平頂山煤業(yè)集團十一礦是開采急傾斜煤層的礦井，井田內(nèi)所采的丁、戊、己三組煤層均發(fā)生過內(nèi)因火災(zāi)，尤其是己組煤層屬厚煤層（3～20m）極易自燃（發(fā)火期18d）實驗面己16—17—22080采面，煤層傾角（20°～28°）、煤層（4～15m），機、風(fēng)兩巷沿煤層底板掘進，掘進期間兩巷多次發(fā)生冒頂，留有130多個高冒區(qū)（實為火災(zāi)發(fā)生隱患點）該面為十一礦首次采用綜采放頂煤工藝的綜放面，為保證安全回采，決定采用以注氮為主的綜合防滅火技術(shù)。
結(jié)合國內(nèi)外注氮防滅火技術(shù)應(yīng)用的情況分析，注氮雖能迅速降低注區(qū)內(nèi)氧氣含量，是一種有效地抑制煤層自燃和滅火的技術(shù)，但也存在著不足之處，一是降溫效果差，火滅后高溫煤體易復(fù)燃；二是容易受風(fēng)流、風(fēng)壓影響，流失性強，停止注氮后其防滅火作用隨即消失；三是在撲滅兩巷高冒區(qū)上部空間瓦斯與下部浮煤共存的著火隱患效果不佳，經(jīng)平煤集團公司國家職能部門討論，決定把“綜放面注氮及氮氣添加劑抑爆防滅火技術(shù)研究”作為集團公司重大攻關(guān)項目，該攻關(guān)項目放在儲量豐富、有著良好發(fā)展前景的十一礦試驗，試驗工作面定在首次采用綜采放頂煤工藝的己16—17—22080采面。項目從2002年4月開始，到2003年7月止，試驗面回采結(jié)束，支架安全回撤，采面封閉，該項目達到了預(yù)期目的，收到良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
2003年11月8日經(jīng)科學(xué)技術(shù)廳組織專家鑒定，一致認為，該項目在大傾角特厚易自燃煤層綜放面為首次應(yīng)用，其技術(shù)處在國內(nèi)先進水平之列，對于越來越多采用放頂煤工藝的自燃煤層綜采面和巷道火災(zāi)極有推廣價值。
項目內(nèi)容簡介
1.利用綜合方法劃分采空“三帶”，建立數(shù)學(xué)模型，利用束管和熱敏探頭組合成采集器；分頭埋入采空區(qū)，可遠距離連續(xù)檢測采空區(qū)不同部位，不同深度氧含量、溫度的變化，然后將各采集點上的數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)進行綜合分析，劃分出采空“三帶”既準確又可靠，為科學(xué)合理的注氮，最佳注氮時機、注氮量提供可靠的技術(shù)依據(jù)，僅此一項，每年可節(jié)約注氮費用10多萬元，利用此種方法劃分采空“三帶”，國內(nèi)尚末見報。
2.利用打鉆孔埋束管考察測試支架上方“垂直三帶”發(fā)現(xiàn)支架上方存在“氧化帶”，這種新見解，合理地、科學(xué)地解釋了國內(nèi)外發(fā)生在綜采支架上部屢屢發(fā)生煤層火災(zāi)的現(xiàn)象。
3.通過對采空區(qū)漏風(fēng)流線的考察結(jié)果，提出綜放面采空區(qū)漏風(fēng)流線不是傳統(tǒng)“U”型的新見解。
4.對以氮氣為載氣，研制了低倍數(shù)的氮氣泡沫添加劑的設(shè)備和工藝，用于巷道上部高冒區(qū)有瓦斯積聚和煤層自然火源，這種瓦斯與火共存的災(zāi)害隱患處理，數(shù)十次成功的消除了火災(zāi)隱患，對瓦斯起到了抑爆作用，為國內(nèi)外處理同類型隱患提供可借鑒的案例。
5.對以氮氣為載氣，研制了汽霧添加劑的設(shè)備和工藝，不但在處理巷道高冒區(qū)煤層初期火災(zāi)有著很好的效果，而且隋化了煤層氧化，利用插管方法處理支架上方煤層初期火災(zāi)效果明顯，特別是在采面結(jié)束，支架回撤時，利用此法防治支呆上方煤層火災(zāi)，效果更佳。
6.氮氣泡沫和汽霧陰化添加劑的研制和使用工藝的研制，對井下現(xiàn)場的實施，效果明顯，完全克服注氮防滅火技術(shù)上的缺點，提高了氮氣防滅火的作用，為我國在此項技術(shù)處在領(lǐng)先地位，為我國在注氮防滅技術(shù)上有了一個重大突破。
項目推廣應(yīng)用情況
為解決綜采放頂煤工作面煤層自然發(fā)火問題，平煤集團公司將《綜放面注氮及氮氣添加劑抑爆防滅火技術(shù)的研究》作為公司2002年度重大攻關(guān)項目，并由公司總工程師張鐵崗院士掛帥組織攻關(guān)，該項目在我礦首次使用綜放工藝的回采工作面己16-17-22080工作面進行實施。項目從2002年4月啟動，到2003年5月10日該回采工作面結(jié)束，歷時13個月另10天，項目開始，就注氮的合理流量、注氮時機、注氮方式等參數(shù)進行試驗，在取得各參數(shù)之后，又進行了注氮添加劑工藝流程的設(shè)計和實施，以及采空區(qū)三帶考察設(shè)計和實施方案后，展開了本項目全部設(shè)計的項目，從應(yīng)用情況來看，各個階段、各個分項子項目都能按計劃設(shè)計要求全面展開，項目之間一環(huán)扣一環(huán)，循序漸進，逐步展開。如：我們在掌握采空氣體分布狀況后，把連續(xù)注氮改為間歇式、邁步式注氮，嚴格控制注氮流量，既能達到防滅火的要求，又為礦上每年可節(jié)約幾十萬元電耗，在項目試驗當中，鄰近試驗面的一個己16-17-22040炮采放頂煤工作面發(fā)生采空浮煤自燃火災(zāi)，我們根據(jù)測試采空漏風(fēng)不是“U”型的特性，采取相對措施，在該采面正常生產(chǎn)的情況下，很快撲滅了該面采空火災(zāi)。特別是在處理試驗面兩巷幾十處冒頂區(qū)火災(zāi)時，氮氣配合高粘度的泡沫滅火，從手段上簡便，投入時間短，比傳統(tǒng)的凝膠滅火節(jié)約投資60%以上，該項目實施獲得成功，一是為我礦嚴重的煤層火災(zāi)綜合治理取得了可靠的技術(shù)保障；二是我礦首次使用綜機采煤的安全回采獲得成功，為我礦的機械化采煤的推動普及提供了經(jīng)驗和安全基礎(chǔ)；三是通過項目實施獲得顯著的經(jīng)濟效益；四是此項技術(shù)已在我省迅速開展，正獲得臣大的社會經(jīng)濟效益。從項目實施初期，我省僅我礦這一套系統(tǒng)，現(xiàn)已發(fā)展到平頂山、義馬、永煤三個集團公司9套系統(tǒng)，本項目所采用的各種滅火工藝和技術(shù)也逐漸為自燃嚴重的煤礦所采用。
國內(nèi)外市場前景
氮氣添加劑防滅火在國內(nèi)還處于初研階段，尚未在國內(nèi)立項，也未鑒定，需進一步的完善。平煤集團和重慶分院合作研究，在平煤集團十一礦復(fù)雜條件下，傾斜厚煤層綜放面注氮及注氮添加劑防滅火技術(shù)研究與實施成功，拓展了氮氣防滅火技術(shù)應(yīng)用，對經(jīng)濟、科學(xué)、合理的注氮，最佳的注氮時機，以及添加劑的應(yīng)用，無疑對氮氣綜合防滅火技術(shù)推向一個成熟地更高的水平。
實施該項目的基礎(chǔ)條件
平煤集團十一礦屬高瓦斯一級發(fā)火礦井，礦井丁、戊、己三組主采煤層均發(fā)生過自燃火害。尤其是己組煤層，發(fā)火期只有18天，屬極易自燃煤層，煤層自然火災(zāi)是制約礦井安全生產(chǎn)、經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。
2002年初，十一礦準備在煤層較厚的己組采用綜采放頂煤工藝，，上綜機設(shè)備，為解決綜采放頂煤工藝，采空浮煤多，容易發(fā)生煤層火災(zāi)事故。集團公司決定作為重大攻關(guān)項目與重慶分院進行合作立項攻關(guān)，經(jīng)調(diào)研，決定采用注氮防滅火技術(shù)，配合十一礦首個綜放面 16一17—22080安全回采。
注氮防滅火技術(shù)是一種成本低，先進有效的技術(shù)手段，但存在著不足之處，一是隆溫效果差，火滅后的高溫煤體容易復(fù)燃；二是注區(qū)內(nèi)容易受風(fēng)流、風(fēng)壓影響，流失性強，停止注氮后其防滅火作用隨即消失；三是在撲滅巷道支架上部高冒火災(zāi)，特別是高冒空間有瓦斯積聚，下部浮煤自燃的火災(zāi)，火與瓦斯共存的災(zāi)害處理上安全可靠性差，所以本項目的重點技術(shù)圍繞克服注氮防滅火技術(shù)上的不足，進行多內(nèi)容、多層次、多方位的研究，確保十一礦試驗面16一17—22080綜放面安全高效生產(chǎn)的同時，力爭在注氮防滅火技術(shù)上實現(xiàn)一個重大的突破。