氮气防灭火技术在采空区自燃治理中的应用*

梁志明

(内蒙古同煤鄂尔多斯矿业投资有限公司)

1 火区概况

(1)煤层特征。煤层顶底板主要为粉砂岩，煤质为特低灰、特低硫等。煤层瓦斯含量为0.01～0.05 mL/g，属于低瓦斯矿井，但随着开采的进行，瓦斯含量不断增加。该煤层着火点为294℃，具有自燃性。

(2)采空区特点。由于工作面初采期间回采率低，采空区含有较多的浮煤;工作面推进一段距离后，采空区侧并未压实，存在漏风现象。

(3)采空区粒度及空隙率分布。煤体粒度和空隙率主要受矿压、地质构造等因素的影响，经测量，采空区粒度及空隙率详见表1。

表1 采空区粒度及空隙率

2 氮气防灭火原理

2.1 氮气特性

煤的燃烧属于氧化过程，是在氧气充足的环境下进行的，若空气中的氧气达不到煤燃烧所需要的浓度，则煤不会出现燃烧现象［1］。因此，可通过向空区中注入惰性气体，降低空气中氧气浓度，可实现防灭火的目的［2］。

煤矿防灭火最常用的惰性气体为氮气［3］，氮气具有以下几种特点:①无色无味，无毒无腐蚀;②不易自燃;③稳定性好(尤其是在震动、热和电火花作用下);④氮气制作简单，经济成本低;⑤基本上不会对环境造成污染［4］。

2.2 采空区三带划分

根据煤的自燃情况，采空区可划分为三带［5］(图1):①不自燃带;②自燃带;③窒熄带。这三带的宽度主要由以下因素决定:①冒落岩石的压实程度;②工作面长度;③工作面两端的风压差;④工作面的推进速度。若工作面的浮煤进入窒息带时间较长，且超过煤的自燃发火期，则极易出现自燃现象。将氮气通过一定的方式送到该区域，以排出该区域的气体，使其处于一种低氧或无氧环境。……