隐患。
三、其它防止自燃发火措施
为了防止采空区浮煤氧化升温，降低采空区氧浓度和漏风强度，对综放工作面如下专项措施：
1.确保采空区顶板及时垮落，提高顶煤回收率，减少采空区的浮煤量，采用超前顶煤松动爆破进行顶煤弱化，使顶煤和顶板及时冒落，从而减少采空区浮煤与氧的接触空间，减少了采空区浮煤氧化的机遇。
2.每次放顶，移架、回柱前，必须用清水先将隅角顶、帮冲洗一遍,然后再移架、回柱。
3.采煤队负责班班冲洗采面端头架子附近顶帮及隅角，要做到顶帮煤体和老塘碎煤的水分始终处于饱和状态。
4.隅角浮煤必须班班清扫干净，后部溜子机尾浮煤每次移溜前必须攉干净，严禁浮煤压入老塘内。在隅角攉浮煤、支护等工作人员严禁就地坐下休息。
5.工作面结束生产时的防灭火措施
(1)考虑到停采线防灭火的需要、停采线地势及停采线建密闭位置等综合因素，确定11A704停采线的每次实际注浆量为3000m3，采用多轮反复灌浆的方式。
(2)工作面停产后,要立即对工作面进行限风处理，并在工作回风端头各施工一道隔离墙。
(3)工作面停采后必须在45天内撤出并封闭。封闭前先施工5米沙袋墙后，再施工永久密闭，并预埋注浆管路后封闭。封闭后及时对停采线进行预防性灌注黄土泥浆。
(4)必要时利用11A704皮带顺槽的注氮管路进行注氮。
6.提高工作面推进速度，保证月推进速度不低于50m。
四、 队伍组织
注氮过程中，各种各样的情况都有可能发生，如管路漏气、堵塞、致使注氮量下降现象。因此，必须有专职人员定期下井检查，发现问题及时处理，确保注氮系统不间断工作。因此必须有专业队伍和技术管理人员。
必须配备专业技术人员，负责注氮的日常管理，其任务包括制定注氮时的各项安全措施，检查工程实施情况。总结分析注氮效果，研究和改进注氮技术方案，组织实施新技术、新工艺的推广等。
五、避灾路线
1.所有入井人员必须经过安全知识培训，熟悉避灾路线及避灾方法，知道应急措施且能自救互救。
2.发生水、火、瓦斯、煤尘事故时沿如下路线撤离，当有害气体超限或发生火灾、瓦斯、煤尘事故时，应马上佩戴好自救器撤离。
3.工作面发生瓦斯、煤尘和火灾的避灾原则：
逆着风流向近处地面撤退。
轨道顺槽的人员迅速戴上自救器：
11A704工作面轨道顺槽→11A704上部车场→副井→地面。
皮带顺槽及工作面人员：
11A704作面→11A704下部车场→副井→地面。
4.水灾时避灾路线：
轨道顺槽的人员：
11A704工作面轨道顺槽→11A704上部车场→副井→地面。
皮带顺槽的人员：
11A704工作面→11A704下部车场→副井→地面。
