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[摘要]煤层自燃发火灾害是煤矿灾害之一，煤矿自燃发火的防治，是煤矿企业安全生产的主要任务之一，尤其是对开采急倾斜、厚煤层、火层岩侵入较严重的采空区自燃发火的防治，难度较大，处理不好经常给煤矿企业造成重大的损失，甚至人员伤亡。随着科技的发展，注氮技术的引入，通过对采空区氧化带注氮，有效的解决了采空区自燃发火问题。
[关键词]采空区 氧化带 预防自燃发火 注氮
中图分类号：TD752.2
一、概况
南票煤田位于辽宁葫芦岛市、锦州市境内，地层走向北250～600东，煤层倾角300～700之间，火层岩侵蚀严重，煤层自燃发火期为3～6个月，属Ⅱ类自燃。采煤方法：水力采煤，走向小阶段炮采。
南煤公司在南票矿区现有四个生产矿井：三家子矿（煤与瓦斯突出矿井），邱皮沟矿（瓦斯矿井），大窑沟矿（瓦斯矿井），小凌河矿（高瓦斯矿井），均为Ⅱ类自燃发火矿井。
二、事故教训
据不完全统计，南煤公司在1980～2012年，共发生自燃发火100多次，死伤70多人，冻结煤量50多万吨。见图1。
1981年5月23日，小凌河矿北四区-80～-50南翼，一氧化碳浓度3000PPm，封闭工作面，金属棚400架，冻结煤量1.5万吨；1997年8月20日，三家子矿-500东一区-405西翼4上山水采工作面，因自燃发火引起采空区瓦斯爆炸，死亡2人，伤7人；2003年4月13日，小凌河矿-500北三区-385阶段回风石门，因采空区自燃发火发生瓦斯爆炸，烧伤1人，后又发生循爆66次，冻结煤量3万吨。
事故教训是深刻的，大量数据表明，采空区自燃发火危害极大，不仅会造成财产的损失，还会造成人员的伤亡。然而采空区自燃发火防治困难，通常采取封闭、水淹、散阻化剂等措施，但这些措施施工难度较大、灭火速度慢、效果不理想，甚至给矿井的生产和接续等造成严重的影响。
三、注氮技术的应用
随着注氮技术的成熟，向采空区注氮成为最有效的防治采空区自燃发火的措施之一。
煤炭自燃有三要素：煤有自燃倾向性；有连续的供氧条件；热量易于积聚。当采空区氧化带内氧化产生热量时，煤温就会升高、放热，当氧化到一定程度时就会发生煤炭自燃。煤炭自燃的最基本条件是有充足的氧气，采取向采空区氧化带注入氮气，以降低采空区氧气的含量，就能达到破坏煤炭自燃的一个要素，防止煤炭发生自燃发火。
目前公司拥有2套地面（炭分子筛）永久注氮系统（制氮量为1000米3/h）；拥有5套井下移动式膜分离注氮机（制氮量为：4 00米3/h和500米3/h）。
公司自从2010年下半年建立注氮系统以来，未发生因自燃发火而封闭采掘工作面和冻结煤量的事故，自燃发火率也逐年下降，有效的控制了矿井自燃发火。
2011年11月14日小凌河矿-500北三区-430北翼掘进工作面突然涌出CO（一氧化碳），浓度为50ppm， 3天后， CO浓度上升到3000ppm，并且伴有C2H4（乙烯）氣体，浓度达50ppm。经检查该工作面温度23℃，巷道未发现高温火点，排除了该工作面发生自燃发火的可能，因为该采区从-300～-700均已开采过1次，现为水力复采，煤层透气性较好，初步判断为下部-700北二区采空区自燃发火引起CO超限， CO由-700北二区经煤层空隙串入-500北三区-430北翼掘进巷道，经查-700北二区各石门密闭内均含有CO和C2H4气体， -640石门闭内CO最大浓度为13000ppm， C2H4浓度为75ppm。當时立即停止了-500北三区-430掘进工作面作业，采取了注氮措施，利用永久注氮系统直接向-680和-640石门闭内注氮气，效果非常明显，CO迅速下降，11天后-500北三区-430北翼掘进工作面CO超限问题彻底消除。
四、注氮的方法
根据矿井具体条件，可采用埋管注氮、拖管注氮、钻孔注氮、插管注氮和密闭注氮等工艺。
1、埋管注氮
在工作面的进风侧沿采空区埋设一趟注氮管路。当埋入一定深度后开始注氮，同时又埋入第二趟注氮管路。当第二趟注氮管口埋入采空区氧化带与冷却带的交界部位时向采空区注氮，同时停止第一趟管路的注氮，并又重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。
2、钻孔注氮
在地面或井下，向采空区或火灾隐患的区域打钻孔（全套管）注氮。
3、插管注氮
巷道高冒区，可采用向火源直接插管的注氮方式进行注氮。
4、密闭注氮
利用密闭墙上预留的注氮管向火区或火灾隐患的区域实施注氮。
5、注氮地点
防灭火注氮地点应尽可能选择在进风侧或靠近火源。工作面采空区注氮防火的注氮管口应处于采空区氧化带内。
五、采取注氮措施的注意事项及采空区防治火的辅助措施
1、矿井应该形成注氮系统的管网，能做到随时发现火情，随时采取注氮措施。
2、每天有专人检查注氮系统的完好情况，防止设备的损坏及氮气泄漏，检查人员必须佩带氧气便携仪，随时检查注氮场所的氧气浓度。
3、根据对火情的预测情况，可选择连续或间断注氮，注入氮气浓度不得小于97%。
4、最好有连续监测采空区气体成份变化的监测系统。
5、根据地点和条件的不同，在注氮气的同时，也可以采取注水、注阻化剂等多种措施相结合的方法，加快灭火的进度。
6、确定煤层自燃发火的标志气体，建立自燃发火预测预报制度。
六、结论
采用注氮以来，有效遏制了采空区自燃形成，回采工作面出现自燃隐患时也能及时消除，氮气防灭火系统效果明显。
[关键词]采空区 氧化带 预防自燃发火 注氮
中图分类号：TD752.2
一、概况
南票煤田位于辽宁葫芦岛市、锦州市境内，地层走向北250～600东，煤层倾角300～700之间，火层岩侵蚀严重，煤层自燃发火期为3～6个月，属Ⅱ类自燃。采煤方法：水力采煤，走向小阶段炮采。
南煤公司在南票矿区现有四个生产矿井：三家子矿（煤与瓦斯突出矿井），邱皮沟矿（瓦斯矿井），大窑沟矿（瓦斯矿井），小凌河矿（高瓦斯矿井），均为Ⅱ类自燃发火矿井。
二、事故教训
据不完全统计，南煤公司在1980～2012年，共发生自燃发火100多次，死伤70多人，冻结煤量50多万吨。见图1。
1981年5月23日，小凌河矿北四区-80～-50南翼，一氧化碳浓度3000PPm，封闭工作面，金属棚400架，冻结煤量1.5万吨；1997年8月20日，三家子矿-500东一区-405西翼4上山水采工作面，因自燃发火引起采空区瓦斯爆炸，死亡2人，伤7人；2003年4月13日，小凌河矿-500北三区-385阶段回风石门，因采空区自燃发火发生瓦斯爆炸，烧伤1人，后又发生循爆66次，冻结煤量3万吨。
事故教训是深刻的，大量数据表明，采空区自燃发火危害极大，不仅会造成财产的损失，还会造成人员的伤亡。然而采空区自燃发火防治困难，通常采取封闭、水淹、散阻化剂等措施，但这些措施施工难度较大、灭火速度慢、效果不理想，甚至给矿井的生产和接续等造成严重的影响。
三、注氮技术的应用
随着注氮技术的成熟，向采空区注氮成为最有效的防治采空区自燃发火的措施之一。
煤炭自燃有三要素：煤有自燃倾向性；有连续的供氧条件；热量易于积聚。当采空区氧化带内氧化产生热量时，煤温就会升高、放热，当氧化到一定程度时就会发生煤炭自燃。煤炭自燃的最基本条件是有充足的氧气，采取向采空区氧化带注入氮气，以降低采空区氧气的含量，就能达到破坏煤炭自燃的一个要素，防止煤炭发生自燃发火。
目前公司拥有2套地面（炭分子筛）永久注氮系统（制氮量为1000米3/h）；拥有5套井下移动式膜分离注氮机（制氮量为：4 00米3/h和500米3/h）。
公司自从2010年下半年建立注氮系统以来，未发生因自燃发火而封闭采掘工作面和冻结煤量的事故，自燃发火率也逐年下降，有效的控制了矿井自燃发火。
2011年11月14日小凌河矿-500北三区-430北翼掘进工作面突然涌出CO（一氧化碳），浓度为50ppm， 3天后， CO浓度上升到3000ppm，并且伴有C2H4（乙烯）氣体，浓度达50ppm。经检查该工作面温度23℃，巷道未发现高温火点，排除了该工作面发生自燃发火的可能，因为该采区从-300～-700均已开采过1次，现为水力复采，煤层透气性较好，初步判断为下部-700北二区采空区自燃发火引起CO超限， CO由-700北二区经煤层空隙串入-500北三区-430北翼掘进巷道，经查-700北二区各石门密闭内均含有CO和C2H4气体， -640石门闭内CO最大浓度为13000ppm， C2H4浓度为75ppm。當时立即停止了-500北三区-430掘进工作面作业，采取了注氮措施，利用永久注氮系统直接向-680和-640石门闭内注氮气，效果非常明显，CO迅速下降，11天后-500北三区-430北翼掘进工作面CO超限问题彻底消除。
四、注氮的方法
根据矿井具体条件，可采用埋管注氮、拖管注氮、钻孔注氮、插管注氮和密闭注氮等工艺。
1、埋管注氮
在工作面的进风侧沿采空区埋设一趟注氮管路。当埋入一定深度后开始注氮，同时又埋入第二趟注氮管路。当第二趟注氮管口埋入采空区氧化带与冷却带的交界部位时向采空区注氮，同时停止第一趟管路的注氮，并又重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。
2、钻孔注氮
在地面或井下，向采空区或火灾隐患的区域打钻孔（全套管）注氮。
3、插管注氮
巷道高冒区，可采用向火源直接插管的注氮方式进行注氮。
4、密闭注氮
利用密闭墙上预留的注氮管向火区或火灾隐患的区域实施注氮。
5、注氮地点
防灭火注氮地点应尽可能选择在进风侧或靠近火源。工作面采空区注氮防火的注氮管口应处于采空区氧化带内。
五、采取注氮措施的注意事项及采空区防治火的辅助措施
1、矿井应该形成注氮系统的管网，能做到随时发现火情，随时采取注氮措施。
2、每天有专人检查注氮系统的完好情况，防止设备的损坏及氮气泄漏，检查人员必须佩带氧气便携仪，随时检查注氮场所的氧气浓度。
3、根据对火情的预测情况，可选择连续或间断注氮，注入氮气浓度不得小于97%。
4、最好有连续监测采空区气体成份变化的监测系统。
5、根据地点和条件的不同，在注氮气的同时，也可以采取注水、注阻化剂等多种措施相结合的方法，加快灭火的进度。
6、确定煤层自燃发火的标志气体，建立自燃发火预测预报制度。
六、结论
采用注氮以来，有效遏制了采空区自燃形成，回采工作面出现自燃隐患时也能及时消除，氮气防灭火系统效果明显。