氮气防灭火

浅谈煤矿氮气防灭火技术组员：贺资良、胡亚伟、胡灼亮本素材由hi-hoo提供前言煤矿防灭火对于惰性气体的定义与化学对惰性气体的定义不尽相同。在防灭火的工作实践中，惰气是指不参与燃烧反应的单一或混合的窒息性气体，其中可能含有少量的氧气。最常见的防灭火惰气是燃气、氮气和二氧化碳。下面主要看一下氮气防灭火技术。一、氮气的性质二、氮气防灭火作用原理三、制氮设备四、注氮工艺目录五、应用实例及效果众所周知，氮气的原料是空气。氮气是一种无色无味无毒无腐蚀，不自燃，也不参与燃烧的气体，标准状态下（21℃，101.325kpa），气体密度为0.461kg/cm3,液体密度为80.8kg/m3,氮气在101.325Kpa,-195.8℃时变成无色的液体，在-209.9℃时，变成雾状的固体。氮气在水中溶解度很小，很难与其它物质发生化学反应，在震动、热和电火花作用下都较稳定。。一、氮气的性质注氮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%或3%以下，达到防火、灭火和抑制瓦斯爆炸的目的，其作用有：1、消除瓦斯爆炸的危险2、减少漏风的作用3、降温作用4、防止煤的自燃发热和自燃二、氮气防灭火作用原理目前,中国煤矿防灭火工程中使用的制氮装备有3种:深冷空分制氮装置、变压吸附制氮装置和膜分离制氮装置.后2种装置根据安装与运移方式的不同又设计成井上固定、井上移动和井下移动3种.。三、制氮设备深冷空分:通过压缩、膨胀循环,将大气温度降低并液化,根据大气组分沸点不同进行分离的过程.深冷空分制氮装置的结构及工艺流程见图1(a).变压吸附:通过分子筛对氧气的加压吸附排氮,减压脱附排氧,分离出氧、氮的过程.变压吸附制氮装置的结构及工艺流程见图1(b).膜分离:根据氧、氮分子在膜壁中溶解扩散透过的速率不同,使氧、氮分别在膜壁内、外富集的过程.膜分离制氮装置的结构及工艺流程见图1(c).3.1工作原理与结构(a)深冷空分:1--空气;2--过滤器;3--空压机;4--冷却器;5--分子筛;6--热交换器;7--膨胀机;8--分馏塔;9--液氮贮罐;10--气氮出口;11--富氧出口;(b)变压吸附:1--空气;2--空压机;3--粉尘过滤器;4--干燥器;5--联合过滤器;6--碳过滤器;7--空气贮罐;8--分子筛吸附塔;9--氮气贮罐;10--消音器;11--氮气出口;12--放空口;(c)膜分离:1--空气;2--空压机;3--粉尘过滤器;4--联合过滤器;5--碳过滤器;6--加热器;7--膜组件;8--氮出口;9--废气出口;10--放空口常见制氮设备深冷空分制氮装置适用于生产高纯度氮气,特别是该方法生产出的液氮,对于已经自热或燃烧的煤体的降温效果十分明显,其灭火作用是后2种方法所不及的.深冷空分制氮厂的初期投资大、氮气成本高、操作与维护复杂,特别是停运后,预制氮运行时间长,适用于矿井集中、集约化生产的新建煤矿变压吸附和膜分离制氮装置都是从氧、氮分子的特性出发,不经过相变即可分离的方法.与深冷空分相比,体积小、重量轻、耗能少、可移动、无基础运行、初期投资少.对于相对独立的矿井、工作面有着较强的适应性3.2制氮装置的特点及适用条件(1)煤自燃临界氧浓度(2)煤自燃标志气体指标(3)采空区
三带

工作面后方采空区的漏风,沿走向深部依次划分出3个区域:冷却带、氧化带和窒息带(如图2).氮气防火就是要将氮气注入到氧化带区域内,使其惰化,失去氧化条件,抑制煤炭自燃.注氮工艺参数(4)注氮方式
根据采区开采条件,采取不同的注氮方式,原生煤体独立工作面的注氮方式一般有拉管式、埋管式和钻孔式3种,无煤柱开采的复合采空区要采用旁路式注氮.(5)注氮量
中国煤矿采空区防火时的注氮量为200-400m3/h;封闭火区灭火时注氮量600~800m3/h;开放火区灭火的氮气需求量更大,现有的制氮机难以满足,可选用燃油惰气发生装置.八五”以来，综采放顶煤开采技术在我国条件适宜的矿井得到广范应用，因此，氮气防灭火技术成为该采煤方法的主要防灭火措施。目前已有50余个局矿建立了氮气防灭火系统，而变压吸附制氮设备已在近30余个局矿中应用，为煤矿安全生产发挥了重要作用。煤矿注氮防灭火抑爆的应用实例较多，现举三例。1、1991年10月，某矿放顶煤工作面采空区发生自燃发火，封闭工作面后采用黄泥灌浆灭火1个月无明显效果，采用氮气灭火后，使火区CO含量降为0，O2含量降为1.5%,气体温度降到18℃，当即打开密闭恢复生产。氮气灭火的效果可以通过两次灭火对比得出：第以次采用掘消火道打钻灌黄泥浆灭火1个月，火区达开后又复燃，第二次氮气灭火11d，火区打开后再也没有复燃。应用实例及效果2、1993年6月，某矿19110综采工作面撤架刚结束时，已撤支架的运输顺槽发生自燃，立即对采空区用板闭封闭后实施注氮，当时通过埋设的束管测得火源点附近的2#测点CH4和O2的含量分别为7%和14%，正处于瓦斯爆炸界限之内，而此处的CO含量正以300ppm/d的速度上升，瓦斯随时都有可能发生爆炸，在注氮气4h后，将此处的O2含量降到10%，抑制了火区的瓦斯爆炸，注氮10d后，彻底扑灭了火区。3.1989年2月20日，某矿3402工作面的掘进巷内发生瓦斯连续爆炸，次日派人前去处理和排放瓦斯，在恢复通风时又发生了爆炸，当场死亡2人伤9人，另3名救护队员在灾区内遇难。因火灾高温、烟雾和还有继续爆炸的危险，未能及时将遇难者抢救出来。救灾会议拟定了11个方案，试行了6个均未获成功，已时隔8d遇难者还是无法撤出来。于是决定采用液氮灭火技术处理，6小时共注氮2900m3,约为火区体积的3倍，火势被迅速扑灭，同时又消除了瓦斯爆炸危险，于是救护队员进入灾区抬出了遇难者。然后清理巷道，仅有几天时间就恢复了生产，更重要的是撤出了遇难者。更多模板下载及PPT服务敬请访问谢谢观看