综放面注氮防灭火综合技术应用研究.pdf

综放面注氦防灭火综舍技术应用研究 神华宁夏煤业集团清水营煤矿 黄相明 摘要通过对不同制氮方式及其应用的研究，优化了灵新煤矿各个采区制氮装置的布置；通过对传 统注氮方式和工艺的研究，根据灵新煤矿的具体条件，工作面由间歇注氮改为连续注氮，尤其加强工作面初 采初放期间的注氮，同时改革了埋管注氮工艺，提高了注氮防火效果。 关健词氮气防灭火注氮参数注氮工艺 中图分类号T D 7 5 文献标识码B文章编号1 0 0 9 - ．- 0 7 9 7 2 0 1 0 0 1 - - 0 0 4 4 - 0 2 灵武矿区现有5 对主要生产矿井，均属极易自燃发火矿 井。主采2 、6 、1 3 、1 4 、1 5 、1 6 煤层，均属容易自然发火煤层。近 几年来，随着矿井开采深度的增加和机械化程度的提高，放顶 煤采煤方法的推广应用，煤层自然发火现象愈来愈严重，矿井 防灭火严重威胁着煤矿的安全生产。因此，防治自然发火工作 已成为矿区安全生产的一个霞要环节。为了保障矿区的生产 安全．宁煤集团近年来积极引进和推广国内外先进的防灭火 技术，与科研单位合作进行自然发火科学研究，取得了很大的 进展。 l 不同采区不同制氮装置的优化应用研究 灵新煤矿三采区位于井田的中央，地面工广及配套设施 服务全矿井六个采区。各采区所有工作面距离三采区地面工 广2 0 0 0 ～7 0 0 0 m ，适合在地而建立集中制氮站。该系统型号为 B X N 一6 0 0 型。单套制氮能力6 0 0 m ％，出氮压力0 ．6 ～0 ．8 M P a ，氮 气纯度I 9 7 ％，于1 9 9 6 年建成并投入使用，2 0 0 6 年进行了全 面升级改造。已安全服务一、二、三采区的回采，目前正服务于 四采区。 五采区由于距离三采Ⅸ相对较远，制氮装置采用井下移 动式膜分离制氮设备。型号i M 6 0 0 ，2 0 0 8 年1 月安装并投入使 用。正常注氮的压力保持在0 ．6 ～0 ．8 M P a 时。流量为6 2 0 m 3 ，小 时．氮气浓度一般在9 7 ．6 ％～9 9 ．8 ％。 六采区由于设计能力和工作面的输氮距离增加，制氮站 必须改造，单套能力增加为1 2 0 0 m 孙以上。 井下移动式制氮机，因为体积较小，适合于井下移动，可 以安装在工作面进风巷所在车场石门，节省大量的输氮管路， 减少氮气在输送过程中的漏损。缺点是井下空气质量较差，设 备容易老化和发生故障，造成氮气压力和纯度不稳定，设备使 用年限较短，适合输氮距离小于3 0 0 0m 的工作面。地面制氮 装置管理集中，故障率低．维修方便，使用寿命长，适用采区和 采煤工作面布置相对集中的矿井。 2 不同注氦方式和工艺改革研究 2 ．1 传统注氮方式和工艺简介 注氮方式分为开放式和封闭式两种。开放式注氮按注氮 时问又可分为连续式和间歇式，连续式注氮方法是从工作丽 开始回采就注氮，一直注到工作面回采结束封闭，这种方式适 合于工作而采李区发火特别严重或火区下采煤。推进度较慢 的工作面。问歇式注氮方法是在工作面有发火征兆R 寸开始注 氮，消除发火征兆后即停注，这种方式适用于推进度较快的工 作面。 封闭式注氮就是工作面发火隐患严重时将工作面进行封 4 4 闭后注氮。多适用于工作面开放注氮不能消除发火征兆并继 续恶化，或工作面长时间停产并存在发火隐患。 注氮方法为埋管注氮、钻孔 插管 注氮和密闭注氮三种。 2 ．2 氮气防灭火应用实例及工艺改进 工作而开采条件和所采煤层的发火特性的不同要求采取 不同的注氮工艺。 灵新矿自1 9 9 6 年建矿时首采工作而就采用氮气防灭火。 起初由于对氮气防灭火技术没有可借鉴的经验，工作面采用 间隔式开放注氮方式，工作面时常出现C O 超限现象，甚至急 剧上升，导致1 二作而遇到停产时必须进行封闭注氮，矿井的生 产经常受到自然发火的威胁。近年来通过对煤层发火规律的 探索和研究，针对灵武矿区的煤层发火特点形成了较为成熟 的氮气防灭火的经验和完善的注氮] 二艺。日前灵新矿不但没 有出现过工作面发火事故，而且工作而停产时没有进行过封 闭注氮，工作面的发火隐患得到有效的管控。 2 ．2 ．1注氮方式的改进 工作面由间歇注氮改为连续注氮，尤其加强工作面初采 初放期问的注氮。 很多矿井认为工作面初采时采卒区没有形成“三带”，注 氮没有很大的必要。其实，工作面切眼位簧在工作面推进以后 始终存在一个很难压实的空间，如果不注氮，空区里的氧气为 采空区浮煤的自燃提供了氧气，而且随工作面的继续推进，采 空区不断冒落，直到地表下沉，工作面切跟位置的空区空阄被 压缩，承压的空气一部分会向工作面方向的采空区移动．这样 就会造成两种结果一是工作面自燃带产生的C O 就会容易涌 出，积聚在上隅角；二是为氧化带增加了氧气量，加剧自燃发 火。如果在工作面初采初放时加强注氮，让工作面切服空区的 空气变成高浓度氮气，那结果就不同了。这一点在灵新矿多个 综采工作而都得到证实。如L 3 5 1 6T 作面由于工作面初采期 问没有很好注氮，工作面推进仅5 0 m 左右就出现一t z 隅角C O 超限，随后回风流C O 超限。最后不得不从风巷接入一趟局部 通风机，直接将新鲜风流送到上隅角来稀释l 二隅角和回风流 的C O 浓度。当时排除了工作面周边空区C O 涌入的可能，通 过分析认为主要是工作面初采初放时注氮没有到位的缘故。 需要注意的是．初采初放注氮是从工作而老顶来压冒落前开 始注氮，一旦开始注氮到工作面推进约2 0 0 m 范围内必需连续 不停．这样才能更有效的保证工作面切眼空区内氮气的浓度 和压力。为工作面后续的开采打好防灭火基础。同时，初采初 放注氮时，机巷注氮埋管采用预埋15 0 m 的4 寸普通焊管将氮 气直接注到切眼位置，等1 5 0 m 的埋管全部埋入采空区以后再 更换为正常移动的岩芯埋管进行注氮。 2 ．2 ．2 注氮埋管工艺的改进 万方数据 煤矿现代化2 0 1 0 年第1 期 总第9 4 期 应用亏锚喷支护的巷道变形监测的光纤传感技术 安阳大众煤业有限责任公司王彦海刘松岭于海栓 摘要简要介绍了光纤传感技术的基本特点，讨论了分布式光纤传感技术在煤矿锚喷支护的巷道变 形监测中的应用，对该技术的未来发展进行了展望。 关键词光纤传感器矿井变形监测应力传感器 中图分类号T D 3 5文献标识码B文章编号1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 0 O l - 0 0 4 5 0 2 井下主要巷道，担负着矿井运输、通风、行人等任务。巷道 开挖破坏了岩体的应力状态，当围岩向巷道内形成的应力大 于极限强度时，围岩产生破坏，并常导致巷道的大修。由于历 史原因，我国对煤矿巷道重大修轻监测，但随着科学技术的发 展和人们对工程安全要求及的日益提高，把工作重心前移，定 期和实时对煤矿主要巷道进行变形监测，准确了解井巷变形 的过程和规律，以便对其进行预防和治理变得越来越重要，必 须引起我们重视。 传统的变形监测局限于应用经纬仪、全站仪、水准仪、位 移计等机械、光学和电子仪器。近年来，一批新式的传感监测 得到发展，它们不是对传统监测技术简单的加以改良，而是从 根本上改变了传感原理，从而提供了全新的监测方法和思路。 其中，尤以B O T D R 分布式光纤传感技术为世人所瞩目，它利 用普通的通讯光纤．以类似于神经系统的方式，植入建筑物体 内，获得全面的应变和温度信息。该技术已成为日本、加拿大、 瑞士、法国及美国等发达国家竞相研发的课题。在我国尚处于 发展阶段，目前已在一些隧道工程监测中得到成功应用，并逐 步向其他工程领域扩展。 1 光纤传感技术特点 光纤传感技术是近年来才发展起来的监测技术，最初用 于通讯工业，近年来在传感领域逐渐得到广泛应用。光纤传感 器具有抗电磁干扰、防水、抗腐蚀、耐久性长等特点，传感器体 积小、重量轻，便于铺设安装，将其植入监测对象中不存在匹 配的问题，对监测对象的性能和力学参数等影响较小。 光纤传感器根据传感方式不同．可分为点式、准分布式和 分布式传感器三种类型，性能和特点如下 1 ．1 点式传感器 S O F O 位移传感器和E F P I 传感器都具有较高的测量精 度，且对温度变化不敏感，将其用于工程结构局部变形的监 测，如隧道伸缩缝、坝体裂缝等，可以得到准确的变形信息以 及变形随时间的发展情况。但在多点监测应用时，同F B G 传感 器相比。这类传感器实现多路复用相对比较困难。 1 ．2 准分布式传感器 F B G 传感器是一种准分布式传感器，可以将多个F B G 传 感器按一定的拓扑结构离散或连续地组合在一起构成传感器 网络。采用波分复用结合时分复用、空分复用或频分复用等复 用技术进行多点测量。相对于点式传感器。F B G 传感器更适合 于大型基础工程的多点监测，如隧道、地铁等关键部位的变形 监测。 1 ．3 分布式光纤传感技术 分布式光纤传感B O T D R 主要利用光的瑞利散射、拉曼散 射和布里渊散射效应来实现的．目前主要产品有光时域反射 计 简称O T D R ；拉曼散射光时域反射测量仪 简称R O T D R ； 布里渊散射光时域反射测量仪 简称B O T D R 和布里渊光时域 分析测量仪 简称B O T D A 等。分布式光纤传感器具有光纤传 感器所固有的抗电磁于扰、耐腐蚀、耐久性好、体积小和重量 轻等优点，尤其是B O T D R 分布式光纤传感技术，在监测方面 与传统监测技术相比具有如下优点 1 光纤既是传感介质，又是传感信号传输通道。光纤上 任意一段既是敏感单元又是其它敏感单元的信息传输通道， 可进行空间上的连续检测，光纤像人的神经一样对被测对象 进行感知和监视。 2 分布式。自光纤的一端就可以准确测出光纤沿线任一 点上的应力、温度、振动和损伤等信息，无需构成回路，也不需 要定制传感器，只需十分廉价的普通通讯光纤，如果将光纤纵 2 0 0 8 年宁煤集团与西安科技大学合作把灵武矿区煤层自 燃发火规律的研究确定为科技项目进行科研攻关，初步研究 了灵武矿区采空区“三带”划分自燃带位于采空区距工作面 切顶线约1 5 ～1 2 0 m 范围。根据这一研究成果，认为由于自燃带 范围较大工作面机巷的注氮埋管出氮口位置应该往采空区以 里方向延伸，这样可以提高注氮防火效果。灵新煤矿已经在新 开采的工作面开始实施，改造方案是采用1 0 0 m 长币5 0 的硬 质塑料管替代岩芯埋管，塑料管不移动不回收，每两节塑料管 搭接3 0 m ，等前一节塑料管快要全部埋入采空区时，第二节塑 料管已埋入3 0 m 。将输氮软管与新埋入的塑料管对接，这样埋 管的出氮口可随工作面推进在采空区以里3 0 7 0 m 范围内注 氮。目前从工作面正常开采过程中上隅角C O 的稳定情况来 看。效果很好。 3 结语 灵新煤矿是宁煤集团的第一个大型机械化矿井，在矿井 防灭火管理上杜绝了自然火灾的发生。作为极易自然．t 火的 矿井，建矿十几年没有发生火灾事故主要得益于矿井完善的 基础管理和可靠的防灭火系统。注氮防灭火技术在灵新矿从 开始的实践摸索到现在的成熟应用，科学有效的控制了矿井 自然火灾的发生，为宁煤集团宁东矿区的防灭火管理积累了 丰富的经验。 作者简介 黄相明 1 9 7 1 ．8 一 ，男，宁夏固原人，1 9 9 4 年7 月本科毕业 于阜新矿业学院采矿工程专业。现任神宁集团清水营煤矿生产 矿长，从事煤矿生产、技术管理工作。 收稿日期2 0 0 9 1 1 - 1 1 4 5 万方数据 综放面注氮防灭火综合技术应用研究综放面注氮防灭火综合技术应用研究 作者黄相明， HUANG Xiang-ming 作者单位神华宁夏煤业集团清水营煤矿 刊名 煤矿现代化 英文刊名COAL MINE MODERNIZATION 年，卷期2010，““1 被引用次数0次 相似文献10条相似文献10条 1.期刊论文 段子晔.张团伟.徐成林.DUAN Zi-ye.ZHANG Tuan-wei.XU Cheng-lin 巷道高冒区抑爆防灭火材料及其 应用 -矿业安全与环保2009,364 煤矿巷道高冒区常有瓦斯积聚,瓦斯浓度常处于爆炸界限内,如果高冒区再产生明火,则将会引起大的灾难.为此,香山煤矿研制了高冒区抑爆防灭火材 料,用于高冒区的防火,又将其与泡沫、氮气一起使用,用于高冒区的快速抑爆灭火.简单介绍了PX快速抑爆防灭火材料的组成、防灭火原理、施工工艺,重 点介绍了PX氮气泡沫抑爆灭火的原理、施工工艺,以及抑爆防灭火技术效果. 2.期刊论文 魏献昌.张宝红.夏孝明 KMDS-5000型制氮设备在井下防灭火的应用 -矿业安全与环保2002,29z1 介绍了以KMDS-5000型制氮设备为核心的氮气防灭火系统,并通过在鲍店煤矿井下的防灭火的应用,分析了氮气防灭火工艺状况和相关的工艺参数以及 取得的防灭火效果. 3.期刊论文 郭中安.齐高峰.王鑫 综放工作面注氮防灭火技术探讨与应用 -煤矿现代化2009,““z1 该文通过低推进度沿空综放工作面采取注氮气防灭火的应用实践,对该方式应用于综放工作面防灭火工作进行了阐述和分析,并提出了在实际操作中 应注意的问题. 4.期刊论文 侯德建 氮气防灭火技术在宽沟煤矿的应用 -中国科技博览2010,““10 介绍神华新疆公司宽沟煤矿在矿井防灭火中采用氮气防灭火技术的实践,可为类似条件矿井提供可借鉴的技术经验. 5.期刊论文 张传应.张金常 氮气及其添加剂在易燃厚煤层防灭火中的应用 -中州煤炭2005,““4 阐述了利用蛋白质泡沫灭火剂作为添加剂,与氮气一起注入采空区或火区提高防灭火效果,同时就如何经济合理注氮问题,研究了采空区和支架上方 “三带“范围并提出了一些新见解. 6.期刊论文 马灵军 氮气防灭火技术在综采工作面的应用 -矿业安全与环保2002,293 介绍了氮气防灭火技术在灵新煤矿L1316综采工作面的应用情况,并对应用效果进行了综合分析、总结.实践证明,该技术在综采工作面防灭火应用中 效果显著. 7.期刊论文 付永水.张志军 氮气防灭火技术在易燃特厚综放面启封及生产中的应用 -矿业安全与环保2004,314 介绍了氮气防灭火技术的机理,并对千秋煤矿21181综放工作面运用压注氮气防灭火技术的可行性进行了分析,重点介绍了该矿氮气防灭火技术系统特 点和在易燃煤层综放面启封、生产中的应用情况,以及取得的实际效果. 8.期刊论文 田兆君.王德明.任万兴 含氮气三相泡沫在煤矿采空区防灭火机理研究 -科技信息2009,““15 本文运用燃烧学和热力学的基本理论分析了三相泡沫的防灭火机理,三相泡沫通过隔氧、保湿、降温、情化采空区、阻止自由基链式反应等作用防止 采空区煤炭自燃.并通过实践证明了三相泡沫具有很好的防灭火效果,进一步阐述了三相泡沫在应用过程中具有价格低廉、无污染等优点. 9.期刊论文 张建国.刘广金 氮气防灭火技术在平顶山矿区的应用 -煤矿安全2008,395 介绍了平顶山矿区自然发火概况,分析了自然发火原因.介绍了平煤集团各矿近年来采用氮气和氮气添加剂防灭火技术有效地防治矿井自然发火的工 艺、注氮参数和防火效果. 10.期刊论文 李继平.Li Jiping 煤矿内因火灾防治常用的方法及防灭火有效性分析 -西北煤炭2008,63 介绍了井下煤自燃发火情况的一般规律,对几种常用的预防内因火灾防灭火方法的有效性进行了分析,以期能更好地预防煤自燃,从而更好地为矿井安 全生产服务. 本文链接 授权使用黑龙江科技学院hljkjxy，授权号2203c90a-e332-4231-b72b-9e1100e758fb 下载时间2010年10月16日