氮气置换法治理采空区有害气体技术

煤炭公司想要防止煤炭发生自燃时，应 该 从 采 空区抽取有害气体时采取一系列手段。及时向采空 区添加氮气，防止空气进 入 采 空 区 并 引 起 自 燃。这 种通过氮气置换处理采空区有害气体的技术可以避 免有害气体对邻近工作面的威胁；同时可以保持采 空区的惰化指标，最终解决了有害气体治理的难题。

煤炭企业采空区有害气体处理难点与途径

１．１ 治理采空区瓦斯的难点 目前，采空区的瓦斯治理是一个主要的难点，也 是人类研究天然气和煤炭防治的重点。我们提出了 “采用硝酸盐替代方法控制采空区有害气体”的技术 研究。一方面，它可以解决煤炭安全生产中面临的 一些问题；另一方面是为了治理采空区有害气体，进 而探究出一条更加有效的技术。
１．２ 常规治理遇到的问题 在采空区的常规气体危害控制措施 中，该 矿 采 取了诸如安装排气扇和水射流风 扇，钻 孔 预 钻 孔 以 及返回空气通道返回的措施。两者都取得了良好的 效果，但在矿山复杂的地质条件下，工作面沿断层布 置，采空中的煤柱较小，裂缝较多。
１．３ 治理有害气体的途径探索 经过科学分析，实施采空区瓦斯抽放是控制采 空区高浓度瓦斯的有效途径，但采空区瓦斯抽放会 增加采区的漏气量。可能引起采空区遗煤自燃。因 此，如何管理采空区高浓度瓦斯，防止采空区残煤自 燃，为煤矿安全开采提供可靠保障，是矿井安全可持 续发展的基础。通过更 换 氮 气，一方面可以消除采 空区中有害气体对相邻工作面的安全威胁，另 一 方 面保持采空区的惰化状态。这可以防止煤的重新点 火和点火，最终可以有效地解决自然点火控制采空 区有害气体的技术问题。

２ 氮气置换处理采空区有害气体的研究

２．１ 对采空区有害气体的全面观测 对采空区的有害气体进行实时监测为了更好的 研究其有害气体的组成成分，以及它的变化规律和 影响的因素。通过这种 方 式，可以为评估采空区的 安全状态，为以后的相关气体置换方案的开发和实 施提供正确的基础资 料。与 此 同 时，也 要 积 极 研 究 讨论采空区漏风的解决办法，为后续治理治理采空 区的有害气体打下坚实的基础。
２．２ 采空区煤的氧化和惰化模拟实验 对采空区进行煤的氧化和惰化的模拟实验也是 不容忽视的问题。通过 上 述 模 拟 试 验，可 以 掌 握 煤 的低温氧化规律，ＣＯ 的来源及其变化规律，采空区 中最低氧的溶解度等。可以防止和控制煤的自燃的 相关参数和通过氮置换方法替换有害气体。同 时， 对煤的加热和氧化热力学进行特性试验，并 对 自 然 点火标志气进行相关研究，为预测残余煤的自燃提 供相应的基本参数。
２．３ 采空区氮气置换工艺的研究 对于采空区置换工艺也需要进行一系列的研 究，不断发掘新的采空区瓦斯的抽放技术和注氮技 术、实时监控等方法。可以制定更好的气体置换方 案和实施措施，最终可以更好的实现治理采空区瓦 斯与遗煤自燃灾害双赢的目标。
２．４ 解决措施的制定 我们需要考虑安全原则和先进适用的方法，制 定相应的采空区火灾事故应急措施。根据科学的观 念，确 立“采用硝酸盐替代方法控制采空区有害 气 体”的技术实施方案。

３ 氮气置换法治理采空区有害气体技术操作的关键点

３．１ 通过中惠普氮气发生装置学用氮气置换法，防止新鲜空气的进入 当气体从采空 区 抽 出 时，泵 送 的 负 压 将 在 一 定 程度上破坏自由状态和气体吸附状态的动态平衡。 因此，一部分吸附态气体将根据一定的衰减速度引 入和解吸。当泵送到一定 程 度 时，外部气体将进入 采空区以补充采空区从采空区抽出的气体，最 终 导 致采空区的空气泄漏源 增 加。因 此，我 们 需 要 使 用 氮气来防止所有外来气体进入采空区并始终保持采 空区的惰性状态。
３．２ 遵守“先注后抽，控制抽量”的原则 针对采空区的 气 体 置 换，实 施 过 程 中 必 须 遵 守 “先放，然后抽水，同时抽水和控制 抽 量，实 时 监 控” 的原则。这确保氮气惰化区平稳地深入采空区。最 重要的是有必要向采空区注入一定量的氮气，并 在 注入氮气的同时提取气体。主要的原理是注入的氮 气是抽走的瓦斯的一倍 多。同 时，在相应的注入和 提取过程中，需要进行实时监测，并采样和测量采空 区的气体组成和温度。最后推断出具有相应的泵送 条件和判断泵送时间是否安全可靠。应用这项技术 一是首次系统地提出并实施了“气体替代 气 体 排 放 控制有害 气 体”，该 方 案 提 出 了 气 体 置 换 的 基 本 原 理，系统设备的选择和设计，气体置换的工艺流程和 控制参数，以及采空区的 检 查 和 效 果 检 测 方 案。采 空区的气体浓 度 Ｃ１ 和 抽 水 时 间 Ｔ 必 须 符 合 式（１） 关系。 Ｃ１＝Ｃ０（１－Ｑ／Ｖ） （１） 式中，Ｃ１ 为抽放１ｈ后 的 采 空 区 瓦 斯 浓 度；Ｃ０ 为 抽 放前采空区瓦斯浓度；Ｔ 为抽放时间，ｈ；Ｑ 为采空区 瓦斯抽放流量，ｍ３／ｈ；Ｖ 为采空区体积，ｍ３。
３．３ 选择合适的抽注位置 在我们进行气体更换之前必须选择合理的泵送 位置。需要进行全面的观测研究确定在什么工作面 上进行抽放钻孔。然后，通 过 采 空 区 的 高 位 钻 孔 泵 送和排出气体的方法进行泵送。在采空洞承载采空 区最高点的屋顶裂缝区，根据实际采空区布置相应 的孔。在进 行 瓦 斯 的 抽 放 时，我 们 必 须 坚 持“低 负 压，大流量”，同时必须控制泵送的气体量不超过注 入的氮气量。

４ 强化氮气置换法治理的监督工作
相应的矿井在进行“采空区有害气体硝酸盐替 代技术”的研究和整个实施的过程中，它的责任都是 层层划分，可以落实到每一个班组以及个人，确保这 项技术在真正实施的时候得到相应的保障。可以通 过以下方式通过氮气置换，有效实施采空区有害气 体技术。
１）可以形成有序的瓦斯抽放预警系统，严格控 制瓦斯抽放的全过程。每天报告注入采空区的氮气 量，泵送的气体量以及采空区中气体的总体变化状 态。最后得到矿长和总工程师的签字认可。
２）可以建立责任分析的制度，把责任进行严格的 落实，保证氮气注入和抽放瓦斯的安全和正常的运行。
３）可以实行瓦斯抽放确认制，这样一来可以实 施细节上的有效控制，相应的班组就会在抽放瓦斯之 前对相应的设备以及管路进行全面的检查和核对，清 楚地监测采空区中的气体和氧气含量等有害气体，从 而可以更准确地计算注入的氮气量及其泵送时间。
４）可以进一步改进评估系统，并制定监测和评 估氮气和气体注入的规定。“采空区有害气体硝酸 盐替代技术”的有效运用。

５ 氮气置换法治理采空区有害气体的最终成效 　　
通过采用氮气置换法控制采空区的有害气体技 术，可以全面观察采空区的瓦斯发生状况。采 用 处 理采空区有害气体的系统设备，以及过程和安全监 测技术。通过该技术的 应 用，可以极大地解决采空 区自燃的危险，并且可以消除采空区中的气体积聚。 确保了在煤的相邻侧采矿的安全性。

６ 结语

综上所述，任何事物的提升，都不会是单方面的 努力。北京中惠普氮气发生制气装置“采空区有害气体硝酸盐替代技术”，针对瓦斯的抽放以及氮气的灵活注入。有效的对因为煤炭 自然而引发的火灾进 行 了 治 理。同时，该技术为相关煤炭企业积累了宝贵的经验，减少了煤炭的自燃， 从根本上 解 决 了 采 空 区 有 害 气 体 对 安 全 生 产 的 威 胁，提供了一条比较合理科学的解决途径。同时，大 大提高了煤炭资源的回收率，延长了矿山的使用寿命，为矿山的安全生产奠定了基础