镇城底矿南一下组采区注氮设计.doc

南一下组采区注氮系统设计1、 南一下组采区概况南一下组采区由副立井主进风，主斜井辅助进风，西风井担任该采区回风任务。目前南一下组采区总进风量 m3/min，总回风量 3/min。采区内工作面通风系统采用“U”型通风方式。2011年12月，中煤科工集团重庆研究院对镇城底我煤矿主采煤层8#煤层进行了煤自燃倾向性鉴定，所检样品煤层的自燃倾向性等级为类，属自燃煤层。2、 注氮技术要求本矿氮气防灭火主要作用是对采空区进行预防性注氮，当采空区发生火灾时可进行灭火注氮。三、供氮能力、输氮管路的计算与选取（1） 注氮系统1.注氮硐室及管路布置：移动制氮机安设地点位于南一下组采区注氮硐室中，注氮硐室位于南一下组采区下山，管路沿南一下组轨道下山铺设，在经南一下组采区轨道上山，由工作面进风巷延伸至工作面端头处，并埋入采空区。2.制氮机硐室安设要求：a：巷道平、直而且支护良好；（制氮机硐室需要约20m的长度空间）b：有独立的供水管路系统，水量能满足制氮装置的用水需求（若不加冷却水池时，供水量应不小于20m3/h）；c：具有风量不小于150m3/min的新鲜风流；d：设有独立的供电电源和馈电开关；e：设有专用的电话。3. 注氮管路铺设线路及要求：铺设线路：南一下组采区注氮硐室南一下组回风下山注氮管路南一下组回风上山注氮管路工作面回风绕道工作面煤平巷工作面进风巷工作面采空区。要求： 管路的铺设应尽量减少拐弯，要求平、直、稳，接头不漏气。每节钢管的支点不少于两点，不允许在管路上堆放他物。低洼处可设置放水阀。 输氮管路的分岔处应设置三通截止阀及压力表。 输氮管路应进行防锈处理。 定期对输氮管路进行试压检漏。（2）供氮能力按工作面采空区漏风量选择：根据中华人民共和国煤炭工业部1997年12月发布的中华人民共和国煤炭行业标准煤矿用氮气防灭火技术规范(MT/T701-1997)第71条的规定：制氮设备或装置的供氮能力应按矿井注氮工作面防火需要选取，供氮能力(1个工作面注氮量)可按式(2-1)计算： （2-1）式中：Q0采空区氧化带内漏风量，m3min；采空区氧化带的范围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，此范围内的漏风量一般按工作面风量的1/60-1/100选取；采取堵漏风措施后，采空区氧化带内估算漏风量取为5m3/min；C1采空区氧化带内平均氧浓度，；目前国内应用较普遍的是将采空区内氧浓度在1018之问的区域视为氧化带，一般可选为15%；C2采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度，；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，其具体数值应根据实验室试验而取得，此值的范围一般为710，。根据中华人民共和国能源部煤矿安全规程中的规定：采用氮气防火注入的氮气浓度不得低于97，注入后采空区内氧气浓度不得大于7，虽然实验条件所得临界氧浓度为10%，但考虑注氮初期强度要求较大，所以此值取7；CN注入氮气的浓度，；根据中华人民共和国能源部颁布煤矿安全规程中的规定：采用氮气防火注入的氮气浓度不得低于97，注入后采空区内氧气浓度不得大于7。同时根据中华人民共和国煤炭工业部1997年2月发布的中华人民共和国煤炭行业标准煤矿用氮气防灭火技术规范(MTT701-1997)第7.2条的关于氮气纯度的规定：向采空区注入氮气的纯度要视其能将采空区的氧浓度降低到煤自燃临界氧浓度而定。而向火区注入氮气浓度应不低于97，因此取97； K备用系数，取1.2可计算得供氮量：(m3/h)根据以往国内外注氮灭火经验，原则上最初的注氮强度要大，然后逐渐降低注氮强度。若采用开放式注氮方式，则灭火注氮量需求更大。因此建议配备较大能力的制氮机，以满足工作面注氮防灭火的需要。（3）注氮管路管径选择根据中华人民共和国煤炭工业部1997年12月发布的中华人民共和国煤炭行业标准煤矿用氮气防灭火技术规范(MTT701-1997)第7.4.1条和7.4.2条的规定：从井下供氮时，除应采用钢管外，在满足输氮压力的情况下，可选用耐压橡胶软管，但进入采空区或火区的管路必须采用钢管。输氮管路的直径应满足最大输氮流量和压力的要求。供氮压力可按式（2-2）进行计算：（2-2）式中：P2管路末端的绝对压力，MPa（此值不应低于0.2MPa）；Qmax最大输氮流量，m3h；D0基准管径，150mm；Di实际输氮管径，mm；Li相同直径管路的长度，km；0基准管径的阻力损失系数，0.026；i实际输氮管径的阻力损失系数，对于不同的钢管直径，则有如表1的关系：表1 不同管径阻力系数值管径 Di，mm50607080100150阻力系数 i0.0340.0330.0320.0310.0290.026在实践中，输氮管路一般均选择50l00mm管径的钢管，由于注氮硐室距离注氮工作面距离较近，故预选直径70mm钢管进行注氮，则P2=0.2MPa，Di=70mm，i=0.032；制氮装置所能提供的压力P1按0.8Mpa，根据式（2-3）则在此压力下的注氮主管的最长输氮距离为： （2-3）计算得最长输氮距离L=1.9Km，所以选择管径70mm输氮管路可以满足工作面注氮防火的要求。如注氮距离进一步加大，选择管径80mm输氮管路，计算得最长输氮距离可达L=4Km。四、注氮系统方式、方法1.氮气释放口的位置工作面进风巷回风巷采空区30m注氮管路注氮口图1 注氮管路系统布置示意图防灭火注氮地点选择在工作面进风侧，注氮释放管口应处于采空区氧化带内。本方案把氮气释放口的位置暂定为距工作面30m。沿进风巷向采空区埋设一条注氮管路，随工作面推进30m后，埋入第二条注氮支管，当推过第二条注氮支管30m后，断开第一路支管，以此类推，直至工作面开采结束。在方案具体实施过程中，将根据对采空区“三带”的动态变化规律及采空区气体分布规律的实时观测分析做出合理确定和调整。氮气释放口应高于底板，以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打1m花眼，并用铁丝网包裹，注氮口距底板巷道高度应在300mm以上。工作面注氮口位置如图1所示。2.注氮方法采用预先铺设管路注氮方式，回采期间一旦工作面因遇地质构造推进速度缓慢停滞不前或监测到自然发火标志气体且呈现快速增长趋势时，应开启制氮机进行连续注氮。五、制氮装置与输氮管路的管理制氮装置与输氮管路的管理应严格执行煤矿安全规程及有关机电设备操作规程的规定。制氮机应由专人操作，操作人员必须经培训合格后才能上岗。操作人员(司机)不得擅自离岗，不得任意开停制氮机。操作要经常注意制氮机运行状态，要经常检查制氮机各部位接头、管路的密封情况，加强维护。发现异常及时处理；当发生故障又无法处理时应先停机。认真作好制氮装置的运行记录，每小时记录一次制氮压缩机的压力和温度，每两小时记录一次制氮机出口氮气压力、流量和浓度。设专人负责注氮管路的检查与维护，经常检查注氮主管与支管运行状态，发现有泄漏处，及时检修处理。当注氮主管或支管发生崩管时，要及时通知制氮机站，关闭制氮机，停止输氮。六、防止采空区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，同时也决定着间歇式注氮时的注氮周期。采空区的漏风强度越小，两次注氮的间歇时间就越长，此时的注氮效果好且比较经济。因此，采取措施减少采空区氮气泄漏也是提高采空区注氮效果的有效途径。防止采空区漏风的主要措施有直接堵漏措施和均压措施。采空区直接堵漏措施是每隔一定距离在采空区上隅角垒砂袋、注河砂或喷涂聚氨脂等。均压措施是利用开区均压的原理，降低工作面两端（即进、回风侧）压差，从而减少漏风，这些起到防止或减少采空区氮气泄漏的作用。7、 安全管理1、第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排出注氮管内的空气，避免将空气注入采空区中。2、注入氮气的纯度不得低于97。3、在注氮过程中，工作场所的氧浓度不得低于18.5，否则停止作业并撤除人员，同时降低注氮流量或停止注氮，或增大工作场所的通风量。4、合理设置监测传感器，加强对采空区、工作面和回风槽中O2、N2和CO的监测；同时，由瓦斯检查员沿工作面上隅角、回风流不断巡回检查，密切观察各项气体的动态涌出情况，对工作面及其回风顺槽的O2、CO和CH4浓度进行检查，并记录数值，气体超限时，严禁人员进入，并标明范围，悬挂警标。发现工作面氧气浓度降低，应暂停注氮或减少注氮强度，确保安全生产。5、采空区进行注氮防火或对火区进行注氮灭火时，应编制相应的安全技术措施，并经矿总工程师审批后，方可实施。每班的氮气注入量不得随意调整；需要调整时由通风科根据推进度、配风量等因素进行计算、经矿总工程师同意后进行调整。6、注氮量的多少，应根据采空区中的气体成分来确定，以距工作面20m处采空区中的氧浓度不大于10作为确定的标准。如果采空区中CO浓度较高（50ppm），或者工作面CO浓度超限，或出现高温、异味等自燃征兆，都应加大注氮强度。7、使用注氮防灭火系统前，必须建立完善的束管监测系统，并由综采队负责及时延接束管监测管路，保证其连续正常工作。同时在注氮管或支管分叉处必须设置观察点。为了考察注氮的流向及分布，可借助施放SF6示踪气体加以检测。8、采用注氮防灭火的矿井，应建立制氮设备的操作规程，工种岗位责任制和注氮防灭火管理暂行规定等规章制度。9、应建立和健全注氮防灭火台账。10、制氮设备的管理人员和操作人员，须经理论培训和实际操作培训，考试合格，才能上岗。11、注氮管路连接好后，由空压机加载空气进行管路耐压试验，检查泄漏，耐压压力必须达到0.8MPa。12、在管路上安设观察孔，定期测定注氮管路中的氧气浓度，发现氧气浓度大于3%时，应及时停止注氮，查明原因，进行处理。13、综采队跟班队长、当班工长、安全员、瓦检员及其他流动作业人员、管理人员必须携带便携式测氧仪器。14、各生产队组、科室应充分发挥其协作配合作用，不得私自拆移、破坏矿井注氮设施。矿井注氮防灭火系统、设施的拆移必须由通风科安排综采队注氮组进行作业。15、注氮作业时，由综采队对工作面上、下隅角采取打设风幛措施进行封堵，减少向采空区漏风。16、回采期间一旦工作面因遇地质构造推进速度缓慢停滞不前或监测到自然发火标志气体且呈现快速增长趋势时，则应加大采空区注氮量，同时配合采取均压、堵漏措施，并加强火区监测。八、注氮过程中注意事项氮气不易在防治区滞留，不如注砂、注浆那样“长期”覆盖、包裹或存积在可燃物或已燃物的表面上，其隔氧性较差。注氮能迅速扑灭火灾，但火区完全灭火时间相当长。因此，注氮灭火的同时，应辅以其他直接措施处理残火，以防复燃。注氮防火，氮气向采面或临近采空区泄露；注氮灭火，氮气通过密闭等通道泄露。因此，注氮防灭火的同时，应采取堵漏措施，使氮气泄露量控制在最低限度。正常注氮时，采空区的瓦斯比较均匀地涌出，而中止后再恢复注氮，上隅角的瓦斯可能增大，因此要特别注意检查上隅角的瓦斯。氮气本身虽无毒，但具有窒息性，对人体有害。注氮期间，制氮机硐室氧气含量不得小于18.5%，并在工作面保持相应的通风量和合理调整埋管注氮口位置，以防止氮气泄漏到工作面。据试验，井下作业场所氧含量下限值为19% ，所以氮气泄露的工作地点氧含量不得低于其下限值。九、劳动组织工作面注氮防灭火工程作业人员每班由5人组成：1、司机1人，负责开泵；组长1人，负责机组开停与巡查管路；2、专职电工1人，负责机组及其电器设备的维护；3、另2人配合司机启动机组，并负责巡查管路。十、操作规定1、注氮设备的安装维护由综采队负责，矿调度必须在注氮装置硐室及注氮口各安设一部专用电话，保持通信畅通。2、注氮泵站司机、注氮工必须携带测氧仪。注氮司机在注氮设备的下风侧测量风流中氧气浓度，当浓度低于20%时，必须停止注氮设备运转，查找泄露源并及时汇报通风调度，进行处理。3、建立注氮防灭火记录台帐，每班由注氮组当班组长负责填写注氮防灭火记录表。4、接班后，全面检查维护注氮泵站及注氮管路系统，确保设备完好。及时冲洗、清理设备上的浮煤。5、一切正常后，开启空压机：（1）按启动按钮；（2）拨动载荷开关至加载状态；（3）观察是否异常。6、当净化空气压力表指示值0.8MPa时：（1）按制氮机启动按钮，设备进入自动运行阶段；（2）开启流量计下游球阀，调节流量值到所需数值；（3）当氮气浓度97%时，将产气阀切换到送气管路。7、注意事项：（1）每1020分钟开启各排污球阀，排出水分（非常重要）；（2）随时观察空压机和制氮机的运转情况。8、关机操作：（1）拨动载荷开关至卸载状态；（2）按制氮机停止按钮，设备处于停止状态；（3）手动排净吸附塔内的压缩空气；（4）关闭各设备电源和水源。9、注氮结束后，电话汇报当班组长，两端同时关闭阀门，方可停机。10、当班组长必须对注氮效果进行检查，严防漏注，发现漏注必须及时进行补注。11、每天工作结束后，必须关闭开关，切断电源。填写注氮防灭火记录表，并进行签字。12、通风科、综采队的跟班队干下井必须对该面的注氮效果进行检查，发现问题及时处理。13、制氮装置使用严格执行煤矿安全规程、煤矿用氮气防灭火技术规范（MT/T701-1997）及使用说明书要求。14、注氮工程结束后，矿总工程师要组织有关人员对注氮前、后的灭火效果进行分析、评价。15、注氮防灭火记录表附后。十一、人员吸入氮气处理措施氮气为无色无臭气体，化学性质不活泼，不燃，微溶于水、乙醇。空气中氮气含量过高，使人员吸入氧气分压下降，会引起缺氧窒息。氮气泄露，人员吸入氮气浓度不太高