综放面防火注氮量的合理选择

27c譬 厂 必 i氡诱 拜／ 综 放 面 防 火 注 氮 量 的 合 理 选 择 阜新矿务局 车万山 朱光宗 近几年来 ，随着综放和方法在特厚 复合煤层开采中的推广与应用．综放面的注 氮防火也逐渐被列为主要防火措旋之一 但 是由于每个工作面的开采条件、地质构造、煤 层条件及外围因素的不同，应如何确定 出合 理的注氮量成为一个比较辣手的难+如注 氮量过大，则造成浪费，还会因回风流含氧量 过低，危及回风道作业人员的健康 ；反之，注 氨量偏小，则严重影响防火效果，造成自然发 火，甚至酿成灾害。那么。如何台理地确定防 火注氨量 ，对此，本文就我们的实践经验发 表浅见。 一 、国内外常用供氮量计算公式的应用 必须慎重 目前．现行确定防火注氧量的公式 有两 个。其一为前苏联的经验公式 一 式中 式中 Q —— 注氨 流量，m。／mln； C—— 采 区瓦斯浓度 ，％； 口——采区回风量+ ~rain。 其二是国内外一些专家提出的经验公式 一 杀 Q (2) Q．—— 采空区空间 ， ； Q —— 注氟流量 +m。／mln； C ——采空区内原氧气浓度，％； c —— 注氮 后采空区内J馥达到的氧浓 度，％； c —— 注 入 采 空 区 氮 气 中 铽 的 浓 · 34 · ，，} 度 ，％ 上述两公式，根据我矿综放二号、七号、 十三号三个工作面的注氮防火实践，均不能 直接套用。其原因如下： 1．对公式(1)的 众所周知，煤层结构特征、地质构造、开 采条件 、采深、工作面邻区的关系、推进速度、 负压状态等多种制约因素的不同，使工作面 的瓦斯涌出量不同，即使是同一工作面在开 采的全过程中各个时期也不尽相同甚至差异 较大 但是+工作面的配风量只要能满足《煤 矿安全》及作业规程的各项规定．一般要 保持相对稳定而不做大的调整 但该公式将 工作面采空区防火注氮量仅和工作面回风流 中的瓦斯浓度建立成二元一次的关系， 显然是不台理的，其理由是： (1)按 此 公 式 当 某 工 作 面 回风量 为 400m ／mln，瓦斯浓度 为 0．t％时。注氮量应 为 4．04m ~rain；当该面回风流中瓦斯浓度为 0．3％时+即使回风流中瓦斯浓度远低于《煤 矿安全规程》l％的限度，若用该式所求得的 注氮量为 1 3．4m ／mi,~，才使回风流中氧气下 降到 3．55％．为此+不得不增加入风量来 改 变回风中缺氧的气候条件。 (2)该公式以回风流瓦斯浓度为变量来 确定注氮量，未从客观上反映 出注氮量与采 空区供氧量这一主要因素+即反映出注氮防 火的本质和内在联系。实际上 ．瓦斯一般不与 煤进行氧化反应．但由于采空 区内含瓦所量 过大 ，相应会降低含氧量而抑制发火，我矿二 井三隧火 区在发火后进行封闭 ．封闭 由于 密闭内瓦斯浓度增加使火情逐渐消除．因此． 姐然绶公式从 ：述意义上分析足 、切台实际 ／ 哆 ， 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 的。 2．对公式(2)的分析 由于公式(2)与我矿最初注氮时 自行确 定的公式相同 ，其含义为：通过向采空区注入 流量为 Q ，以高浓度氮为主的混 合气体，使 采空区空气中含氧量(c。)降至预想的防火浓 度(c )，但经过几个综坡采面的实践及对公 式(2)的推导分析 ，同样存在着如下问题： (1)当工作面入回风流、注氮系统运行稳 定，采空区内空气惰化指标(c：)确亩的条件 下，入风流和精风流中的c。及 c 、c 均视为 常数，则 Q 成为 Q 的一元 一次函数 ，以综 放 13号面 为例：该工作 面平 均 供风 量为 300m ／*,tin，最初注氮量选定 为 3m ~rain。注 氮持续一个月后，经束管监测系统监测．采空 区内空气 中含 0 浓 度 由 2u．86％下 降至 l3％后基本保持稳定不再下降，后经上调到 4m ／mln，使采空区空气 中含氧派度逐步下 降到 5％。如按公式(2)反求 ，则 Q 为4．2m t rain，再 由公式(2)求 出 Q 为 22．2m ／min， 即每小时应注氰 1332m ，在保持供风量不变 的情况下回风流中含氧量下降约 7％，而为 使含氧量满足矿井气候环境需要，需增 2培 左右的风量，这对防火显然不利，而且 ，根据 我矿氮气装 备的生产能力(500m ／h)，也满 足不了需求 。但实际我们采用注氮量为 4m t m n，即达到了防火效果。 (2)该公式以采空区空间体积或漏风量 作为变量来确定注氮量，出发点是正确的 ．但 在现场测定时，受空气湿度、温度 、风流稳定 程度、测试仪器精度、测试人员读数、方法和 巷道断面等诸因素造成的误差较大．采空区 冒落空间也难以估算，因而公式(2)计算的值 往往与实际需要量差值过大 ，有时漏风量多 (或少)lm ／mln，注氮量则增 加(或减少)百 余米 ／4,时 (3)该公式的因子中未考虑采空区漏风 及空回内注入氮气分布扩散的不均匀性，而 t羔足赢接关条到防火的效果。如工作面采空 区内 冒落物 堆积 高度 不同 ，则造成各 位置气 体积存相界高度及单位体积不同，氨气与原 空气混合的浓度 不同；通过工作面上下端气 压差及工作面长短宽窄上下出口，上下隅角 及工作面切顶线的条件状态不同，采空区内 漏风的扩散弧曲率不同；注氮管口距工作面 的位置不同，氮气的稠密程度也不同。因此必 须夸在注入氮气分布绝对平均的情况下 ，方 能使采空区各 部位含氧量 (浓度)均 由C 降 至 c ，但事实上是不可能的，显然存在着有 个别部位未达到防火效果的问题 。 (4)由于采空区空气湿度、温度、比重差 异较大，而且措走向风流由外向里从紊流带 逐步变成微风带、层流带及多变相带，采空区 内空气的牯度 、密度的分布与煤层倾角，冒落 高度 ，工作面倾斜长度所造成的温差，空气自 重有关；采空区内漏风扩散半径，漏风路线及 注氮压力也对注氮的混合效果有直接影响， 这些因素在公式(2)中未有体现，这影响了公 式(2)的实用性 = 对正确选定防火注氮气量的几点认 识 1．拟通过束管监测数据来校正注氮量并 摸索出规律，从而建立适合于本矿井的注氮 量计算公式 。通过五井三个工作面的防火注 氮实践．我们认为选择注氮量应在公式(2)的 基础上乘 以1．1～1．5的系数 ，方能使注氮 量与实际需要量接近。系数 由如下四个主 要因素确定； (1)氨气进入采空区分布不均匀因素，受 煤层厚度、放顶高度、沿工作面回采的走向及 倾斜方向的影响 ，它们均为动态参数。但当其 中的平均厚度和高度变化不大时，注氮量不 作调整，而出现较大的变化时，删应考虑采空 区内的冒落 空间，因高度的不同而空间体积 的不同。造成氮气进入采空区后分布的密度 不同，需适当调节注氮流量，并通过柬管监测 参数来验证教果。 · j · 维普资讯 http://www.cqvip.com (2)氮气通过管道进入采空区后，气体的 绝对压力，环境温度均发生较大的变化 ，管道 内压力一般高于大气压 0．05～O．06MPa，而 采空区一般处于负压状态。采空区内与管道 内的气温差，受季节、管道长度、采空区条件 等因素影响变化较大 。在实际计算注氮量时， 要给出参考系数，并在用束管测试参数验证 和分析基础上进行调整 (3)随工作面向前推进，置于采空区中的 预 留注氮 口的数量也将随之增加，在主干注 氨管流量不变的情况下，采空区内每个管 口 流量也将下降，其最靠近工作面的管口流量 的变化 ，可以通过测量主干与第一分支管路 中流量得出。当工作面推进速度正常时，一般 无需调整流量。但工作面回采速度过缓时．则 应适当增加注氮量，以确保远离工作面的采 空区内的氧浓度也不高于防火控制指标。 (4)当回采工作面采空区与邻近采空 区 或旧巷有联通关系时，在计算注氮量时 ．必须 估算并适当增加注氮量 ，并通过束管监测系 统验校和调整。 2、注氮量在不使风流氧浓度低于《煤矿 安全规程》规定的前提下，初期注氮时需留一 定富 余 系数，其原因是：一般为保证氮气能 有效地置换采空 区原有的氧含量，而不造成 浪费。往往工作面不能刚开采就注氮，而是当 回采工作面推进 30~40m后，方开始注氮， 此时采空区 30～40m宽的空问内，特别是工 作面附近积存了大量的空气 ，在初期注氮时 必须先将其置换后，方能使采空区按含氧为 Cz浓度保持气体成份的平衡 ，当注氯达到预 先计算所需的量和时间后，方根据束管监测 的数据，再对注氮量进行重新调整 3、在正常注氮时，一般注氮口距束管监 测探头均在 20~30m之间，采空区漏风扩散 带随工作面前移而移动 ；注氮口、束管监测口 随工作面推进迟后的影响，监测的数据在正 常情况下也要发生规律性的变化，如不掌握 其规律 ，发现监测数据发生变化时不即行调 · 36 · 整注氮量则会犯盲 目性错误。 总之 ，注氮量的选择受制约的因素较多， 而且有些因素或系数实测非常困难，更无法 速测，为此需要在实践中认真的测试。我们对 综放面防火实践时问较短，提出的见解局限 性较强 ，只适应东粱矿区使 用，供同行者参 考 。 (责任编辑 何宝林) (上接 29页) 点很多。经过几年的使用和不断总结经验，我 们认为，要提高钢丝绳罐道的使用寿命，应做 到以下几点； 1、罐道绳的选型合理。选用表面镀锌，刚 性大 ，钢丝比较粗 ，接触面积大的钢丝绳作罐 道绳 ，如密封绳 2、提高钢丝绳的刚性系数，减少容器的 摆动。一般情况下 ，罐道绳 值提高到 8。0～ 900N／m 以上，提升容器的摆 动量则会减少 40％主右 。 3、定期对罐道绳进行涂油 4、采用尼龙、塑料制作导向器村套。 5、提高安装质量 ，减少安装误差 6、加强检修工作 (责任编辑 辛太忠) 维普资讯 http://www.cqvip.com