CN105937405A - 一种u型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，包括：确定主管路氮气流量Q_N，特点在于：注氮管布设数量n₀＝int(L_y/L_b+1)，n₀＝3时，①将第一根注氮管全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设后，随着采煤工作面沿着工作面推进方向推进到距采空区分界线L_K距离后，对上下端头堵漏后，开启该注氮管控制阀向采空区全断面连续注氮，②随着采煤工作面推进到两个注氮管之间距离L_b采空区注氮管路排距时，重复①的方法敷设下一根注氮管，实现下一根注氮管注氮，③重复②的方法实现第三根注氮管采空区全断面连续注氮。注氮在整个采空区形成连续氮气幕，抑制遗煤低温氧化和防止氮气涌向采面，充分利用氮气扩散半径，提高了氮气扩散效果、氮气惰化效率。

Description

一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法

技术领域

本发明涉及煤矿采空区注氮防灭火方法，还涉及采空区全断面注氮防灭火方法，特别涉及一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法。

背景技术

煤炭自燃火灾是我国矿井主要灾害之一，煤矿火灾事故不但会产生大量有毒有害气体，严重威胁井下作业人员的生命安全，而且因火灾引发的煤尘、瓦斯爆炸等次生灾害更为严重。近年来，煤炭自燃防治理论与技术在我国得到了较好的发展，特别是一些新技术、新工艺、新材料的应用，有效地防治了矿井的煤炭自燃，保障了矿井的安全开采。采空区注氮防灭火主要是对井下火源进行封堵，将液氮送至火源点或者氧化带内，并在特定的位置留出漏风通道，使液氮充满火区附近的空间，排除火区内的空气，降低氧气的浓度。由于注氮压力的作用，使采空区内呈高正压状态，减少漏风向火区移动；液氮气化时吸收热量，降低火区温度；氮气注入封闭区内，使火区气体惰化，兼有抑制爆炸作用。

现行的注氮方式主要有埋管注氮、拖管注氮、钻孔注氮、插管注氮等。埋管注氮是沿工作面进风顺槽向采空区深部方向预埋无缝钢管，待工作面推进至合适的位置后开启管路阀门，氮气通过管路末端的释放口进入采空区，并随采空区内风流流动扩散到其他区域；钻孔注氮是由地面往井下发火自燃区域或者有自燃风险的危险性区域施钻，再运用钻孔套管注氮或在工作面相邻近的巷道，利用钻孔注氮工艺向发火可能程度比较高的地方施钻同时注氮防火；拖管注氮是在进风侧沿采空区埋一条注氮管道，随工作面推进，该埋管在液压支架或工作面运输机头、机尾或绞车的牵引下向前移动，始终保持一定距离的注氮；插管注氮是当工作面的开切眼或停采线以及巷道高冒顶发生火灾时，可采取直接向火源插管注氮进行灭火。而各注氮方式存在以下问题：氮气扩散半径小，有效作用范围有限；受采空区漏风影响大，在采空区内分布不均；释放口数量少，惰化效率低。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，提供一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法。

本发明采用的技术方案是：一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，包括：根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701-1997)第7.1条的规定确定主管路氮气流量Q_N，特点在于：注氮管布设数量n₀＝int(L_y/L_b+1)，式中n₀—采空区注氮管布设数量，路；L_y—预测采空区氧化带最大宽度，m，L_b—采空区注氮管路排距，m；当n₀＝3时，分流阀为四通阀，①将第一根注氮管全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设后，注氮管的注氮管敞口端顺序连接设于运输顺槽中的耐压软管、分流阀、注氮主管路、制氮装置，注氮分流阀各出口安设流量表、压力表及控制阀，随着采煤工作面沿着工作面推进方向推进到距采空区分 界线L_K距离以后，对工作面的上端头、下端头进行堵漏后，开启该注氮管的控制阀向采空区全断面连续注氮，②随着采煤工作面沿着工作面推进方向推进到两个注氮管之间距离L_b采空区注氮管路排距时，重复①的方法敷设下一根注氮管，实现下一根注氮管采空区全断面连续注氮，③重复②的方法实现第三根注氮管采空区全断面连续注氮。当n₀为其它值时，分流阀为n₀+1通阀，方法类推。

其中：当n₀＝3时，当按以上方法进行第四根注氮管敷设时，切断第一根注氮管的耐压软管后接入第四根注氮管，当按以上方法进行第五根注氮管敷设时，切断第二根注氮管的耐压软管后接入第五根注氮管，以此类推实现所有采空区全断面注氮防灭火。当n₀为其它值时，分流阀为n₀+1通阀，方法类推。

其中：L_K﹥r，

$L_b=2r=\frac{P_b+2P_d}{P_b}\×\frac{55}{K^{1.5}}\×\sqrt{\frac{Q_N+Q_L}{V_b}}$

式中，

L_b—采空区注氮管路排距，m；

r—氮气扩散半径，m；

P_b—分流阀支路出口压力，Pa；

P_d—工作面进回风压差，Pa；

K—采空区孔隙率；

Q_N—主管路氮气流量，m³/min；

Q_L—工作面漏风量，m³/min；

V_b—分流阀支路出口流速，m/min。

其中：注氮管由一端为注氮管密闭端，另一端为注氮管敞口端的钢管构成，沿注氮管每隔一定距离L打一组由单元孔构成的氮气释放孔组的出气孔，L＝int(L_z/n₁),式中L_z-工作面倾向长度，m；n₁—氮气释放孔组数量，组；n₁＝int(L_z/2r+1)，式中r—氮气扩散半径，m；注氮出气口单元孔数为六个时采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径R_i由下式获得：

$R_i=1000\sqrt{\frac{P_0\×D^2}{\mathrm{\π}\×n_1\×P_b\×{\left(\frac{n_1+1-i}{n_1}\right)}^{\frac{1}{4}}}}$

式中：

R_i—每组氮气释放孔组单元孔数为六个的采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管端开始；

P₀—标况下大气压力，Pa；

i—采空区第i组氮气释放孔组数量，取值1-n₁间的整数；

D—注氮管半径，m。

其中：注氮管全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设时，用煤块或木垛加以保护并采用过滤网缠绕注氮氮气释放孔组防堵，氮气释放孔组的单元孔可为两至柒个时，

$R_{ni}=R_i\sqrt{\frac{6}{n}}$

式中：R_ni—每组氮气释放孔组的单元孔数为n时采空区第i组氮气释放单元孔的半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管端开始；

R_i—每组氮气释放孔组单元孔数为个的采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管端开始；

n—每组氮气释放孔组的单元孔个数，取值为2、3、4、5、7。取其它数值时也在保护之中。

本发明的有益效果在于：将氮气输送管路沿后部溜子全断面敷设，可在整个采空区中形成连续氮气幕，与此同时，封堵上下端头能有效抑制采空区遗煤的低温氧化和防止氮气涌向采面，充分利用氮气扩散半径，保证氮气扩散效果，在采空区注氮管2上设置氮气释放孔组11，充分提高了氮气惰化效率，本发明特别是对大范围采空区自然发火、采空区隐蔽火源及高位火源、综放工作面煤炭自燃防治效果更佳。

附图说明

图1本发明注氮管路布置示意图；

图2本发明的注氮管出气口布置示意图；

图3本发明氮气释放孔组布置示意图。

图中1.采空区，2.注氮管，3.耐压软管，4.工作面，5.分流阀，6.工作面进风方向，7.主管路，8.采空区分界线，9.工作面回风方向，10.单元孔，11.氮气释放孔组。

具体实施方式

第一实施例

参见图1、图2，一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，包括：根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701-1997)第7.1条的规定确定注氮量，具体为：

$Q_N=60{\mathrm{KQ}}_0\frac{C_1-C_2}{C_N+C_2-1}$

其中，Q₀—采空区氧化带内漏风量，m³/min；一般按工作面风量的1/60-1/100选取；采取堵漏风措施后，采空区氧化带内估算漏风量；

C₁—采空区氧化带内平均氧浓度，％；

C₂—采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度，％；

C_N—注入氮气的氮气浓度，％；

K—备用系数，取1.4。

上式输入参数可计算注氮量：Q_N＝900m³/h＝15m³/min

特点在于：注氮管2布设数量n₀＝int(L_y/L_b+1)＝int(70/30+1)＝3，式中n₀—采空区注氮管2布设数量，路；L_y—预测采空区氧化带最大宽度，70m，L_b—采空区注氮管路排距，30m；当n₀＝3时，分流阀5为四通阀，①将第一根注氮管2全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设后，注氮管2的注氮管敞口端顺序连接设于运输顺槽中的耐压软管3、分流阀5、注氮主管路7、制氮装置，注氮分流阀5各出口安设流量表、压力表及控制阀，随着采煤工作面沿着工作面4推进方向推进到距采空区分界线8L_K距离以后，对工作面4的上端头、下端头进行堵漏后，开启该注氮管2的控制阀向采空区全断面连续注氮，②随着采煤工作面4沿着工作面4推进方向推进到两个注氮管2之间距离L_b采空区注氮管路排距时，重复①的方法敷设下一根注氮管2，实现下一根注氮管2采空区全断面连续注氮，③重复②的方法实现第三根注氮管2采空区全断面连续注氮。当n₀为其它值时，分流阀5为n₀+1通阀，方法类推。

第二实施例

参见图1、图2，一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，包括：根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701-1997)第7.1条的规定确定注氮量，具体为：

$Q_N=60{\mathrm{KQ}}_0\frac{C_1-C_2}{C_N+C_2-1}$

其中，Q₀—采空区氧化带内漏风量，m³/min；一般按工作面风量的1/60-1/100选取；采取堵漏风措施后，采空区氧化带内估算漏风量；

C₁—采空区氧化带内平均氧浓度，％；

C₂—采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度，％；

C_N—注入氮气的氮气浓度，％；

K—备用系数，取1.4。

上式输入参数可计算注氮量：Q_N＝900m³/h＝15m³/min

特点在于：注氮管2布设数量n₀＝int(L_y/L_b+1)＝int(70/30+1)＝3，式中n₀—采空区注氮管2布设数量，路；L_y—预测采空区氧化带最大宽度，70m，L_b—采空区注氮管路排距，30m；当n₀＝3时，分流阀5为四通阀，①将第一根注氮管2全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设后，注氮管2的注氮管敞口端顺序连接设于运输顺槽中的耐压软管3、分流阀5、注氮主管路7、制氮装置，注氮分流阀5各出口安设流量表、压力表及控制阀，随着采煤工作面沿着工作面4推进方向推进到距采空区分界线8L_K距离以后，对工作面4的上端头、下端头进行堵漏后，开启该注氮管2的控制阀向采空区全断面连续注氮，②随着采煤工作面4沿着工作面4推进方向推进到两个注氮管2之间距离L_b采空区注氮管路排距时，重复①的方法敷设下一根注氮管2，实现下一根注氮管2采空区全断面连续注氮，③重复②的方法实现第三根注氮管2采空区全断面连续注氮。当n₀为其它值时，分流阀5为n₀+1通阀，方法类推。

其中：当n₀＝3时，当按以上方法进行第四根注氮管2敷设时，切断第一根注氮管2的耐压软管3后接入第四根注氮管2，当按以上方法进行第五根注氮管2敷设时，切断第二根注氮管2的耐压软管3后接入第五根注氮管2，以此类推实现所有采空区全断面注氮防灭火。 当n₀为其它值时，分流阀5为n₀+1通阀，方法类推。

第三实施例

参见图1、图2，一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，包括：根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701-1997)第7.1条的规定确定注氮量，具体为：

$Q_N=60{\mathrm{KQ}}_0\frac{C_1-C_2}{C_N+C_2-1}$

其中，Q₀—采空区氧化带内漏风量，m³/min；一般按工作面风量的1/60-1/100选取；采取堵漏风措施后，采空区氧化带内估算漏风量；

C₁—采空区氧化带内平均氧浓度，％；

C₂—采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度，％；

C_N—注入氮气的氮气浓度，％；

K—备用系数，取1.4。

上式输入参数可计算注氮量：Q_N＝900m³/h＝15m³/min

特点在于：注氮管2布设数量n₀＝int(L_y/L_b+1)＝int(70/30+1)＝3，式中n₀—采空区注氮管2布设数量，路；L_y—预测采空区氧化带最大宽度，70m，L_b—采空区注氮管路排距，30m；当n₀＝3时，分流阀5为四通阀，①将第一根注氮管2全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设后，注氮管2的注氮管敞口端顺序连接设于运输顺槽中的耐压软管3、分流阀5、注氮主管路7、制氮装置，注氮分流阀5各出口安设流量表、压力表及控制阀，随着采煤工作面沿着工作面4推进方向推进到距采空区分界线8L_K距离以后，对工作面4的上端头、下端头进行堵漏后，开启该注氮管2的控制阀向采空区全断面连续注氮，②随着采煤工作面4沿着工作面4推进方向推进到两个注氮管2之间距离L_b采空区注氮管路排距时，重复①的方法敷设下一根注氮管2，实现下一根注氮管2采空区全断面连续注氮，③重复②的方法实现第三根注氮管2采空区全断面连续注氮。当n₀为其它值时，分流阀5为n₀+1通阀，方法类推。

其中：当n₀＝3时，当按以上方法进行第四根注氮管2敷设时，切断第一根注氮管2的耐压软管3后接入第四根注氮管2，当按以上方法进行第五根注氮管2敷设时，切断第二根注氮管2的耐压软管3后接入第五根注氮管2，以此类推实现所有采空区全断面注氮防灭火。当n₀为其它值时，分流阀5为n₀+1通阀，方法类推。

其中：L_K﹥r，

$L_b=2r=\frac{P_b+2P_d}{P_b}\×\frac{55}{K^{1.5}}\×\sqrt{\frac{Q_N+Q_L}{V_b}}$

L_b＝30m

式中，

L_b—采空区注氮管路排距，m；

r—氮气扩散半径，m，取15m；

P_b—分流阀5支路出口压力，Pa，取250000Pa；

P_d—工作面4进回风压差，Pa，即在工作面进风方向6与工作面回风方向9之间风压差，取600Pa；

K—采空区孔隙率，取0.3；

Q_N—主管路7氮气流量，m³/min，取15m³/min；

Q_L—工作面漏风量，m³/min，取，5m³/min；

V_b—分流阀5支路出口流速，m/min，2544m/min。

第四实施例

参见图1、图2，一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，包括：根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701-1997)第7.1条的规定确定注氮量，具体为：

$Q_N=60{\mathrm{KQ}}_0\frac{C_1-C_2}{C_N+C_2-1}$

其中，Q₀—采空区氧化带内漏风量，m³/min；一般按工作面风量的1/60-1/100选取；采取堵漏风措施后，采空区氧化带内估算漏风量；

C₁—采空区氧化带内平均氧浓度，％；

C₂—采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度，％；

C_N—注入氮气的氮气浓度，％；

K—备用系数，取1.4。

上式输入参数可计算注氮量：Q_N＝900m³/h＝15m³/min

特点在于：注氮管2布设数量n₀＝int(L_y/L_b+1)＝int(70/30+1)＝3，式中n₀—采空区注氮管2布设数量，路；L_y—预测采空区氧化带最大宽度，70m，L_b—采空区注氮管路排距，30m；当n₀＝3时，分流阀5为四通阀，①将第一根注氮管2全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设后，注氮管2的注氮管敞口端顺序连接设于运输顺槽中的耐压软管3、分流阀5、注氮主管路7、制氮装置，注氮分流阀5各出口安设流量表、压力表及控制阀，随着采煤工作面沿着工作面4推进方向推进到距采空区分界线8L_K距离以后，对工作面4的上端头、下端头进行堵漏后，开启该注氮管2的控制阀向采空区全断面连续注氮，②随着采煤工作面4沿着工作面4推进方向推进到两个注氮管2之间距离L_b采空区注氮管路排距时，重复①的方法敷设下一根注氮管2，实现下一根注氮管2采空区全断面连续注氮，③重复②的方法实现第三根注氮管2采空区全断面连续注氮。当n₀为其它值时，分流阀5为n₀+1通阀，方法类推。

其中：当n₀＝3时，当按以上方法进行第四根注氮管2敷设时，切断第一根注氮管2的耐压软管3后接入第四根注氮管2，当按以上方法进行第五根注氮管2敷设时，切断第二根注氮管2的耐压软管3后接入第五根注氮管2，以此类推实现所有采空区全断面注氮防灭火。当n₀为其它值时，分流阀5为n₀+1通阀，方法类推。

其中：L_K﹥r，

$L_b=2r=\frac{P_b+2P_d}{P_b}\×\frac{55}{K^{1.5}}\×\sqrt{\frac{Q_N+Q_L}{V_b}}$

L_b＝30m

式中，

L_b—采空区注氮管路排距，m；

r—氮气扩散半径，m，取15m；

P_b—分流阀5支路出口压力，Pa，取250000Pa；

P_d—工作面4进回风压差，Pa，即在工作面进风方向6与工作面回风方向9之间风压差，取600Pa；

K—采空区孔隙率，取0.3；

Q_N—主管路7氮气流量，m³/min，取15m³/min；

Q_L—工作面漏风量，m³/min，取，5m³/min；

V_b—分流阀5支路出口流速，m/min，2544m/min。

其中：注氮管2由一端为注氮管密闭端，另一端为注氮管敞口端的钢管构成，沿注氮管2每隔一定距离L打一组由单元孔10构成的氮气释放孔组11的出气孔，L＝int(L_z/n₁)＝211/8＝26m，式中L_z-工作面4倾向长度，m；n₁—氮气释放孔组11数量，组；n₁＝int(L_z/2r+1)＝int(211/(2×15)+1)＝8，式中r—氮气扩散半径，m；注氮出气口单元孔10数为六个时采空区第i组氮气释放孔组11的单元孔10半径R_i由下式获得：

$R_i=1000\sqrt{\frac{P_0\×D^2}{\mathrm{\π}\×n_1\×P_b\×{\left(\frac{n_1+1-i}{n_1}\right)}^{\frac{1}{4}}}}$

式中：

R_i—每组氮气释放孔组11单元孔10数为六个的采空区第i组氮气释放孔组11的单元孔10半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管3端开始；

P₀—标况下大气压力，Pa；

i—采空区第i组氮气释放孔组11数量，取值1-n₁间的整数；

D—注氮管2半径，m。

即

$R_1=1000\sqrt{\frac{P_0\×D^2}{\mathrm{\π}\×n_1\×P_b\×{\left(\frac{n_1+1-1}{n_1}\right)}^{\frac{1}{4}}}}=6.3mm$

R₁—采空区第1组氮气释放孔组11单元孔10半径，mm(i＝1，2，……，n₁)；

同理可得，

R₂＝6.4mm；

R₃＝6.6mm；

R₄＝6.7mm；

R₅＝6.9mm；

R₆＝7.1mm；

R₇＝7.5mm；

R₈＝8.2mm

第五实施例

参见图1、图2，一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，包括：根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701-1997)第7.1条的规定确定注氮量，具体为：

$Q_N=60{\mathrm{KQ}}_0\frac{C_1-C_2}{C_N+C_2-1}$

其中，Q₀—采空区氧化带内漏风量，m³/min；一般按工作面风量的1/60-1/100选取；采取堵漏风措施后，采空区氧化带内估算漏风量；

C₁—采空区氧化带内平均氧浓度，％；

C₂—采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度，％；

C_N—注入氮气的氮气浓度，％；

K—备用系数，取1.4。

上式输入参数可计算注氮量：Q_N＝900m³/h＝15m³/min

特点在于：注氮管2布设数量n₀＝int(L_y/L_b+1)＝int(70/30+1)＝3，式中n₀—采空区注氮管2布设数量，路；L_y—预测采空区氧化带最大宽度，70m，L_b—采空区注氮管路排距，30m；当n₀＝3时，分流阀5为四通阀，①将第一根注氮管2全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设后，注氮管2的注氮管敞口端顺序连接设于运输顺槽中的耐压软管3、分流阀5、注氮主管路7、制氮装置，注氮分流阀5各出口安设流量表、压力表及控制阀，随着采煤工作面沿着工作面4推进方向推进到距采空区分界线8L_K距离以后，对工作面4的上端头、下端头进行堵漏后，开启该注氮管2的控制阀向采空区全断面连续注氮，②随着采煤工作面4沿着工作面4推进方向推进到两个注氮管2之间距离L_b采空区注氮管路排距时，重复①的方法敷设下一根注氮管2，实现下一根注氮管2采空区全断面连续注氮，③重复②的方法实现第三根注氮管2采空区全断面连续注氮。当n₀为其它值时，分流阀5为n₀+1通阀，方法类推。

其中：当n₀＝3时，当按以上方法进行第四根注氮管2敷设时，切断第一根注氮管2的耐压软管3后接入第四根注氮管2，当按以上方法进行第五根注氮管2敷设时，切断第二根注氮管2的耐压软管3后接入第五根注氮管2，以此类推实现所有采空区全断面注氮防灭火。当n₀为其它值时，分流阀5为n₀+1通阀，方法类推。

其中：L_K﹥r，

$L_b=2r=\frac{P_b+2P_d}{P_b}\×\frac{55}{K^{1.5}}\×\sqrt{\frac{Q_N+Q_L}{V_b}}$

L_b＝30m

式中，

L_b—采空区注氮管路排距，m；

r—氮气扩散半径，m，取15m；

P_b—分流阀5支路出口压力，Pa，取250000Pa；

P_d—工作面4进回风压差，Pa，即在工作面进风方向6与工作面回风方向9之间风压差，取600Pa；

K—采空区孔隙率，取0.3；

Q_N—主管路7氮气流量，m³/min，取15m³/min；

Q_L—工作面漏风量，m³/min，取，5m³/min；

V_b—分流阀5支路出口流速，m/min，2544m/min。

其中：注氮管2由一端为注氮管密闭端，另一端为注氮管敞口端的钢管构成，沿注氮管2每隔一定距离L打一组由单元孔10构成的氮气释放孔组11的出气孔，L＝int(L_z/n₁)＝211/8＝26m，式中L_z-工作面4倾向长度，m；n₁—氮气释放孔组11数量，组；n₁＝int(L_z/2r+1)＝int(211/(2×15)+1)＝8，式中r—氮气扩散半径，m；注氮出气口单元孔10数为六个时采空区第i组氮气释放孔组11的单元孔10半径R_i由下式获得：

$R_i=1000\sqrt{\frac{P_0\×D^2}{\mathrm{\π}\×n_1\×P_b\×{\left(\frac{n_1+1-i}{n_1}\right)}^{\frac{1}{4}}}}$

式中：

R_i—每组氮气释放孔组11单元孔10数为六个的采空区第i组氮气释放孔组11的单元孔10半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管3端开始；

P₀—标况下大气压力，Pa；

i—采空区第i组氮气释放孔组11数量，取值1-n₁间的整数；

D—注氮管2半径，m。

即

$R_1=1000\sqrt{\frac{P_0\×D^2}{\mathrm{\π}\×n_1\×P_b\×{\left(\frac{n_1+1-1}{n_1}\right)}^{\frac{1}{4}}}}=6.3mm$

R₁—采空区第1组氮气释放孔组11单元孔10半径，mm(i＝1，2，……，n₁)；

同理可得，

R₂＝6.4mm；

R₃＝6.6mm；

R₄＝6.7mm；

R₅＝6.9mm；

R₆＝7.1mm；

R₇＝7.5mm；

R₈＝8.2mm

其中：注氮管2全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设时，用煤块或木垛加以保护并采用过滤网缠绕注氮氮气释放孔组11防堵，氮气释放孔组11的单元孔10可为两至柒个时，

$R_{ni}=R_i\sqrt{\frac{6}{n}}$

式中：R_ni—每组氮气释放孔组11的单元孔10数为n时采空区第i组氮气释放单元孔10的半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管3端开始；

R_i—每组氮气释放孔组11单元孔10数为6个的采空区第i组氮气释放孔组11的单元孔10半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管3端开始；

n—每组氮气释放孔组11的单元孔10个数，取值为2、3、4、5、7。取其它数值时也在保护之中。

如:当n＝5时，R_n5＝6.9×(6/5)^1/2＝6.9×1.095＝7.6mm。

沙吉海煤矿B1003W01工作面在回采期间，采取一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，取得良好应用效果，有效抑制了采空区遗煤的低温氧化，大大减少了工作面回风隅角、回风流中CO超限的次数，保证了工作面安全开采。

Claims (9)

1.一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，包括：根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》MT/T701-1997第7.1条的规定确定主管路氮气流量Q_N，特征在于：注氮管布设数量n₀＝int(L_y/L_b+1)，式中n₀—采空区注氮管布设数量，路；L_y—预测采空区氧化带最大宽度，m，L_b—采空区注氮管路排距，m；当n₀＝3时，分流阀为四通阀，①将第一根注氮管全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设后，注氮管的注氮管敞口端顺序连接设于运输顺槽中的耐压软管、分流阀、注氮主管路、制氮装置，注氮分流阀各出口安设流量表、压力表及控制阀，随着采煤工作面沿着工作面推进方向推进到距采空区分界线L_K距离以后，对工作面的上端头、下端头进行堵漏后，开启该注氮管的控制阀向采空区全断面连续注氮，②随着采煤工作面沿着工作面推进方向推进到两个注氮管之间距离L_b采空区注氮管路排距时，重复①的方法敷设下一根注氮管，实现下一根注氮管采空区全断面连续注氮，③重复②的方法实现第三根注氮管采空区全断面连续注氮。

2.根据权利要求1所述的一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，其特征在于：当n₀＝3时，当按以上方法进行第四根注氮管敷设时，切断第一根注氮管的耐压软管后接入第四根注氮管，当按以上方法进行第五根注氮管敷设时，切断第二根注氮管的耐压软管后接入第五根注氮管，以此类推实现所有采空区全断面注氮防灭火。

3.根据权利要求1所述的一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，其特征在于：L_K﹥r，

$L_b=2r=\frac{P_b+2P_d}{P_b}\×\frac{55}{K^{1.5}}\×\sqrt{\frac{Q_N+Q_L}{V_b}}$

式中，

L_b—采空区注氮管路排距，m；

r—氮气扩散半径，m；

P_b—分流阀支路出口压力，Pa；

P_d—工作面进回风压差，Pa；

K—采空区孔隙率；

Q_N—主管路氮气流量，m³/min；

Q_L—工作面漏风量，m³/min；

V_b—分流阀支路出口流速，m/min。

4.根据权利要求1所述的一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，其特征在于：注氮管由一端为注氮管密闭端，另一端为注氮管敞口端的钢管构成，沿注氮管每隔一定距离L打一组由单元孔构成的氮气释放孔组的出气孔，L＝int(L_z/n₁),式中L_z-工作面倾向长度，m；n₁—氮气释放孔组数量，组；n₁＝int(L_z/2r+1)，式中r—氮气扩散半径，m；注氮出气口单元孔数为六个时采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径R_i由下式获得：

$R_i=1000\sqrt{\frac{P_0\×D^2}{\mathrm{\π}\×n_1\×P_b\×{\left(\frac{n_1+1-i}{n_1}\right)}^{\frac{1}{4}}}}$

式中：

R_i—每组氮气释放孔组单元孔数为六个的采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管端开始；

P₀—标况下大气压力，Pa；

i—采空区第i组氮气释放孔组数量，取值1-n₁间的整数；

D—注氮管半径，m。

5.根据权利要求2所述的一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，其特征在于：L_K﹥r，

$L_b=2r=\frac{P_b+2P_d}{P_b}\×\frac{55}{K^{1.5}}\×\sqrt{\frac{Q_N+Q_L}{V_b}}$

式中，

L_b—采空区注氮管路排距，m；

r—氮气扩散半径，m；

P_b—分流阀支路出口压力，Pa；

P_d—工作面进回风压差，Pa；

K—采空区孔隙率；

Q_N—主管路氮气流量，m³/min；

Q_L—工作面漏风量，m³/min；

V_b—分流阀支路出口流速，m/min。

6.根据权利要求2所述的一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，特征在于：注氮管由一端为注氮管密闭端，另一端为注氮管敞口端的钢管构成，沿注氮管每隔一定距离L打一组由单元孔构成的氮气释放孔组的出气孔，L＝int(L_z/n₁),式中L_z-工作面倾向长度，m；n₁—氮气释放孔组数量，组；n₁＝int(L_z/2r+1)，式中r—氮气扩散半径，m；注氮出气口单元孔数为六个时采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径R_i由下式获得：

$R_i=1000\sqrt{\frac{P_0\×D^2}{\mathrm{\π}\×n_1\×P_b\×{\left(\frac{n_1+1-i}{n_1}\right)}^{\frac{1}{4}}}}$

式中：

R_i—每组氮气释放孔组单元孔数为六个的采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管端开始；

P₀—标况下大气压力，Pa；

i—采空区第i组氮气释放孔组数量，取值1-n₁间的整数；

D—注氮管半径，m。

7.根据权利要求3所述的一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，其特征在于：注氮管由一端为注氮管密闭端，另一端为注氮管敞口端的钢管构成，沿注氮管每隔一定距离L打一组由单元孔构成的氮气释放孔组的出气孔，L＝int(L_z/n₁),式中L_z-工作面倾向长度，m；n₁—氮气释放孔组数量，组；n₁＝int(L_z/2r+1)，式中r—氮气扩散半径，m；注氮出气口单元孔数为六个时采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径R_i由下式获得：

$R_i=1000\sqrt{\frac{P_0\×D^2}{\mathrm{\π}\×n_1\×P_b\×{\left(\frac{n_1+1-i}{n_1}\right)}^{\frac{1}{4}}}}$

式中：

R_i—每组氮气释放孔组单元孔数为六个的采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管端开始；

P₀—标况下大气压力，Pa；

i—采空区第i组氮气释放孔组数量，取值1-n₁间的整数；

D—注氮管半径，m。

8.根据权利要求5所述的一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，其特征在于：注氮管由一端为注氮管密闭端，另一端为注氮管敞口端的钢管构成，沿注氮管每隔一定距离L打一组由单元孔构成的氮气释放孔组的出气孔，L＝int(L_z/n₁),式中L_z-工作面倾向长度，m；n₁—氮气释放孔组数量，组；n₁＝int(L_z/2r+1)，式中r—氮气扩散半径，m；注氮出气口单元孔数为六个时采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径R_i由下式获得：

$R_i=1000\sqrt{\frac{P_0\×D^2}{\mathrm{\π}\×n_1\×P_b\×{\left(\frac{n_1+1-i}{n_1}\right)}^{\frac{1}{4}}}}$

式中：

R_i—每组氮气释放孔组单元孔数为六个的采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管端开始；

P₀—标况下大气压力，Pa；

i—采空区第i组氮气释放孔组数量，取值1-n₁间的整数；

D—注氮管半径，m。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种U型通风工作面采空区全断面帷幕注氮的防灭火方法，其特征在于：注氮管全断面沿支架后部的后部溜子里侧敷设时，用煤块或木垛加以保护并采用过滤网缠绕注氮氮气释放孔组防堵，氮气释放孔组的单元孔可为两至柒个时，

$R_{ni}=R_i\sqrt{\frac{6}{n}}$

式中：R_ni—每组氮气释放孔组的单元孔数为n时采空区第i组氮气释放单元孔的半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管端开始；

R_i—每组氮气释放孔组单元孔数为个的采空区第i组氮气释放孔组的单元孔半径，mm，i取值1-n₁间的整数，从耐压软管端开始；

n—每组氮气释放孔组的单元孔个数，取值为2、3、4、5、7。