本發(fā)明涉及煤礦井下的防火方法，具體為一種沿空巷道掘進(jìn)期間相鄰采空區(qū)注氮防火方法。
背景技術(shù)：
煤炭自然發(fā)火是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程?，F(xiàn)有的防火技術(shù)包括有均壓防火技術(shù)、灌漿防滅火技術(shù)、阻化劑防滅火技術(shù)、惰化防滅火技術(shù)、膠體防滅火技術(shù)、泡沫防滅火技術(shù)等。這些防滅火技術(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)：一是消除或破壞煤自然發(fā)火基本條件中的供氧條件，降低煤自燃氧化的供氧量；二是吸熱降溫作用，延緩和徹底阻止煤自然發(fā)火的進(jìn)程。但是掘進(jìn)期間采空區(qū)自然發(fā)火的防治，由于現(xiàn)場條件限制一直缺乏更為有效的措施。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了解決掘進(jìn)期間采空區(qū)防火難的問題，提供了一種沿空巷道掘進(jìn)期間相鄰采空區(qū)注氮防火方法。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：沿空巷道掘進(jìn)期間相鄰采空區(qū)注氮防火方法，包括以下步驟，
（1）確定采空區(qū)注氮流量，可按采空區(qū)氧化帶氧濃度計(jì)算，或者按產(chǎn)量計(jì)算，
（2）確定注氮時(shí)機(jī)，以下條件滿足任意條件之一則開始注氮，
Ⅰ、采空區(qū)氣溫超過26℃或每天溫度上升1℃；
Ⅱ、采空區(qū)水溫度超過26℃；
Ⅲ、工作面局部地方出現(xiàn)發(fā)火預(yù)兆，如焦油或煤油味；
Ⅳ、工作面因故停產(chǎn)時(shí)間超過5d；
Ⅴ、工作面撤架時(shí)間超過15d；
Ⅵ、采空區(qū)CO含量超過40ppm或工作面上隅角CO含量連續(xù)3次超過30ppm；
（3）采用錯(cuò)步埋管法預(yù)埋注氮管路；在進(jìn)風(fēng)順槽側(cè)沿采空區(qū)埋設(shè)一趟注氮管路，管徑為108mm的無縫鋼管，當(dāng)埋入40m后開始注氮，第二趟管路與第一趟管路的埋設(shè)步距為40m，當(dāng)?shù)诙斯苈仿袢氩煽諈^(qū)40m時(shí)開始向采空區(qū)注氮，同時(shí)停止第一趟管路的注氮，并重新埋設(shè)該管路，與第二趟管路的埋設(shè)步距為40m，如此循環(huán)，直至工作面采完停止。
由混合氣體爆炸理論知，混合氣體中氧含量低于12%時(shí)就有減小爆炸的可能性，氧氣含量低于10%時(shí)混合氣體的爆炸危險(xiǎn)性顯著降低，氧氣含量控制在5%以下時(shí)幾乎能防止任何爆炸。從這一理論出發(fā)，向火區(qū)注入氮?dú)夂笫寡鹾拷档?，只要氧含量低?0%就能大大減少爆炸的可能性。氧含量降到7%以下，即可達(dá)到防火、滅火和抑制瓦斯爆炸的目的。
采空區(qū)漏風(fēng)是造成自然發(fā)火的主要原因之一。對(duì)于封閉或半封閉的采空區(qū)，注入氮?dú)夂笤黾恿丝臻g內(nèi)混合氣體的總量，能夠減少封閉區(qū)內(nèi)外的壓力差，從而起到減少封閉區(qū)外部向內(nèi)部漏風(fēng)的作用。
有內(nèi)因火災(zāi)的采空區(qū)，其溫度大于外界溫度。當(dāng)采用氮?dú)鉁缁饡r(shí)，氮?dú)獾臏囟染陀诨饏^(qū)的氣體溫度，加之氮?dú)庠谧⑷牖饏^(qū)后的流動(dòng)范圍大，對(duì)采空區(qū)有明顯的降溫作用。
若煤礦生產(chǎn)工作面采空區(qū)氧化帶內(nèi)的漏風(fēng)量不足以帶走煤氧化產(chǎn)生的熱量，則煤溫就逐漸升高，煤自熱。當(dāng)溫度達(dá)到煤的臨界溫度以上，氧化急聚加快，大量產(chǎn)生熱量，煤溫迅速升高，達(dá)到煤的著火溫度時(shí)便進(jìn)入自燃狀態(tài)。向工作面采空區(qū)氧化自燃危險(xiǎn)帶內(nèi)注入一定流量的氮?dú)?，降低該帶?nèi)的氧氣含量，破壞煤炭自燃的一個(gè)要素，使其氧含量降到煤自燃臨界值以下，達(dá)到防止煤自燃的目的。
當(dāng)煤礦井下發(fā)生火災(zāi)時(shí)，向火區(qū)內(nèi)注入一定流量（大于漏風(fēng)量)的氮?dú)?，使該區(qū)內(nèi)的氧含量由21%逐漸降低到7%以下，大火就逐漸自熄。
注氮時(shí)機(jī)選擇至關(guān)重要，過早連續(xù)注氮可能造成不必要的浪費(fèi)，增加注氮防火防爆的成本；過晚注氮可能造成工作面采空區(qū)發(fā)火，影響安全生產(chǎn)，失去注氮防火的意義。
本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明將注氮防火方法應(yīng)用到掘進(jìn)期間采空區(qū)的防火防治中，不但消除了瓦斯爆炸的危險(xiǎn)、減少了漏風(fēng)的作用、起到降溫作用，而且防止煤的自熱和自燃，還可以降低燃燒強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
沿空巷道掘進(jìn)期間相鄰采空區(qū)注氮防火方法，包括以下步驟，
（1）確定采空區(qū)注氮流量，可按采空區(qū)氧化帶氧濃度計(jì)算，或者按產(chǎn)量計(jì)算，
（2）確定注氮時(shí)機(jī)，以下條件滿足任意條件之一則開始注氮，
Ⅰ、采空區(qū)氣溫超過26℃或每天溫度上升1℃；
Ⅱ、采空區(qū)水溫度超過26℃；
Ⅲ、工作面局部地方出現(xiàn)發(fā)火預(yù)兆，如焦油或煤油味；
Ⅳ、工作面因故停產(chǎn)時(shí)間超過5d；
Ⅴ、工作面撤架時(shí)間超過15d；
Ⅵ、采空區(qū)CO含量超過40ppm或工作面上隅角CO含量連續(xù)3次超過30ppm；
（3）采用錯(cuò)步埋管法預(yù)埋注氮管路；在進(jìn)風(fēng)順槽側(cè)沿采空區(qū)埋設(shè)一趟注氮管路，管徑為108mm的無縫鋼管，當(dāng)埋入40m后開始注氮，第二趟管路與第一趟管路的埋設(shè)步距為40m，當(dāng)?shù)诙斯苈仿袢氩煽諈^(qū)40m時(shí)開始向采空區(qū)注氮，同時(shí)停止第一趟管路的注氮，并重新埋設(shè)該管路，與第二趟管路的埋設(shè)步距為40m，如此循環(huán)，直至工作面采完停止。
具體實(shí)施過程中，注氮釋放口應(yīng)高于煤層底板400～500mm，以90°彎管轉(zhuǎn)向采空區(qū)，與工作面保持平行，并用石塊或者木垛加以保護(hù)。注氮管路采用單管，管路的分岔處設(shè)置三通、截止閥、壓力表，檢查注氮過程的壓力損失
注氮流量為不間斷流量。注氮流量與采空區(qū)氧化帶的漏風(fēng)量成正比，只要減少采空區(qū)的漏風(fēng)，即能減小注氮流量，提高注氮效果，從而減少成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
注氮安全管理措施包括，注氮過程中，工作場所的氧氣濃度不得低于18.5%，否則應(yīng)立即停止作業(yè)撤出人員，同時(shí)降低注氮流量或停止注氮。每班注氮時(shí)注氮工都要檢查注氮管路中的壓力表數(shù)值是否滿足出口壓力，并隨時(shí)與地面制氮機(jī)房取得聯(lián)系，調(diào)整好壓力值以滿足注氮釋放口壓力值（不低于0.35MPa），做好記錄。要優(yōu)化工作面配風(fēng)量，以沖淡工作面有毒有害氣體和粉塵作為配風(fēng)的原則，同時(shí)要兼顧均壓。注氮時(shí)如主扇風(fēng)機(jī)停風(fēng)，注氮工應(yīng)停止注氮。合理設(shè)置監(jiān)測傳感器，加強(qiáng)對(duì)采空區(qū)中的O2、N2、CO濃度的監(jiān)測；同時(shí)由瓦斯檢查員隨時(shí)對(duì)工作面及其回風(fēng)順槽的O2、CO和CH4濃度進(jìn)行檢查，在距工作面10m處各設(shè)置一臺(tái)O2傳感器、CO傳感器、CH4傳感器、溫度傳感器以連續(xù)檢測其變化情況，保證工作面風(fēng)流中的氧氣濃度。發(fā)現(xiàn)工作面氧氣濃度降低，應(yīng)暫停注氮或減少注氮強(qiáng)度。注入氮?dú)獾臐舛炔坏玫陀?7%。注氮防滅火對(duì)抑制煤的自然氧化起到了重要的作用，注氮措施貫穿整個(gè)防滅火過程，因此必須保證注氮工程進(jìn)行的連續(xù)性。第一次向采空區(qū)注氮或停止注氮時(shí)，應(yīng)先排除注氮管路中的空氣，避免將空氣注入采空區(qū)。回采期間必須加強(qiáng)工作面及周邊的通風(fēng)設(shè)施的管理，合理布置通風(fēng)系統(tǒng)，保證該面通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。