黃永軍

（內(nèi)蒙古珠江投資有限公司青春塔煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010308）

煤礦資源作為一種重要的能源資源，其在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用，但是，煤礦開(kāi)采常常面臨著復(fù)雜的開(kāi)采條件，嚴(yán)重影響了煤礦的安全生產(chǎn)。在煤礦開(kāi)采中，火災(zāi)事故頻發(fā)，傳統(tǒng)的防滅火技術(shù)主要是通過(guò)灌漿、凝膠與泡沫等手段，雖然可以起到一定的防滅火作用，但是存在技術(shù)的局限性，比如火區(qū)環(huán)境的污染、防火范圍的有限性等。而液氮防滅火技術(shù)是當(dāng)前煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的技術(shù)，其具有安全性與可靠性、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，可以取得理想的防滅火效果。

1 煤礦中液氮防滅火技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，使得生產(chǎn)生活中對(duì)于煤炭資源的需求逐年增加，各個(gè)煤礦企業(yè)逐步加大了煤礦開(kāi)采的力度與強(qiáng)度。但是，煤礦開(kāi)采過(guò)程中，火災(zāi)事故頻發(fā)，成為阻礙煤礦企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的重要因素。隨著煤礦開(kāi)采深度的加大，煤礦開(kāi)采所面臨的環(huán)境越發(fā)具有復(fù)雜性與多變性，火災(zāi)控制、防滅火越發(fā)具有一定的難度與技術(shù)性要求。在一些煤礦企業(yè)，逐步應(yīng)用了液氮防滅火技術(shù)，此種技術(shù)在煤礦防滅火中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)良好的防滅火效果，有效維持了煤礦企業(yè)正常的開(kāi)采活動(dòng)，有利于煤礦的安全生產(chǎn)，推動(dòng)了整個(gè)煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 煤礦液氮防滅火技術(shù)

2.1 液氮防滅火技術(shù)應(yīng)用的原則

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，液氮防滅火技術(shù)需要遵循以下原則：如果火區(qū)與礦井口的距離相對(duì)較近，此時(shí)，在液氮的輸送過(guò)程中，往往要采用管路輸送的方式，但是在輸送過(guò)程中要保障管路具有良好的抗低溫能力；如果火區(qū)與礦井口的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，在輸送過(guò)程中采用礦車型小貯罐運(yùn)輸?shù)姆绞剑蝗绻鹪磁c地表的埋藏相對(duì)較淺，直接在地表打鉆孔來(lái)保障液氮的注入即可。

2.2 制取氮?dú)?/h3>

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)用液氮防滅火技術(shù)時(shí)，其最為關(guān)鍵的是氮?dú)獾闹迫?，礦井開(kāi)采建設(shè)過(guò)程中所用到的氮?dú)猓渥顬橹苯拥墨@取途徑是空氣中氣體成分分離以后所獲得的，因此，為保障良好的防滅火效果，煤礦企業(yè)需要根據(jù)自身的實(shí)際情況，選擇最為合適的制氮設(shè)備。當(dāng)前，制氮設(shè)備主要包含了地面固定式、地面移動(dòng)式、井下移動(dòng)式等。但是，變壓吸附與膜分離制氮設(shè)備是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備，在未來(lái)將具有廣闊的市場(chǎng)前景。

3 液氮防滅火技術(shù)的類型

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，由于不同的礦井環(huán)境存在著灌注環(huán)境等的差異，其液氮防滅火技術(shù)主要包含了三種。

3.1 開(kāi)放式灌注液氮

開(kāi)放式灌注液氮在應(yīng)用的過(guò)程中，主要在向采空區(qū)灌注液氮時(shí)遵循從工作面后方灌注的方式。應(yīng)用此種灌注方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采空區(qū)氧氣濃度的科學(xué)控制，使得采空區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度可以處于10%的安全范圍以內(nèi)。此外，在應(yīng)用此種灌注方式時(shí)，由于會(huì)出現(xiàn)部分的回流液氮，所以有關(guān)人員還需要盡量實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面氧氣濃度的控制，避免回流液氮對(duì)其造成的不利影響。因此，氧氣濃度的控制是開(kāi)放式液氮灌注的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。

3.2 封閉式灌注液氮

封閉式灌注液氮主要是在封閉區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的，該種灌注方式在當(dāng)前的煤礦防滅火中應(yīng)用極為廣泛，可以取得良好的防火、滅火效果。與開(kāi)放式相比，封閉式灌注中所消耗的液氮量更小。在應(yīng)用封閉式灌注液氮時(shí)，其液氮運(yùn)輸多以貯液槽車為主，當(dāng)液氮運(yùn)輸至火區(qū)周圍時(shí)，利用管路來(lái)實(shí)現(xiàn)注氮管與槽車良好的連接，為保證其連接效果，一般在連接中所使用的管路材料為金屬軟管，并要保障其管路長(zhǎng)度超過(guò)50m。當(dāng)連接結(jié)束以后，打開(kāi)閘閥，在槽車耐壓力順風(fēng)向的作用下，可以直接將液氮注入火區(qū)，進(jìn)而能夠起到良好的防火與滅火效果。通常情況下，灌注液氮的過(guò)程中，也可以利用均壓氣室等措施，能夠?qū)崿F(xiàn)更為理想的防滅火效果。

3.3 目標(biāo)式灌注液氮

目標(biāo)式灌注液氮的方式主要是將液氮直接注入火源點(diǎn)附近，這種注入方式在一定程度上是一種源頭上的防滅火措施，能夠科學(xué)進(jìn)行火源點(diǎn)氧氣含量、溫度等的控制。

在液氮防滅火技術(shù)下，液氮灌注形態(tài)有時(shí)也存在著一定的差異性，根據(jù)這種差異，液氮防滅火技術(shù)主要包含了直注式與汽化式兩種。前者是指在火區(qū)直接進(jìn)行液氮的注入，當(dāng)將一定量的液氮注入火區(qū)以后，其本身會(huì)使得火區(qū)出現(xiàn)在蒸發(fā)吸熱的現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)火區(qū)起到了良好的降溫、冷卻作用，具有明顯的防滅火效果。而后者主要是在液氮注入火區(qū)之前，首先將液氮加以必要的汽化處理，使之成為低溫氮?dú)庖院笤賹⑵渥⑷牖饏^(qū)，與直注式相比，其降溫效果并不明顯，但是由于其氮?dú)獾妮斔椭饕怯晒苈穪?lái)完成的，其操作相對(duì)簡(jiǎn)單。

此外，在液氮防滅火技術(shù)下，可控溫式液氮防滅火技術(shù)的應(yīng)用也較為普遍。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，礦井中存在的各種管路，比如灌漿管路、瓦斯抽采管路、防塵管路等，這些管路都與工作面直接相連接，這就使得在液氮防滅火技術(shù)下，可以直接應(yīng)用這些已有的管路來(lái)實(shí)現(xiàn)液氮的輸送與灌注等。但是，由于在灌注過(guò)程中，必須保證其灌注作業(yè)的連續(xù)性，因此為實(shí)現(xiàn)良好的防滅火效果，對(duì)于管路性能、質(zhì)量等有著極高的要求。如果這些管路為普通管路，其在液氮的輸送過(guò)程中易出現(xiàn)冷縮、冷裂等，進(jìn)而使得工作面支架也會(huì)受其應(yīng)用，出現(xiàn)凍壞等現(xiàn)象。而如果液氮溫度可以與常態(tài)氮?dú)獾臏囟缺３忠恢?，液氮防滅火技術(shù)應(yīng)用的效果就會(huì)大大降低，而可控溫式液氮防滅火可以在技術(shù)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)液氮溫度的控制，有效保障了防滅火工作的順利開(kāi)展。

4 煤礦液氮防滅火技術(shù)要點(diǎn)

4.1 注氮工藝參數(shù)選擇

在煤礦防滅火技術(shù)下，其一般多采用埋管操作方式，這種方式能夠達(dá)到理想的防滅火效果。具體的實(shí)施過(guò)程中，要將注氮管埋設(shè)于井下巷道。而由于注氮的對(duì)象主要是火區(qū)與采空區(qū)，經(jīng)由鉆孔方式，可以充分發(fā)揮注氮管的作用，保障注氮工作的順利實(shí)施。比如，以采空區(qū)的注氮管路埋設(shè)為例，其在管道的埋設(shè)過(guò)程中，在間隔一定的距離內(nèi)，還需要做好釋放口的預(yù)設(shè)，各個(gè)釋放口的位置需要在煤層底板的一定距離內(nèi)，這種釋放口的預(yù)設(shè)使得煤礦底板的石塊、木垛等可以為對(duì)注氮管的順利運(yùn)行等起到一定的保護(hù)作用，有效降低了孔口堵塞等問(wèn)題的出現(xiàn)。在煤礦火區(qū)內(nèi)的防滅火工作中，需要將其中的氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在10%以內(nèi)，以避免火區(qū)內(nèi)爆炸事故的發(fā)生，將火區(qū)氣體氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1%～2%，從而實(shí)現(xiàn)良好的防滅火目標(biāo)。

4.2 安全技術(shù)措施

在煤礦液氮防滅火技術(shù)的應(yīng)用中，由于防滅火工作本身具有一定的危險(xiǎn)性，因此，必須在防滅火過(guò)程中做好相應(yīng)的安全技術(shù)處理，主要從以下方面來(lái)實(shí)施：（1）預(yù)防措施。在煤礦工作面，必須預(yù)防采空區(qū)著火現(xiàn)象的發(fā)生，有關(guān)工作人員要根據(jù)煤礦開(kāi)采的實(shí)際情況，及時(shí)制定預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)措施，比如，在工作面回風(fēng)平巷內(nèi)設(shè)置一氧化碳傳感器，該傳感器的存在可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤工作面、回風(fēng)流等的一氧化碳?xì)怏w濃度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的監(jiān)測(cè)預(yù)防控制。（2）應(yīng)急措施。在煤礦工作面的回采過(guò)程中，有關(guān)人員要及時(shí)加強(qiáng)對(duì)采空區(qū)域內(nèi)發(fā)火等的監(jiān)測(cè)，如果在監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一氧化碳的濃度超過(guò)了安全的范圍，就需要立即組織人員撤退，切斷有關(guān)的電源設(shè)備等，并及時(shí)應(yīng)用液氮防滅火技術(shù)實(shí)現(xiàn)防滅火，如果在該技術(shù)的應(yīng)用中，火勢(shì)依舊得不到有效的控制，此時(shí)需要及時(shí)封閉工作面加以注氮。（3）堵漏措施。注氮技術(shù)實(shí)施之前，為保障技術(shù)應(yīng)用效果，有關(guān)人員需要及時(shí)做好堵漏處理，在工作面上下隅角砌筑隔離墻等位置，做好堵漏處理，避免漏風(fēng)等對(duì)造成的不利影響。

5 煤礦液氮防滅火技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

5.1 加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究

近年來(lái)，隨著煤礦開(kāi)采工作的順利進(jìn)行，液氮防滅火技術(shù)在很多煤礦得到了普遍的應(yīng)用，但是，其技術(shù)發(fā)展還不成熟，基礎(chǔ)理論有限，因此，在未來(lái)液氮防滅火技術(shù)的發(fā)展中，需要逐步加強(qiáng)基礎(chǔ)理論的研究，用基礎(chǔ)理論來(lái)指導(dǎo)與推動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，比如，做好液氮降溫防火滅火基礎(chǔ)規(guī)律、液氮在采空區(qū)傳熱傳質(zhì)機(jī)理、液氮汽化擴(kuò)散規(guī)律等的分析與研究，使得在液氮防滅火技術(shù)下，這些基礎(chǔ)理論可以為技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用起到重要的指導(dǎo)作用。

5.2 不斷突破關(guān)鍵技術(shù)

在煤礦開(kāi)采工程中，液氮防滅火技術(shù)的應(yīng)用需要有關(guān)人員要保證技術(shù)應(yīng)用的針對(duì)性，使得該技術(shù)在特定的狀態(tài)下能夠發(fā)揮其最好的防滅火作用。未來(lái)，液氮防滅火技術(shù)需要逐步突破關(guān)鍵技術(shù)，比如液氮可控溫汽化技術(shù)難題，逐步建立液氮立體化隔離帶，加強(qiáng)有關(guān)設(shè)備的研究與投入，使得相關(guān)設(shè)備更符合技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際需求，進(jìn)而達(dá)到理想的防滅火處理效果。

5.3 實(shí)現(xiàn)礦井液氮防滅火系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行

液氮防滅火技術(shù)在應(yīng)用于煤礦火災(zāi)處理的過(guò)程中時(shí)，由于液氮在特定的狀態(tài)下會(huì)逐步氣化，在氣化狀態(tài)下時(shí)，液氮會(huì)處于爆發(fā)沸騰的狀態(tài)下，甚至有時(shí)會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的危害，因此，各個(gè)煤礦企業(yè)需要逐步構(gòu)建礦井液氮防滅火系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的安全性。

6 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，液氮防滅火技術(shù)是煤礦火災(zāi)事故預(yù)防與處理中應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)，其本身具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際的應(yīng)用中，要結(jié)合煤礦開(kāi)采的實(shí)際情況，使得其能夠在火區(qū)取得理想的應(yīng)用效果。但是，液氮防滅火技術(shù)的發(fā)展尚不成熟，未來(lái)還具有廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。