鶴壁中泰公司開采煤層為石炭二迭系山西組二1煤，煤層平均厚度8m，自燃發(fā)火期為6～12個月。工作面自1992年采用綜采放頂煤開采工藝以來，基本上達到了高產(chǎn)、高效目的。但由于放頂煤回采工藝的特殊性，導致一系列防滅火問題，使工作面采空區(qū)自燃發(fā)火問題日益嚴重，特別是工作面相鄰采空區(qū)回采期間，由于隔離煤柱較薄，工作面采空區(qū)推過后，隔離煤柱被壓碎，使后部采空區(qū)連成一片，形成漏風通道，導致采空區(qū)CO時有超限。于是，2005年以后不再推廣全層放頂煤，采用頂分層分層采煤工藝，收到良好效益。

　　21301工作面為頂分層采煤工作面，位于二水平一采區(qū)。該工作面東以21301下運輸巷為界與4F37斷層相鄰，南以切眼為界與2118采空區(qū)相鄰，西以31301上運輸巷為界與21281采空區(qū)相鄰，北以設計停采線為界與21301邊切眼相鄰。該工作面于2007年6月開始回采，工作面走向長278m，傾斜長59～71m，上運輸巷拉長402m，下運輸巷長371m，工作面煤塵爆炸指數(shù)為13.5%～16.7%，煤層自燃發(fā)火期為5～12個月。

　　1 問題提出及原因分析

　　2007年10月，21301工作面推進距停采線為15m時，發(fā)現(xiàn)上隅口CO有明顯上升趨勢，10月27日四點班測的CO達到0.008%，已超過《煤礦安全規(guī)程》0.0024%的規(guī)定值。分析認為，21301上運輸巷剛采過上幫老巷，由于其密閉長期漏風，導致殘煤氧化及后部采空區(qū)氧化，造成CO上升。

　　2 防火方案

　　采用注漿、注凝膠、均壓滅火的同時，采取向21301采空區(qū)壓注氮氣進行滅火，使采空區(qū)自燃隱患得以有效治理。

　　2.1 注氮及鉆孔的選擇

　　通風區(qū)資料料顯示，高溫點位于21301上塘口以里20m上幫老巷及后部采空區(qū)開采切眼位置。為盡快滅火，同時在21282上、下運輸巷分別向21301上塘口以里老巷和工作面開采切眼位置打鉆，并立即向21301采空區(qū)及上塘口以里老巷注氮氣。

　　2.2 注氮設備與設施

　　注氮設備采用地面DM移動式膜分離制氮機，該機采用了世界制氮領域的最新技術——中空纖維膜分離注氮技術，主要用于煤礦防滅火。該機注氮壓力高，壓力損失小，可滿足氮氣壓力高用戶。適合遠距離輸送，并可移動。主要技術指標：氮氣產(chǎn)量：1000Nm³/h，氮氣純度≥97%，O2≤3%，氮氣出口壓力≥0.8MPa（可調(diào)）。

　　2.3 移動式膜分離注氮機防滅火原理

　　DM移動式膜分離注氮機是由空氣壓縮機、冷卻器、電加熱器、過濾器和膜分離器組成，其核心部分是膜分離器。膜分離器是由多束半滲透中空纖維組成，每個分離器含有數(shù)以萬計的纖維絲，中空纖維膜分離氣體的總過程，是由溶解和擴散兩部分組成，即混合氣體在膜的高壓側(cè)表面，以不同的溶解度溶于膜內(nèi)，然后在膜中兩側(cè)壓力差推動下，混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓擴散，滲透速率較快的氣體，如水氣、氧氣等，透過膜后在透膜側(cè)被富集，而滲透速率較慢的氣體，如氮氣、氬氣等則在滯留側(cè)被富集，從而達到混合氣體分離的目的。

　　2.4 注氮防滅火工藝流程

　　首先,人工起動DM制氮機，制氮機生成的氮氣由注氮管10壓入21282上、下運輸巷，然后通過2吋注氮管4、8到注氮孔5、6，最后進入采空區(qū)快速進行滅火。由圖可知，其工作原理簡單，并可根據(jù)管徑調(diào)整出口壓力，向封閉的采空區(qū)送氣，就能達到防滅火的目的。

　　3 效果分析

　　從2007年10月27日四點班測得21301上塘口CO濃度為0.008%，連續(xù)不斷向21301采空區(qū)注氮，每小時注氮500Nm3/h，每天注氮氣20h，到11月10日止,共向采空區(qū)注130000Nm3/h，10日四點班測得CO濃度為0.0012%，以后連續(xù)監(jiān)測到13日，基本穩(wěn)定。注氮氣能及時消滅高溫火源，取得了顯著效果,保證了21301工作面的安全生產(chǎn)。

　　從21301采空區(qū)的使用情況看，注氮氣防滅火技術能夠有效防治采空區(qū)自燃發(fā)火，快速處理自燃帶的火區(qū)。其中，判斷高溫區(qū)域范圍，做到有的放矢，是快速治理高溫火區(qū)的基礎。使用氮氣防滅火技術工藝簡單，滅火迅速，節(jié)約材料及能源，經(jīng)濟可靠，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。