唐公沟矿技术改造初步设计安全专篇（修改） 第五章 矿井防灭火
注氮防火隋化，注氮后采空区域内氧气浓度不得大于7%。 注氮灭火隋化，采空区域内氧气浓度不得大于4%。 ②注氮量
a.按采出的空间，即在单位时间内注氮充满采煤所形成的空间计算注氮量
使氧气浓度降到惰化指标以下计算注氮量
Qn=[A/(1440ρtn1n2)] ×(C1/C2-1) 式中：A——年产量, 1500000t；
t——年工作日， 300d； ρ——煤的密度， 1.36t/m3； n1——管路输氮效率， 90%； n2——采空区注氮效率， 80%； C1——空气中氧的含量， 20.8%； C2——采空区防火隋化指标，7%；
Qn =[1500000/(1440×1.36×300×90%×80%)](20.8%/7%-1) =6.99m3/min（419.4m3/h）
b.按采空区氧化带氧含量计算注氮量
Qn= {( C1- C2)Qv}/(Cn+C2-1)
式中：
Qv——采空区氧化带漏风量，3.5m3/min； C1——采空区氧化带内原始氧的含量，20.8%； C2——注氮防火隋化指标，7%； Cn——注入氮气的浓度, 97%。 Qn ={(20.8%-7%)×3.5}/(97%+7%-1)
=12.08m3/min（725m3/h）
经计算，并结合国内外经验，本矿4-2中煤层工作面防灭火注氮
中煤国际工程集团武汉设计研究院
5-6
唐公沟矿技术改造初步设计安全专篇（修改） 第五章 矿井防灭火
量取800m3/h。矿井实际生产时，根据实际的防灭火效果，再进行调整。
（3）制氮设备选择
根据本矿井盘区布置及各工作面所需注氮量情况，结合国内采用注氮防灭火矿井的设计生产情况，并考虑到矿井注氮实际效果及一定的安全备用系数，确定本矿井初期选用DM-800型井下移动膜分离式制氮设备1套。其主要技术参数如下：
制氮量 Q=800 m3/h； 输出压力 P≥0.7 MPa； 氮气纯度 ≥97%；
装机容量 N 约280kW，其中附2台容量为132kW的空压机； 额定电压 U = 1140 V；
所需压缩空气随主机自带压缩空气设备供给，空压机采用风冷冷却。
每套制氮设备安放在四辆平板车上，设置在离工作面较近的辅助运输大巷与带式输送机巷的联络巷中，随工作面搬迁而移动。
（4）注氮管网 ①注氮管路系统
注氮管路敷设由制氮设备→各工作面带式输送机巷→采煤工作面→采空区氧化带。最远工作面顺槽长度1650m。
②管路选择
根据矿井井下工作面需要的注氮量和压力，经计算，输氮管路直径、壁厚选择如下：
综采工作面输送机巷管路直径取DN100mm，输氮管路选用D108×4型无缝钢管1趟。
中煤国际工程集团武汉设计研究院
5-7
唐公沟矿技术改造初步设计安全专篇（修改） 第五章 矿井防灭火
注氮管路均采用快速管接头连接。 ③注氮系统输送压力校验
根据注氮管路系统及工作面注氮量，按最远输送距离、最大输氮量，计算注氮管网初端所需绝对压力为
P1={0.0056（Qmax/1000）2Σ（D0/Di）5（λi/λ0）×Li+P22}1/2 ={0.0056(800/1000)2[(150/100)5(0.029/0.026)+0.33}1/2
=（0.0501+0.09）1/2
=0.374(MPa) ＜制氮设备输出压力0.7MPa 所选制氮设备满足要求。
注氮方式根据采空区中埋管气样分析结果而定。
为了减少矿井技改初期投资，制氮设备向集团公司租赁使用。 ④供配电及控制
井下制氮设备，由变电所一对一供电。
井下制氮设备，通过机械设备附带控制器的通讯接口，接入井下控制网，实现自动化监控，无人值守。
（5）注氮工艺
根据本矿井的开拓布置、发火周期和工作面开采情况，在采空区深部预埋注氮管道，在自然发火期之前或有火灾预兆时，进行连续注氮，使采空区深部的氧含量降到防火惰化指标以下，然后根据工作面推进等情况，对预埋管道进行拖移。
生产期间应对工作面采空区“三带”划分进行实际测定，依据测定的“三带”范围，确定采空区注氮阻化范围。
（6）注氮方式和防灭火方法
本设计将氮气用作预防性注氮，同时考虑灭火注氮。日常根据需
×
1.65]
中煤国际工程集团武汉设计研究院
5-8
唐公沟矿技术改造初步设计安全专篇（修改） 第五章 矿井防灭火
要进行预防性注氮，当发现有火灾征兆时，采用连续注氮直到征兆消除。
根据矿井火灾发生的地点不同，灭火的方式也不同，按《煤矿安全规程》要求，编制专门设计，同时生产中应制定安全计划、措施、管理制度、作业规程等。
（7）注氮地点的安全通风量
注氮过程中，工作场所的氧气浓度不得低于18.5％，否则应立即停止作业撤除人员，同时降低注氮流量或停止注氮。注氮地点及与其相连巷道的安全通风量，按下式计算：
Q0?QN(CN?C1?1)C1?C2
式中：Q0——工作场所的安全通风量，m3／min： QN——最大氮气泄漏量，800m3／min； CN——泄漏氮气中的氮气浓度，97％；
C1——工作面或巷道中原始氧气浓度，一般取20．8％； C2——工作场所的安全氧浓度指标，18．5％。 经计算，此时的安全风量应为1.7m3/s，而本设计管路途径的主要巷道风量均大于或等于1.7m3/s。尽管如此，矿井生产中要制定输氮管路的安全施工、管理措施、制定注氮作业规程，同时应严格要求加以落实。
4、防灭火信息监测
根据矿井的灾害程度，本矿井井下设有煤自燃发火色谱监测系统。系统选用GC-85型矿井火灾多参数色谱监测系统。系统由自动取样器、专用色谱分析仪、色谱数据处理工作站以及束管采样单元组成。其中，自动取样器具有12路束管接口，数据处理工作站可控制自动取样器，循环采集各路束管的气样进行分析。同时，还留有手动进样
中煤国际工程集团武汉设计研究院
5-9
唐公沟矿技术改造初步设计安全专篇（修改） 第五章 矿井防灭火
口，可以分析人工采集的任何地点的气样。
该系统应用气相色谱技术，对煤层在自燃升温过程中产生的各种气体进行分析，监测煤层自燃过程。该系统可直接与井下束管连接，从井下12个监测点巡回自动取样分析，早期预报煤炭自燃发火，一旦发现有关指标超过或达到临界值等异常变化时立即发出预报。
四、其它综合防灭火措施
氮气防灭火必须与其它辅助防灭火措施相配合，采取以氮气防灭火为主的综合防灭火措施，才能取得好的防灭火效果。结合本矿实际，设计采取的其它综合措施。
1、堵漏
由于氮气防灭火要求注氮区域严密，因此必须采取各种措施对注氮区域进行堵漏。对巷道高冒区域巷道裂隙采取注浆或阻化凝胶外，还要对高帽高冒区进行填补封闭。工作面上、下隅角挂风帘，采空区后方不留任何尾巷，对工作面回风巷与邻近工作面的联系巷道和所有与采空区可能相通的联络巷应严格封密，工作面进风巷和回风巷尽量不设风量调节设施，减少巷道间风压差，以达到减少采空区漏风的目的。同时，建议生产期间对工作面采空区“三带”划分进行实际测定，为实施和调整采空区防火工艺提供可靠的科学依据。
2、加快工作面推进度
采空区次氧化带和氧化带长度一般为60～90m左右，为使在发火期内将浮煤甩入采空区窒熄带，应根据自燃发火期确定工作面推进度。根据邻近生产矿井经验，设计的4-2中煤工作面年推进度为1920m，能够满足要求。
3、工作面顺槽及开切眼防灭火
中煤国际工程集团武汉设计研究院
5-10