110105综采工作面注氮方案及安全技术措施

综采工作面采空区注氮方案及安全技术措施编制人：编制单位：编制日期：

110105综采工作面采空区注氮方案及安全技术措施采空区注氮设计（一）、工作面概况110105综采工作面位于矿井1101采区西南部，北部为110104工作面（已回采完毕），南部为原山西灵石夏门堡二坑煤矿有限公司（已关闭、存在小窑破坏区）和原山西公司及原业有限公司，西部为原山西灵石夏门堡二坑煤矿有限公司（切眼附近存在堡二坑小窑及采空区），东部为10+11煤三条大巷保护煤柱。110105综采工作面回采煤层为10+11#煤层，根据2023年10月18日山西民誉科技有限公司出具的《煤自燃倾向性检验报告》，10+11号煤层煤的吸氧量为0.66cm3/g，自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃煤层；根据2023年10月24日山西民誉科技有限公司出具的《10+11#煤层最短自然发火期实验报告》10+11#煤层最短自然发火期为93天。根据2022年10月中国矿业大学出具的《10+11号煤层采空区自然发火“三带”分布测定报告》结论，10+11#煤层采空区自燃“三带”范围：采空区距离工作面小于16.1m为散热带，16.1-66.1m为氧化带，大于66.1m为窒息带。根据矿井防灭火专项设计要求，我矿采用拖管注氮的方式对采空区进行防灭火处理。为确保此项工作安全顺利进行，特制定本设计方案及安全技术措施。（二）、成立采空区注氮领导小组组长：副组长：成员：其他有关人员。职责：组长：组织开展并全面指挥注氮工作。副组长：协助总指挥负责注氮的具体指挥工作；当总指挥不在现场时，自动承担总指挥的一切职责。成员：通风副总工程师：负责指导、监督落实此项工作，并保证此项工作安全顺利完成。调度室主任：负责安排调度室监测监控人员实时关注注氮机所在地回风区域的气体变化情况。一通三防科科长：负责组织实施注氮工作；协调一通三防科的对外联系。机电管理科科长：负责注氮机安设、接电、使用和机电现场管理工作。一通三防科技术员：负责编制、贯彻注氮安全技术措施；安排瓦斯检查员盯防注氮过程中及注氮后分析采空区气体变化情况。通风队及其他人员：负责注氮前注氮设备的检修维护，试压、检漏及注氮期间的设备操作、管路巡查、现场气体监测并登记好相关记录台账。（三）、注氮量计算：根据《煤炭矿井设计防火规范》（GB51078-2015）第4.3.7条，回采工作面注氮量按下式计算：式中：QN—注氮流量，m3/h；Q0—采空区氧化带内漏风量，10+11号煤层取10m3/min；C1—采空区氧化带内原始氧浓度，10+11号煤取11%；C2—采空区惰化防火指标，取7%；CN—注入氮气中的氮气浓度，97%；k—备用系数，取1.5。=900（m3/h）通过上述计算，10+11号煤层工作面采空区所需注氮流量为900m3/h。注氮流量与采空区氧化带的漏风量成正比，只要减少采空区漏风，应能够减小注氮流量，提高注氮效果。二、注氮防灭火工艺和方法1、注氮方式注氮方式从空间上分为开放式注氮和封闭式注氮。在不影响工作面的正常生产和人身安全时，采用开放式注氮。从时间上分为连续性注氮和间断性注氮；工作面开采初期和停采撤架期间或受地质构造、机电设备等影响造成工作面推进缓慢时，采用连续性注氮；工作面正常回采期间，如出现自然发火征兆，及时向采空区注氮防火，直至自然发火征兆消除为止。火灾及其隐患影响工作面的正常生产，或突然性外因火灾，或瓦斯积聚区域达到爆炸界限时，采用封闭式注氮。2、注氮时间为预防采空区煤炭自燃，110105综采工作面采空区进行预防性注氮，工作面正常生产期间每推进10m或者每周在检修班注氮一次，注氮时间为2h，注氮量约为2000m3。根据10+11#煤层回采工作面采空区自然发火“三带”测定、划分研究报告的数据分析：当110105工作面最低推进速度为32.3m/mon时，有自然发火迹象时，或者停采期间，采取防火性注氮，利用进风顺槽预埋管，采取开放式间断性注氮方式，注氮时间每天不小于5h，直至采煤工作面恢复正常推进速度后停止注氮。根据10+11#煤层自然发火标志气体（临界值）实验研究：当10+11#煤层束管内或人工检测到CO气体，则表明10+11#煤层已经开始氧化，其出现临界温度为53℃，CO临界浓度为0.38ppm，此时应当采取开放式连续性注氮，注氮时间每班不小于5小时。当出现C2H4且变化速率明显加快则表明煤进入加速氧化阶段，10+11#煤层出现的临界温度为158℃～182℃，C2H4临界浓度为0.23ppm，此时必须立即对采煤工作面采空区进行封闭，采取封闭式连续性注氮方法，直至工作面气体下降至规定值以下并持续稳定一周方可继续其他工作。遇以下几个特殊条件之一必须进行连续性注氮：（1）当110105工作面CO浓度达到0.38ppm时，启动注氮系统；（2）当开采遇到断层地质构造时，根据大量遗留煤区域的位置区域，提前开始注氮，使大量遗留煤区域进入自燃氧化带时被及时惰化；（3）因工作面推进度缓慢或因其他原因停产停工一个月以上时，为了防止采空区自然发火，进行注氮气惰化，情况严重时，封闭工作面进行闭区注氮。（4）当工作面出现自燃征兆时注氮。采空区内的CO浓度较高（数值选取根据标志性气体临界值报告结论确定），或出现高温异味等自燃征兆时，应立即启动注氮工作，并加大注氮强度。3、注氮工艺（1）工作面进风顺槽埋管注氮根据2022年10月中国矿业大学出具的《10+11号煤层采空区自然发火“三带”分布测定报告》结论，10+11#煤层采空区自燃“三带”范围：采空区距离工作面小于16.1m为散热带，16.1-66.1m为氧化带，大于66.1m为窒息带。根据10+11#煤层采空区自燃“三带”范围，采用埋管注氮的方法，即在110105工作面的进风顺槽沿采空区埋设一趟管路，其中第一个氮气释放口设在开切眼。当第一个释放口埋入采空区30m后开始注氮，同时埋入第二趟注氮管路(注氮管口的移动步距暂定为30m，可通过实际注氮效果考察进行修正)。当第二趟注氮管口埋入采空区30m后向采空区注氮，同时停止第一趟管路注氮，并又重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。如果发现注氮压力异常或管路堵死，必须立即倒换管路。埋设注氮管路释放口位置应在采空区氧化带内，在注氮地点管路末端设置压力表、流量表、绝缘段、三通及截止阀，回采面注氮管路应由低往高释放，出口压力不低于0.2MPa；回采面进风顺槽注氮管路，不允许带压拆卸。工作面采空区埋管注氮示意图（2）封闭式注氮工作面回采结束永久封闭后，采用密闭墙上插管注氮法，即在工作面两端的密闭墙上分别预设1～2个φ108mm的注氮孔，通过注氮管路、阀门向密闭墙内采空区实施注氮，注氮量根据注氮防灭火惰化指标确定。三、防止向注氮区域内漏风和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，同时也决定着间歇性注氮的注氮周期。采空区漏风强度越小，两次注氮的间隔时间就越长，注氮效果好而且经济。同时氮气具有气体共同的性质扩散性。根据气体扩散原理，浓度差是扩散的推动力。而注入到采空区内氮气要达到防灭火的目的，根据《煤矿安全规程》规定，其浓度应不低于97%，因此，不可避免地将出现采空区氮气向工作面和两巷扩散的现象。这样，由于氮气泄漏导致采空区氮气浓度降低，从而对采空区防火不利；另一方面，泄漏到工作面及两巷的氮气将污染工作面环境，造成人员的窒息或者瓦斯事故的发生。所以，必须做好防止向注氮区域内漏风和采空区氮气泄漏的安全措施。正常注氮期间在工作面下隅角吊挂挡风帘，封闭式注氮要提前构筑挡风墙，注氮期间要加强管理，每班规定专人对挡风墙的质量和挡风帘的悬挂位置进行视察，如出现挡风墙上部不接顶、挡风帘吊挂不合格等漏风现象立即组织人员堵漏和处理。在工作面两隅角处悬挂多功能气体检测仪，在工作面上隅角设置氧气传感器，实时检测氧气浓度，若氧气浓度低于18.5%，立即组织人员撤离，并汇报调度室。工作面推进过程中，提前将工作面运输和辅运之间的联络巷按照标准进行封闭，减少漏风通道。注氮期间瓦斯检查员要重点检查工作面上隅角及架后氧气浓度，一有异常撤出人员，汇报调度室进行处理。四、注氮操作办法注氮前综采队要对工作面皮带机头至工作面采空区的注氮管路及其附属阀门进行检查，确保氮气管路及其附属阀门完好不漏气。注氮前一通三防科巡查管路人员必须巡查管路完好情况，确保制氮装置至综采皮带机头段的注氮管路及其附属阀门完好不漏气。各项工作准备就绪后，制氮机操作人员应通知调度室。调度室同意后，通知采面注氮人员打开注氮阀门，同时通知制氮司机按规定时间及质量要求开机制氮、送氮。制氮机严格按操作规程进行操作，制氮过程中制氮司机必须坚守岗位，随时注意观察氮气的压力、浓度和机组各处的阀门，保证机组的正常运行及氮气质量。五、注氮安全措施及注意事项氮气虽无毒无害，但是井下狭窄的巷道或工作面内大量泄漏会降低空气中的氧气浓度，使人窒息死亡。因此，必须做好注氮期间的预防和处理措施：为确保安全，注氮前一通三防科巡查管路人员必须巡查管路完好情况，确认完好后汇报调度室。由调度室通知综采工作面跟班队长和工作面瓦斯检查员后，方可进行注氮。注氮期间每班派一名管理干部到现场监护及警戒，负责现场和回风风流的监护工作，瓦斯检查工、安全员定期配合监护检查。准备好注氮期间所需使用的相关仪器仪表、工具，做好各项数据的检测、记录、分析工作。如工作面采后密闭注氮，应在密闭墙留设观测孔并安设“U”压差计，用以观测密闭墙内外压差与气体采样。安排专人校验并操作束管检测系统，在注氮期间，对注氮采空区内抽取的气样能及时准确的进行气样分析，保证注氮工作的正常进行。操作人员在上岗前必须经过厂家人员培训合格后，考试通过后方能上岗，必须按制氮设备操作规程正确无误进行操作，严格按时间要求进行巡回检查，并认真填写各项记录。注氮期间，每班安排专人负责注氮采空区内的气样采集及分析，并将结果汇报通风科，做到注氮工作的动态跟踪管理。对注氮密闭及采空区气样采集、巡查工作，必须二人同行，严禁单人作业。注氮操作人员处操作外其他时间必须站在注氮机上风侧，防止氮气泄漏伤害操作人员，发现氮气泄漏要立即停止注氮设备，停止注氮。为防止注氮管路开关被随意打开和关闭应在阀门上挂上“注氮危险，勿动”文字警告牌，并对所有开关加锁。定期对氮气出口的安全阀门进行可靠性检测。工作面采空区注氮时，应在进风顺槽挂上“工作面正在注氮”的文字警告牌，并通知三班作业人员，一旦氧气浓度降到18.5%时，立即通知制氮司机停止注氮，及时寻找原因和撤离人员。同时测定好工作面、回风流一氧化碳、二氧化碳、瓦斯以及温度情况。一旦发现异常立即汇报调度室、通风科。注氮期间，一通三防科安排专人携带测氧仪器全面检查输氮管路的严密性，每次注氮后，必须有两人一起沿管路铺设巷道仔细进行管路与阀门的检漏工作，在注氮期间，每人巡视一遍管路，一经发现氮气泄漏时，应立即组织人员及时排除故障，漏气严重时，应立即停止注氮并关闭最近阀门，防止氮气大量泄漏。同时调度室通知停止注氮，处理时严禁人员口鼻正对漏气点。当空压机及制氮装置任何仪表有报警时，都应停机检查，制氮机在运行过程中应每隔60min作一次运行记录。在注氮过程中，如发生主扇停风，造成工作面停风，瓦斯、安全员或工作面跟班队干应立即组织将工作面人员撤离至进风大巷，并通知制氮硐室或调度室立即停止注氮。经一通三防科专职采样分析人员汇报采空区氧气浓度不大于7％的情况下，氮管路沿线巷道内风流、注氮地点所有下风侧区域内风流中CH4＜0.8%、CO＜24PPm时，经通风科下达停止注氮的通知时方可停止注氮工作。注氮结束后，继续检测工作面及回风流的各种气体浓度和温度情况。采煤工作面大面积垮落可能造成工作面采空区注入的氮气大量涌出，给工作面人员带来危害，为此要做好采面顶板垮落的预测预报工作，在顶板大面积垮落前，要加强气体监测，顶板大面积垮落时工作面及回风巷人员可由工作面撤离至采面进风巷安全处。必须建立制氮设备的操作规程、工种岗位责任制、注氮防灭火台帐，做好日常管理、检查、维护等工作。使用注氮防灭火系统前，必须建立完善的束管监测系统和矿井安全监测系统，并保证其连续正常工作。并设置专职瓦斯检查员，加强工作面和进回风顺槽的氧气监测，发现氧气浓度低于18.5%时立即停止工作，撤出人员，减少注氮量，待风流中氧气浓度大于18.5%时，方能恢复工作。注意检查工作面及回风巷道风流中瓦斯涌出情况，若发现采空区大量涌出瓦斯，风流中瓦斯超限时，可适当降低注氮强度。注氮管第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应利用工作面附近的三通阀门，先排出管内空气，避免将空气注入采空区中去。操作过程中要经常注意制氮机运行状态，检查制氮机各部位接头、管路的密封情况，加强维护。任何人员不得私自拆移、破坏注氮设施。认真作好制氮装置的运行记录，每小时记录一次制氮机的压力和温度，每两小时记录一次制氮机出口氮气压力、流量和浓度。发现异常及时处理，当发生故障又无法处理时应先停机。注氮系统、设施的拆移必须由通风科注氮组进行作业。所有参与注氮及相关人员，必须由相关部门认真组织学习，并严格执行本措施规定。其他执行《煤矿