礦井火災學防治煤炭自燃必須從系統設計著手，掌握較準確的煤層埋藏地質條件，優化礦井開拓系統，合理確定開采方法、工藝及巷道支護方式；在開采中有效控制礦山壓力、減少煤體破碎，實現少丟煤、快開采和快隔離；同時加強通風管理、少漏風。目前防治自燃火災的技術主要包括均壓堵漏、注漿、灑阻化劑、注惰氣、注凝膠和泡沫材料等。這些技術的應用要根據礦井的條件，因地制宜，合理選用。第四章防治煤炭自燃技術第一節防治煤炭自燃的開采技術措施對開采易自然發火的煤層，從防止自然發火的角度出發，對開拓、開采的要求是：最小的煤層暴露面、最大的煤炭回收率、最快的回采速度、易于隔絕的采區、正規的開采方式及合理的開采順序。一、采用合理的礦井開拓方式和巷道布置1、優化礦井設計簡化巷道布置，規范巷道設計，應盡量不打或少打輔助巷道，避免其對煤層或區段采場完整性的破壞。應盡量減少區段巷道聯絡巷、切眼聯絡巷等形式的各類聯絡巷，使區段巷道構成簡單化。保證采區間和工作面間相對獨立的并聯通風系統，并且要保證采區和生產區段間有可靠的反風自救系統。必須合理確定區段煤柱、停采線煤柱等各類煤柱的參數，切實做到既不浪費資源又能避免煤柱處于應力集中區。開采易自燃和自燃的急傾斜煤層用垮落法控制頂板時，在主石門和采區運輸石門上方，必須留有隔離煤柱，在采區結束前禁止開采煤柱。神東礦區經驗（1）在新布置的采煤工作面靠大巷側留有50m以上的永久煤柱；（2）綜采工作面為避免多個采空區連成一片，在一定的區域范圍（一般為3個面）留有40m的隔離煤柱；（3）綜采面順槽用連采機雙巷掘進時，聯巷之間的間距都保持在55m以上；（4）采高設計時，極力避免拋頂煤、丟底煤情形的出現，不能一次采全高的工作面原則上頂煤留設厚度不能大于40cm。2、合理進行巷道布置1）采用巖石巷道開采自然發火嚴重的厚煤層或近距離煤層群，運輸大巷和回風大巷，采區上、下山，集中運輸平巷和集中回風平巷等服務時間較長的巷道，通常應盡量布置在煤層底板巖石中，其距煤層的距離根據巖性、礦山壓力等來確定。如果布置在煤層里，必須砌碹或錨噴，碹后的空隙和冒落處必須用不燃性材料充填密實，或用無腐蝕性、無毒性的材料進行處理，而且要采用寬煤柱護巷。圖4-1-1柴里煤礦特厚煤層、U型區段集中巖巷布置圖1－分層工作面；2－分層煤巷；3－溜煤眼；4－傾斜聯絡巷；5－巖石集中運輸巷；6－巖石聯絡巷；7－分層回風巷；8－巖石集中回風巷；9－調壓風窗區段集中巖巷由作為向工作面進風的巖石集中運輸巷和作為回風運料的巖石集中回風巷以及連通它們之間的巖石聯絡巷共同組成，位于煤層底板巖層距煤層10～15m的地方。區段巖巷通過傾斜聯絡巷（即聯絡上山）穿入煤層與每一回采分層聯系，傾斜聯絡巷沿走向分布相距150m。當回采工作面推過一組聯絡上山之后，即啟用下一組聯絡上出。這種巷道布置方式的優點是便于組織生產，安排掘進回采，提高回收率，而且巷道維護量少，易于實施均壓防火措施，可有效減少漏風，防止采空區的浮煤自燃。因此，對于采用多分層回采的厚煤層及近距離煤層群開采是適宜的。2）區段煤巷采用垂直重疊布置近水平或緩斜特厚煤層分層開采，區段巷道的布置有內錯和外錯兩種基本形式。區段煤巷內錯式布置如圖4-1-2所示，在采空區內上下分層巷道形成的階梯煤柱易于破碎，容易造成漏風以至采空區浮煤氧化自熱，形成易自燃區域。而外錯式布置，如圖4-1-3所示，則在下分層回采時煤巷容易冒落堆積也易造成易自燃區域。但是，將各分層巷道垂直重疊布置，如圖4-1-4所示，則可以較少甚至不留煤柱，消除了采空區浮煤自燃的基本條件，減小了煤自燃的可能性。圖4-1-2區段巷道內錯式布置1－易然隅角；2－下分層運輸機巷；3－下區段回風巷；圖4-1-3區段巷道外錯式布置1－外錯分層巷；2－虛實交接帶；3－上分層采過后，L區段頂煤冒落造成的易燃帶圖4-1-4區段巷道垂直布置

1－分層回風巷；2－分層運輸巷3、合理安排采掘關系在傾斜煤層單一長壁工作面，一般情況下都是上區段運輸巷和下區段回風巷同時掘進，而且兩巷道之間還要開一些聯絡巷，如圖4-1-5所示。隨著工作面推進，聯絡巷和區段內煤柱遺留在采空區內。在這種情況下，聯絡巷一般很難密封嚴實，煤柱極易壓碎，自然發火頻繁。如果采取上下區段進風和回風巷道分開掘進，不同時進行，也不使兩巷聯通，那么就可以避免這種類型的自然發火，如圖4-1-6所示。但是，對于下分層區段巷道同時掘進，還應盡量保持上下順槽相同通風壓力，否則順槽掘進期間上分層采空區會存在嚴重的自然發火危險。圖4-1-5上下區段分采同掘1－工作面運輸巷；2－下區段工作面回風巷；3－聯絡巷圖4-1-6上下區段分采分掘1－工作面運輸巷；2－下區段工作面回風巷二、堅持合理的開采方法和開采順序1、采用合理的采煤方法（1）少丟煤或不丟煤；（2）控制礦山壓力、減少煤柱破裂；（3）避免上行回采，遵循先采上煤層，再采下煤層的正常回采順序；（4）合理布置采區；（5）回采時應盡量避免過分破碎煤體；（6）加快工作面回采速度，使采空區自熱源難以形成；（7）及時密閉已采區和廢棄的舊巷；（8）注意選擇回采方向，不使采區回風巷過分受壓或長時間維護在煤柱里。綜采和綜采放頂煤開采是目前應用較為廣泛的兩種長壁式采煤方法。對于一次采全高的煤層，綜采由于其回采率高，推進速度快，相比綜采放頂煤開采在防止自然發火方面有著明顯的優勢。但對于易自燃厚煤層的開采，是選擇分層綜采還是綜采放頂煤開采卻是一個值得認真探討的問題。分層綜采開采易自燃厚煤層時自然發火一般存在著兩條規律，即發火的空間分布規律和時間分布規律。發火的空間分布規律是采空區中部發火的機率低，采空區周邊發火的機率高，即“兩道兩線”易發火；發火的時間分布規律為本分層回采時引起本分層采空區發火的幾率低，下分層回采時，引起頂鄰或相鄰采空區發火的幾率高。與分層綜采不同的是綜采放頂煤開采一次采全高，消除了分層綜采時頂鄰采空區的自燃威脅，僅存在側鄰采空區遺煤自然發火的可能性。由于在綜放開采方式下，漏風作用于側鄰采空區的時間較分層開采時漏風作用于側鄰采空區時間要短，因而綜放開采時相鄰（側鄰）采空區（特別是停采線）的自燃危險性要比分層綜采時低得多。如圖4-1-7所示，綜放工作面丟煤包括割煤損失、頂煤損失、端頭支架不放煤損失、放煤步距損失、架間脊背損失和放煤工藝損失，其丟煤的嚴重程度遠遠大于分層綜采。圖4-1-7綜放工作面煤損失分布示意圖①－割煤損失；②－巷道頂煤損失；③－端頭支架不放煤損失；④－放煤步距損失；⑤－架間脊背損失；⑥－放煤工藝損失綜上所述，綜采放頂煤與分層綜采相比較，綜放開采時，其本面采空區自燃危險性有所增加；其相鄰采空區“兩線”的自燃危險性降低，而“兩道”的自燃危險性有所加強。但是，只要保持綜放面快速推進，并加強相鄰采空區周邊地帶的防滅火工作，不難得出：綜放工作面自燃危險性介于分層開采時本分層工作面自燃危險性與下分層及相鄰工作面自燃危險性之間的結論。因此，從防止自然發火的角度考慮，綜采放頂煤開采由于只揭露煤層一次，在減少浮煤的供氧時間和采空區的漏風方面要優于分層綜采。而實踐中，易自燃厚煤層開采方式方法的確定是一個較復雜的問題，涉及到煤層賦存條件、煤體硬度等諸多因素，需要權衡各方面的利弊之后作出選擇。在合理采煤法中也包括了合理的頂板管理方法。頂板巖性松軟、易冒落、碎脹比大，采用全部陷落法管理頂板，對開采易自燃煤層防止自燃火災較好。因為充填密實，漏風擴展范圍小，采空區遺留浮煤與空氣接觸的時間短，難以形成自燃。相反，如果頂板巖層堅硬，冒落塊度大，采空區漏風擴展范圍大，與遺留浮煤長期接觸，易于造成自燃。2、采用無煤柱開采在特厚煤層的開采中，將水平大巷、采區上山、區段集中運輸巷和回風巷均布置在煤層底板巖石里，采用跨越回采，取消水平大巷煤柱、采區上（下）山煤柱，采用沿空留巷或掘巷，取消區段煤柱、采區區間煤柱；采用傾斜長壁仰斜推進等措施，并輔以巷旁隔離，采空區灌水，停采線局部區域注漿充填、及時封閉、均壓通風等措施，則采空區自然發火是可以完全有效控制的。無煤柱開采主要應用于煤層頂板比較堅硬，礦壓不是很大的工作面開采。采用無煤柱開采的礦井，一定要加強巷道的維護，避免巷道因礦壓顯現加劇而發生冒頂；沿空側的巷道容易向鄰近采空區（尤其是停采線附近）漏風，所以應采取有效的漏風通道封堵措施，以防止引起鄰近采空區自燃；隨著工作面的開采，臨近工作面的采空區會連成一片，這給防治煤炭自然發火和瓦斯帶來了很大的難度，因此每隔3～4個面（視各面采空區大小而定）要留有40m以上的隔離煤柱。3、堅持正規的回采順序在中央并列式通風的礦井，開采易燃煤層時應采用由邊界后退的開采順序。煤層群開采，應遵循自上而下依次開采的順序。上山采區應該是先采上區段，后采下區段；下山采區則恰恰相反。對于工作面的開采應該堅持由切眼逐序回采的開采順序。堅決杜絕一個工作面沿走向攔腰斬斷，被分成兩個工作面，同時回采、一前一后的情況。4、快速開采回采期間，加快回采速度，使氧化自熱區在較短的時間內變為窒息區，可以有效地減少自燃發展階段漏風量對煤氧化的作用時間，降低自然發火頻率；回采工作面結束后的停采撤架期間，通風系統變化較大，風流不穩定，個別區域常處于微風或無風狀態，這就極易造成停采線浮煤自然發火事故，因此應加快撤架和封閉采空區速度。神東礦區在防治井下煤自然發火的工作中，對采煤工作面堅持“快掘、快采、快撤、快閉”的原則，即各主要采煤面充分發揮現代化設備的效能，基本實現高產、高效，各主采工作面月推進速度普遍超過400m，綜采面搬架（安裝、回撤）一般為7～10天并且在回撤過程中，預留出建筑密閉的位置，所有設備、材料等回撤結束后，及時進行永久性封閉。這些快速開采技術有效地防止了采空區煤炭自然發火。三、控制礦山壓力、減少煤體破碎在礦山壓力的作用下會形成各種動力學現象，如煤巖體及支護物的變形、破壞、塌落等礦山壓力顯現。礦山壓力顯現易造成破碎巖體體積膨脹，如果這種現象產生在煤層中，煤層嚴重破裂后，裂隙充滿煤粉與碎屑，同時又是空氣供給的通道，裂隙網互相連接，漏風風流通過，且風量小不足以將氧化生成的熱量帶走，為此出現熱量積蓄、煤的氧化過程加速、溫度上升的現象，這就增加了煤層自然發火的可能性。1）加強巷道頂板支護巷道冒頂區是厚煤層開采過程中易自然發火的主要地點之一。其產生的原因就是礦山壓力控制不當、煤體破碎嚴重。為有效控制礦山壓力，減少巷道冒頂及頂煤破碎，重要的技術措施就是要做好對巷道周幫的支護工作。近年來被推廣應用的錨網支護技術就是一種非常有利于防止巷道高冒區自然發火的巷道支護方式。錨網支護是一種錨桿和網（金屬或其他阻燃材料）的聯合支護方式，如圖4-1-8所示。圖4-1-8錨網支護示意圖與傳統的架棚支護方式相比，錨網支護具有支護及時、初撐力高、處理局部冒頂適應性強、封包性好等優點，是一種防止巷道掘進冒頂及頂煤自燃的有效技術手段，錨網支護技術的廣泛應用，大大降低了易燃厚煤層內頂板自然發火的次數。2）分層開采下分層頂板管理頂板固化通常有兩種方法：一是利用礦山地質條件加速形成自然的假頂，適宜的自然頂板形成條件為：頂板中泥巖成分含量高于40％，并有較高的溫度或者充足的水分，但是這種條件達到比較困難；二是將某種固化材料（如水泥）注入頂板，凝固而成，固化再生的頂板厚度不能低于0.5～0.9m。而柔性的人工假頂通常利用金屬網鋪設成，網鋪設要平直，緊貼巖壁。為保證搭接，盤條網相鄰兩邊作鉤，用于鉤掛連接，再用φ10mm鐵絲加固連接，最后用托板壓緊金屬網。金屬網的規格尺寸等參數根據礦壓情況以及現場施工方便等因素選取。四、合理的通風系統所謂合理的通風系統就是指：礦井通風網絡結構簡單、實現分區通風、通風阻力小、風流穩定可靠、通風設施布置合理。合理的通風系統不僅對防止自燃火災的發生具有重要作用，還對發生火災及時控制火情、防止災害蔓延和減少災變損失都具有十分重要的意義。1、風網簡單、結構合理從全礦井網絡結構來看，開采自燃煤層的大中型礦井，以中央分列式和兩翼對角式通風方式為好，這兩種方式一是有利于防火，因為采區封閉后可以調節其壓力，從而消除主要通風機風壓的影響；二是便于災變時，進行通風控制，防止主井進風流發火影響全礦井。同時，在易自燃煤層的在礦井中，應極力避免主進、回風巷在近距離內布置，要避免在同一標高，以免煤柱壓裂漏風供氧而導致自然發火。采區應是分區通風，即采區之間是并聯風路，而不應是串聯，應盡量避免角聯；采區內盡量采用串聯風路，工作面推進保持后退式。保持主要通風機與風網匹配，主要通風機與風網匹配就是指主要通風機運行的工況點位于高效區內。礦井的通風阻力分布應合理，如果回風區段的阻力占總阻力的60％以上時，則應采取減阻措施。2、合理的通風設施布置為了保證井下各個用風地點得到所需風量，需在通風系統中設置一些通風構筑物（如風橋、擋風墻、風門等），以控制風流的方向和數量，但要防止它們造成大量漏風或風流短路。因此，必須優化通風構筑物的布置，合理選擇位置，保證施工質量，嚴格管理制度。否則會破壞通風系統的穩定性，并會帶來嚴重的后果。如圖4-1-9（a）所示，若將調節風門安設在封閉火區進、回風密閉兩端AB之間，其結果將造成通風壓差由hA-B增大至hA’-B’，顯然不利于火區的熄滅。若將調節風門移動到AB段之外，如圖4-1-9（b）所示，通風壓差由hA-B減小到hA’-B’

，當然有利于火區熄滅。（a）調節風門安設于封閉火區進出風兩端之間；（b）調節風門移到封閉火區進出風兩端之外圖4-1-9設調節風門前后的壓力分布狀況

1-安設調節風門前壓力坡度線；2-安設調節風門后壓力坡度線；3-大氣壓力為零的基準線3、合理的工作面通風方式（1）工作面U型通風一般是下平巷進風，上平巷回風。此種通風方式具有結構簡單、巷道施工維護量小、風流穩定、便于管理等特點。但是，從防止煤炭自燃的角度來考慮，傾向較長的易自燃煤層工作面，若采用U型通風系統，進回風側壓差較大易造成向采空區漏風的狀況，不利于防止煤炭自燃。（2）工作面W型通風圖4-1-10回采工作面W型通風系統它的優點在于：①相鄰的兩個工作面共用一條進風或回風巷道，從而減少了采準巷道的開掘和維護費用。②通風網路屬并聯結構，因而風阻小，風量大，漏風量小，利于防火。③當上下端平巷進風，且設運輸機時，則在該巷中有回收安裝維修采煤設備的良好環境。④當中間平巷進風且設運輸機時，既保證了運輸設備處于新鮮風流中，又保證了進、回風巷的總斷面比較接近，故在近水平煤層的綜采工作面中應用較廣。該通風方式比U型通風方式的風壓差明顯降低，減少了向采空區漏風。上段工作面的下行風流作用抑制了熱負壓氣流上升現象，因而有效地消除了采空區浮煤的自燃。但這種通風方式增加了掘進費用和巷道維護費用。（3）工作面Y型通風圖4-1-11工作面Y型通風系統其優點為：①由于采空區的瓦斯，通過巷旁支護流入回風平巷，該通風方式較好地解決了回采工作面上隅角的瓦斯超限之患；②由于工作面上、下端均處于進風流中，因此改善了作業環境；③實行沿空留巷，可提高采區回收率。將U型通風改為Y型通風，實質是將串聯風路改為并聯風路，使工作面風壓差下降，在一定程度上可減少向采空區漏風，有利抑制采空區浮煤自燃，但是Y型通風必須保證沿空巷巷壁的密閉性，否則反而更容易向采空區漏風而加劇煤炭自燃。4、減小礦井通風阻力合理確定礦井通風壓力，低瓦斯礦井負壓控制在2000Pa內，高瓦斯礦井負壓控制在3000Pa內，要努力做好礦井的“減阻降壓”工作，爭取實現低負壓通風。如神東礦區某礦簡化通風系統，將通風阻力由3000Pa降低為1200Pa后礦井漏風量由1250m3/min降低為650m3/min，基本杜絕了煤炭自然發火事故。同時，對工作面合理分配風量，進、回風巷道盡量避免平面交叉，所有風門都建筑兩道或兩道以上，人行風門間距在5m以上，通車風門保證一列車長度，堅決杜絕單道風門或用擋風簾代替調節風門，以保證工作面風流穩定、安全、可靠。5、加強日常通風防滅火管理對已回采的工作面采空區以及廢舊的巷道要做到及時封閉，對井下發火隱患地點采取措施，積極做好預測預報工作。要求每旬至少檢查一次采空區密閉的漏風情況，每周檢查一次防火密閉內、外溫度及有害氣體變化情況，對發火隱患較大的地點可根據具體情況每隔1～3天檢查一次，并隨時進行現場采樣，送分析室進行氣體化驗分析，發現問題及時處理。對回采工作面開采線、停采線、進風道、回風道進行綜合治理是預防采空區自然發火最有效的措施。回采工作面開采線采取放震動炮強制放頂，使其冒落嚴實；回采工作面停采線必須回撤干凈，不留任何浮煤、木垛及其它可燃性支護材料。為了從根本上解決浮煤氧化，盡量降低采空區丟煤量，減少煤層暴露面。第二節堵漏與均壓防滅火在礦井通風系統中，無論是在巷道，還是在工作面以及采空區、火區，只要風路兩端間存在壓差，空氣就要流動，從高位能流向低位能，其漏風量為：一、封堵漏風1、漏風測定一般采用示蹤技術探測漏風通道和漏風量。所謂示蹤技術，就是選擇具有一定特性的氣體做標志氣體。利用風流或漏風作載氣，在能位較高的漏風源釋放，在其可能出現的漏風匯采集氣樣，分析氣體，確定標志氣體的流動軌跡，判斷漏風通道，根據標志氣體濃度變化計算風量或漏風量。目前，通常采用六氟化硫（SF6）作為示蹤氣體來檢測井下漏風通道和漏風量。1974年美國首次采用這一技術檢測井下漏風，近些年我國也廣泛應用這一技術來檢測工作面漏風和礦井外部漏風，證明它是—種測礦井漏風有效的方法。SF6無色、無味、無嗅，是不燃惰性氣體。它的物理活性大，在擾動的空氣中可以迅速混合而均勻地分布在檢測空間內。這種氣體不溶于水，無沉降，不凝結，不為井下物料表面所吸附，不與堿起作用，是一種良好的負電性氣體。SF6的檢出靈敏度高，使用帶電子捕獲器的氣相色譜儀或SF6檢漏儀均可有效地檢出（檢測精度可達8×10-12）。另外，SF6在大氣與礦井環境中的本原含量極低，約為10-14～10-15g/mL。SF6的這些性質，使得人們可以方便、準確地應用它進行礦井漏風檢測。因此，SF6是一種理想的示綜氣體。根據漏風檢測目的的不同，SF6示蹤技術測定井巷漏風又分瞬時釋放SF6和連續穩定釋放SF6兩種檢漏法。（1）瞬時釋放法在漏風通路的主要進風口瞬時釋放一定量的SF6氣體，然后在幾個預先估計的漏風通路出口采取氣樣，通過分析氣樣中是否含有SF6以及SF6的濃度大小來具體確定漏風通道和漏風量。圖4-2-1SF6瞬時釋放法釋放方式示意圖為檢測圖4-2-1所示聯絡巷的漏風情況，在聯絡巷前（巖石平巷中）A處釋放SF6，而在工作面進風側B處和回風側（回風平巷中）C處采取氣樣，見圖4-2-1所示。測定方法與步驟：①首先根據礦井通風系統圖分析可能的漏風通道、漏風源、漏風出口；②在地面將SF6氣體裝入球膽，帶往選定的漏風源處釋放SF6氣體；③在漏風出口每隔一定時間用球膽或15mL的醫用針管采集氣樣；④將采集的氣樣送實驗室分析，測定SF6濃度。測定的儀器為氣相色譜儀，配有電子捕獲檢測器，以及2m長的5?分子篩色譜柱；⑤根據氣樣分析結果確定漏風狀況。主要技術要點：①準確把握第一次采樣時間在綜合考慮SF6的釋放地點與采樣地點的距離、漏風風流的速度和SF6的擴散速度等因素的基礎上確定第一次采樣時間。一般講，小范圍的漏風區域可在放樣5分鐘以后開始采樣，大范圍的漏風區域不應超過30分鐘。②合理安排采樣間隔時間同一采樣地點需多次采取氣樣，兩次采樣的時間間隔初期可取5～10分鐘，后期可以長一些。一般講，同一采樣點采樣10次左右就足以檢測出SF6的最高濃度點。③及時分析樣品樣品中SF6的濃度隨采樣時間的增長而降低，所以采集到氣樣后應立即進行氣樣分析，最遲不能超過24h。④保證地面分析測試環境空氣清潔開展測試工作前要先對分析儀器的環境進行通風，確保該環境內不得含有SF6。灌裝SF6的壓氣瓶一定不能與分析儀器放置在同一室內。神華神東煤炭分公司補連塔煤礦煤層埋藏較淺，在回采工作面上方的地表出現裂縫，成為可能的漏風通道。為了確認是否有風流從地面漏入采空區，確定采用SF6瞬時釋放技術補連塔煤礦進行了地面漏風測定。補連塔礦3202工作面是正在回采的工作面，3201工作面是已封閉的工作面。分別在這兩個工作面對應的地表裂隙處釋放SF6，并在3202工作面回風隅角和3201工作面回撤通道采集氣樣。氣樣采集時間、氣樣分析結果如表4-1-1、表4-1-2所示。（2）連續穩定釋放法SF6瞬時釋放法簡單，易于實施，但不能用于漏風風量的定量測定。漏風風量的定量測定需采用SF6示綜氣體連續定量釋放的漏風測定技術。連續定量釋放SF6測定漏風的原理為：在需要檢測的井巷風流中連續、定量、穩定地釋放SF6示蹤氣體，然后順著風流方向，沿途布點采取氣樣分析SF6氣體的濃度變化。如果沿途不漏風或者向外漏風，則沿途各點風流中的SF6濃度保持不變；如果沿途向內漏風，則沿途各點風流中的SF6濃度變化呈下降趨勢。通過對采樣點的SF6濃度變化的分析，即可求得漏風量，從而找出漏風規律。圖4-2-2SF6連續定量測定漏風原理簡圖如圖4-2-2所示，設在R處釋放SF6氣體，在S點處采取氣樣。若SF6的釋放流量為qmL/min,若該氣樣經分析后的SF6濃度為C，則通過該采樣點處巷道斷面的風量Q（m3/min）可表示為：據公式（4-2-2），通過多點采集氣樣的方式即可得出流經這些采樣點處巷道斷面的風量，風量之差即為巷道對應區間的漏風量。該方法的特點是不需測定巷道斷面就可較準確地測出風量，而一般在工作面，由于巷道斷面大，機電設備多，尤其是在運輸機巷道，斷面很難測準。連續穩定釋放方法關鍵是要有一套能連續、穩定、定量釋放SF6的裝置。該裝置必須有很高的可靠性，保證釋放流量穩定在某一設定值，且能靈活的調節釋放量。如圖4-2-3所示為中國礦業大學設計制作的SF6示綜氣體連續釋放裝置。該系統由示綜氣體鋼瓶1、減壓閥2、穩壓閥3、穩流閥4及流量計5等組成。釋放系統經過二級穩壓、一級穩流，保證釋放SF6氣體的流量穩定、連續可調。該裝置SF6的流量范圍為20-200mL/min。圖4-2-3連續穩定釋放裝置1—SF6儲氣瓶；2—級減壓裝置；3—穩壓閥；4—穩流閥；5—流量計圖4-2-4為采用連續穩定釋放SF6示蹤氣體對棗莊柴里煤礦2340（3）采煤工作面停采線及上分層采空區進行漏風測定的示意圖。2340（3）工作面是一個第三分層高檔普采工作面，工作面傾向長度140m，走向長度282m，測定時距設計停采線215m。釋放量為15ml/min，釋放點R及采樣點S1、S2……Sn布置如圖4-2-2。穩定釋放20分鐘后開始取樣，取樣后及時交地面化驗室分析，分析結果見表4-2-3。圖4-2-4漏風檢測示意圖2、堵漏措施為了減少漏風，應該從降低風壓差和增大風阻兩方面著手采取措施。在風門、通風巷道表面、巷道壁和煤柱等地方，為了增加風阻，減少漏風量，需要修建很多各種各樣的密封設施。這些密封措施可能是建在煤壁等的外表面，也可能是噴注漿液材料到壓實區或者充填區。所謂密封材料，一般采用樹脂和凝膠，具有低滲透性和一定的塑性，選擇的密封材料一定要能夠快速密封并且易于在本地獲取。混凝土灰漿和石膏灰漿能較容易噴灑在通風巷道表面并且密封效果較好，常用來填實兩密閉墻之間的區域。用尾礦或者其他材料制成的水泥漿同樣可以用來填充或者注入到火區。這些材料可以通過在礦井井下打孔注入，也可以在礦井地面上鉆孔進行灌注。另外，在煤柱中注入凝膠也已經證明對防滅火是有效果的。無煤柱開采時防止漏風的主要技術措施有：（1）沿空巷道桂簾布簾布采用耐熱、抗靜電和不透氣的廢膠質（塑料）風筒布。其鋪設方法有兩種：一是在使用木垛維護巷道時，在木垛壁面與巷道支架的背面之間鋪設風筒布（圖4-2-5）；二是使用密集支柱維護巷道時，將風筒布鋪設在密集支柱上（圖4-2-6）。圖4-2-5沿空巷道掛簾布堵漏風1─膠質風筒布；2─背板圖4-2-6密集支柱膠質風筒布的鋪放1─風筒布；2─背板；3─密集支柱（2）利用飛灰充填帶隔絕采空區飛灰是火力發電廠在煙道中排出的塵埃。日本、波蘭、美國除將飛灰廣泛用作防止防火墻漏風的充填材料外，還將它作為防止采空區周壁漏風的充填隔離帶材料：波蘭把飛灰充入木垛內形成隔墻，或者先在沿空巷道的支架表面噴涂一層水泥白灰漿，待其固化后，打眼插上注灰管壓注飛灰，最后在巷道表面噴涂含灰砂漿。（3）利用水砂充填堵漏水砂充填主要用于聯絡巷閉內、終采線等地點的堵漏。①聯絡巷閉內水砂充填堵漏防火。工作面推過聯絡巷以前，先于聯絡巷下端適當位置打上密閉，并在密閉上部及下部各留一泄水孔，上孔斷面為0.5m×0.5m，下孔為0.3m×0.3m，兩孔均用荊笆等材料封住，以擋砂泄水，從巷道中接管注砂。②終采線端頭水砂充填堵漏。工作面停采以后，在終采線以外進、回風巷道的適當位置建密閉，密閉上留孔設荊笆，引管進行水砂充填。（4）噴涂塑料泡沫防止漏風將在常溫下能夠凝固的塑料泡沫噴涂到防火墻和巷道劈上，形成厚度為20~30mm泡沫塑料層。一種目前國內較廣泛使用的羅克休礦用堵漏材料，也是樹脂泡沫聚合材料，其生產及壓注工藝如圖4-2-7所示。通過高壓風驅動多功能氣泵，將樹脂和催化劑吸入泵中，同時壓入注射槍，兩種液體經過注射槍加壓以4:1的體積相混合、發泡，注入要堵漏的地點，瞬間發泡到原體積的25~30倍。使用井下動力源，輸出壓力可達17MPa。該材料具有良好的機械抗壓性能，對于封堵煤層裂隙效果顯著。圖4-2-7礦用羅克休堵漏材料壓注工藝（5）利用可塑性膠泥堵塞漏風英國利用螺桿式泵將一種半塑性不凝固的膠泥壓入采空區矸石堆的縫隙中，形成4m寬的隔絕矸石墻。這種隔離帶在巷道來壓時，隨著巷道的變形而變形，不會形成新的裂隙。（6）采取“均壓”措施，減少漏風國內外普遍采用調節風壓法（“均壓”措施）防止采空區的漏風，方法簡單，效果顯著，其原理與具體做法詳見后述。二、均壓防滅火均壓防滅火就是采用風窗、風機、連通管、調壓氣室等調壓手段，改變通風系統內的壓力分布，降低漏風通道兩端的壓差，減少漏風，從而達到抑制和熄滅火區的目的。均壓技術是在20世紀50年代由波蘭漢·貝斯特朗（H·Bystron）教授首先提出。用于封閉區的均壓可防止遺煤自然發火和加速火災熄滅，用于開區的均壓可以抑制工作面后部采空區遺煤自燃的發展，并可消除火災氣體的威脅。均壓作為一種“以風治火”的技術，方法簡單，成本最低，控制火勢的發展常常立竿見影，深受現場歡迎。根據煤礦井下實施均壓技術的區域是否封閉，均壓技術可分為開區均壓和閉區均壓兩種類型。1、開區均壓在生產工作面建立的均壓系統，其特點是在保證工作面所需通風風量的條件下，通過實施通風調節，盡量減少向采空區漏風，抑制煤的自燃，防止一氧化碳等有毒有害氣體涌入工作面，從而保證正常生產的進行。（1）調節風窗均壓適用于工作面采空區內形成的并聯漏風方式。通常在工作面的回風巷內安設調節風窗，使工作面內的風流壓力提高，以降低工作面與采空區的壓差，從而減少采空區中氣體涌出。適用于采空區內已有自燃跡象，并抑制采空區中的火災氣體（一氧化碳等）涌到工作面，威脅工作面的安全生產。安設調節風窗后，通風巷道的壓力如圖4-2-8所示。圖4-2-8安設調節風門的巷道中的壓力分布圖4-2-9調節風門均壓如圖4-2-9所示，當在回風巷內3－4間安設調節風窗A以后，風窗前的壓力升高，采空區與工作面的壓差就降低，采空區內的氣體就不易涌出。其降低值取決于可調節風門的風阻大小。使用此種方式進行均壓時，應注意工作面風量滿足《煤礦安全規程》的要求。（2）局部通風機均壓有時為提高風路的壓力，需在風路上安設帶風門的風機（即輔助通風機），利用風機產生的增風作用，改變風路上的壓力分布，達到均壓的目的。如圖4-2-10所示。圖4-2-10局部通風機調壓原理（3）調節風窗與局部通風機聯合均壓調節風門與扇風機聯合均壓常常采用工作面進風巷安設輔助通風機而回風巷安設調節風門的聯合均壓措施，如圖4-2-11所示。其中，C處安設了輔助通風機，能夠有效增加該點至D點之間的風壓；而D處安設了調節風門，使通風阻力增大，該點之后風壓明顯減少。這樣能夠提高C、D兩點之間的風壓，同時又能降低二者之間的壓差，可有效避免漏風進入工作面，為回采提供了安全保障。圖4-2-11風窗-風機聯合增壓調節圖4-2-12調節風門與通風機聯合均壓2、閉區均壓所謂閉區均壓，就是對已經封閉的區域進行均壓，它一方面可以防止封閉區中的煤炭自燃，又可加速封閉火區的熄滅速度。常用的閉區均壓技術措施有：并聯風路與調節風門聯合均壓，調壓風機與調節風門聯合均壓，連通管均壓等方法。（1）并聯風路與調節風門聯合均壓如圖4-2-13(a)所示，封閉區(F)進回風口5、8兩點的壓差過大，如壓能圖4-2-13(b)所示，漏風嚴重，以致有自然發火的危險。為了控制漏風采取了兩項措施，如圖4-2-14(a)所示，取消了5—8上山內的兩道密閉，使之成為與封閉區漏風并聯的通道；同時在8—9區段內構筑調節風門4，將通過3—4上山的風量限制在最小的范圍之內。如壓能圖4-2-14(b)所示。閉區進回風口5、8兩點壓差顯著減小，漏風量降低，這樣就消除了封閉區自然發火的危險。如果封閉的是個火區，當然也會加速火的熄滅。圖4-2-13封閉區漏風及其壓能示意圖（a）5、8兩點壓差大造成封閉采空區（F）內漏風嚴重；（b）封閉區（F）壓能圖圖4-2-14并聯風路與調節風門聯合均壓圖（a）采取均壓措施后6、7兩點壓差減小，封閉的采空區（F）漏風減少；（b）采取均壓措施后，封閉區（F）的壓能圖（2）調壓風機與調節風門聯合均壓如圖4-2-14所示，當上山5—8區段的風量不允許控制時，為實現對封閉的采空區(F)進行均壓，可在封閉區的兩端進回風口采取調壓風機與調節風門聯合組成均壓硐室[圖4-2-15(a)]的方法。啟動通風機后，調節風門窗口的大小以消除原有密閉墻內外的壓差，從而阻止了通過密閉墻的漏風。密閉內外壓力的均衡，可由安設于調節風門之外的“U”形水柱計顯示。圖4-2-15調壓風機與調節風門聯合均壓圖（a）在封閉區的進回風側建立均壓硐室A與B；（b）負壓均壓硐室；（c）正壓均壓硐室；（d）負壓均壓硐室壓能圖；（e）正壓均壓硐室壓能圖①—調節風窗；②—均壓風機；③—水柱計封閉區兩側的均壓硐室是有區別的：進風側是負壓硐室，調壓通風機抽出式工作[圖4-2-15(b)]；回風側是正壓硐室。調壓風機按壓入式工作[圖4-2-15(c)]。圖4-2-14是雙側均壓，其實也可以構筑單側均壓硐室。這種均壓方式用于已經封閉的火區，限于條件，無其它適當的均壓方法時才考慮使用，因為通風機運行消耗電能、經濟上很不合理。另外，一旦發生故障，通風機停止運行，均壓作用消失，措施的可靠性較差。封閉區(F)的壓能圖與圖4-2-14(b)完全相同。如果單獨采用負壓均壓硐室，其壓能圖如圖4-2-15(d)所示。單獨采用正壓均壓硐室。其壓能圖如圖4-2-15(e)所示。（3）連通管均壓如圖4-2-16(a)所示，在可能發生煤炭自燃的封閉區（F）的回風側密閉外面，再加筑一道密閉墻。然后，穿過外部密閉墻安設直徑為300~500mm的金屬管路(1'、2')直通地面。在管路上安設調節閥門，或者在外部密閉墻上構筑風窗調節孔，以控制通過連接管的風量。使其阻力h1'-2'與進風1-2-5區段的阻力(h1-5)相等，則封閉區進回風兩端(5、2')的壓能一樣而漏風消失。圖4-2-16連通管均壓（a）連通管均壓布置圖；（b）將連通管視為一條風路；（c）連通管均壓壓能圖①—加筑的密閉墻；②—連通管；③—調節閥門如果將連通管各作一條風流支路，按網路圖展開如圖4-2-16(b)所示，從此圖上可見封閉區處于角聯支路上，通過相鄰支路風阻的調節不僅可以使其漏風風流停止流動，而且可以根據需要調節其風流方向。所以，連通管均壓措施實質上也是改變通風系統均壓的一種方法，連通管均壓的壓能圖如圖4-2-16(c)所示。第三節注漿防滅火注漿防滅火就是將不燃性注漿原料（粘土、粉煤灰、矸石以及砂等固體材料）細粒化后與水按一定配比制成懸浮液，利用靜壓或動壓，經由鉆孔或輸漿管路水力輸送至礦井防滅火區，以阻止煤炭氧化或撲滅已自燃的煤體。注漿的主要作用就是隔氧與降溫，即通過漿體材料包裹煤體，隔絕氧氣與煤體的接觸，防止煤的氧化；同時對于已自燃的煤炭降溫和滅火。注漿防滅火是防治煤炭自然發火的一項最經濟、最有效的防滅火技術措施之一。一、注漿材料的選取井下防滅火注漿材料一般要具備5個基本性能：⑴不含可燃或助燃物質；⑵易成漿，利于管道水力輸送；⑶具有必要的粘結性、穩定性和脫水性；⑷制成的漿液具有較大的滲透力和小的收縮率；⑸注漿材料堆成的實體具有足夠的密封性能。煤礦中使用的傳統注漿材料是含砂量不超過25%~30%黃土，根據礦區條件，也可選用適當的代用材料。目前，已經成功試用的代用材料有：粉煤灰、煤矸石和山砂等，這些常用注漿材料的優缺點列于表4-3-1。在選擇注漿材料時，應首先以就地取材和能保證持續注漿為主，如果有條件盡量采用不加工的材料，如黃土、粉煤灰等。如有兩三種可供選擇的原材料則應對其物理性能、技術經濟合理性加以對比，特別是采、運、加工的工藝及其各種費用進行對比，這樣就能保證合理地使用注漿技術來進行防滅火工作。二、漿液制備與輸送1、漿液制備工藝1）黃泥漿液制備黃土漿液的制備一般在地面進行，通常有水力和機械兩種取土方式。水力取土制漿系統如圖4-3-1所示。水力取土制漿系統利用水槍直接沖刷粘土層（或堆）形成泥漿，漿液沿泥漿溝流入沉淀池（或集泥池），經攪拌機制成漿后，通過放漿閘閥送至注漿集中鉆孔或井下注漿干管。圖4-3-1黃泥制漿工藝1-儲土場；2-水槍；3-進漿閘門；4-沉淀池；5-攪拌機；6-放漿閘閥；7-箅子；8-風井水力取土方式工序簡單，但需多個制漿池，要求制漿站面積較大；采用機械取土制漿則可在有限場地內實現快速、連續制漿。機械制備泥漿是把粘土由采土場運至注漿站的貯土場，然后進入振動給土器，再由此運送到攪拌池。同時給水，經機械攪拌形成泥漿，再經松動篩除渣送入注漿管。2）頁巖或矸石漿的制備頁巖或矸石漿制備工藝是：在采料場對大塊巖進行破碎，然后用電扒斗耙經膠帶輸送機運送到破碎機破碎，再經球磨機磨制成漿。通過球磨機磨成的泥漿沿泥漿溝流入集漿池，經攪拌后即可由下漿孔輸往井下干管進漿池。若集漿池盛滿，用泥漿泵或砂漿泵將泥漿送往泥漿池以備用。制漿系統及工藝流程如圖4-3-2所示。圖4-3-2頁巖或矸石制漿工藝流程圖3）粉煤灰漿制備工藝一般粉煤灰地面制漿工藝是：應用專用運輸線和運輸工具（多采用封閉式裝置以避免污染環境），將電廠粉煤灰運送至注漿站儲灰池（或者貯備罐）內。制漿時，打開貯備罐下口的閥門，利用電動鎖定器定量放粉煤灰，同時打開水槍泵，將粉煤灰經導灰溝引入到攪拌池內，經攪拌機攪拌均勻后通過篩板或箅子流入注漿立孔最后達需漿地點。4-3-3為兗州東灘煤礦采用的地面粉煤灰制漿工藝系統。圖4-3-3粉煤灰制漿工藝1-電廠灰水處理站；2-沉灰池；3-過濾池；4-清水池；5-回水溝；6-水槍；7-放漿閘閥；8-箅子；9-風井；10-循環水泵站2、漿液輸送漿液輸送方式有兩種形式：⑴靜壓輸漿。靜壓輸漿是利用制漿地點標高不同而產生的自然壓差，借助輸漿管路（或鉆孔）將漿液輸送到注漿區；⑵動壓輸漿。當借助自然壓頭輸漿壓力不夠或倍線不能滿足時，利用泥漿泵向注漿區注漿。漿液輸送一般是靠靜壓作動力，注漿系統的阻力與靜壓動力之間的關系用輸送倍線表示。漿液的輸送倍線是指從地面注漿站至井下注漿點的管線長度與垂高之比，即：式中N—輸送倍線；L—進漿管口至注漿點的距離，m；H—進漿管口至注漿點的垂高，m。一般情況下，漿液的輸送倍線值最好在5~6范圍內變化。倍線過大，則相對于管線阻力的壓力不足，漿液輸送受阻，容易發生堵管現象；倍線過小，漿液出口壓力過大，對漿液在注漿區內的分布不利。三、注漿工藝1、注漿方式⑴集中注漿。集中注漿即在地面工業場地或主要風井煤柱內設集中注漿站，為全礦或一翼服務的注漿系統。⑵分散注漿是在地面沿煤層走向打鉆孔網或分區打鉆注漿，設多個注漿站，分區注漿的系統。這種系統又分為鉆孔注漿、分區注漿和井下移動式注漿，見表4-3-2。2、注漿方法注漿按與回采的關系大體可分為采前預注、隨采隨注和采后封閉注漿三種類型。采前預注是在工作面尚未回采前對其上部的采空區進行注漿。這種注漿方法適用于開采老窯多的易自燃、特厚煤層。對于開采老窯多、易燃厚煤層進行采前預注，充填老窯空區，可消滅老空蓄火、降溫和粘結浮煤，并起到除塵和排擠有害氣體的作用，以實現老空的安全復采。采后注漿是采空區封閉后，利用鉆孔向工作面后部采空區內注漿。可由鄰近巷道向采空區上、中、下三段分別打鉆注漿，也可以在每一中間順槽砌密閉墻插管注漿。采后注漿方式必須在發火期允許的開采條件下才能使用。該方法安全可靠、注漿量大、效率高，不受時間和回采工序的限制、使用范圍廣。隨采隨注則是隨著采煤工作面推進的同時向有發火危險的采空區注漿，是注漿采用的主要方法，其目的和作用：一是防止采空區遺煤自燃，二是膠結冒落的矸石，形成再生頂板而為下分層開采創造條件。隨采隨注分為鉆孔注漿、埋管注漿和灑漿三種方式。1）鉆孔注漿打鉆注漿是在煤層底板運輸巷或回風巷以及專門開鑿的注漿巷道內，也可以在鄰近煤層的巷道內，向采空區打鉆注漿，鉆孔直徑一般為75mm，如圖4-3-4所示。為減少孔深或便于安裝鉆機，而又不影響巷道內的運輸，在巷道內一般每隔20～30m距離開一小巷（稱鉆窩或鉆場），在鉆場內向采空區打扇形鉆孔注漿（圖4-3-5）。圖4-3-4由底板巷道打鉆灌漿1-底板巷道；2-回風巷；3-鉆孔；4-進風道圖4-3-5由鉆窩打鉆灌漿1-底板巷道；2-鉆窩；3-鉆孔；4-回風巷；5-進風巷2）埋管注漿埋管注漿是在放頂前沿回風道在采空區預先鋪好注漿管，一般預埋10～15m，預埋管一端通往采空區，一端接膠管，膠管長一般為20～30m，放頂后立即開始注漿。為防止冒落巖石砸壞注漿管，埋管時應采取防護措施（如架設臨時木垛）。隨工作面的推進，按放頂步距用回柱絞車逐漸牽引注漿管，如圖4-3-6所示，牽引一定距離注一次漿。圖4-3-6埋管灌漿1-注漿管，2-三通，3-預埋注漿管，4-灑漿膠管圖4-3-7工作面插管3）工作面灑漿或插管注漿從回風巷注漿管上接出一段漿管，沿傾斜方向向采空區均勻地灑一層泥漿，如圖4-3-7所示。灑漿量要充分，泥漿能均勻地將采空區新冒落的矸石包圍。灑漿通常作為埋管注漿的一種補充措施，使整個采空區特別是下半段也能注到足夠的泥漿。對綜采工作面常采用插管注漿的方式，即注漿主管路沿工作面傾斜鋪設在支架的前連桿上，每隔20m左右預留一個三通接頭，并分裝分支軟管和插管。將插管插入支架掩護梁后面的跨落巖石內注漿，插入深度應不小于0.5m。工作面每推進兩個循環，注漿一次。3、主要注漿參數注漿參數主要包括注漿濃度、注漿量、漿液擴散半徑和采后開始注漿時間等。1）注漿濃度（漿液的水土比）漿液的水土比是反映漿液濃度的指標，是指漿液中水與土的體積之比。漿液的水土比小，則漿液的濃度大，其粘性、穩定性和致密性好，包裹隔離效果好，但流動性差，輸送困難，注漿鉆孔與輸漿管路容易發生堵塞。水土比過大，則耗水量大，礦井涌水量增加；在工作面后方采空區注漿時，容易流出放頂線而惡化工作環境。一般水土比的變化范圍為2:1~5:1。特別地，由于砂子比重和平均顆粒粒徑均較大，根據經驗、水砂比一般控制在9:1~15:1之間較為適宜。2）注漿量根據注漿的作用和目的，合理的注漿量應能夠使沉積的漿材充填碎煤裂隙和包裹注漿區暴露的遺煤。注漿量主要取決于注漿形式，注漿區的容積、采煤方法等。采前預注、采后封閉停采線注漿都是以充滿注漿空間為準。隨采隨注的用土量和用水量可按下列方法計算。（1）按采空區注漿計算需土量和需水量：①注漿需土量：②注漿需水量：（2）按日注漿計算需土量和需水量：①日注漿需土量：②日注漿需水量：3）漿液擴散半徑注漿過程中，漿液的擴散半徑隨注漿區滲透系數、裂隙寬度、孔隙率、注漿壓力、注漿時間的增加而增加，隨著漿液濃度（或黏度）的增加而減小。此外，注漿材料的選擇對漿液擴散半徑影響也較大。漿液擴散半徑的大小很大程度上決定了注漿施工的成本和進度。漿液擴散半徑大，單孔所需要的漿液注入量就大，而注漿鉆孔的數量就相對少些，這樣注漿鉆孔的工作量就要少。當漿液擴散半徑確定后，要達到設計的擴散半徑，可以通過調整注漿壓力以及漿液的濃度來達到。漿液濃度小，注漿時壓力大，漿液在采空區中擴散得遠，反之則擴散得近。此外，注漿方法也能控制漿液在注漿區的擴散范圍。采用連續注漿，漿液擴散范圍大，而采用間歇式注漿方法，漿液擴散范圍就小。4）采后開始注漿時間采后開始注漿時間是指在回采后開始注漿的一段時間間隔。這是一個重要參數，從防火要求來說，應盡可能縮短采后注漿時間。但采后間隔時間短，由于注漿點與回采工作面的距離小，采空區未被壓實，漿液容易流入回采工作面，不但影響正常生產，而且漿液流失會影響注漿效果。合理的采后注漿時間，既要考慮鉆孔施工的可能和及時抑制遺煤氧化，又要顧及注漿管路系統的倍線和不能影響正常生產。四、注漿管理⑴預防堵管。為了防止注漿時漿液堵管，除嚴格控制大顆粒（大于2mm）進入輸漿管路中，注漿前應先用清水沖洗輸漿管路，然后下漿。注漿結束后，再用清水清洗，以免泥漿在管內沉淀。⑵防止跑漿。注漿期間要對管路接頭及密閉附近的煤巖進行細致的檢查，避免跑漿。當采用隨采隨注的預防性注漿方法時，特別是對于俯采工作面，如果管理不當則常常會出現泥漿漫溢到工作面而惡化工作面環境的情況。為此，注漿地點應距工作面有一定安全距離，一般為15～20m。也可將工作面用木板作成擋漿隔板。⑶觀測水情。注入采空區的水量和排出的水量均應詳細記錄和計算。如排出的水量很少，則說明注漿區內有泥漿水積聚，這對于開采下分層或下部煤層具有一定的危險性。只有注漿區內積水全部排出才不會引起泥漿的潰決事故。此外，應注意從注漿區中排出水的含泥量。如果水中含泥量增多，說明在采空區內形成了漿溝，泥漿未均勻分布于采空區，而是直接從采空區流出，這勢必要降低注漿效果。因此，要在泥漿中適當增加砂子量，用砂子填平水路，以便使泥漿分布范圍增大。⑷設置濾漿密閉和排水道。在注漿工作面的運輸巷內應用濾水密閉將濾漿區與工作區分開。泥漿水通過濾漿密閉流出且把泥砂留在注漿區內。這樣既能保證水從水溝中順利排出，也不致發生泥漿在運輸道內積聚而妨礙運輸和惡化勞動條件。在注漿區的運輸巷內，為避免污染運煤巷，可設專門排水站孔，使水直接從工作面的后部流出而不進入運輸巷。惰性氣體簡稱惰氣。礦井防滅火所用的惰氣與化學上的惰氣在概念上有所區別，是指不能助燃的氣體，常用的有氮氣、二氧化碳和濕式惰氣等，在煤炭自燃的防治應用方面，氮氣純度高（純度≥97%）、對人與環境安全性更好，因此應用最廣。本節主要介紹氮氣防滅火技術。二氧化碳和濕式惰氣等防滅火技術將在第六章的直接滅火技術中進行介紹。1953年，英國羅斯林礦用罐裝的液氮汽化形成的氮氣撲滅了井底車場附近煤層的自然發火。1962年，威爾士的弗恩希爾礦將液氮汽化后注入到密閉區來撲滅火災。第四節惰氣防滅火20世紀70年代起，原西德在液氮防治煤自然發火技術方面發展較快，在現場應用取得了良好的效果，在1974～1979年間，41次將液氮應用到煤礦井下防滅火。而后，英、法、前蘇聯、印度等國也都采用了這一技術。20世紀80年代，我國開始了對氮氣惰化防滅火技術的研究與試驗。1982年，天府礦務局用罐裝液氮進行了滅火試驗；1989年，撫順龍鳳礦利用井上氧氣廠生產的氮氣，通過管路輸送到綜放工作面采空區防止遺煤自燃取得了成功。1992年，西山杜爾坪礦利用移動式變壓吸附制氮裝置產生的氮氣，通過管路輸送到井下，有效地防止了近距離煤層群煤的自燃；1995年，兗州興隆莊礦利用安裝在停采線附近的移動式膜分離制氮裝置．有效地控制了無煤柱開采鄰近工作面采空區煤的自燃。1996年，我國已有21個礦區，34個綜放工作面采用注氮防滅火技術。進入到21世紀以來，由于制氮裝備與技術的不斷發展，氮氣防滅火技術已經在國有重點煤礦獲得了廣泛應用，特別已作為綜放工作面防治煤自然發火的一項重要技術措施。一、氮氣防滅火特性1、氮氣的性質氮氣是空氣的主要成分，在空氣中所占的體積百分比為79%。它無色、無味、無嗅、無毒，不可燃也不助燃，無腐蝕性，不易溶于水，化學性質穩定。氮氣常溫下密度為1.16kg/m3，與空氣密度1.2kg/m3相近，因此，氮氣很容易和空氣混合，這就使得注入的氮氣在煤礦井下不易分層。在1標準大氣壓（1.01325×105Pa）下，-195.8℃時液化為液態氮，-209.9℃時可變為固態。液氮與氮氣相比，具有體積小（0℃時兩者體積比為1/647，35℃時為1/731），易貯存，運輸量小等優點。注氮是實現可燃物對氧氣的一種隔絕和屏蔽，即消除燃燒三要素中的氧氣這一要素。所有的有火焰的燃燒都會在氧氣濃度低于10～12％時候熄滅，低溫干餾性的燃燒在氧氣濃度低于2％時熄滅。用惰氣防滅火和阻止瓦斯爆炸的過程稱為惰化，惰化后的火區因氧氣不足而不能燃燒和爆炸。氮氣防滅火技術就是指將氮氣送入防滅火區，使該區域內空氣惰化，使氧氣濃度小于煤自然發火的臨界氧濃度，從而防止煤氧化自燃，或使已經形成的火區窒息的防滅火技術。氮氣防滅火的作用主要表現在：（1）當對防滅火區域注入大量的氮氣后，使得采空區內的氧氣濃度下降；氮氣部分地替代氧氣進入到煤體裂隙表面，與煤的微觀表面進行交換吸附，從而使得煤表面對氧氣的吸附量減少，在很大程度上抑制或減緩了遺煤的氧化作用。（2）對于有一定封閉條件的防滅火區域注氮防滅火而言，長期連續地注入氮氣后，大量的氮氣可使采空區內形成正壓，從而使得采空區的漏風量減少，使遺煤處于缺氧環境中而不易氧化。（3）較低溫度的氮氣在流經煤體時，吸收了部分煤氧化產生的熱量，可以減緩煤升溫的速度和降低周圍介質的溫度，使煤的氧化因聚熱條件的破壞而延緩或終止。（4）采空區內的可燃、可爆性氣體與氮氣混合后，隨著惰性氣體濃度的增加，爆炸范圍逐漸縮小（即下限升高、上限下降）。當惰性氣體與可燃件氣體的混合物比例達到一定值時，混合物的爆炸上限與下限重合，此時混合物失去爆炸能力。這是注氮防止可燃、可爆性氣體燃燒與爆炸作用的另一個方面。綜上所述，注氮防滅火的實質是通過控制燃燒所需的氧氣量抑制燃燒、窒息火源，達到滅火的目的。2、氮氣防滅火的優缺點1）氮氣防滅火技術的優點①工藝簡單、操作方便、易于掌握。②不污染防滅火區域、對封閉區域內的設備損害小，恢復生產快。③較好的稀釋抑爆作用。注入氮氣可快速、有效稀釋防滅火區域的氧氣，降低氧氣和可燃氣體的濃度，可使防滅火區域內達到缺氧狀態，并使可燃氣體失去爆炸性，從而充分惰化防滅火區域，保證防滅火區域的安全。④有效抑制防滅火區域的漏風。由于氮氣均為正壓注入，因此，當大量注入到防滅火區域后，使得該區域的氣壓升高，處于正壓狀態，從而有效抑制了防滅火區域的漏風。2）氮氣防滅火技術的缺點一切事物都有其兩面性，惰氣防滅火也有一定的局限性，其缺點表現為：①注入到防滅火區域的氮氣不易在防治區域滯留，不如注漿注砂能“長期”覆蓋在可燃物或已燃物的表面上，其隔氧性較差；②注氮能迅速窒息火災，但火區完全滅火時間相當長，不能有效地消除高溫點，因此，在注惰氣滅火的同時，應輔以其它措施滅火，如用水、注漿、以及凝膠等方法，以防復燃；③注氮氣防火，氮氣有向采面或臨近采空區泄漏的可能性；而當注氮氣滅火時，當密閉不嚴或者存在有漏風通道時，氮氣可能通過密閉等漏風通道泄漏。因此，注氮氣防滅火的同時，需相應采取堵漏措施，使氮氣泄漏量控制在最低限度內；④氮氣本身無毒，但具有窒息性，濃度較高時對人體有害。據試驗，井下作業場所氧含量下限值為19%，所以氮氣泄漏的工作地點氧含量不得低于其下限值。因此，礦井在應用氮氣防滅火技術時，要根據自身情況，因地制宜，采取合理的技術及管理措施，揚長避短，充分發揮其優越性。二、氮氣的制備目前，世界各國制取氮氣均以空氣作為原料，而空氣的供給是無限量且方便快捷的。制取氮氣的方法主要是采用空分技術，即將空氣中的氮氣和氧氣運用不同的方法進行分離而得到較高濃度的氮氣。目前，制取氮氣主要有深冷空分、變壓吸附和膜分離三種方法。制氮技術中，在我國煤礦應用的空分制氮技術中，深冷空分是最先使用的方法，但由于其制氮裝備龐大，固定資產投資較高，需要較大的固定廠房，因而逐步被變壓吸附和膜分離的方法所代替。1、深冷空分制氮利用深冷原理制取氮氣的基本過程是：通過壓縮、膨脹循環將大氣溫度降低并使之成為液態，然后根據大氣組分沸點不同而將氮氧分離出來，如圖4-4-1所示。深冷空分式的最大特點是同時制取氧氣和氮氣，產氣量較大，每小時可產氮（或氧）幾千到幾萬m3（目前我國能夠達到的最大制氮量為80000m3/h），且氮氣純度高，可達到99.95%以上。如圖4-4-1所示，深冷空分設備一般由空氣過濾器、空壓機、分子篩純化器、換熱器、膨脹機、分餾塔、氮氣壓縮機、氧氣壓縮機等八部分組成。圖4-4-1深冷空分制氮工藝流程圖空氣經空氣過濾器清除塵埃及機械雜質后，由空壓機壓縮至工作壓力，壓縮后的氣體進入氣體純化系統。純化系統作用是清除空氣中的水份，二氧化碳及乙炔等碳氫化合物，其方法是將氣體通過分子篩予以吸附，達到清除的目的。從分子篩純化器中出來的氣體經換熱器降溫，膨脹機降壓后，進入到分餾塔中分餾，從而從中分離出氧氣和氮氣。從分餾塔出來的低溫、低壓的氧氣和氮氣，然后再經壓縮機的壓縮，使其達到現場應用的要求。綜上所述，深冷空分技術成熟、實用性好、安全可靠。該技術缺點是啟動時間長，制氮效率低，耗能大，且設備龐大、無法下井，需要在地面上設制氮廠，然后通過管路將氮氣（或液氮）送往井下，一次性投資較大。若制氮廠離井口較遠時（如利用制氧廠分離出的氮時），可將氮氣加壓降溫制成液氮，然后用專用運輸設備（液氮槽車）運往礦井使用。2、變壓吸附制氮利用變壓吸附方法制取氮氣的基本原理是：通過分子篩對氧氣加壓吸附排氮、減壓脫附排氧，從而將氮、氧分離。變壓吸附是利用吸附劑對吸附介質在不同的壓力下，對吸附介質中的不同組份有不同的吸附容量，通過壓力的變化進行吸附、解吸，從而獲得目標組份的方法。由于過程中壓力在不停變化，因此稱為變壓吸附。目前變壓吸附制氮采用碳分子篩（CMS）和沸石分子篩（MS）兩種技術。碳分子篩制氮（CMS）是利用碳分子篩對O2和N2吸附速率不同的原理來分離N2的。碳分子篩是一種非極性速度分離型吸附劑，通常以煤為原料，以紙張或焦油為粘結劑加工而成。它之所以能對氧氮分離主要是基于氧氣和氮氣在碳分子篩上的擴散速率不同（35℃時擴散速率，O2為6.2×10-5，N2為2.0×10-6），氧氣在碳分子篩上的擴散速度大于氮氣的擴散速度，使得碳分子篩優先吸附氧氣，而氮氣富集于不吸附相中，從而在吸附塔流出得到產品氮氣。沸石分子篩制氮（MS）是利用沸石分子篩對O2和N2吸附容量不同的原理來分離N2的。從目前制氮技術應用來看，碳分子篩技術成為主流技術，沸石分子篩技術由于處理原料氣和真空解吸等繁雜步驟應用較少。變壓吸附制氮是利用碳為基體，碳分子篩作為吸附劑，它具有多孔性，能選擇性地吸附空氣中的氧分子，從而得到氮氣的常溫制氣方法。

為獲得連續的氮氣，需要多個吸附塔交替工作。氧與氮通過焦炭分子篩分離的原理是：帶有一定壓力的空氣送入到焦炭分子篩后，分子直徑比氮稍小的氧以較快速度擴散至炭分子篩的微孔內，從而優先被分子篩所吸附，而氮能自由通過分子篩顆粒而排出。氣體所走行程越長，氮氣的濃度就越高。經過一定的時間后，兩個吸附罐進行反向切換，將吸足了氧的吸附罐進行減壓脫氧，使分子篩再生，另一個吸附罐在此期間完成吸氧工作。如此往復交替，就能得到純度在99％以上的氮氣。變壓吸附制氮的工藝流程如圖4-4-2所示。工作流程是：空氣經空氣過濾器清除塵埃及機械雜質后，經壓縮機壓縮，進入冷干機進行冷凍干燥，以達到變壓吸附制氮系統對原料空氣的露點要求。圖4-4-2變壓吸附制氮工藝流程圖再經過過濾器除去原料空氣中的油和水，進入空氣緩沖罐，以減少壓力波動。最后，經調壓閥將壓力調至額定的工作壓力，送至吸附器（內裝碳分子篩），空氣在此得到分離，制得氮氣。原料空氣進入其中一臺吸附器，產出氮氣，另一臺吸附器，則減壓解吸再生。二臺吸附器交替工作，連續供給原料空氣，連續產出氮氣。氮氣送至氮氣緩沖罐，通過流量計計量，儀器分析檢測，合格的氮氣備用，不合格氮氣放空（剛開車時）。變壓吸附制氮裝置存在著產氮效率低、單位氮氣能耗大、設備體格大、運轉和維護費用高等問題。目前，變壓吸附制氮裝置不僅有地面固定或移動式，還制成了井下移動式注氮設備，這對煤礦井下的注氮防滅火起到很好的作用。3、膜分離制氮膜分離制氮技術是20世紀80年代高科技研究成果。自1985年美國DOW公司開發的第一臺膜分離空分設備投放市場以來，至今已有數千套在世界上運行。國內也從l987年開始采用國外膜分離技術研制井下移動式膜分離制氮機并取得成功。1）膜分離制氮原理膜分離法是根據氣體的“溶解擴散理論”來分離氧氣和氮氣的。即氧和氮在膜中的透過，是因為氣體首先在膜中溶解，在外界能量的推動下再從另一側解析。因為氧、氮對分離膜的滲透率不同，在外界能量或化學位能差的作用下，分別在分離膜的兩側得到富集。不同介質流體在壓力作用下，通過某種微孔材料表面擴散速率不同，速度快者稱“快氣”，容易通過膜墻至管壁外富集；速率慢者稱“慢氣”，在管內逐漸富集，亦有少量滲透到管外。收集不同富集端(管內外)氣體得到不同氣體產品，達到分離氣體的目的。下圖為膜分離制氮的工藝流程圖。4-4-3膜分離制氮工藝流程圖

幾種常見氣體的快、慢分級如圖4-4-4所示，可以看出，O2、N2的快慢差別比較明顯，因此可以用膜將它們分離。圖4-4-4常見氣體的相對滲透速率2）制氮裝置膜分離制氮裝置也分為井上固定式和井下移動式兩種，下面以移動式為例介紹。井下移動式膜分離制氮裝置由空壓機段、預處理段和膜分離段三部分組成。采用分體式結構，組裝在平板車上以耐壓膠管連接，組成整個制氮裝置。此外配有保護系統、控制和檢測裝置等。如圖4-4-5所示為膜分離制制系統示意圖及其膜組件圖片。該裝置是以螺桿式空氣壓縮機為動力氣源，通過壓縮空氣預處理段對空氣進行除油、除塵、除水、恒溫處理后。再由膜分離段中的膜組件對空氣進行分離富集而制取氮氣的。圖4-4-5膜分離制氮系統及組件中空纖維膜分離制氮的膜組是一個圓筒形的高分子材料制成的中空纖維膜束，每束像列管式換熱器一樣包含上百萬根中空纖維，以提供最大限度的分離面積，每根中空纖維直徑約幾十微米，就象人的頭發絲一樣細，壓縮空氣由中空纖維束的一端進入，氣體分子在壓力作用下，經過吸附、溶解、擴散、脫溶、逸出，從中空纖維管束的另一端排出產品氣。由于每種氣體對纖維的滲透速率均不相同，氧、水蒸氣、二氧化碳的滲透速率“快”，即由高壓內側對纖維壁向低壓外側滲出容易，由膜組件一側的排氣口排出。而氮氣的滲透速率“較慢”，被富集在高壓內側，由膜組件的另一端排出，從而實現了氧、氮的分離，分離出的氮氣壓力一般為0.8MPa。此外，機組裝有氣、油超溫保護，斷電、超壓保護以及壓力、溫度、壓差、氮氣流量、氮氣濃度等自動顯示儀器儀表。3）井下移動式膜分離制氮特點①體積小，重量輕，安裝移動方便；②性能可靠，操作簡單，故障率低，壽命長；③氮氣的產量、壓力可調，而且產量和純度有關；例如MD-350型膜分離制氮裝置產量和氮氣純度的關系如下圖4-4-6所示；圖4-4-6MD-350型膜分離制氮裝置性能曲線④系統簡單，運行成本低，經濟效益好；⑤氮氣壓力高，輸送距離遠；⑥自動化程度高。4、三種制氮方式的比較綜上所述，制取氮氣的三種方法各有優缺點，主要表現在：深冷空分制取的氮氣純度最高，通常可達到99.95％以上，但制氮效率較低，能耗大，設備投資大，需要龐大的廠房，且運行成本較高；變壓吸附的主要缺點是碳分子篩在氣流的沖擊下，極易粉化和飽和，同時分離系數低，能耗大，使用周期短，運轉及維護費用高；膜分離制氮的主要特點是整機防爆，體積小，可制成井下移動式，相對所需的管路較少，維護方便，運轉費用較低、但當制氮純度較高時其成本也顯著上升，且產氮量有限。下表為三種制氮方法及設備的比較表：表4-4-1制氮方法及設備比較按制氮原理分類深冷空分法變壓吸附空分法膜分離空分法工作原理將空氣液化，根據氧和氮沸點不同達到分離。加壓吸附，降壓解吸，利用氧氮吸附能力不同達到分離。根據不同氣體分子在膜中的溶解擴散性能的差異來完成分離。主要設施1、空氣凈化裝置2、換熱裝置3、精餾塔4、壓縮機5、透平膨脹機6、輸液泵1、吸附劑（碳分子篩）2、壓縮機3、真空泵4、干燥器1、壓縮機2、除油凈化及后冷3、膜組件裝置特點工藝流程復雜，設備較多，投資大。工藝流程簡單，設備少，自控閥門較多，投資少。工藝流程簡單，設備少，自控閥門少，投資較大。操作特點啟動時間長，一般在15～40小時，必須連續運轉，不能間斷運行，短暫停機，恢復工況時間長。啟動時間短，一般≤30min，可連續運行，也可間斷運行。啟動時間短，一般≤20min，可連續運行，也可間斷運行。維護特點設備結構復雜，加工精度高，維修保養技術難度大，維護保養費用高。設備結構簡單，維護保養技術難度低，維護保養費用低。設備結構簡單，維護保養技術難度低，維護保養費用較高。土建及安裝特點占地面積大，廠房和基礎要求高，工程造價高。安裝周期長，技術難度大，安裝費用高。占地面積小，廠房無特殊要求，造價低。安裝周期短，安裝費用低。占地面積小，廠房無特殊要求，造價低。安裝周期短，安裝費用低。表4-4-1制氮方法及設備比較(續)按制氮原理分類深冷空分法變壓吸附空分法膜分離空分法產氣成本0.5～1.0kW.h/Nm30.32～0.35kW.h/Nm3。單位產98%純度氮氣的電耗為0.29kW.h/Nm3。安全性在超低溫、高壓環境下運行可造成碳氫化合物局部聚集，存在爆炸的可能性。常溫常壓下操作，無爆炸危險性。常溫較高壓力下操作，不會造成碳氫化合物的局部聚集。可調性氣體產品產量、純度不可調，靈活性差氣體產品產量、純度可調，靈活性好。氣體產品產量、純度可調，靈活性較好。經濟適用性氣體產品種類多，氣體純度高，適用于大規模制氣、用氣場合。投資小、能耗低，適用于氮氣純度95%～99.9995%的中小規模應用場合。投資較大、能耗低，適用于氮氣純度95%～99.9%的中小規模應用場合。膜分離制氮能耗在氮氣純度99%以下和變壓吸附制氮能耗相差不大，氮氣純度99.5%以上經濟性比變壓吸附差。三、注氮防滅火工藝1、注氮方式根據注氮區域空間的封閉與否，注氮方式可分為開放式注氮和封閉式注氮。（1）開放式注氮開放式注氮即是在需要注氮的區域未封閉的情況下，進行的一種注氮方式。一般在不影響工作面正常工作的情況下，利用大量的氮氣使得采空區內氧化帶的氧含量降低到能使浮煤發生自燃的濃度以下，從而達到防滅火的目的。開放式注氮適用于推進中的工作面采空區早期自燃的防滅火工作。（2）封閉式注氮封閉式注氮：為控制火情或防止瓦斯爆炸，將發生火災或積聚瓦斯的區域先封閉后進行注氮。當封閉的火區內漏風嚴重或者存在有大量高濃度瓦斯時，可采取封閉式注氮來降低氧含量并抑制瓦斯爆炸。開放式與封閉式注氮方式，其注氮地點一般離火源或者是高溫點較遠，覆蓋范圍較大，利用大流量的注氮來降低該大面積區域的氧氣含量，從而達到防滅火的目的。因此，這對那些火源點不明確、無法確定準確位置的火情比較適合。但是對用于一些明確的火情，這兩種方法就顯得較為笨拙且浪費氮氣。因此，煤科總院重慶分院與阜新礦業集團公司合作，研究了新的注氮氣防滅火技術—目標注氮，其內容為：巷道、支架上部或采空區發生煤層自燃或發現有高溫點，對該區域暫不進行封閉，而是直接向火源點或高溫點打鉆孔進行注氮，氮氣釋放口離火源目標的距離不超過8m，僅通過降低火源點或高溫點附近小范圍的氧含量，來達到防滅火的目的。2、注氮方法1）埋管注氮埋管注氮時管路的布置通常有兩種方法，第一種方法是在工作面的進風側采空區埋設一條注氮管路，埋入一定長度后開始注氮，同時再埋入第二條注氮管路（注氮管口的移動步距通過考察確定），當第二條注氮管口埋入采空區氧化帶與冷卻帶的交界部位時向采空區注氮，同時停止第一條管路的注氮，并又重新埋設注氮管路；如此循環，直至工作面采完為止。另一種方法是沿工作面進風巷鋪設注氮干管，每隔一定距離從干管上引出注氮支管，在支管上安裝閘閥，以控制氮氣的注入量；開始注氮和停止注氮時，埋入采空區的注氮支管長度為多少，須通過實際考察確定。采空區埋管管路每隔一定距離預設氮氣釋放口，其位置應高于煤層底板20~30cm，并采用石塊或木垛加以妥善保護，以免孔口堵塞。圖4-4-7是大屯徐莊礦7235工作面埋管示意圖。1－工作面注氮干管；2－注氮支管；3－支管閘