葛亭煤矿交流文稿

1、应用氮气置换法治 理采空区有害气体 淄博矿业集团公司葛亭煤矿淄博矿业集团公司葛亭煤矿 通防管理经验交流通防管理经验交流 各位领导，大家好！各位领导，大家好！ n 淄矿集团葛亭煤矿是2001年1月10日建成投 产。矿井设计生产能力60万t/a，核定生产能力为 120万t/a。矿井主采煤层为3层煤，开采工艺为综 采放顶煤。3层煤干煤吸氧量为0.62ml/g，最短发 火期34天，为自燃煤层；煤尘爆炸指数40.87%， 具有强爆炸性。矿井虽然是低瓦斯矿井，但由于 受开采条件和断层等赋存条件的影响，呈块段不 均衡缓慢涌出，存在瓦斯异常现象，个别块段瓦 斯含量较高。随着矿井开采的不断扩展和延伸， 采空区面

2、积越来越大，这些采空区积存着大量的 瓦斯和其他有害气体，例如2311、2305采空区都 积存着大量的瓦斯，瓦斯浓度在10-30%。 n 由于煤柱小、裂隙多，对相邻的工作面造成 极大的安全隐患。因此，对采空区的瓦斯治理是 我矿瓦斯防治的重点工作。但是采空区同时存在 着自然发火的危险，给我们的治理工作带来了极 大的难度。通过研究分析，我们与抚顺煤科分院 合作研究，提出了“氮气置换法治理采空区有害 气体”技术。即利用现有的DM-400型井下移动式 膜分离注氮系统和ZWY-12/22型井下移动瓦斯抽 放系统，对2311采空区进行注氮置换抽放采空区 瓦斯。下面将主要技术和做法汇报如下： 一一 总体技术方

3、案总体技术方案 n 1.进行采空区有害气体的观测，研究采空区有害气体 成分、变化规律及影响因素，为评估采空区的安全状况， 制定与实施气体置换方案提供依据。 n 2.实施采空区漏风的检测与漏风通道的封堵措施，为 采空区有害气体的治理提供可靠保障。 n 3.进行采空区煤的氧化与惰化模拟试验，研究煤的低 温氧化规律，CO的来源及变化规律，采空区的最低氧浓 度值等多项内容，为预防和控制煤炭的自燃，为氮气置换 法治理采空区有害气体提供准确的基础参数。 n 4.进行煤升温氧化热力学特性试验以及自然发火标志 气体的研究，为煤炭自然发火的预测预报提供基础参数。 n 5.本着安全可靠、先进实用的原则，制定采空区

4、自燃 火灾的应急措施。 n 6.进行采空区氮气置换工艺研究，综合运用采空区瓦 斯抽放技术、注氮惰化技术以及监测监控技术，制定并实 施气体置换方案，实现同时治理采空区瓦斯灾害与煤炭自 燃灾害的目标。 二二 技术原理技术原理 n n 当实施采空区瓦斯抽放时，抽放负压破坏了 瓦斯的游离状态与吸附状态的动态平衡，使一部 分吸附状态的瓦斯按一定的衰减速度不断地解吸， 当抽放到一定程度后，将有外部气体进入采空区， 来补充采空区被抽走的那部分瓦斯。因此瓦斯抽 放将造成采空区漏风量增加，其值等于抽放量减 去解吸量。如果需要补充的这部分气体用注入的 氮气来代替，那么，将能阻止新鲜风流向采空区 涌入，保持采空区内

5、的惰化状态，防止煤炭自然 发火。 三三 采空区气体置换的基本原则采空区气体置换的基本原则 n 现场实践表明，采空区气体置换技术需要研究解决的 关键问题，不仅仅是采空区瓦斯抽放和注氮的问题，更重 要的是采空区状况的适时观测、有害气体的来源与影响因 素的研究、采空区漏风的检测与封堵措施、气体置换过程 中气体成分的测控、自然发火的防治以及各种相关技术的 综合运用等问题。因此，对2311采空区实施气体置换时， 本着“先注后抽，边抽边注，控制抽量，监测监控”的原 则进行，即向采空区先注入一定量的氮气再进行抽放瓦斯， 抽放的同时连续向采空区注氮。为防止向采空区漏风，保 障氮气惰化带平稳向采空区深部推移，要

6、控制抽放量，原 则上注入氮气量大于瓦斯抽放量的1.1倍。为保障置换过程 的安全，在方案实施过程中，应采取周密的监测监控措施。 四四 采空区注氮工艺与技术要求采空区注氮工艺与技术要求 n 注氮装置选用DM-400膜分离制氮机，最大注氮量为 400m3/h。注氮机安设在2307施工道硐室内，采用封闭式 持续性注氮方法。采空区注氮的技术要求是： n 1.建立注氮设备的操作规程，工作岗位责任制和注氮 防灭火管理暂行规定等规章制度。 n 2.在注氮过程中，工作场所的氧浓度不得低18.5%。 n 3.注氮量的多少，应根据采空区中的气体成分来确定， 以采空区中的氧浓度不大于5%作为确定的标准。如果采 空区中

7、的CO浓度较高（100ppm），或出现高温、异味 等自燃征兆，都应加大注氮强度。 n 4.合理设置监测传感器，加强对采空区中O2、N2和 CO的监测；同时，由瓦斯检查员随时对密闭外的O2、 CO和CH4浓度进行检测。 n 5.注入氮气的纯度不得低于97%。 五五 采空区瓦斯抽放采空区瓦斯抽放 n 瓦斯抽放泵选用ZWY-12/22型移动式瓦斯抽放泵 站,其最大抽放量为12 m3/min，抽放泵为水环式真空 泵。瓦斯抽放管材选用钢丝网聚乙烯瓦斯抽放管路。 n 根据采空区注氮量，瓦斯抽放采用间断式，由 于瓦斯抽放小时量大于注氮小时量，故先注氮，后抽 放，抽放达到或接近注氮量时，停止抽放，等待一段 时

8、间后，再进行抽放。抽放前要将抽放钻孔积水放净， 抽放结束时，将阀门关闭，打开抽放管进气阀将管内 瓦斯排出。 六六 气体置换过程中的监测与监控气体置换过程中的监测与监控 n 在进行采空区气体置换时，有效的监测数据 是工作的基础参数，我们主要利用KSS200矿 井安全束管监测系统进行气样分析，利用管道高 浓度甲烷传感器、负压传感器、温度传感器、CO 传感器、涡街流量传感器、氧气传感器等六位一 体传感器与地面KJ76N监测系统联网监测注氮抽 放瓦斯过程中各种气体变化情况，发现异常及时 采取措施进行处理。 七七 采空区气体置换方案的实施采空区气体置换方案的实施 在2313工作面轨道顺槽内向2311工作

9、面切眼上 方打抽放钻孔，采用采空区高位钻孔抽放瓦斯的 方法，实施瓦斯抽放。抽放钻孔打在采空区最高 点的顶板裂隙带内，布置3个钻孔。抽放管路全长 1200m。在进行采空区瓦斯抽放时，要坚持“低 负压、大流量”的原则，并控制抽放量不大于注 氮量。2311采空区气体置换抽放瓦斯钻孔、管路 及注氮管路布置如下图。 1# 2# 3# 瓦斯抽放钻孔 裂隙带 冒落拱 2311采空区 钻场 7 瓦斯抽放管路 2311皮带顺槽 15 2311轨道顺槽 230西翼采区轨道下山 230西翼采区回风下山 2311采空区 瓦斯抽放泵 过滤网 放水阀 注氮机 截止阀 注氮管路 瓦斯抽放管路 停采线 NH N2 4 1#

10、2# 3# 2313轨道顺槽 序号 1 5 6 3 4 2 图 例 截止阀 放水阀门 注氮管路 永久密闭 过滤网 说 明 临时风门 2311采空区后期气体置换抽放瓦斯管路及注氮管路布置图 在抽放采空区瓦斯的过程中，要经常掌握采空区 内气体成分和温度等的变化。根据煤的低温氧化模 拟试验结果，煤在低温供氧的条件下，就可以氧化 并产生较高浓度CO。在封闭空间内，煤样的氧化试 验还表明，随着时间的延长，CO浓度不断增加，直 到封闭空间内的氧气基本耗尽为止（O2浓度达到 2.0%）。因此采空区必然存在较高浓度的CO。在实 施抽放过程中，应根据CO浓度的不断升高、采空区 温度的升高以及C2H4等标志性气体

11、进行综合分析。 采空区气体成分控制指标采空区气体成分控制指标 采空区中气体组分 调控限定值（%） CH4以不影响瓦斯泵入口的浓度规定为准 CO 0.01 O25 C2H40 C O210 温度 40（） 在进行“氮气置换法治理采空区有害气体”的研究和实 施过程中，围绕项目的总体目标，我们开展了采空区有害气 体的观测与分析、采空区煤的氧化与惰化模拟试验、采空区 气体波动原因的研究、采空区漏风检测技术与堵漏风措施、 氮气置换法治理采空区有害气体的系统装备与工艺、安全监 控以及采空区自然发火应急措施等多项研究。 上述各项措施的综合运用，是氮气置换法抽放采空区瓦 斯取得成功关键。运用这些技术，我们对2311采空区的有 害气体进行了有效治理，减少了采空区瓦斯积存，采空区瓦 斯浓度已经由原来的16%下降到10%左右。2303工作面相 邻的2305采空区内瓦斯浓度达到7%左右，2301采空区内存 有大量积水，严重威胁2303工作面的生产，通过对2305采 空区实施注氮置换瓦斯抽放、2301采空区注氮置换放水， 顺利实现了2303孤岛工作面的安全回采。 此项技术的推广应用，从根本上解决了采空区有 害气体对安全生产的威胁，确保了采空区和临面开 采的安全。同时保持了采空区的惰化状态，又有效 地防治了煤炭的氧化自燃，为采空区瓦斯与煤炭自 然发火灾害的共同治理，找到了一条科学有效的技 术途径。 八 总