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火灾是矿井中发生频率最高的几大灾害之一，矿井中的火灾不仅会严重破坏工程的生产，增加生产的危险系数，而且还会损失大量的财产和资源，严重威胁工作人员的生命安全。目前，基本可以确定矿井之所以会发生火灾，主要是它自身的缺陷造成的，其中一大主要原因是松散煤体常常自燃以及采空区域遗漏有煤，因此如果没有及时有效的解决这类问题，不仅会损失大量的煤炭资源，而且将会严重破坏我国煤矿的生产安全，影响煤矿生产的效率。虽然目前积累有一些预防煤矿火灾的相关经验和措施，可是在对自燃煤方面的处理中，往往不能达到理想的结果。所以，必须使用高效的防灭火技术，以便有效的防止煤层自燃。本文会详细论述矿井中钻孔注氮防灭火技术在实际中的应用。
1矿井及工作面概况
笔者所处的煤矿为斜井开拓，中央并列式通风，低瓦斯矿井，瓦斯涌出量每分钟5.49立方米，主采煤层为四煤、五煤，煤层为II类自燃层，自燃发火期短，为1-3个月。
2注氮防灭火技术的实践
2.1注氮防灭火技术的机理
通常环境下，氮气的性质往往比较稳定，在标准的气压环境中，也几乎不与化学元素产生任何化学反应。氮气的密度大小与空气相似，也能比较均匀的分布在空气中，它既不能燃烧，也没有助燃的功能。氮气很难分层，即使焦炭岩石对其具有吸附功能，氮气含量也几乎不会因此而损失。所以，将氮气运用到防火灭火的工具中在煤矿的生产过程中十分普遍，其中的灭火原理主要包括以下几个方面：
⑴氮气能够有效的防止爆炸的发生。处于低温环境下，氮气不会和其他可燃物产生化学反应，处于高温环境下，氮气的成分也不会因为温度而发生改变。因此，采空区加入氮气能够有效稀释空气中的其他气体，快速降低可燃性气体与氧气的浓度，伴随着采空区的日趋堕化，可燃性气体逐渐失去了发生爆炸的可能性，这就起到了防止爆炸发生的作用。⑵氮气能够及时彻底的扑灭火势。为了使堕化的区域扩展到复合采空区氧化带和邻边的采空区遗煤地带，可以将氮气注入邻边采空区遗煤带，降低火区的氧气含量，最终随着氧气的不断减少，火也逐渐熄灭。随着氮气注入量的逐渐增多，防火的功能会越来越突出，氧化带的区域面积也会不断的减小，这样就可以有效避免采空区氧化带发生自燃的情况。⑶氮气可以有效的对火区进行冷却降温。低温氮气只要与常温气体和高温气体接触，氮气就会吸走这些气体中大量的热量。所以，如果氮气的冷却作用强，还可以降低整个环境的整体温度。通常来说，氮气的温度越低，在与其他气体接触时释放的交换热量也越多。因此，氮气的温度越低，其降温的效果也就越好。随着科学技术的发展创新，注氮技术也得到了新的发展。随着相关技术的结合与经验的增加，与氮气相关的注氮设备、注氮技术和注氮工艺都越来越科学化和技术化。许多创新高效的设备逐渐应用到更多的工程项目中，如分离制氮设备、变压吸附制氮设备以及深冷空分制氮设备等等。
2.2注氮防灭火技术的工艺
使用先进的空纤维膜分离注氮技术，采用地面DM移动式膜分离制氮机，设备的主要技术指标包含：⑴额定的工作压力是2.3x107Pa，两台注氮装置，并且单位小时内的注氮能力为1000立方米。⑵6个124米长的封口器材，安装杆长36米。⑶4台电缆为300米长的真空启动设备，并且其电源为1440伏特，直径长度为0.05米。⑷氮气的氧气含量必须在3%以内，氮气自身的浓度必须大于97%。
注氮的位置以及钻孔的参数会严重影响氮气防灭火的功效，所以需要科学合理的设计钻孔方案以及确保工艺的高效，这样能够有效缩短防灭火的工期，保障其质量。根据相关施工技术，这次一共需要钻4个孔，每个孔的直径为0.094米，将钻孔的工作总共分成3组。其中，第一组是第1和第2个孔，孔的深度分别是78米和77米，钻孔的具体位置大约在运输大巷4#点前52.8米处。第二组是打第3个孔，深77米，钻孔方位大约在运输大巷4#点前27.7米。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第三组即第4个孔，深度80米，选择钻孔的位置是运输大巷3#点前46.2米处。
2.3钻孔施工注意事项
⑴钻孔工作实行之前，要确保钻孔场地附近10米处巷道顶板的完整，处理好钻孔场地和周围的片帮、顶板活石等存在的安全隐患，更好的保障钻孔施工的安全。⑵在钻孔工作作业之前，为了保障钻孔设备的稳固性，更加整齐的摆放方木，成功安置单体液压支柱和钻孔机器，需要在施工场地使用一定数量的方木搭建钻机基层。⑶工作人员在操作钻机人井之前，必须检查和维修钻机的各种部件，保障在使用钻机的过程中不会出现安全事故，同时需要全面检查钻杆的完整度，确保钻杆人井和钻机完好无损。同时施工队的电工需要将钻机液压泵连接上电源，按照《煤矿安全规程》的具体规则完成整个接电工作，避免羊尾巴、鸡爪子以及爆炸等安全事故的发生。完成接电工作后，电工需要全面检查钻机和开关等装置，杜绝钻孔过程中出现爆炸和漏电等危险事故。⑷作业前需要仔细全面的检查液压支柱的完好情况，绝不能使用存在漏液或者其他危险因素的液压支柱。为了竖直液压支柱，需要三个人共同协作配合，最终使用8根铁丝让顶板支护物和液压支柱牢牢捆绑在一起，确保液压支柱的稳固性不易受到其他因素的破坏，更阻止液压支柱因不稳固而倒下来砸伤人。⑸钻孔之前，需要在钻孔场地附近地区安置特定的电话设备，便于突发情况发生时，检查人员可以利用该电话通知处于危险中的人员，让他们迅速及时的逃离危险现场，还可以通过电话定时通报工作进度情况，利于在短时间内解决安全问题，保障工作人员的生命安全和设备的完整。⑹开钻前，施工地的检查人员必须对钻孔场地周围20米之内的区域进行仔细的检查，检测该区域内二氧化碳、瓦斯等有毒气体的浓度，当瓦斯的含量浓度高于1%时，必须停止开展开钻工作，这些有毒气体的浓度大小必须符合《煤矿安全规程》中的规定，这样才能开展相应的施工工作。⑺钻孔工作过程中，技术人员、施工队长、钻孔班长必须加强对施工的监管，钻机人员负责钻机的操作，检查人员负责保障施工地的安全，防止出现安全事故，保障施工工作的成功施行。工作过程中，一旦发生异常事故，必须及时将其汇报给领导或者班长，并且组织现场人员安全快速的撤离，及时处理好存在安全隐患的工作。
2.4注氮气注意事项
⑴制定措施方案、结束会审之后，将确定的措施传达给各个部门，如安检科、通风科、调度室，并且在传达的同时做好签收的工作，督促相关的工作人员认真学习相关措施。⑵通风队需要认真管理主斜井注液氮管路、钻孔与注氮专用管路接头处的相关事宜，并且保证接头处必须是安全的，还需要定期检查管路。⑶注入氮气时，通风部门需要将注氮前的工作汇报给矿调度室，其中包括注氮开始和结束的具体时间以及需要的注氮量。⑷在主斜井处分别安置一台CO传感器和氧气传感器，以便于时刻了解注氮后空气中的CO浓度和氧气浓度。
2.5注氮效果评价
即使在第一时间之内对封闭火区采取了适当的措施，并且在运输顺槽和回风顺槽处都安装了通压通风设备，可是注氮防灭火技术一样可以明显的改变氧气的浓度。随着注入氮气含量的逐渐增多，火区的氧气含量逐渐减少，最后氧气的含量从一开始的18.123%降到2.372%。同时，封闭火区内的一氧化碳的含量也在4d的段时间内降至0，这就为火区启封提供了有效的保障，而且还能进一步保障矿井的安全。除此之外，打孔后需要全面的检测温度，随着氮气注入量的增多，采空区的温度逐渐下降，因此可以看出氮气的冷却降温功能是极其高效的，这有效的避免了采空区发生煤炭自燃的情况。
结语
综上，氮气能够有效的防止爆炸的发生，能够及时彻底的扑灭火势，而且可以迅速冷却降温。在实际的煤矿生产过程中，需要与实际施工环境的条件相结合，以高质量的技术指标和要求为理论基础，科学的完成钻孔的工作，这样便可以最大程度的发挥钻孔注氮防灭火技术在灭火中的效益与作用，更好的保障工程施工的安全。
参考文献
[1]马友魁,周连春,王滨.钻孔注氮防灭火技术在老石旦煤矿的应用[J].中国矿山工程,2016,45(02):57-60+72.
论文作者:张渡军
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第9期
论文发表时间:2019/11/22
标签：氮气论文; 钻孔论文; 采空区论文; 钻机论文; 氧气论文; 技术论文; 矿井论文; 《中国西部科技》2019年第9期论文;