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7311放顶煤开采工作面方案设计
1、氮气防灭火机理
氮气作为来源丰富的惰性气体，其防灭火机理主要表现在： 1）采空区内注入大量的高浓度的氮气后，氧气浓度相对减小，氮气部分地替代氧气而进入到煤体裂隙表面，这样煤表面对氧气的吸附量降低，在很大程度上抑制或减缓了遗煤的氧化放热速度；
2）对于采空区注氮防灭火而言，采空区注入氮气后，提高了气体静压，降低了漏入采空区的风量，减少了空气与煤炭直接接触的机会； 3）氮气在流经煤体时，吸收了煤氧化产生的热量，可以减缓煤升温的速度和降低周围介质的温度，使煤的氧化因聚热条件的破坏而延缓或终止；
4）采空区内的可燃、可爆性气体与氮气混合后，随着惰性气体浓度的增加，爆炸范围逐渐缩小（即下限升高、上限下降）。当惰性气体与可燃性气体的混合物比例达到一定值时，混合物的爆炸上限与下限重合，此时混合物失去爆炸能力。这是注氮防止可燃、可爆性气体燃烧与爆炸作用的另一个方面。
2、制氮设备
注氮设备选取北京瑞赛长城航空测控技术有限公司生产的DM－400地面移动式膜分离制氮机。
3、注氮方法及方式
根据矿井具体条件，选用如下注氮方法：
1）埋管注氮 在工作面的进风侧采空区埋设一条注氮管路，为2寸压风管。氮气释放口间距为15-20m，用于注氮。
2）墙内注氮 利用防火墙上预留的注氮管向火区或火灾隐患的区域实施注氮。
4、注氮防灭火惰化指标分别为：
1）采空区惰化氧浓度指标不大于煤自燃临界氧浓度,即注氮后采空区氧化带含量应小于7%。
2）惰化灭火氧浓度指标不大于3％。 3）惰化抑制瓦斯爆炸浓度指标小于l2％。
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5、注氮流量计算
从理论上讲，注氮流量越大，防灭火（特殊是灭火）的效果就越好，反之就越差，甚至不起作用。要使选择的制氮设备既能满足防灭火的注氮流量要求，又能充分体现经济技术上的合理性。
注氮量的确定：
1）工作面回采过程中采空区防灭火耗氮量的计算
工作面采空区防灭火耗氮量分别按产量、吨煤注氮量、氧化带内氧含量计算，并按作业场所氧浓度核算。
①按产量计算。按产量计算方法实质上就是由注入氮气充满采煤空间体积，且其氧气浓度降低至惰化指标需要的耗氧量，可按下式计算：
q?cA(1?1)
r?t??1?2c2式中：q——注氮强度，m3/h； A——年产量，万t； t——年工作日，d； r——煤的密度，t/m3；
?1——管路输氮效率，可取0.9； ?2——采空区注氮效率，可取0.55；
C1——空气中的氧气含量，可取21％： C2—采空区防火惰化指标，可取氧气含量5％。 即注氮强度为243m3/h。 ②按吨煤注氮量计算：
此法计算是指综放面（综采面）每采出1t煤所需的防火注氮量。根据国内外的经验，每吨煤需5m3氮气量，可按下式计算注氮流量：
q?5?A?k
300?24式中： q——注氮强度，m3/h;
K——采煤产量占总产量的比例。
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即注氮强度为97m3/h。 ④按采空区氧化带氧含量计算
根据相关技术文献又有以下两种计算方法：
a、按采空区氧化带内氧含量及惰化指标计算注氮强度，其方法较合理，符合注氮防火的实际情况：
q?60?Q (C1?C2?C3)/C3
式中: q——采面釆空区注氮强度，m3/h； Q——采空区氧化带漏风量，m3/min； C1——采空区氧化带内初始氧含量；
C2——采空区氧化带内二氧化碳、甲烷等气体含量； C3——采空区氧化带惰化指标规定的氧含量，可取7％； b、按采空区氧化带内氧含量及惰化指标另一种计算：
QN={（C1-C2）Qv}/（ CN +C2-1）
式中:QN——注氮流量, m3/min； QV——采空区氧化带的漏风量，m3/min；
C1——采空区氧化带内原始氧含量，（取平均值）； C2——注氮防火惰化指标,取7%； CN——注入氮气中的氮气纯度。
⑤按作业场所氧含量计算允许最大注氮量：
q?60?Q?(C1?C2) C2式中:q——按采面回风道允许氧浓度19％计算的采空区允许最大注氮强度，m3/h；
Q——工作面风量，m3/min； C1——采面初始氧浓度，可取20％；
C2——据文献记载，采掘作业场所允许氧含量为19％。
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综合以上计算，选取每小时600m3的注氮强度能够符合要求，达到防火目的。
八、 灌注凝胶防灭火 1、凝胶防灭火的机理及特点
凝胶是胶冻状的硅酸溶液，由俗称水玻璃的硅酸钠水溶液和酸性促凝别反应而成。
凝胶具有如下优点：
1）吸热降温作用 凝胶的生成反应是吸热反应，据测定，1m3凝胶的吸热量大于4MJ；凝胶的含水量大于90％，25℃时水的汽化热为2.5MJ／kg。因此．凝胶对煤体可起到吸热降温作用。
2）堵漏风作用 凝腔成胶时间可调。成胶前具有良好的流动性。可以充分渗透到煤的缝隙中；成胶后具有固体性质，有一定强度，能堵住漏风通道，防止漏风。
3）保水作用 凝胶的含水量大于90％，硅酸所形成的立体网状结构能构有效的阻止水的流失。在井下潮湿封闭条件下，凝胶一个月的体积收缩率小于20％，一定时期内能有效地起着堵漏风作用。
4）阻化作用 凝胶无论其原料还是最终产物都对煤体具有阻化作用，尤其足成胶后能覆盖于煤体表面，阻止其氧化。
5）凝胶耐高温，在明火中不会迅速汽化，仅慢慢萎缩，不存在水煤气爆炸和 水蒸气伤人的危险，成胶时间可控。
缺点：
缺点是凝胶材料用量大、井下运输困难；有的促凝剂有氨味，会对井下环境造成一定程度的污染；压注设备流量较小。井下凝胶压注技术仅适用于井下小范围煤体自燃火灾的防治。
2、注胶工艺系统 1）材料配方
防火时：基料8％～10％；促凝剂3％～5％。 2）双箱单泵工芝
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