■ 高志星
“采空区里就像存在着一股‘暗火’，一不留意就会发生自燃，让人防不胜防。现在有了碳分子筛变压吸附制氮技术，相当于给矿井装上了一层‘氮气盾’，火患风险得到了大幅降低！”站在中煤大屯公司姚桥煤矿智能通防中心的大屏幕前，该矿通风科科长董旗指着屏幕上的实时监测数据介绍道，“束管监测系统一旦检测到一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙烷等气体出现异常，我们就会立即启动注氮设备将隐患区域惰化，第一时间控制防灭火源头，把灾情扼杀在萌芽状态。”
破解自燃隐患
姚桥煤矿地处苏鲁交界、微山湖畔，该矿主采的7#、8#煤层自燃倾向性为Ⅱ级，最短发火期仅为24天。由于7#、8#距离比较近，开采过程中受采动的影响将会与邻近层采空区之间产生大量复杂漏风通道，导致工作面采空区漏风严重，遗煤自燃危险性大大升高，给煤自燃预测和自燃防治带来很大的困难。然而采用传统注氮防灭火不仅成本高，而且响应比较慢，给矿井安全生产带来极大的挑战。
“一吨外购氮气成本超千元，遇到突发火情还可能‘远水难救近火’。”该矿总工程师高川下定决心：“必须自主研发一套高效、低成本的防灭火技术。”
“气盾”技术突破
为保障项目顺利推进，去年年初，姚桥煤矿举全矿之力着手对碳分子筛变压吸附制氮技术进行攻关。氮气防灭火的实质是向采空区氧化带内或火区内注入一定流量的氮气，使其氧含量降到10%以下，防止煤的自然发热和自燃，降低燃烧强度，最终实现抑制煤氧化自燃目的。
“我们以碳分子制氮机为切入点，通过对碳分子制氮机优点、工作原理展开分析，从各个角度探索制氮机在煤矿灭火中实际运用路径和措施。”该矿通风副总戚庆民说道。“最终我们确定了通过碳分子筛变压吸附进行制氮这一技术。”
该技术以空气为原料，通过压缩、吸附、分离等工艺，月制氮能力高达1000多吨，实现了即产即用。“制氮机就像一台巨型筛子，把空气中的氧气筛出去，留下氮气直接注入采空区，就像给采空区罩上了一层‘气盾’。”戚庆民形象地比喻道。
灭火精准又经济
“过去，我们只能依靠经验判断采空区自燃风险，一旦发生火灾，往往难以控制。”该矿通风科副科长郭永强介绍说。“现在有了自己的制氮设备，配合矿井智能化通防管控系统，我们就可以对采空区气体情况进行实时监测，对发现的险情及时注入氮气惰化采空区，实现了矿井通风的精准控制和高效管理。”
不仅用起来方便，经济性同样亮眼：对比外购液氮，自产氮气的成本每吨仅需211元，一年下来就能节省费用接近200万元。该科主管技术员张理想算了一笔账：“前期建厂房和购买设备一次性投入了426万元，差不多两年就能回本，后续维护成本几乎可以忽略不计。”
“碳分子筛变压吸附制氮技术的应用，让我们对矿井防灭火有了更精准地掌控。”该矿矿长张朋表示，碳分子筛制氮技术具备“原料无限、响应快速、成本低廉”三大优势，下一步将联合中国矿业大学继续优化智能调控算法，推动防灭火系统全自动化运行。
