前言

本標準在制定過程中，查閱了大量國內外的有關資料，特別是德國和法國的氮氣防滅火資料和使用氮氣的有關規定，以及我國有關科研和應用報告等，并對其內容進行認真研究分析后，按照《煤礦安全規程》和《礦井防滅火規范(試行)》的相關內容相一致的原則，同時結合我國煤礦應用氮氣防滅火所取得的成功經驗，確定了本標準的基本內容。

本標準中對氮氣來源方式作了原則規定，但供氮能力必須滿足最大防火注氮流量的需要，這是氮氣防滅火成功與否的關鍵。注氮工藝和方法是本標準的核心內容，同時也是防滅火效果好與否的關鍵。但由于煤礦條件復雜，各礦井、各工作面的條件都不一樣，因此在應用時需合理選擇使用。均壓、堵漏和火災監測是注氮防滅火的配合措施，也是提高氮氣防滅火效果的可靠保證，應因地制宜地選擇與實施。

本標準是在總結實際經驗的基礎上，制定出來的首部《煤礦用氮氣防滅火技術規范》，為今后更好地開展氮氣防滅火技術提供全煤炭行業的統一的技術依據。

本標準是一個獨立性標準。本標準規定的技術內容均獨立于其他標準之外而獨立成體，獨立執行。

本標準由煤炭工業部科技教育司提出。

本標準由煤炭工業部煤礦安全標準化技術委員會歸口。

本標準由煤炭科學研究總院重慶分院起草。

本標準主要起草人：王長元、邵啟胤、徐承林。

本標準委托煤炭科學研究總院重慶分院負責解釋。

1 范圍

本標準規定了煤礦用氮氣防滅火的氮氣源設備、注氮防滅火工藝和方法及主要技術參數等。

本標準適用于具有煤炭自然發火而又有條件建立氮氣防滅火系統的礦井。

2 引用標準

下列標準所包含的條文，通過在本標準中引用而構成為本標準的條文。本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。

《煤礦安全規程》 1992—12—22 中華人民共和國能源部

《礦井防滅火規范》(試行) 1988—10 中華人民共和國煤炭工業部制定

3 定義

本標準采用下列定義。

3．1 注氮防滅火方法 method of fire fighting by nitrogen injection

將氮氣通過管路輸送到需要防滅火的區域，使之降低該區域內空氣中的氧氣濃度，達到阻止煤炭氧化或窒息火源。

3．2 采空區三帶 three zones of gob

工作面采空區沿走向方向，按其氧氣濃度不同而劃分的區域，即冷卻帶、氧化帶、窒息帶。

3．3 惰化防火指標 inertion index for fire prevention

煤的防火臨界氧氣濃度值。

3．4 惰化滅火指標 inertion index for fire extingishment

徹底撲滅火源并使其不再復燃的臨界氧氣濃度值。

3．5 惰化抑爆指標 inertion index for explosion suppression

氧氣濃度降低到瓦斯失去爆炸條件時的臨界氧氣濃度值。

3．6 開放式注氮 open type of nitrogen injection

在需要注氮的區域未封閉的情況下，進行注氮。

3．7 封閉式注氮 seal type of nitrogen injection

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再進行注氮。

3．8 安全氧濃度指標 safety index of oxygen content

保證人員生命安全所必須的最低氧氣濃度值(18．5％)。

3．9 安全通風量 safe ventilation air quantity

注氮過程中，為防止輸氮管路內的氮氣全部泄漏到巷道內或工作面，不致造成該處工作人員因缺氧而發生窒息事故所必需的最小通風量。

4 一般要求

4．1 應有完整的礦井開拓、開采圖，通風系統圖及輸氮管路系統圖。

4．2 新建礦井應有所有煤層、擬采水平和不同地質構造區域煤的自燃傾向性鑒定報告，以及開采同煤系煤層鄰近生產礦井的自然發火危險程度等級資料。

4．3 生產礦井有礦井自然發火危險程度等級資料以及新開煤層、新水平和不同地質構造區域煤自燃傾向性鑒定報告。

4．4 生產礦井有歷年煤自然發火資料。

5 注氮防滅火方案

5．1 注氮方案的主要內容

5．1．1 建立氮氣防滅火系統：

a)現行常規防滅火技術措施的適應性和有效性分析；

b)氮氣來源選取的技術經濟分析；

c)供氮能力、輸氮管路的計算與選取；

d)注氮防滅火工藝和方法；

e)注氮防滅火的效果考察；

f)投資概算與工程進度計劃；

g)工程組織領導機構。

5．1．2 建立完善的火災監測系統。

5．1．3 有可靠的防止向注氮區域內漏風和氮氣泄漏的措施。

5．2 注氮方案的實施

5．2．1 制定的注氮防滅火方案必須報礦務局審批后方能實施。

5．2．2 注氮防滅火方案的工程應由基建施工單位(基建礦井)或礦井(生產礦井)負責組織實施。

5．2．3 注氮防滅火方案規定的工程完工后由批準部門負責組織驗收。

6 氮氣源設備

6．1 氮氣源設備可選用地面固定式深冷空分制氮設備；地面固定式或井上、井下移動式變壓吸附制氮裝置；井上、井下固定式或移動式膜分離制氮裝置。

6．2 井下制氮裝置中的電氣設備必須取得《防爆檢驗合格證》。

6．3 地面移動式制氮裝置的外形尺寸應能滿足公路和鐵路運輸的要求。

6．4 井下移動式制氮裝置的外形尺寸應與礦用平板車、罐籠的允許尺寸相適應。

7 主要技術參數

7．1 供氮能力

制氮設備或裝置的供氮能力應按礦井注氮工作面防火注氮需要選取，供氮能力可按式(1)計算(1個工作面注氮量)：

……………………………………(1)

式中：Q₀——采空區氧化帶內漏風量，m³／min；

C₁——采空區氧化帶內平均氧濃度，％；

C₂——采空區惰化防火指標，其值為煤自燃臨界氧濃度，％；

C_N——注入氮氣的氮氣濃度，％；

K——備用系數，取1．2～1．5。

7．2 氮氣純度

向防火區注入氮氣的純度要視其能將采空區的氧濃度降低到煤自燃臨界氧濃度而定。而向火區注入氮氣純度應不低于97％。

7．3 供氮壓力

地面、井下制氮設備的供氮壓力，可按7．4．2條的供氮壓力公式計算，其管路末端的絕對壓力應不低于0．2MPa。

7．4 輸氮管路

7．4．1 管材的選取

從地面供氮時，當供氮壓力小于1．6MPa時，輸氮管路應選用無縫鋼管。從井下供氮時，除應采用鋼管外，在滿足輸氮壓力的情況下，可選用耐壓橡膠軟管。但進人采空區或火區的管路必須采用無縫鋼管。

7．4．2 輸氮管路的直徑應滿足最大輸氮流量和壓力的要求。供氮壓力能否滿足要求，按式(2)進行計算：

…………………………………(2)

式中：P₂——管路末端的絕對壓力，MPa；

Qmax——最大輸氮流量，m³／h；

D₀——基準管徑，150mm；

Di——實際輸氮管徑，mm；

Li——相同直徑管路的長度，km；

λ₀——基準管徑的阻力損失系數，0．026；

λi——實際輸氮管徑的阻力損失系數，對于不同的鋼管直徑，則有如表1的關系：

表1

7．5 輸氮管路的鋪設

7．5．1 管路的鋪設應盡量減少拐彎，要求平、直、穩，接頭不漏氣。每節鋼管的支點不少于兩點，每節軟管的吊掛不少于4點，不允許在管路上堆放他物。低洼處可設置放水閥。

7．5．2 輸氮管路的分岔處應設置三通和截止閥及壓力表。

7．5．3 輸氮管路應進行防銹處理，表面涂黃色油漆。

7．5．4 定期對輸氮管路進行試壓檢漏。

8 注氮防滅火工藝和方法

根據礦井具體條件，可采用埋管注氮、拖管注氮、鉆孔注氮、插管注氮和密閉注氮等工藝。

8．1 埋管注氮

在工作面的進風側沿采空區埋設一趟注氮管路。當埋人一定深度后開始注氮，同時又埋人第二趟注氮管路(注氮管口的移動步距通過考察確定)。當第二趟注氮管口埋人采空區氧化帶與冷卻帶的交界部位時向采空區注氮，同時停止第一趟管路的注氮，并又重新埋設注氮管路，如此循環，直至工作面采完為止。

8．2 拖管注氮

在工作面的進風側沿采空區埋設一定長度(其值由考察確定)的厚壁鋼管作為注氮管路，它的移動主要利用工作面的液壓支架，或工作面運輸機頭、機尾，或工作面進風巷的回柱絞車作牽引。注氮管隨著工作面的推進而移動，使其始終埋人采空區內的一定深度。

8．3 鉆孔注氮

在地面或井下，向采空區或火災隱患的區域打鉆孔(全套管)注氮。

8．4 插管注氮

工作面開切眼、停采線和巷道高冒區，可采用向火源直接插管的注氮方式進行注氮。

8．5 密閉注氮

利用密閉墻上預留的注氮管向火區或火災隱患的區域實施注氮。

8．6 注氮方法

根據對火情的預測情況，可選擇連續或間斷注氮。

8．7 注氮地點

防滅火注氮地點應盡可能選擇在進風側或靠近火源。工作面采空區注氮防火的注氮管口應處于采空區氧化帶內。

8．8 注氮抑制瓦斯爆炸

撲滅瓦斯積聚區的火災，需建防爆墻。注氮的同時，取樣分析災區氣體成分的變化，并用空氣一甲烷混合物的爆炸三角形法進行失爆性的判定。

9 注氮防滅火惰化指標

9．1 采空區惰化防火氧濃度指標不大于煤自燃臨界氧濃度，其值由氣相色譜吸氧法測定。

9．2 惰化滅火氧濃度指標應不大于3％。

9．3 惰化抑制瓦斯爆炸氧濃度指標應小于12％。

10 注氮防滅火的效果考察

10．1 為保證注氮防滅火的效果，宜對注氮的區域采取均壓措施，并采取嚴格的堵漏措施以及有效的火災監測，使防滅火區域的漏風量降到最低限度。

10．2 考察內容：

——注氮前、后采空區三帶的變化；

——注氮量、注氮擴散半徑、注氮口移動步距等。

11 安全技術措施與管理

11．1 注氮過程中，工作場所的氧氣濃度不得低于18．5％，否則應立即停止作業撤除人員，同時降低注氮流量或停止注氮。

11．2 注氮地點及與其相連巷道的安全通風量，按式(3)計算：

……………………………………(3)

式中：Q₀——工作場所的安全通風量，m³／min：

Q_N——最大氮氣泄漏量，m³／min；

C_N——泄漏氮氣中的氮氣濃度，％；

C₁——工作面或巷道中原始氧氣濃度，一般取20．8％；

C₂——工作場所的安全氧濃度指標，18．5％。

11．3 注氮安全措施與管理：

在采空區進行注氮防火或在火區進行注氮滅火時，必須編制相應的安全技術措施，并經礦總工程師審批后，方可實施。

11．4 制氮設備的管理人員和操作人員，必須經培訓，考試合格，并取得結業證和上崗證后，方可上崗。

11．5 必須建立制氮設備的操作規程、工種崗位責任制、機電設備維護檢修規程、注氮防滅火管理暫行規定等規章制度。

11．6 建立注氮防滅火臺帳。

11．7 注氮防火、滅火區的管理、熄滅標準、注銷和啟封要求以及防火墻的管理，應按《煤礦安全規程》和《礦井防滅火規范》的規定執行。