氮?dú)庵脫Q法治理采空區(qū)有害氣體技術(shù)

張 杰

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)口泉煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

引 言

煤炭公司想要防止煤炭發(fā)生自燃時(shí)，應(yīng)該從采空區(qū)抽取有害氣體時(shí)采取一系列手段。及時(shí)向采空區(qū)添加氮?dú)?，防止空氣進(jìn)入采空區(qū)并引起自燃。這種通過(guò)氮?dú)庵脫Q處理采空區(qū)有害氣體的技術(shù)可以避免有害氣體對(duì)鄰近工作面的威脅；同時(shí)可以保持采空區(qū)的惰化指標(biāo)，最終解決了有害氣體治理的難題。

1 煤炭企業(yè)采空區(qū)有害氣體處理難點(diǎn)與途徑

1.1 治理采空區(qū)瓦斯的難點(diǎn)

目前，采空區(qū)的瓦斯治理是一個(gè)主要的難點(diǎn)，也是人類研究天然氣和煤炭防治的重點(diǎn)。我們提出了“采用硝酸鹽替代方法控制采空區(qū)有害氣體”的技術(shù)研究。一方面，它可以解決煤炭安全生產(chǎn)中面臨的一些問(wèn)題；另一方面是為了治理采空區(qū)有害氣體，進(jìn)而探究出一條更加有效的技術(shù)。

1.2 常規(guī)治理遇到的問(wèn)題

在采空區(qū)的常規(guī)氣體危害控制措施中，該礦采取了諸如安裝排氣扇和水射流風(fēng)扇，鉆孔預(yù)鉆孔以及返回空氣通道返回的措施。兩者都取得了良好的效果，但在礦山復(fù)雜的地質(zhì)條件下，工作面沿?cái)鄬硬贾?，采空中的煤柱較小，裂縫較多。

1.3 治理有害氣體的途徑探索

經(jīng)過(guò)科學(xué)分析，實(shí)施采空區(qū)瓦斯抽放是控制采空區(qū)高濃度瓦斯的有效途徑，但采空區(qū)瓦斯抽放會(huì)增加采區(qū)的漏氣量?？赡芤鸩煽諈^(qū)遺煤自燃。因此，如何管理采空區(qū)高濃度瓦斯，防止采空區(qū)殘煤自燃，為煤礦安全開(kāi)采提供可靠保障，是礦井安全可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。通過(guò)更換氮?dú)?，一方面可以消除采空區(qū)中有害氣體對(duì)相鄰工作面的安全威脅，另一方面保持采空區(qū)的惰化狀態(tài)。這可以防止煤的重新點(diǎn)火和點(diǎn)火，最終可以有效地解決自然點(diǎn)火控制采空區(qū)有害氣體的技術(shù)問(wèn)題［1］。

2 氮?dú)庵脫Q處理采空區(qū)有害氣體的研究

2.1 對(duì)采空區(qū)有害氣體的全面觀測(cè)

對(duì)采空區(qū)的有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為了更好的研究其有害氣體的組成成分，以及它的變化規(guī)律和影響的因素。通過(guò)這種方式，可以為評(píng)估采空區(qū)的安全狀態(tài)，為以后的相關(guān)氣體置換方案的開(kāi)發(fā)和實(shí)施提供正確的基礎(chǔ)資料。與此同時(shí)，也要積極研究討論采空區(qū)漏風(fēng)的解決辦法，為后續(xù)治理治理采空區(qū)的有害氣體打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 采空區(qū)煤的氧化和惰化模擬實(shí)驗(yàn)

對(duì)采空區(qū)進(jìn)行煤的氧化和惰化的模擬實(shí)驗(yàn)也是不容忽視的問(wèn)題。通過(guò)上述模擬試驗(yàn)，可以掌握煤的低溫氧化規(guī)律，CO的來(lái)源及其變化規(guī)律，采空區(qū)中最低氧的溶解度等?？梢苑乐购涂刂泼旱淖匀嫉南嚓P(guān)參數(shù)和通過(guò)氮置換方法替換有害氣體。同時(shí)，對(duì)煤的加熱和氧化熱力學(xué)進(jìn)行特性試驗(yàn)，并對(duì)自然點(diǎn)火標(biāo)志氣進(jìn)行相關(guān)研究，為預(yù)測(cè)殘余煤的自燃提供相應(yīng)的基本參數(shù)。

2.3 采空區(qū)氮?dú)庵脫Q工藝的研究

對(duì)于采空區(qū)置換工藝也需要進(jìn)行一系列的研究，不斷發(fā)掘新的采空區(qū)瓦斯的抽放技術(shù)和注氮技術(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等方法?？梢灾贫ǜ玫臍怏w置換方案和實(shí)施措施，最終可以更好的實(shí)現(xiàn)治理采空區(qū)瓦斯與遺煤自燃災(zāi)害雙贏的目標(biāo)。

2.4 解決措施的制定

我們需要考慮安全原則和先進(jìn)適用的方法，制定相應(yīng)的采空區(qū)火災(zāi)事故應(yīng)急措施。根據(jù)科學(xué)的觀念，確立“采用硝酸鹽替代方法控制采空區(qū)有害氣體”的技術(shù)實(shí)施方案。

3 氮?dú)庵脫Q法治理采空區(qū)有害氣體技術(shù)操作的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 學(xué)用氮?dú)庵脫Q法，防止新鮮空氣的進(jìn)入

當(dāng)氣體從采空區(qū)抽出時(shí)，泵送的負(fù)壓將在一定程度上破壞自由狀態(tài)和氣體吸附狀態(tài)的動(dòng)態(tài)平衡。因此，一部分吸附態(tài)氣體將根據(jù)一定的衰減速度引入和解吸。當(dāng)泵送到一定程度時(shí)，外部氣體將進(jìn)入采空區(qū)以補(bǔ)充采空區(qū)從采空區(qū)抽出的氣體，最終導(dǎo)致采空區(qū)的空氣泄漏源增加。因此，我們需要使用氮?dú)鈦?lái)防止所有外來(lái)氣體進(jìn)入采空區(qū)并始終保持采空區(qū)的惰性狀態(tài)。

3.2 遵守“先注后抽，控制抽量”的原則

針對(duì)采空區(qū)的氣體置換，實(shí)施過(guò)程中必須遵守“先放，然后抽水，同時(shí)抽水和控制抽量，實(shí)時(shí)監(jiān)控”的原則。這確保氮?dú)舛杌瘏^(qū)平穩(wěn)地深入采空區(qū)。最重要的是有必要向采空區(qū)注入一定量的氮?dú)?，并在注入氮?dú)獾耐瑫r(shí)提取氣體。主要的原理是注入的氮?dú)馐浅樽叩耐咚沟囊槐抖唷Ｍ瑫r(shí)，在相應(yīng)的注入和提取過(guò)程中，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并采樣和測(cè)量采空區(qū)的氣體組成和溫度。最后推斷出具有相應(yīng)的泵送條件和判斷泵送時(shí)間是否安全可靠。應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)一是首次系統(tǒng)地提出并實(shí)施了“氣體替代氣體排放控制有害氣體”，該方案提出了氣體置換的基本原理，系統(tǒng)設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì)，氣體置換的工藝流程和控制參數(shù)，以及采空區(qū)的檢查和效果檢測(cè)方案。采空區(qū)的氣體濃度C1和抽水時(shí)間T必須符合式（1）關(guān)系。

式中，C1為抽放1h后的采空區(qū)瓦斯?jié)舛?；C0為抽放前采空區(qū)瓦斯?jié)舛?；T為抽放時(shí)間，h；Q為采空區(qū)瓦斯抽放流量，m3／h；V 為采空區(qū)體積，m3［2］。

3.3 選擇合適的抽注位置

在我們進(jìn)行氣體更換之前必須選擇合理的泵送位置。需要進(jìn)行全面的觀測(cè)研究確定在什么工作面上進(jìn)行抽放鉆孔。然后，通過(guò)采空區(qū)的高位鉆孔泵送和排出氣體的方法進(jìn)行泵送。在采空洞承載采空區(qū)最高點(diǎn)的屋頂裂縫區(qū)，根據(jù)實(shí)際采空區(qū)布置相應(yīng)的孔。在進(jìn)行瓦斯的抽放時(shí)，我們必須堅(jiān)持“低負(fù)壓，大流量”，同時(shí)必須控制泵送的氣體量不超過(guò)注入的氮?dú)饬俊?/p>

4 強(qiáng)化氮?dú)庵脫Q法治理的監(jiān)督工作

相應(yīng)的礦井在進(jìn)行“采空區(qū)有害氣體硝酸鹽替代技術(shù)”的研究和整個(gè)實(shí)施的過(guò)程中，它的責(zé)任都是層層劃分，可以落實(shí)到每一個(gè)班組以及個(gè)人，確保這項(xiàng)技術(shù)在真正實(shí)施的時(shí)候得到相應(yīng)的保障?？梢酝ㄟ^(guò)以下方式通過(guò)氮?dú)庵脫Q，有效實(shí)施采空區(qū)有害氣體技術(shù)［3］。

1）可以形成有序的瓦斯抽放預(yù)警系統(tǒng)，嚴(yán)格控制瓦斯抽放的全過(guò)程。每天報(bào)告注入采空區(qū)的氮?dú)饬?，泵送的氣體量以及采空區(qū)中氣體的總體變化狀態(tài)。最后得到礦長(zhǎng)和總工程師的簽字認(rèn)可。

2）可以建立責(zé)任分析的制度，把責(zé)任進(jìn)行嚴(yán)格的落實(shí)，保證氮?dú)庾⑷牒统榉磐咚沟陌踩驼５倪\(yùn)行。

3）可以實(shí)行瓦斯抽放確認(rèn)制，這樣一來(lái)可以實(shí)施細(xì)節(jié)上的有效控制，相應(yīng)的班組就會(huì)在抽放瓦斯之前對(duì)相應(yīng)的設(shè)備以及管路進(jìn)行全面的檢查和核對(duì)，清楚地監(jiān)測(cè)采空區(qū)中的氣體和氧氣含量等有害氣體，從而可以更準(zhǔn)確地計(jì)算注入的氮?dú)饬考捌浔盟蜁r(shí)間。

4）可以進(jìn)一步改進(jìn)評(píng)估系統(tǒng)，并制定監(jiān)測(cè)和評(píng)估氮?dú)夂蜌怏w注入的規(guī)定?！安煽諈^(qū)有害氣體硝酸鹽替代技術(shù)”的有效運(yùn)用。

5 氮?dú)庵脫Q法治理采空區(qū)有害氣體的最終成效

通過(guò)采用氮?dú)庵脫Q法控制采空區(qū)的有害氣體技術(shù)，可以全面觀察采空區(qū)的瓦斯發(fā)生狀況。采用處理采空區(qū)有害氣體的系統(tǒng)設(shè)備，以及過(guò)程和安全監(jiān)測(cè)技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，可以極大地解決采空區(qū)自燃的危險(xiǎn)，并且可以消除采空區(qū)中的氣體積聚。確保了在煤的相鄰側(cè)采礦的安全性。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，任何事物的提升，都不會(huì)是單方面的努力?！安煽諈^(qū)有害氣體硝酸鹽替代技術(shù)”，針對(duì)瓦斯的抽放以及氮?dú)獾撵`活注入。有效的對(duì)因?yàn)槊禾孔匀欢l(fā)的火災(zāi)進(jìn)行了治理。同時(shí)，該技術(shù)為相關(guān)煤炭企業(yè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，減少了煤炭的自燃，從根本上解決了采空區(qū)有害氣體對(duì)安全生產(chǎn)的威脅，提供了一條比較合理科學(xué)的解決途徑。同時(shí)，大大提高了煤炭資源的回收率，延長(zhǎng)了礦山的使用壽命，為礦山的安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。