葛亭煤矿交流文稿

1、应用氮气置换法治理采空区有害气体 淄博矿业集团公司葛亭煤矿淄博矿业集团公司葛亭煤矿通防管理经验交流通防管理经验交流 各位领导，大家好！各位领导，大家好！n 淄矿集团葛亭煤矿是2001年1月10日建成投产。矿井设计生产能力60万t/a，核定生产能力为120万t/a。矿井主采煤层为3层煤，开采工艺为综采放顶煤。3层煤干煤吸氧量为0.62ml/g，最短发火期34天，为自燃煤层；煤尘爆炸指数40.87%，具有强爆炸性。矿井虽然是低瓦斯矿井，但由于受开采条件和断层等赋存条件的影响，呈块段不均衡缓慢涌出，存在瓦斯异常现象，个别块段瓦斯含量较高。随着矿井开采的不断扩展和延伸，采空区面积越来越大，这些采空区积

2、存着大量的瓦斯和其他有害气体，例如2311、2305采空区都积存着大量的瓦斯，瓦斯浓度在10-30%。n 由于煤柱小、裂隙多，对相邻的工作面造成极大的安全隐患。因此，对采空区的瓦斯治理是我矿瓦斯防治的重点工作。但是采空区同时存在着自然发火的危险，给我们的治理工作带来了极大的难度。通过研究分析，我们与抚顺煤科分院合作研究，提出了“氮气置换法治理采空区有害气体”技术。即利用现有的DM-400型井下移动式膜分离注氮系统和ZWY-12/22型井下移动瓦斯抽放系统，对2311采空区进行注氮置换抽放采空区瓦斯。下面将主要技术和做法汇报如下： 一一 总体技术方案总体技术方案n 1.进行采空区有害气体的观测，

3、研究采空区有害气体成分、变化规律及影响因素，为评估采空区的安全状况，制定与实施气体置换方案提供依据。n 2.实施采空区漏风的检测与漏风通道的封堵措施，为采空区有害气体的治理提供可靠保障。n 3.进行采空区煤的氧化与惰化模拟试验，研究煤的低温氧化规律，CO的来源及变化规律，采空区的最低氧浓度值等多项内容，为预防和控制煤炭的自燃，为氮气置换法治理采空区有害气体提供准确的基础参数。n 4.进行煤升温氧化热力学特性试验以及自然发火标志气体的研究，为煤炭自然发火的预测预报提供基础参数。n 5.本着安全可靠、先进实用的原则，制定采空区自燃火灾的应急措施。n 6.进行采空区氮气置换工艺研究，综合运用采空区瓦

4、斯抽放技术、注氮惰化技术以及监测监控技术，制定并实施气体置换方案，实现同时治理采空区瓦斯灾害与煤炭自燃灾害的目标。二二 技术原理技术原理 n n 当实施采空区瓦斯抽放时，抽放负压破坏了瓦斯的游离状态与吸附状态的动态平衡，使一部分吸附状态的瓦斯按一定的衰减速度不断地解吸，当抽放到一定程度后，将有外部气体进入采空区，来补充采空区被抽走的那部分瓦斯。因此瓦斯抽放将造成采空区漏风量增加，其值等于抽放量减去解吸量。如果需要补充的这部分气体用注入的氮气来代替，那么，将能阻止新鲜风流向采空区涌入，保持采空区内的惰化状态，防止煤炭自然发火。 三三 采空区气体置换的基本原则采空区气体置换的基本原则 n 现场实践

5、表明，采空区气体置换技术需要研究解决的关键问题，不仅仅是采空区瓦斯抽放和注氮的问题，更重要的是采空区状况的适时观测、有害气体的来源与影响因素的研究、采空区漏风的检测与封堵措施、气体置换过程中气体成分的测控、自然发火的防治以及各种相关技术的综合运用等问题。因此，对2311采空区实施气体置换时，本着“先注后抽，边抽边注，控制抽量，监测监控”的原则进行，即向采空区先注入一定量的氮气再进行抽放瓦斯，抽放的同时连续向采空区注氮。为防止向采空区漏风，保障氮气惰化带平稳向采空区深部推移，要控制抽放量，原则上注入氮气量大于瓦斯抽放量的1.1倍。为保障置换过程的安全，在方案实施过程中，应采取周密的监测监控措施。

6、 四四 采空区注氮工艺与技术要求采空区注氮工艺与技术要求n 注氮装置选用DM-400膜分离制氮机，最大注氮量为400m3/h。注氮机安设在2307施工道硐室内，采用封闭式持续性注氮方法。采空区注氮的技术要求是：n 1.建立注氮设备的操作规程，工作岗位责任制和注氮防灭火管理暂行规定等规章制度。n 2.在注氮过程中，工作场所的氧浓度不得低18.5%。n 3.注氮量的多少，应根据采空区中的气体成分来确定，以采空区中的氧浓度不大于5%作为确定的标准。如果采空区中的CO浓度较高（100ppm），或出现高温、异味等自燃征兆，都应加大注氮强度。n 4.合理设置监测传感器，加强对采空区中O2、N2和CO的监测

7、；同时，由瓦斯检查员随时对密闭外的O2、CO和CH4浓度进行检测。n 5.注入氮气的纯度不得低于97%。 五五 采空区瓦斯抽放采空区瓦斯抽放n 瓦斯抽放泵选用ZWY-12/22型移动式瓦斯抽放泵站,其最大抽放量为12 m3/min，抽放泵为水环式真空泵。瓦斯抽放管材选用钢丝网聚乙烯瓦斯抽放管路。n 根据采空区注氮量，瓦斯抽放采用间断式，由于瓦斯抽放小时量大于注氮小时量，故先注氮，后抽放，抽放达到或接近注氮量时，停止抽放，等待一段时间后，再进行抽放。抽放前要将抽放钻孔积水放净，抽放结束时，将阀门关闭，打开抽放管进气阀将管内瓦斯排出。 六六 气体置换过程中的监测与监控气体置换过程中的监测与监控 n

8、 在进行采空区气体置换时，有效的监测数据是工作的基础参数，我们主要利用KSS200矿井安全束管监测系统进行气样分析，利用管道高浓度甲烷传感器、负压传感器、温度传感器、CO传感器、涡街流量传感器、氧气传感器等六位一体传感器与地面KJ76N监测系统联网监测注氮抽放瓦斯过程中各种气体变化情况，发现异常及时采取措施进行处理。 七七 采空区气体置换方案的实施采空区气体置换方案的实施 在2313工作面轨道顺槽内向2311工作面切眼上方打抽放钻孔，采用采空区高位钻孔抽放瓦斯的方法，实施瓦斯抽放。抽放钻孔打在采空区最高点的顶板裂隙带内，布置3个钻孔。抽放管路全长1200m。在进行采空区瓦斯抽放时，要坚持“低负

9、压、大流量”的原则，并控制抽放量不大于注氮量。2311采空区气体置换抽放瓦斯钻孔、管路及注氮管路布置如下图。1#2#3#瓦斯抽放钻孔裂隙带冒落拱2311采空区钻场7瓦斯抽放管路2311皮带顺槽152311轨道顺槽230西翼采区轨道下山230西翼采区回风下山2311采空区瓦斯抽放泵过滤网放水阀注氮机截止阀注氮管路瓦斯抽放管路停采线NHN241#2#3#2313轨道顺槽序号156342图 例截止阀 放水阀门注氮管路永久密闭过滤网说 明临时风门2311采空区后期气体置换抽放瓦斯管路及注氮管路布置图 在抽放采空区瓦斯的过程中，要经常掌握采空区内气体成分和温度等的变化。根据煤的低温氧化模拟试验结果，煤在

10、低温供氧的条件下，就可以氧化并产生较高浓度CO。在封闭空间内，煤样的氧化试验还表明，随着时间的延长，CO浓度不断增加，直到封闭空间内的氧气基本耗尽为止（O2浓度达到2.0%）。因此采空区必然存在较高浓度的CO。在实施抽放过程中，应根据CO浓度的不断升高、采空区温度的升高以及C2H4等标志性气体进行综合分析。采空区气体成分控制指标采空区气体成分控制指标采空区中气体组分 调控限定值（%） CH4以不影响瓦斯泵入口的浓度规定为准CO 0.01O25C2H40C O210温度 40（） 在进行“氮气置换法治理采空区有害气体”的研究和实施过程中，围绕项目的总体目标，我们开展了采空区有害气体的观测与分析、

11、采空区煤的氧化与惰化模拟试验、采空区气体波动原因的研究、采空区漏风检测技术与堵漏风措施、氮气置换法治理采空区有害气体的系统装备与工艺、安全监控以及采空区自然发火应急措施等多项研究。 上述各项措施的综合运用，是氮气置换法抽放采空区瓦斯取得成功关键。运用这些技术，我们对2311采空区的有害气体进行了有效治理，减少了采空区瓦斯积存，采空区瓦斯浓度已经由原来的16%下降到10%左右。2303工作面相邻的2305采空区内瓦斯浓度达到7%左右，2301采空区内存有大量积水，严重威胁2303工作面的生产，通过对2305采空区实施注氮置换瓦斯抽放、2301采空区注氮置换放水，顺利实现了2303孤岛工作面的安全回采。 此项技术的推广应用，从根本上解决了采空区有害气体对安全生产的威胁，确保了采空区和临面开采的安全。同时保持了采空区的惰化状态，又有效地防治了煤炭的氧化自燃，为采空区瓦斯与煤炭自然发火灾害的共同治理，找到了一条科学有效的技术途径。八