工作面、采空区注氮、注二氧化碳安全技术措施及设计

221工作面注氮注二氧化碳安全技术措施(1)、二广场制氮站，配备JXZD-S型制氮设备一套，其制氨量700m3/h。(2)、注氮管路(0150mm钢管)铺设路线：制氮站(3)、注氮主管路管路为6寸(150mm)总长1850米，目前支管路4寸(+100mm))。回采工作面注氨采用不间断性注氮。回采工作面采空埋入采空区15m时开始注氮。反馈信息。2、注氨开始前必须对注氨管路进行压风巡查，(巡查路线分上段和下段，上段巡查路线二广场井口至208车场、下段巡查路线208车场至221工作面)发现有漏气先处理漏气。处理漏气管路时，必须要有3人以上3、注氨氨气浓度不得低于97%,防火队管路巡查工用多参仪检查氧气含量，氧含量必须低于3%,方可开始注氨气。4、注氨前管路先进行管路空气排空(2寸排空阀门设在221反斜下口),严禁新鲜空气进入采空区5、地面储存罐排气时间不少于40分钟，保证存储罐内氧含量必须低于3%。并下管路排气时间不少于30分钟，并且检查221反斜下口排气阀氧含量低于3%。方可开始注6、井下管路排气时必须设专人把守好警戒，警戒范围221反斜至2#风井，警戒范围内严禁任何无关人员逗留。7、注氮气期间，工作面氧气含量不得低于19%,否则应撤出工作面作业人员，同时停止注氨作业。8、工作面注氨气期间，工作面必须安排专职瓦检员，救护队员现场进行监护检查。9、工作面注氮期间，瓦检员、救护队员每小时对工作面、后落山，回顺的瓦斯、氧含量、一氧化碳进行检查，发现工作面瓦斯、一氧化碳、氧含量异常时要及时将工作面作业人员撤出。10、工作面注氮气期间，后落山瓦检员把好警戒，严禁无关人员在回顺巷道逗留。11、221工作人员一旦有呼吸急促等缺氧征兆时，要立即外撤到新鲜风流中。12、其他不足方面严格遵守《煤矿安全规程》中相关13、所有参与注氮及相关的人员，必须由各有关部(队)我矿液态二氧化碳设备位于二广场，距付斜井井口约电控柜、参数监测仪表(流量、压力、温度)和输气管道等管路+150mm(3000米)经副斜井、208车场、暗皮带井、铺设100mm支管路到221运顺。液态二氧化碳由附近的化工厂用地面液态CO2送至矿井，在地面将液态C02直接汽化成C02气体(或气液两相流),经管路输送到使用地点，选择适合的释放口位置①运输：地面低温运输槽车每车最大可储运20吨液态温度：0～-30℃;9输送距离：>5km;系统工作流程如图1所示：从运送二氧化碳槽车上压入水箱内，水箱内的水由电加热，汽化器吸收热量以后，将其管内流动的液体变成气体，经过储气罐和流量、压力、温度等控制装置通过注氨管路送到采空区。液态CO→汽化器→储气罐→槽车→控制柜→地面井下221采空区图1.液态二氧化碳系统工艺流程图六、注二氧化碳安全措施1、所有参加施工人员应认真学习本措施，地面人员操作必须在技术人员指导下操作。2、在压注C02之前要仔细对地面、井下输送管路进行全面检查，包括管路连接是否完好，闸阀是否已经开启，保证安全阀、控制阀可靠、管路连接严密不漏气、压注钻孔畅通完好，发现间题及时汇报处理3、注CO2前一天，必须对井下所有通风设施和反风设施进行检查，保证通风设施和反风设施灵敏可靠。4、注C02前，应用氮气将管路中水等杂物吹出，保证管路内部干净、畅通。并使管路内部充满氮气。并经矿组织验收合格后方可投入使用。严格按照操作规程施工，防止发生人员肢体冻伤，发现管路泄漏应立即汇报并采取得当措施处理7、注C02结束后对沿途管路进行检查，如果管路受到热胀冷缩的影响而发生损坏，及时汇报并处理。8、压注液态二氧化碳期间，工作面必须切断电源、停止工作，撤出人员。9、救护队员必须严密监测各处地点有毒有害气体，防正中毒及室息事故发生。10、灌注施工期间，巡查灌注管路人员严禁用身体的任何部位直接接触二氧化碳液体，严禁在无防护措施的情况下接触管路表面，防止冻伤事件发生。11、灌注施工期间，巡查灌注管路人员若发现管路泄露，应立即通知调度室，停止灌注，等管路温度升至0℃以上后再进行相应处理。12、灌注施工期间，任何人不得撬动或用硬物敲打灌注管路，如有必要，须先停止灌注，等管路温度升至0℃以上后再进行相应操作。13、除严格按照本措施外，还应严格按照三大规程施七、避灾线路避灾路线：221工作面→221运顺→暗皮井下阶段→218进斜-950石门(其他地点工作人员就近进入进风流中)。综采工作面注氮安全技术措施为了防止4103采面的老空区着火，经矿领导研究决定对其4103工作面的老空区进行注氮：一、注氮技术要求：1、注氮的氮气浓度不得低于97%,低于97%立即停止注氮。2、注氮严格坚持“少量多注”多循环进行注氮。3、注氮时间每循环1小时，每小时注氮量100m,停1小时在进入下一循环，由当班瓦斯员立即进行工作面、上偶角和回风顺槽气体检测，若发现瓦斯浓度达到1%,一氧化碳达到0.0024%及时向调度室汇报进行处理，检查无误后4、注氨机压力不得超过6MPa。5、注氨时撤出所有闲杂人员，每班技术员现场跟班，6、注氮时必须有专用记录本和台帐，记录开关机时间、注氮量、压力、开关司机等，以便对注氮情况进行分析。7、井下发现不适合注氮时，要立即打电话通知注氨机组操作人员进行停机，并向调度室汇报。8、注氮的管路：埋管注氮，在工作面得进风侧沿采空区埋设一越注氨管路。当埋入一定深度后开始注氮，同时又埋入第二趟注氨管路(注氨管口的移动步距为5～25米)。当第二趟注氨管口理入采空区氧化带与冷却带的交接部位时向采空区注氮，同时停止第一趟管路的注氮，并又重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。托管注氮，在工作面得进风侧沿采空区埋设一定长度的厚壁钢管作为注氮管路，它的移动主要利用工作面的液压支架，或工作面运输机头、机尾，或工作面进风巷的回柱绞车作牵引。注氮管随着工作面的推移而移动，使其始终埋入采空区内的一定深度。9、注氮管路的铺设：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，每节软管的吊挂不少于4点，不允许在管路上堆放他物。低注处可设置放水阀；输氮的管路在分盆处应设置三通和截止阀及压力表；输氮管应进行防锈处理，表面涂黄色油漆；定期对输氮管进行试压检漏。10、注氮为每天8点班进行注氮，每2个小时为一循环，一小时注氮，一小时观察采面的气体含量，发现氧气浓度低于18.5%时，立即停止注氮。11、从地面供氮时，当供氮压力小于1.6MPa时，输氮管路应选择无缝钢管。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。但进入采空区的管路或火区的管路必须采用无缝钢管，不得选用橡胶软管进入采空区。二、注氮时注意事项：1、每次注氮必须有三人检查管路漏气现象，处理漏气管路时，要有3人以上。否则应停止作业撤出人员，同时降低注氮量或停止注氮。3、在注氮过程中，瓦斯员要时刻检查工作面、上偶角和后风巷的瓦斯和一氧化氮的浓度情况，当浓度不符合规定时，必须撤出采面和后风巷的人员，撤到皮带顺槽中。4109工作面→4109皮带顺槽→皮带运输巷→轨道下山→井底车场→副斜井→地面运输机、运输顺槽、轨道顺槽各种防尘、降尘设施完好，不得拆除损坏。工作面每10架按设一组架间防尘喷雾，生产期间必须开架间喷雾。2、加强通风管理，确保工作面的风量不低于832m/min,不高于1025m/min。因故达不到上述要求的，应立即整改，整改完毕后再进行注氮。3、确保工作区域空气满足要求，正常情况下氧气浓度不得低于20%,二氧化碳浓度不得超过0.5%,其它气体符合规程规定。4、各班班队长必须认真履行瓦斯员手册签字制度，及时掌握工作面CH4、CO等浓度的变化情况，必要时按要求组织人员撤离。5、各班班长、电钳工及工作面内单独工作人员必须携带便携式瓦斯检测报警仪，工作面回风偶角及采煤机上端要悬挂一台便携式瓦斯检测报警仪，对工作面瓦斯进行检测。五、回风巷站岗安排：1、三号车场出必须有站岗，防止人员通过。2、5号联络巷的风门外有人站岗。3、4102皮带顺槽变电所、轨道顺槽回风联络巷、原4102联络巷口(里面)必须派人站岗，防治人员误进入总回风。4、主井底中央变电所管子绕道中派人站岗，不得让人进入总回风。5、井运队不得在5号联络巷到三号车场派人运输，人六、其他未尽事宜，严格安《煤矿安全规程》执行。西三707综采工作面采空区注氮气安全技术措施西三707工作面停产期间，为有效预防采空区自然发火，矿研究决定，使用制氮机对西三707综采工作面采空区注氮气，为保证制氮机使用及注氮期间施工人员安全，特编制安全技术措施如下，有关单位必须认真贯彻执行：1、设备投入使用前，必须联系厂方对制氮机司机进行培训，熟练掌握设备使用、操作注意事项，保证设备安全稳负责设备的停、开和日常维护管理，填写各种运行记录及交接班记录。发现异常，立即汇报区调度并及时停机处理；3、设备安装在西三注砂井，保安区负责设备冷却供排水系统及注氮管路系统的接设，供水水压必须符合说明书要求，防止水压过大或过小损坏设备：注氮管路系统接设后，必须进行打压，确保管路系统顺畅。4、设备安装、调试由厂家安排工程技术人员进行，由保安区成立的注氮小组负责日常检查维护。路接到待注地点，一路为排空；设备启动后，利用排空阀门进行氮气浓度调节，只有在氮气浓度达到97%以上时，方可进行注氮施工作业。6、任何原因需要停机，设备再次启动前，必须将氮气出口排空阀门打开，待氮气浓度符合要求后进行采空区注氮7、设备运转期间，每隔一小时必须对过滤系统进行一次排污，保证设备运转正常。8、防尘队负责在注氮管路低注处设置放水阀门，并每天安排人员对管路系统进行巡查，确保管路系统顺畅。9、实施注氮作业期间，通风队瓦检员负责每班对西三707工作面上偶角瓦斯等有毒有害气体情况进行检查，每天进行取样，发现异常，及时汇报并积极进行处理；同时对负10、保安区技术组每天整理化验分析数据，存入电脑，每周做采空区气体分析曲线。11、设备运转期间，制氮机司机必须执行现场交接班制度，每隔1小时进行检查：氮气浓度是否符合规定、冷却水温是否正常(不能过热)、设备运转等是否正常，发现异常，及时汇报并组织处理；每6小时对所制氮气进行取样分12、制氮机开、停、运行，制氮机司机必须遵照以下操作程序及注意事项进行操作：①、操作前先检查设备连接管路是否正常，有无螺丝度”,确认正常后开始启动设备。②、设备启动操作：转60秒后，进行加C载；加载60秒后，运转声音正常，启E调节氮气流量在额定流量600立/小时以下，观测氮气浓度达到97%以上时，关闭排空阀门，开始向井下输送氮③、每隔一小时对设备运行状况进行检查：管路是否漏气、氮气浓度是否符合规定、设备运行是否正常、冷却水温是否过高、排污系统是否正常工作等。④、排污系统不正常正常工作时，每半小时对制氮机进行手动排污，保证设备安全稳定运行。、输出氮气浓度必须不低于97%。当氧气含量大于3%时，打开排空阀门，进行调整至符合规定浓度，方准向开下输送氮气。根据《煤矿安全规程》第二百三十二条规定：“开采容易和自燃煤层时，必须对采空区、突出和冒落孔洞等孔隙采取预防性灌浆或全部充填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体、均压等措施，编制相应的防灭火设计，防止自然发火。”2010年煤炭科学研究总院抚顺分院对我矿19#煤层煤炭自燃倾向鉴定，属于I类容易自燃煤层，煤层自然发火期为12个月。XX煤矿21902采面，按2012年采掘接续计划回采时间为2012年4月—9月，可采期为6个月，同时地质资料提供自燃发火期为6—12个月；通过近四年的实际观测我矿各采面的自燃发火期均在12个月以上，但为保证21902采面的安全生产，特编制21902采面注氮防灭火设计，21902采面采空区一旦有发火迹象时，采取注氮防灭火措施，内容如一、注氮防灭火方案1、注氮防灭火措施的适应性和有效性分析氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体。由于氮气分子结构稳定，其化学性质相对稳定，在常温、常压条件下氮气很难与其它物质发生化学反应，所以它是一种良好的惰性气体，随着空气中氮气含量的增加，氧气含量必然降低。当氧气含量低到5～10%时，可抑制煤炭的氧化自燃；氧气含量降至3%以下时，可以完全抑制煤炭等可燃物的阴燃与复燃。用氮气防灭火和阻止瓦斯爆炸的过程称为惰化，惰化后的火区因氧气不足而不能燃烧和爆炸。氮气的防灭火作用，即时使采空区等有关区域惰化。具体地说，氮气的防灭火作用和特点是：(1)氮气可以充满任何形状的空间并将氧气排挤出去，从而使火区中因氧含量不足而将火源熄灭，或者使采空区中因氧含量不足而使遗煤不能氧化自燃。(2)在有瓦斯和火存在的气体爆炸危险区内，注入氮气能使可燃性气体失去爆炸性。(3)向采空区或火区中大量注入氮气后，可以增加采空区相对压力，致使新鲜空气难以漏入。(4)氮气防灭火必须与均压和其它堵漏风措施配合应用。否则，如果注入氮气的采空区或火区漏风严重，氮气必然随漏风流失，难以起到防灭火作用。基于上述氮气的性质及煤的氧化机理，向采空区及遗煤带注入氮气，使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰化带，从而达到抑制采空区自燃和安全开采的目的。2、氮气来源选取的技术经济分析目前，工业制取氮气均以空气作为原料气，这种原料气的供给是无限量的。煤矿井下移动式制氮机主要有变压吸附法和薄膜分离法。本设计采用DT型煤矿用移动式碳分子筛制氮装置(变压吸附法)。3、供氮能力、输氮管路的计算与选取(1)供氮能力计算注氮量是最重要的注氮参数，直接决定着注氮效果。注氮量太小因达不到惰化采空区气体的目的而起不到防火的作用，注氮量太大造成经济上的浪费。注氮量主要取决于被注地点的几何体积、氧化空间大小、裂隙情况、漏风量大小以及气体组分等。由于煤矿条件千差万别，目前注氮量只能按待注地点的几何体积、工作面的产量、吨煤注氮量、瓦斯量、氧化带内的氧含量进行计算。根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701-1997)第7.1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)可按下式计算：K——备用系数，取1.2;Q₀——采空区氧化带内漏风量，m3/min;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，采空区氧化带内的漏风量取为6m³/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氧浓度在10～18%之间的区域视为氧化带，因为氧化带的范围不同而平均氧浓度值也不同，因此选10%;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7%～10%。根据《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%,所以此值取7%;Cn——注入氮气的氮气浓度，%;根据《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《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701-1977)第7.2条的关于氮纯度的规定“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%;防火注氮量在324m³/h;灭火注氮量，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。因此选择制氮能力为600m³/hDT-600/6型煤矿用移动式碳分子筛制氮装置一套。(2)输氮管路的选取根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT╱T701-1997)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。供氮压力可按下式进行计算：主要大巷管路选直径100mm无缝钢管1537米，21902采煤工作面下顺选直径100mm无缝钢管1358米。P₂——管路末端的绝对压力，MPa(此值不应低于Qmax——最大输氮流量，600m³/h;D₀——基准管径，150mm;D——实际输氮管径，mmo——基准管径的阻力损失系数，0.026;λ;——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：在实践中，输氮管路选择100mm管径的钢管，注氮硐室至21902工作面最远注氮距离达2895m,制氮装置所能提供的压力P1按0.3Mpa计算，根据下式计算在此压力下的注氮管的最长输氮距离为：选择管径100mm输氮管路完全能够满足工作面注氮防灭火的要求。(3)输氮管路的铺设要求①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。②输氮管路的分岔处应设置三通截止阀及压力表。③输氮管路应进行防锈处理。④定期对输氮管路进行试压检漏。(4)注氮地点的安全通风量条的规定，注氮地点及与其相连巷道的安全通风量按下式Q0——工作场所的安全风量，m³/min;QN——最大氮气泄漏量，m³/min,取16.67m³/min;CN——泄露氮气中的氮气浓度，%,取97%;C1——工作面或巷道中原始氧气浓度，取20.8%;C2——工作场所的安全氧浓度指标，取18.5%;在输氮管路沿途或工作面，假设所输送600m³/h的氮气全部泄漏，能否造成泄漏区域缺氧。按工作场所安全氧浓度指标18.5%的要求，经计算，此时巷道的安全风量应为797m³/min(大于129.01m³/min),通风人员应随时监测21902上下顺的风量，保证风量处于安全风量以上。二、注氮防灭火工艺和方法1、制氮设备根据注氮能力和注氮压力的计算，选用DT-600/6型煤矿用移动式碳分子筛制氮装置，有关性能指标参数如下：(1)结构类型：分体轮轨移动式(2)氮气产量：600m³/h(3)氮气纯度：≥97%(4)氮气压力：0~0.6MPa2、注氮系统与制氮设备的安装要求移动制氮机安设地点位于11904上顺注氮硐室，制氮装置列车从里往外依次为：空压机、空气缓冲罐车、吸附塔车、储氮罐车。制氮机安设硐室应满足以下要求：(1)制氮装置中的电气设备，必须取得《防爆检验合格证》。(2)制氮硐室设在进风巷道中，供风量取安全通风量150m³/min和按AQ1056-2008计算得机电硐室配风量330m³/min两者大值，取330m³/min。(3)制氮装置必须有独立的供电电源和馈电开关，硐室应设专用电话。(4)安装制氮装置的硐室平、直而且支护良好；巷道顶及两帮均用水泥砂浆喷涂加固，水泥砂浆厚度不小于2~3cm,底板用水泥砂浆抹平并留有专用水沟。(5)制氮装置硐室内必须挂有完善的管理牌板。(6)制氮装置硐室内必须按规定配齐消防材料。3、注氮防灭火方式及注氮管路的铺设(1)氮气释放口的位置阀门4寸注氮管21902工作面氮气排放至采空区图1注氮管路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。本设计把氮气释放口的位置定为21902下尾巷内，下顺注氮管每隔20m处设一处阀门，工作面每推到阀门前，将注氮管阀门打开，随着工作面的推移，把打开阀门的注氮管路填埋到采空区内，以此类推。(2)注氮方法采用预先铺设管路注氮方式，连续注氮方法。(3)注氮管路铺设要求管路安装路线：注氮硐室→19层材料下山→19层专用回风巷→21902下顺(管路长度2895m)附图2安装管路要求：21902下顺铺设管路为4寸无缝钢管，每隔20米处设置一个阀门。其他地点铺设管路为4寸无缝钢管。(一)注氮设备操作安全注意事项1、注氮司机不得擅自离岗，不得任意开停制氮机。2、注氮人员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，并通知注氮管路监测人员关闭各注氮支管阀门，故障排除后，应通知注氮管路监测人员，打开原规定的注氮支管阀门，待得到阀门开启确切消息后，才允许启动制氮装置。3、注氮工要经常检