液態氮防滅火新技術在礦井防滅火中的應用

摘要：針對煤礦井下受特殊環境影響制約防滅火技術的應用，提出了煤礦井下使用液態氮快速降溫、降氧、惰化封閉區滅火的新措施，開創了煤礦井下首次使用液態氮防滅火的先例。

關鍵詞：煤礦井下液態氮滅火

汝箕溝煤礦32₂13_（1）綜采面CO超限后，使用液態氮對礦井、工作面進行封閉、啟封處理，進一步確保工作面的安全性。將液化氮和液氮通過井口密閉、管路和地面山頭鉆孔向井下進行灌注，注液態氮防滅火技術加快了井下空間的惰化時間，降低了工作面高溫，為工作面滅火、啟封進一步營造了良好的降氧、降溫、惰化環境。同時為啟封礦井和工作面，恢復通風贏得了時間，進而確保工作面的安全性。

1 32₂13_（1）綜采面滅火情況簡介

汝箕溝煤礦是煤與瓦斯突出礦井，該礦井的32₂13_（1）綜采面于2010年11月25日早班，在初次來壓的影響下，在一定程度上導致老頂出現大面積的垮落，進一步導通裂隙與二1層煤采空區，通過裂隙原二1層煤采空區小窯隱蔽火區火源產生CO導入32₂13_（1）綜采面采空區，造成工作面CO嚴重超限。在集團公司的正確領導下，11月27日17時對全礦井灌注大量液態氮和常規氮氣實施封閉防滅火處理，12月16日礦井啟封、32₂13_（1）綜采面安全封閉防滅火，在32₂13_（1）綜采面對應的地面上，通過采取防滅火鉆孔措施，向采面采空區及上方二1煤采空區利用鉆孔灌注氮氣、液氮、注漿、注水、注膠體滅火劑等，將氮氣和液氮通過工作面機巷、風巷注入封閉區域。同時在32215（1）機巷、1930西翼大巷、32₂13_（1）風巷向32₂13_（1）綜采面采空區、二1煤采空區施工探火孔，在地面實施物探等措施，進一步摸清工作面火區情況。根據束管監測分析，連續1個月封閉區域內乙炔、乙烯、CO均已消失，O2在5%以下。通過采取井上下灌注液氮相結合的防滅火措施，封閉區域滅火效果顯著，32₂13_（1）封閉區內具備啟封條件，2011年2月8日礦編制了工作面啟封方案經集團公司有關領導會審后進行了安全啟封。3月8日工作面恢復生產。

2使用液態氮防滅火技術的必要性分析

32₂13_（1）綜采面于2010年11月25日早班發現CO后，濃度上升速度快，僅6小時CO濃度就上升到12000ppm。在11月27日對工作面實施封閉，因CO上升速度快無法控制，已沒有封閉工作面的條件，被迫將礦井進行暫時封閉。這樣一來災區范圍擴大，下一步滅火和啟封所要采取的手段受到空間大、無法有效針對工作面實施防滅火措施的限制。

只有找到能達到以下目的的防滅火措施才能有效進行滅火：第一是能快速對封閉區進行將氧使其不產生爆震，第二是要能快速降溫滅火，第三是能消除影響工作面產生大量CO未知火源點潛在火災隱患。

經過上述分析，只有大量灌注液態氮不受以上條件限制，還能起到快速降氧、降溫和惰化采空區作用。

3液氮防滅火技術應用

3.1大量灌注液氮加快封閉區惰化進程

在封閉礦井后，先后利用鋪設至32212（1）、32₂13_（1）綜采工作面的注漿管、壓風管、井口密閉向工作面和礦井內部大量灌注液態氮和氣氮，截止礦井啟封12月16日地面鉆孔和井下總計注液態氮及常規氮氣307.67萬m3。其中：地面鉆孔完成注氮量59.58萬m3，包括注常規氮氣量48.3萬m3，注液態氮11.28萬m3；井下完成注氮量248.09萬m3，包括注常規氣氮71.67萬m3，注液態氮176.42萬m3，注液態氮量占總注氮量的61%。礦井封閉后同時在地面設計施工鉆孔，共安裝使用制氮機7臺，其中32212綜采面對應地面鉆場安裝使用2臺600m3/h制氮機，32₂13_（1）綜采面對應地面鉆場安裝使用2臺600m3/h、1臺1000m3/h制氮機，同時還分別安裝一臺600m3/h和一臺1000m3/h的液轉汽化泵，進而在一定程度上確保了5000m3/h的礦井注氮能力。當只有兩臺液氮設備的情況下，通過直接灌注和汽化后灌注的方式進行處理，在礦封閉后10日內，其氧含量低于10%，通過注氮，僅用25個工作日在井下就能形成較大正壓，在一定程度上使得有效惰化封閉區符合礦井啟封條件。在短時間內能夠降低封閉區氧含量，同時滿足啟封的條件，主要是平均每日注液態氮93.75噸（膨脹倍數800）的大量液氮加快了封閉區的惰化進程。

3.2利用地面鉆孔注液氮來實現多通道注氮

12月16日礦井恢復通風后32₂13_（1）綜采面縮封，32₂13_（1）綜采面機巷繼續利用地面2臺固定制氮機向工作面采空區不間斷灌注常規氮。在風巷內，將液態氮氣利用1臺1000m3/h汽化器將其轉化成汽態氮，通過32₂13_（1）工作面風巷重新鋪設的一趟管路密閉注入采空區。在一定程度上有效惰化工作面封閉區和上方二1煤采空區及實施多通道注氮快速惰化，礦又加大地面鉆孔注氮力度，通過上三地面施工到32₂13_（1）綜采面采空區及上方二1煤的11個探火鉆孔注入大量的液氮和常規氮氣。截止2月8日，工作面縮封至啟封期間，地面鉆孔和工作面縮封區共計注氮340.32萬m3，其中地面鉆孔共計完成注氮量181.28萬m3，包括液態氮60.74萬m3，常規氮氣120.54萬m3；井下完成注氮量共計159.04萬m3，包括累液態氮69.1萬m3，常規氮氣89.94萬m3。

通過以上多通道注液氮和常規氮氣，通過束管監測進行分析，發現封閉區內乙炔、乙烯、CO均已消失，O2濃度低于5%，N2濃度上升比較明顯，封閉區處于完全穩定的惰化狀態，確保了2月8日工作面的安全啟封。同時在2011年3月8日32₂13_（1）綜采面工作面恢復生產后為保持采空區在開區注氮的情況下良好惰化狀態，為了保證工作面采空區惰化需要的5000m3/h注氮量，通常情況下，需要繼續增加液氮量。

3.3從井下直接灌注液氮惰化降溫

根據液氮存在溫度-197℃的特性，決定向封閉區直接灌注液氮，2月8日工作面啟封為進一步惰化封閉區和有效降低封閉區溫度，確保偵察啟封期間人員安全，同時在一定程度上確保偵察人員由風巷進入偵察不受溫度影響。經計算充滿風巷空間需要2760m3。所以1月31日、2月6日分別又向32213 （1）綜采面風巷閉內注液氮12車9.6m3（液轉氣6240m3）。

注氮工藝為：

①礦提前將1噸的液氮槽車固定在平板車上，并加裝進排氣閥門、壓力表等。②地面液氮罐車將液氮通過自帶加壓泵倒入1噸的液氮槽車內。③將1噸的液氮槽車運至密閉前連接高壓白皮鋼管至密閉措施孔上利用液氮槽車內自然壓力向閉內灌注。在從閉內直接灌注液氮后，在2月9日進入偵察風巷最高溫度30℃。

4結論

注液氮技術易操作、單位時間注氮量大、降溫和惰化采空區速度快等特性及其在井下防滅火中發揮的主管重要作用在汝箕溝煤礦32₂13_（1）綜采面CO治理過程中得到了充分的發揮和嚴重。

參考文獻：

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[2]中國煤炭建設協會.煤炭工業設計規范[M].北京煤炭工業出版社，2005.

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