1、馬漢鵬1,王德明1,何啟林2（1.中國礦業大學能源學院，江蘇徐州221008;2安徽理工大學資管 系，安徽淮南232001）摘要:介紹了徐莊煤礦7235綜放面開采中，采用埋管注氮方式向空區注氮，防止采空區遺煤 氧化自燃。在采空區預埋束管，測量在注氮與不注氮的情況下各測點氧氣濃度的變化情況以 及對采空區“三帶”寬度的影響，為確定合理的注氮工藝和提高注氮效果提供了科學的指導。 關鍵詞:埋管注氮;注氮效果;“三帶”寬度中圖分類號:TD75+2.2文獻標識號:B文章編號:1003-496X（2006）01-0011-031問題的提出上海能源股分有限公司徐莊煤礦7235工作面是該礦的第一個綜放工作面。本

2、工作面所采的 7煤層自然發火比較嚴重（發火期為36個月）。為了保證該工作面安全的回采,該工作面建立 了氮氣防滅火系統，在井下制取氮氣,采用埋管方式向采空區注氮，在向采空區注氮過程中，采 空區O2濃度是如何變化的，注氮后對采空區“三帶”有何影響等問題，一直困擾著礦里有關技 術部門和管理部門。只有搞清這些問題之后,才能確定合理的注氮時間;才能確 保采空區遺煤不自燃的情況下,選擇經濟合理的注氮工藝。2工作面概況7235綜放工作面煤層厚度變化較小，平均厚度為5.16 m,煤層傾角8.422.9，平均17.8，屬于 中硬12.5%,揮發份36%,煤塵具有強爆炸性,瓦斯含量低。工作面寬140 m，走向長1

3、 200 m , 采用上海能源股分有限公司自制的MGD-150NW型綜放采煤機割煤，工作面運輸使用 SGD-70/90W型輸送機,日進尺3.6 m,平均日產量2 800 t。3注氮管的布置方式與注氮工藝將制氮機放置在采區下部車場內，沿工作面進風巷,靠巷壁鋪設注氮干管，并固定在支柱上，每 隔20 m引出注氮支管，并在支管上安裝閘閥,以控制氮氣的注氮量。支管端部安設特制埋管器 與防阻銅網，以90彎管拐向采空區,與工作面平行。氮氣釋放口應高于底板。隨著工作面推 進，埋管逐漸進入采空區，當埋入采空區的第一個注氮口與工作面相距20 m時,打開第一閘閥 開始向采空區注氮。當注氮口與工作面相距40 m時,封

4、閉該注氮口，啟用下一個注氮口，整個 注氮過程中，注氮口是依次下延。注氮方式采用間斷式,每天注8 h,注氮量200m3/h。4采空區氣體取樣方法為了探索7235工作面采空區O2濃度隨工作面向前推進變化規律和注氮對其影響,在工作面 上、下順槽各布置3趟帶有強力保護套的束管,內徑為10 mm。為了防止束管被冒落的矸石 砸壞，外用25 mm鐵管保護，取樣頭外面套上50 mm和100 mm鐵管，兩層鐵管壁上打有30個小孔，用銅網將取樣頭的鐵管包裹起來以防碎煤進入，并通過90的彎頭和法蘭與沿采空區走向布置的鐵管聯接起來。為了防止抽氣時鐵管中的空氣漏入 束管中，在法蘭與鐵管的聯接處,塞入600 mm厚的黃泥

5、和50 mm厚的泡泥。以防止漏氣與阻 塞。束管在采空區的布置方式如圖1所示。第一個取樣點埋進20 m后，各取樣間距20 m,最長取樣距離180 m。在抽氣站用自行改制的 防爆抽氣泵抽取氣樣，每天由通風科派專人下井開啟抽氣泵,為了提高取樣精度，每次取樣前 應先預抽15min排除束管中的空氣,所取樣送上海能源股分有限公司通風實驗室進行氣相色 譜分析。1#6#-取樣頭位置;7-注氮管;、-抽氣站圖1采空區束管布置示意圖5測定結果的分析為了解采空區在注氮剛開始的一個星期內O2濃度變化與注氮工藝的關系，每天取樣4次進行 氣相分析,采空區6個取樣點O2濃度與注氮工藝的關系見表1。表1測點O2濃度隨時間的變

6、化表 %取樣時間1#點2#點3#點4#點5#點6#點16:00 11.6 7.2 5.5 4.3 6.5 12.820:00 12.8 7.9 5.9 7.2 8.8 15.524:00 14.8 10.5 6.7 8.1 11.3 17.14:00 19.7 11.6 7.3 9.8 13.9 19.9注:注氮時間8:10-16:10從表1知:3#、4#兩點漏風風速小，在采空區窒息帶內,02的濃度在不注氮過程中，上升的速度 較慢;2#、5#兩點在注氮時，其02的濃度降低到10%以下，注氮停止后，其02濃度上升到10% 以上的時間為8 h;1#、6#兩點，在注氮時對其氧的濃度有影響,02的濃度

7、降低，但在10%以上， 說明注氮對采空區氧的濃度影響是有一定的范圍的。為了提高注氮效果，在采空區的下隅角，用15m長的擋風布簾阻風,再測定6個取樣點02濃度 變化與注氮工藝的關系，結果見表2。表2采空區測點02濃度隨時間的變化表 %取樣時間1#點2#點3#點4#點5#點6#點16:00 8.9 4.2 3.1 3.7 4.5 9.820:00 9.8 5.7 4.9 5.1 6.8 11.5 24:00 12.6 7.8 5.8 6.2 7.9 14.74:00 15.7 8.3 6.3 7.0 8.6 16.8注:注氮時間8:10-16:10從表2知:采用了采空區的下隅角阻風措施后，測點的O

8、2的濃度明顯下降，采空區氧化帶的寬 度變窄，注氮效果明顯提高。通過對6個測點的綜合分析得出注氮與不注氮情況下O2濃度沿 采空區走向變化情況，見表3和圖2。表3 O2濃度沿采空區走向變化情況距離/m 0 20 40 60 80 100 120O2濃度/%（未注氮）19.8 19.2 15.2 13.3 11.5 9.5 6.8O2濃度/%（注氮）19.8 19.3 13.3 11.8 7.8 4.5 3.9圖2采空區氧的濃度沿走變化趨勢從表3知:注氮后采空區O2的濃度，沿走向O2的濃度下降的速度比未注氮情況下快,且影響較大的區域是距工作面距離80附勺采空區。6采空區濾流場解算假設采空區是二維流場，借助于孔隙介質流體力學的有關原理，以滲透定律為基本方程，將采空區視為連續孔隙介質，通過阻力測定確定出解算濾流場的已知條件。將采空區劃分成為若 干個邊長為10 m的等腰直角三角形單元，將直角邊、節點以及三角形單元按一定的順序編號利用計算機用有限元解算出各邊的比風速，再結合測點O2濃度作出采空區“三帶”寬度分布圖，如圖3所示。圖3徐莊礦7235綜放面采空區“三帶”分布7結論為了提高注氮效果，必須實測采空區