氮氣是一種無毒的不可燃氣體。在標準狀態(tài)下，密度為1.25 kg/m3，相對密度為0. 96；無腐蝕性，化學性質穩(wěn)定，-195.8℃可液化成液態(tài)氮。液氮與氮氣相比，具有體積小（0℃時兩者體積比為1/647），運輸量小等優(yōu)點。

    氮氣既可以迅速有效地撲滅明火，又可以防止采空區(qū)遺煤自燃。使用注氮滅火的火區(qū)具有恢復工作量小、不損壞設備等優(yōu)點。因此，注氮防滅火技術引起了國內(nèi)外煤礦工作者的重視。德國的氮氣滅火技術應用得較為廣泛和成功，1974年11月至1986年8月，共應用氮氣滅火80次，消耗氮氣量30億m3，搶救出綜采設備65套。近年來，我國應用氮氣防滅火技術發(fā)展較快，特別是綜合機械化放頂煤的工作面，注氮防火已成為一項重要的安全技術措施。

    1)液氮防滅火原理

    氮氣注入采空區(qū)后具有降低氧濃度的作用。液氮滅火還具有冷卻降溫作用，在20℃的環(huán)境溫度下，液氮的汽化熱為423 kJ/kg。直接用液氮注入火區(qū)時，液氮汽化，吸收熱量，使火區(qū)氣體、煤層和圍巖的溫度降低，火區(qū)冷卻會加速火源熄滅；在封閉火區(qū)的過程中，氮氣注入火區(qū)后，兼有抑爆作用。

    2)氮氣制取和輸送

    ①氮氣制取

    目前，分離空氣制取氧氣和氮氣有3種工藝方法：一是深冷空分法；二是碳分子篩變壓吸附法；三是膜分離法。深冷空分法的優(yōu)點是產(chǎn)氮純度高，可達99. 99%，可同時生產(chǎn)出氮氣和氧氣。缺點是從開機到產(chǎn)氮需要時間長，生產(chǎn)液氮需要高壓，設備不易維護。膜分離法是利用空氣中氧氣和氮氣等組分對高分子薄膜的滲透率不同，氧氣透過膜壁而富集，氮氣未透過膜層滯留于原始氣體一側而富集。根據(jù)膜分離原理制成的井下移動式制氮裝置，運行可靠，操作方便，隨機產(chǎn)生的氮氣就地注入采空區(qū)進行防滅火，可節(jié)省地面建設工程和井下管路工程投資。變壓吸附制氮是20世紀70年代開發(fā)的一種新技術，它是利用氮氧分子對分子篩的擴散速度不同使其分離。根據(jù)此原理制成的制氮裝置有地面固定式、地面和井下移動式，其優(yōu)點是操作簡單，易維護。

    ②輸送

    液氮防滅火效果好，但儲存和運輸較困難。用液氮滅火的礦井，發(fā)火時用大型槽車將液氮運至井口，在井口汽化站汽化后用管道輸送至井下火區(qū)；也可在井口將其分裝在小槽車中運往井下，直接把液氮注入火區(qū)，這樣可提高滅火效果。若用管路輸送液氮至井下，一般要在井口汽化。其目的是防止在管路中汽化大量吸熱而導致管道凍裂。輸送氣氮的管路可以用專用管路，也可用灌漿管路。輸?shù)獕毫σ朔艿罁p失和保持輸?shù)艹隹谟?.5 MPa的壓力。輸?shù)芤话悴捎脽o縫鋼管，要求不漏氣，無堵塞。

    3)工作面采空區(qū)注氮防火

    向采空區(qū)注入氮氣要根據(jù)具體條件確定注氮方式。在有自燃早期預報時，一般應采用非連續(xù)注氮，以降低成本。當高溫點出現(xiàn)后，根據(jù)其溫度或CO濃度大小選擇注氮強度、注氮口的位置及工作面風量等。

    注氮方法取決于注氮目的（是防火還是滅火）和注氮方式，一般有兩種：一種是壓管注氮，注氮管口由進風順槽壓埋在采空區(qū)里，借助于漏風將注入的氮氣散布在采空區(qū)內(nèi)。這種方法的優(yōu)點是注氮工藝簡單，適用于連續(xù)注氮。另一種是在采空區(qū)附近的巷道內(nèi)向采空區(qū)打鉆，利用鉆孔注入氮氣。氮氣釋放口的位置選擇合理與否對防火效果影響較大。一般氮氣釋放口位于進風側的采空區(qū)內(nèi)；釋放口不得向上，罩以金屬網(wǎng)并用堅硬的護體（石塊或木垛）加以保護，以防砸壞或孔口堵塞。注氮口一般距工作面10～15 m。

    4)注氮處理封閉火區(qū)

    ①向封閉火區(qū)注氮

    有條件時注氮過程中逐漸縮封火區(qū)，以提高注氮效果。

    ②定向注氮，目標惰化

    注氮時使氮氣流經(jīng)火源點，用氮氣流置換漏風氣流；或者用數(shù)個能包圍火源點的鉆孔進行注氮，這就是目標惰化。當采空區(qū)內(nèi)有高溫點或火源存在、且火源的位置已知時，在不封閉或不完全封閉火區(qū)的條件下，可通過選擇合適的注氮口實現(xiàn)。

    ③提高注氮效果的途徑

    適當增加密閉墻的氣密性，限制漏風量；增大注氮強度和保持注氮的連續(xù)性；選擇合適的注氮口位置。