采空区预防性注氮安全技术措施培训

采空区预防性注氮安全技术措施培训CONTENTS目录01采空区注氮技术概述02注氮系统组成与设备选型03注氮方案设计与参数计算04注氮前准备工作CONTENTS目录05注氮作业安全操作规程06安全防护与应急措施07注氮效果评估与质量控制01采空区注氮技术概述采空区的定义与危险性分析采空区的定义采空区是指地下煤层在采掘过程中剥离、负压吸附等过程中形成的大、空的岩石体积，其粘结性差，是煤层开采中的危险区域。采空区的主要特征采空区具有通风不畅、含氧量较少、有害气体浓度高、甲烷浓度高以及存在煤尘等特征，对煤矿安全生产构成严重威胁。采空区的危险性表现采空区的危险性主要体现在易发生瓦斯爆炸、煤炭自燃发火、顶板冒落等事故，同时有害气体会影响工人的身体健康和生命安全。预防性注氮技术的基本原理氮气的惰性化作用机制氮气作为惰性气体，通过注入采空区替代氧气，降低区域氧浓度至7%以下（防灭火惰化指标），抑制遗煤氧化反应，缩小氧化带范围，扩大窒熄带区域。瓦斯与有害气体抑制原理氮气分子可占据煤体裂隙表面，降低煤对氧气的吸附量，同时稀释采空区瓦斯浓度，减少瓦斯爆炸风险，实现瓦斯与自燃双重防控。注氮防灭火核心指标要求注入氮气纯度需不小于97%，采空区氧气浓度需控制在7%以下，通过持续注氮使采空区气体环境达到惰化状态，满足《矿井防灭火专项设计》安全标准。注氮技术在煤矿防灭火中的应用价值

抑制遗煤自燃，降低火灾风险通过向采空区注入高浓度氮气（纯度不小于97%），可将采空区氧气浓度降低至7%以下，显著抑制遗煤氧化自燃，如18101综放工作面通过注氮使采空区氧化带缩小，窒熄带扩大，有效预防了自然发火。

惰化气体环境，提升作业安全性氮气作为惰性气体，能置换采空区有害气体，降低瓦斯浓度，减少瓦斯爆炸风险。注氮过程中实时监测氧气、一氧化碳等气体浓度，当氧气浓度低于18%或一氧化碳超限，立即撤离人员，保障作业安全。

延长矿井服务年限，提高经济效益对停采或封闭采空区实施预防性注氮，可有效控制自燃隐患，为矿井恢复生产或长期安全封闭创造条件，避免因火灾事故造成的停产损失，如52101综采工作面停采期间注氮，成功防止了上隅角一氧化碳升高，保障了后续恢复生产。

技术成熟可靠，适用性广泛注氮技术已形成完善的设计、施工及监测体系，可适用于不同煤层条件（如自燃煤层、综放工作面），采用地面固定式或井下移动式制氮系统，结合束管监测、色谱分析等手段，确保注氮效果稳定可靠。02注氮系统组成与设备选型注氮系统的核心组成部分氮气发生装置

采用地面固定式制氮系统，如型号DTG-1500/6.5的制氮机，单台最大制氮能力可达1500m³/h，通过分子筛技术从空气中分离高纯度氮气，为注氮作业提供稳定气源。输氮管路系统

主管路采用Φ273mm×6无缝钢管铺设，长度根据现场需求确定，如某工作面输氮管路总长约4200m；末端可通过变径（Φ273mm变Φ108mm）连接钢丝软管延伸至采空区，确保氮气直达目标区域。监测控制系统

包含流量调节装置、压力控制系统及气体监测设备。注氮时需控制氮气纯度不小于97%，通过调压阀和流量计调节压力与流量，同时在注氮机下风侧10m处安设氧气传感器、一氧化碳传感器，实时监测气体参数。制氮设备型号与技术参数（以DTG-1500/6.5为例）01设备型号含义DTG-1500/6.5中，DTG代表氮压机型号系列，1500表示单台最大制氮能力为1500m³/h，6.5表示设备工作压力为6.5MPa。02核心技术参数氮气纯度不小于97%，注氮防灭火惰化指标氧气浓度不得大于7%；供氮压力需0.5017MPa（当管口末端压力为0.2MPa时）。03设备配置要求采用地面固定式制氮系统，通常配备3台同型号设备，输氮主管路采用Φ273mm×6mm无缝钢管铺设，以满足最大输氮流量和压力需求。输氮管路的选型与铺设要求

01管路材质与规格选型输氮主管路宜选用Φ273mm×6mm无缝钢管，具有良好的耐压性和密封性，满足高流量氮气输送需求。根据不同场景可选用Φ108mm钢丝软管等变径管路，如采空区延伸段可采用Φ273mm变Φ108mm变径连接。

02管路铺设路径规划典型输氮线路示例：地面压风制氮车间→主斜井井筒→主斜井联络巷→辅运大巷→胶带大巷检修联络巷→胶带大巷→胶带顺槽→工作面。路径应尽量缩短，避免不必要的弯道和起伏，减少阻力损失。

03管路连接与固定规范管路连接必须严密，采用法兰或焊接方式，确保无漏气。注氮管路埋入采空区时，距离底板高度不得小于30cm，末端应安设变节、放气阀门及压力阀门。铺设过程中需使用专用支架固定，防止管路位移或损坏。

04管路延伸与保护措施当注氮管出口伸入采空区较短时，需进行延伸，如加工Φ273mm变Φ108mm变径，使用108mm钢丝软管向采空区延伸10-15米。同时，对管路进行打压测试，安排专人巡查气密性，发现问题及时汇报处理。监测监控设备的配置标准

气体传感器配置要求在注氮机下风侧10m处必须安设氧气传感器和一氧化碳传感器，实时监测气体浓度变化。

束管监测系统配置需调试好束管监测系统，对采空区气体进行连续采集分析，确保数据准确可靠。

便携式检测仪器配置提前准备好打气筒、比长管、氧气测定仪、便携式气体检测仪等工具，统一存放并及时补充。

传感器安装位置标准上隅角、回风流及密闭处等关键测点需按规定位置安装甲烷、一氧化碳等传感器，确保监测覆盖全面。03注氮方案设计与参数计算注氮地点选择与管路延伸方案注氮地点选择原则注氮机安设地点应综合考虑采空区位置、通风条件及设备操作便利性，确保注氮效果及作业安全。例如可选择在靠近采空区且便于管路铺设的区域，如运输顺槽等。注氮管路延伸必要性当现有注氮管出口伸入采空区较短时，氮气难以影响采空区深部，为提高注氮覆盖范围，需对管路进行延伸。如某工作面因管路伸入不足，导致氮气无法有效惰化深部遗煤，需延伸管路10米左右。管路延伸具体方案加工变径（如Φ273mm变Φ108mm），采用Φ108mm钢丝软管向采空区延伸，延伸长度根据采空区实际情况确定，如延伸至后溜向里15米左右，确保氮气能覆盖氧化带关键区域。延伸管路固定与保护要求注氮管路埋入采空区时，距离底板高度不得小于30cm，防止被垮落矸石砸坏；同时在管路末端安设变节、放气阀门及压力阀门，便于控制和调节注氮参数。注氮量计算方法与公式解析

注氮流量计算公式QN=60·Q0·k·(C1-C2)/(CN+C2-1)，其中QN为注氮流量(m³/h)，Q0为采空区氧化带漏风量(m³/min)，k为备用系数(1.2-1.5)，C1为氧化带平均氧浓度(13%)，C2为惰化指标氧浓度(≤7%)，CN为氮气纯度(≥97%)。

参数取值标准Q0按矿井防灭火专项设计取值(如25m³/min)，k取1.2，C1取13%，C2取7%，CN取98%；注氮初期宜采用较大注氮强度，后续逐步降低。

计算实例与结果以Q0=25m³/min、k=1.2、C1=13%、C2=7%、CN=98%代入公式，计算得QN=2160m³/h，满足综放工作面最小防火注氮流量要求。

计算注意事项输氮管路阻力需纳入压力计算，采用Φ273mm管路时，4200m长度下供氮压力需0.5017MPa以保证末端压力0.2MPa；注氮流量应根据束管监测数据动态调整。输氮压力与流量控制标准注氮流量计算标准按下式计算注氮流量：QN=60·Q0·k·(C1-C2)/(CN+C2-1)。其中Q0为采空区氧化带内漏风量（m³/min），C1为采空区氧化带内平均氧浓度（一般取13%），C2为采空区惰化防火指标（取7%），CN为注入氮气中的氮气浓度（取98%），k为备用系数（取1.2-1.5）。经计算，综放工作面防火注氮流量最少为2160m³/h，且初期注氮强度应较大，随后逐渐降低。输氮压力计算规范输氮主管路采用Φ273×6mm无缝钢管，长度约4200m时，供氮压力按公式P1=[0.0056×(Σ(Li×(Di/D0)^5×(λi/λ0))×(Qmax/1000)^2)+P2^2]^0.5计算。当Qmax为3000m³/h，P2为0.2Mpa，λ0为0.023，λi为0.026时，制氮设备供氮压力需0.5017Mpa，以满足末端压力要求。压力与流量调节要求制氮司机需通过控制空气进气阀和氮气产气阀，使氮气纯度达到实际需要水平，并根据用气压力和用气量调节调压阀和流量计。注氮期间需实时监控压力和流量参数，确保注氮过程稳定，符合设计标准。注氮工艺与时间安排注氮工艺类型采用连续注氮工艺，利用预埋注氮管路向采空区注入高浓度氮气，通过降低氧气浓度抑制遗煤氧化自燃，初期注氮强度宜大，随后逐渐降低强度。注氮管路布置要求注氮管路应延伸至采空区深部，如通过加工Φ273mm变Φ108mm变径，使用Φ108钢丝软管伸入采空区10-15米，末端距底板高度不小于30cm，并安设控制阀门。注氮时间规划自注氮开始每天早班进行注氮作业，直至工作面正常回采；注氮初期需先对管路排空，待管路中氧气浓度低于3%时方可向采空区注氮。注氮过程控制要点制氮司机根据调度室通知调节进气阀和产气阀，确保氮气纯度不小于97%，并通过调压阀和流量计控制压力与流量，操作完成后及时汇报调度室。04注氮前准备工作设备检查与调试流程

注氮机及压风机检查机运队需检查注氮机、压风机等设备，确保其正常运转，保障注氮过程的稳定供气。

注氮管路气密性检测提前一天对管路进行打压，安排专人巡查管路气密性，发现漏气问题立即汇报调度室处理。

通讯与监测系统检查检查井下工作面、地面制氮车间与调度室之间的通讯是否畅通，确保注氮期间联络正常。

气体传感器调试调试上隅角、回风流等区域的甲烷、一氧化碳、氧气传感器，确保其工作状态正常，数据准确。

束管监测与色谱分析系统准备一通三防部调试束管监测系统和色谱分析系统，提前准备好气体检测工具，如光瓦、氧气测定仪等。管路气密性测试与维护

管路试压测试标准注氮前需对管路进行试压测试，确保管路严密不漏风，如52101综采工作面注氮前对DN100mm注氮管路进行试压，保证注氮过程中无泄漏。

管路排空与纯度检测注氮初期先对管路进行排空，当测量管路中氧气浓度低于3%时方可向采空区内注氮，并及时向调度室汇报，确保注入采空区氮气纯度符合要求。

日常巡查与泄漏处理机运队需安排专人定期巡查注氮管路，检查管路连接是否牢固、有无破损，发现漏气现象立即汇报并处理，如1185采空区注氮时要求巡视管工保证三通阀门关闭并悬挂警示标识。

管路延伸与变径处理当注氮管出口伸入采空区较短时，需延伸管路，如加工Φ273mm变Φ108mm变径，使用108mm钢丝软管延伸至采空区深部，确保氮气能影响采空区深部区域。气体检测仪器与工具准备

基础气体检测设备配备光瓦（10%量程4台、100%量程2台）、多功能氧气便携仪4台，用于实时监测瓦斯、氧气浓度；准备50ml和100ml比长管各1盒、50ml打气筒4个，用于气体采样分析。

辅助监测工具瓦斯检查手杖（5米2根、3米4根），确保对采空区深部气体进行有效检测；5米手杖配合气体检测仪器使用，满足不同深度测点的检测需求。

传感器与监测系统在注氮机下风侧10m处安设氧气传感器、一氧化碳传感器；检查上隅角一氧化碳和甲烷传感器工作状态，确保实时数据传输准确。

设备调试与管理提前调试束管监测系统和色谱分析系统，确保设备灵敏可靠；所有检测工具统一存放于副斜井库房，设为注氮期间专用，比长管根据使用量及时补充。作业区域警戒与人员撤离方案警戒区域划定标准以注氮点为中心，沿风流方向向外延伸50米范围设置警戒区，上隅角、回风顺槽密闭处等关键位置需设置多重警戒。警戒标识设置要求在警戒区入口处悬挂"注氮作业，禁止入内"警示牌，配备声光报警装置，夜间需增设警示灯。人员撤离程序注氮前30分钟，由综采队组织工作面及回风流人员沿避灾路线撤离至安全区域，撤离完毕后向调度室汇报。警戒人员职责每班安排2名专职警戒人员，携带多功能气体检测仪，严禁非作业人员进入警戒区，发现异常立即发出撤离信号。紧急撤离触发条件当监测到氧气浓度低于18%或一氧化碳浓度超过0.0024%时，警戒人员立即组织受威胁区域人员快速撤离，并汇报调度室。05注氮作业安全操作规程注氮初期管路排空操作规范

排空目的与标准注氮初期需对管路进行排空，确保管路中氧气浓度低于3%后方可向采空区内注氮，以减少管路内氧气进入采空区，避免影响注氮惰化效果。

排空操作流程制氮司机启动设备后，先打开排空阀门，排放管路内空气；第一组人员使用氧气测定仪在管路出口处实时监测氧气浓度，达标后立即关闭排空阀并向调度室汇报。

浓度监测要求指定专人使用多功能氧气便携仪或比长管，在管路末端下风侧10m内连续监测氧气浓度，每5分钟记录一次数据，直至浓度稳定低于3%。

异常处理措施若排空30分钟后氧气浓度仍未达标，应立即停止操作，检查管路是否存在漏气或设备故障，排除问题后重新进行排空作业，并同步汇报调度室。氮气纯度与压力调节方法氮气纯度调节方法制氮司机通过控制空气进气阀和氮气产气阀，使氮气纯度达到实际需要水平，注入氮气浓度不小于97%，通常取98%。注氮压力调节方法根据用气压力和用气量调节调压阀，确保供氮压力满足要求。例如，在管口末端压力为0.2Mpa时，制氮设备的供氮压力需0.5017Mpa。流量调节方法通过流量计调节注氮流量，按计算注氮流量进行控制，如综放工作面防火注氮流量最少为2160m³/h，初期注氮强度宜大，后逐渐降低。管路排空操作要求注氮初期先对管路进行排空，当第一组人员测量管路中氧气低于3%时，方可向采空区内注氮，并向公司调度室汇报。气体监测点布置与数据记录要求

关键监测点设置规范采空区注氮需在注氮机下风侧10m处安设氧气传感器、一氧化碳传感器；上隅角、回风流及24号横贯密闭处需设置气体采样点，配备多功能氧气便携仪实时监测。

采空区内部监测点布置注氮管路末端延伸至采空区后溜向里15米左右，通过束管监测系统对采空区深部气体进行连续采集，监测点覆盖氧化带关键区域。

数据记录频率与内容瓦检员每半小时检查一次各测点瓦斯、氧气、一氧化碳浓度，记录数据需包含监测时间、地点、气体浓度值及监测人；注氮机运行参数（流量、压力、氮气纯度）每小时记录一次。

异常数据处理流程当采空区氧气浓度低于7%或一氧化碳浓度超过0.0024%时，监测人员需立即汇报调度室，同时停止注氮作业并组织受威胁区域人员撤离。特殊情况处理流程（如泄漏、浓度异常）氮气泄漏应急处理流程立即启动泄漏应急响应程序，疏散泄漏点下风向10米范围内所有人员至安全区域。使用防爆工具关闭泄漏点上游阀门，并用专用封堵材料对漏点进行临时封堵。同时汇报调度室，通知通风部门调整风流，加速氮气扩散稀释。氧气浓度异常处理流程当监测到作业区域氧气浓度低于18%或采空区氧气浓度低于7%（惰化指标）时，立即停止注氮作业，撤离受威胁区域人员。若为作业区域氧浓度低，开启备用通风设备；若为采空区氧浓度异常，检查注氮管路是否堵塞，调整注氮流量和纯度至符合要求。一氧化碳浓度超限处理流程若采空区或回风流中一氧化碳浓度超过0.0024%，防火员或救护队员立即组织人员撤离至安全地点，汇报调度室。通风部门加大风量，一通三防部启动束管监测系统分析气体来源，必要时增加注氮量或采取均压灭火措施，待浓度降至安全值以下方可恢复作业。紧急撤离与汇报流程所有异常情况发生时，现场负责人需第一时间向调度室汇报（内容包括异常类型、地点、浓度、受威胁人员等），并组织人员沿避灾路线快速撤离。调度室接到汇报后，立即通知相关领导和应急小组，启动相应应急预案。06安全防护与应急措施个人防护装备的使用要求

基础防护装备配备作业人员必须穿戴防护服、安全帽、防护眼镜，防止氮气泄漏导致的冻伤及机械伤害。

呼吸防护设备规范在注氮区域及可能存在氮气泄漏的场所，必须配备正压式呼吸器，确保氧气浓度低于18%时能紧急供氧。

气体检测仪器携带瓦检员及现场监护人员须随身携带多功能气体测定仪，实时监测氧气、一氧化碳、甲烷浓度，数据异常立即撤离。

防护装备检查与维护每次作业前检查防护装备密封性、压力值及有效性，确保防护服无破损、呼吸器气瓶压力≥28MPa，使用后及时清洁保养。氮气泄漏应急处置预案

泄漏检测与报警在注氮区域安装氧气传感器和一氧化碳传感器，实时监测气体浓度。当氧气浓度低于18%或检测到氮气泄漏时，立即发出声光报警，通知现场人员撤离。

人员疏散与警戒发现泄漏后，防火员或救护队员立即组织受威胁区域人员沿安全路线撤离至通风良好处，并在泄漏点周边设置警戒区，禁止非应急人员进入。

泄漏源控制立即关闭注氮系统总阀门，停止氮气供应。巡视管工检查管路泄漏点，对破损处进行封堵或更换，确保三通阀门关闭并悬挂“注氮危险、禁止打开”标识牌。

通风与气体置换启动通风系统，加大泄漏区域风量，加速氮气扩散。利用束管监测系统持续跟踪气体浓度变化，直至氧气浓度恢复至18%以上、有害气体浓度符合安全标准。

应急汇报与协作现场负责人立即向通风区调度和矿业公司调度汇报泄漏情况，说明泄漏位置、影响范围及处置进展。调度室协调机电、通风等部门协同处置，必要时请求专业救护队伍支援。火灾与窒息事故急救措施

01氮气窒息事故急救流程立即将患者转移至空气新鲜处，保持呼吸道通畅；若呼吸心跳停止，立即实施心肺复苏术，并拨打急救电话。

02火灾事故应急处置步骤立即切断氮气供应，使用干粉或二氧化碳灭火器扑救初期火灾；迅速组织人员撤离至安全区域，汇报调度室并启动应急预案。

03气体中毒现场处理要点发现一氧化碳等有毒气体超标时，立即佩戴自救器撤离，对中毒者给予高浓度吸氧，严禁在无防护措施下进入毒区救援。

04急救设备配置与使用要求作业现场需配备氧气呼吸器、急救箱、担架等设备，定期检查确保完好；人员需培训掌握自救器、心肺复苏等急救技能。07注氮效果评估与质量控制束管监测与色谱分析方法

束管监测系统组成与布置系统由采样束管、抽气泵、气体预处理装置及数据采集终端组成，束管需预埋至采空区氧化带关键位置，如18101工作面采空区后溜向里15米处及上隅角等区域，确保气体样本代表性。

束管采样流程与质量控制采用连续负压采样方式，采样流量控