液氮滅火_新技術(shù)講座

1、匯匯 報報 提提 綱綱 2破碎松散煤體內(nèi)液氮防滅火實驗破碎松散煤體內(nèi)液氮防滅火實驗緒緒 論論 31液氮高效率防滅火基礎(chǔ)特性液氮高效率防滅火基礎(chǔ)特性采空區(qū)多孔介質(zhì)內(nèi)液氮傳熱傳質(zhì)采空區(qū)多孔介質(zhì)內(nèi)液氮傳熱傳質(zhì)液氮高效率防滅火技術(shù)及工藝液氮高效率防滅火技術(shù)及工藝43335液氮高效率防滅火工程應(yīng)用液氮高效率防滅火工程應(yīng)用 6技術(shù)總結(jié)技術(shù)總結(jié)37我國煤炭自燃火災(zāi)十分嚴重我國煤炭自燃火災(zāi)十分嚴重 80%煤層有自燃傾向性，厚煤層有自燃傾向性，厚煤層基本都會自然發(fā)火煤層基本都會自然發(fā)火每年國有重點煤礦因自燃火每年國有重點煤礦因自燃火災(zāi)封閉的工作面超過災(zāi)封閉的工作面超過100個個每年煤田火災(zāi)燒損煤量達每年煤田火災(zāi)

2、燒損煤量達1000萬噸，經(jīng)濟損失超過萬噸，經(jīng)濟損失超過200億，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境億，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境煤自燃引起的煤田火災(zāi)煤自燃引起的煤田火災(zāi)我國西部的部分復(fù)雜大型礦區(qū)煤炭自燃尤為嚴重我國西部的部分復(fù)雜大型礦區(qū)煤炭自燃尤為嚴重煤層埋藏淺，采動裂隙發(fā)育，漏風(fēng)量大大煤層埋藏淺，采動裂隙發(fā)育，漏風(fēng)量大大地處干旱、半干旱地區(qū)，地表缺土少水，自燃災(zāi)害地處干旱、半干旱地區(qū)，地表缺土少水，自燃災(zāi)害防治難度大防治難度大地面裂隙地面裂隙 地表缺土少水地表缺土少水 白芨溝煤礦在瓦斯爆炸發(fā)生白芨溝煤礦在瓦斯爆炸發(fā)生11個月后，才啟封礦井個月后，才啟封礦井礦井火災(zāi)已嚴重制約安全生產(chǎn)礦井火災(zāi)已嚴重制約安全生產(chǎn) 煤自燃引起

3、的瓦斯爆炸煤自燃引起的瓦斯爆炸灌漿（黃泥、粉煤灰）、注膠灌漿（黃泥、粉煤灰）、注膠 濾漿機 膠體制備機 渣漿泵 清水泵 黃泥池 煤礦用注漿機 灌漿注膠地點灌漿注膠地點 混凝土泵 輸泥管路 清水 挖掘機 緩沖池 灌漿注膠防滅火系統(tǒng)工藝流程圖灌漿注膠防滅火系統(tǒng)工藝流程圖 火源的位置很難判斷及受缺土少水限制，灌漿、膠體防滅火源的位置很難判斷及受缺土少水限制，灌漿、膠體防滅火技術(shù)覆蓋范圍小，擴散范圍有限，不易到達火源位置，灌漿火技術(shù)覆蓋范圍小，擴散范圍有限，不易到達火源位置，灌漿材料流入工作面易造成環(huán)境污染。材料流入工作面易造成環(huán)境污染。 三相泡沫防滅火技術(shù)三相泡沫防滅火技術(shù) 惰氣防滅火技術(shù)惰氣防滅火

4、技術(shù) 常態(tài)氮氣作為一種有效的惰性氣體用于防滅火技術(shù)，具有常態(tài)氮氣作為一種有效的惰性氣體用于防滅火技術(shù)，具有抑制瓦斯爆炸且擴散范圍廣等特點，但其抑制瓦斯爆炸且擴散范圍廣等特點，但其比熱小、換熱能力差比熱小、換熱能力差、降溫效果有限，常需配合其他滅火措施，滅火周期長。、降溫效果有限，常需配合其他滅火措施，滅火周期長。尋求一種高效、快速淹沒式的防滅火技術(shù)手段尋求一種高效、快速淹沒式的防滅火技術(shù)手段 液液 氮：液氮集降溫和惰化的雙重作用，是較理想的滅火技術(shù)，氮：液氮集降溫和惰化的雙重作用，是較理想的滅火技術(shù)，局部試驗效果好局部試驗效果好液態(tài)氮液態(tài)氮 液氮受熱汽化沸騰液氮受熱汽化沸騰 l弗恩希爾礦弗恩希

5、爾礦將液氮氣化后將液氮氣化后注入到密閉區(qū)注入到密閉區(qū)來撲滅火災(zāi)來撲滅火災(zāi) l羅斯林礦將羅斯林礦將液氮氣化后，液氮氣化后，撲滅煤層的自撲滅煤層的自然發(fā)火然發(fā)火 1962年年威爾士威爾士 1974年年西德西德l液氮成功液氮成功撲滅撲滅39次礦次礦井火災(zāi)井火災(zāi) l液態(tài)氮成功液態(tài)氮成功撲滅礦井內(nèi)因撲滅礦井內(nèi)因火災(zāi)火災(zāi)1983年我國天府礦務(wù)局進行了罐裝液氮入井滅火試驗?zāi)晡覈旄V務(wù)局進行了罐裝液氮入井滅火試驗1953年年英國英國1979年年蘇聯(lián)蘇聯(lián)國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)及工藝國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)及工藝 液氮槽車液氮槽車 往復(fù)式低溫液體泵往復(fù)式低溫液體泵 空濕氣化器空濕氣化器 液氮出口（進口）液氮出口（進口） 液位指示

6、器液位指示器 泄壓口泄壓口 液氮小罐車液氮小罐車 特種無縫鋼管特種無縫鋼管 低溫液體輸送軟管低溫液體輸送軟管 技技 術(shù)術(shù) 難難 點點技技 術(shù)術(shù) 關(guān)關(guān) 鍵鍵管路低溫防凍損與液氮大冷量輸送管路低溫防凍損與液氮大冷量輸送的矛盾與統(tǒng)一的矛盾與統(tǒng)一研制液氮可控溫式汽化裝置，實研制液氮可控溫式汽化裝置，實現(xiàn)長距離大冷量的輸送現(xiàn)長距離大冷量的輸送液氮直注式存在液氮直注式存在“氣塞氣塞”、“間歇間歇泉泉”等非穩(wěn)定現(xiàn)象，影響注氮效率等非穩(wěn)定現(xiàn)象，影響注氮效率復(fù)雜大型煤礦液氮規(guī)?；瘧?yīng)用及復(fù)雜大型煤礦液氮規(guī)?；瘧?yīng)用及工藝工藝井上、下液氮成套體系灌注的立體井上、下液氮成套體系灌注的立體化防滅火技術(shù)及工藝化防滅火技術(shù)及

7、工藝液氮低溫惰化機理尚不明確，在采液氮低溫惰化機理尚不明確，在采空區(qū)內(nèi)運移規(guī)律未有研究空區(qū)內(nèi)運移規(guī)律未有研究通過模擬實驗及數(shù)值模擬揭示液氮通過模擬實驗及數(shù)值模擬揭示液氮特有的防滅火性質(zhì)及運移規(guī)律特有的防滅火性質(zhì)及運移規(guī)律液氮（低溫液體）氣液兩相分離裝液氮（低溫液體）氣液兩相分離裝置提高液氮灌注效率置提高液氮灌注效率氣相色譜儀三通 絕熱煤樣罐隔熱層-+PC機氣樣采集氣體預(yù)熱銅管加熱器風(fēng)扇流量傳感器氣阻壓力表穩(wěn)流閥穩(wěn)壓閥減壓閥氮氣瓶氧氣或干空氣瓶控制器及顯示鍵盤緩沖氣瓶煤樣程序控溫箱 經(jīng)液氮蒸汽惰化后的煤體，經(jīng)液氮蒸汽惰化后的煤體，CO的出現(xiàn)溫度有了的出現(xiàn)溫度有了“延滯延滯”效應(yīng)。效應(yīng)。821.

8、491039. 171284. 131392. 611608. 861693. 132362. 132859. 752929. 493360. 133617. 54 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Kubel ka- M unk 1000 2000 3000 4000 波數(shù) ( cm - 1)脂肪烴結(jié)構(gòu)脂肪烴結(jié)構(gòu) 芳香烴結(jié)構(gòu)芳香烴結(jié)構(gòu) 767. 981041. 571283. 751392. 061608. 271698. 132359. 492929. 743350. 503618. 97 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 3. 5

9、 4. 0 4. 5 5. 0 5. 5 6. 0 6. 5 7. 0 7. 5Kubel ka- M unk 1000 2000 3000 4000 波數(shù) ( cm - 1) 由于液氮蒸汽的惰化，由于液氮蒸汽的惰化，脂肪烴官能團變得不易受氧脂肪烴官能團變得不易受氧攻擊，不易產(chǎn)生新鮮官能團，攻擊，不易產(chǎn)生新鮮官能團，氧化進程受阻。氧化進程受阻。 經(jīng)液氮蒸汽惰化后經(jīng)液氮蒸汽惰化后的煤樣微孔及小孔的孔的煤樣微孔及小孔的孔隙表面積、體積均有所隙表面積、體積均有所增加，液氮蒸汽對煤孔增加，液氮蒸汽對煤孔隙影響不大。隙影響不大。實驗的總體思路實驗的總體思路 三種灌注方式：預(yù)埋管路、地面鉆孔、封閉巷道三種

10、灌注方式：預(yù)埋管路、地面鉆孔、封閉巷道三種煤體的當(dāng)量直徑：三種煤體的當(dāng)量直徑：1.5-2.0cm、1.0-1.5cm、0.5-1.0cm開放式、封閉式；不同流量開放式、封閉式；不同流量共計共計 26 組實驗組實驗實驗系統(tǒng)平臺實驗系統(tǒng)平臺 自增壓液氮罐自增壓液氮罐 可控溫汽化裝置可控溫汽化裝置 溫度采集裝置溫度采集裝置 實驗平臺實驗平臺 PC機數(shù) 據(jù) 采 集 器氣 相 色 譜 儀采 氣 管液 氮 罐泄 壓 閥壓 力 表自 增 壓 閥可 控 溫 汽 化 裝 置自 動 進 樣 器A AA AA A流 量 調(diào) 節(jié) 閥低 溫 鋼 管汽 化 管排 放 口低 溫 輸 送 軟 管有 機 玻 璃 罩注 氮 點監(jiān)

11、 測 點熱 電 偶 組4 41 15 56 63 32 2實驗平臺實驗平臺包括液氮包括液氮氣流控制氣流控制系統(tǒng)、溫系統(tǒng)、溫度采集系度采集系統(tǒng)、氣體統(tǒng)、氣體采集系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、松散煤體松散煤體試驗臺組試驗臺組成。成。 （G） 煤塊當(dāng)量直徑d=1.0-1.5cm松散體高度h=40cm開放式注液氮蒸汽G松散體空間內(nèi)運移規(guī)律松散體空間內(nèi)運移規(guī)律 液氮蒸汽出口正下液氮蒸汽出口正下方測點的溫度平均方測點的溫度平均下降速率比出口側(cè)下降速率比出口側(cè)方測點溫度平均下方測點溫度平均下降速率大，液氮蒸降速率大，液氮蒸汽出口正上方測點汽出口正上方測點溫度平均下降速率溫度平均下降速率最小。最小。起始階段溫度擴散大致趨勢

12、圖（虛線為擴散邊界）起始階段溫度擴散大致趨勢圖（虛線為擴散邊界） 出口液氮蒸汽溫度低，密度較周圍空氣大，其擴散行為屬于出口液氮蒸汽溫度低，密度較周圍空氣大，其擴散行為屬于“重重氣云團擴散氣云團擴散”，具有常態(tài)氮氣不具備的，具有常態(tài)氮氣不具備的“沉降效應(yīng)沉降效應(yīng)”隨著液氮蒸汽從周圍環(huán)境中不斷吸熱，其密度會變得與空氣接近，隨著液氮蒸汽從周圍環(huán)境中不斷吸熱，其密度會變得與空氣接近，擴散行為轉(zhuǎn)變?yōu)閿U散行為轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺侵貧庠茍F擴散非重氣云團擴散”溫度場向下運移速率比水平方向快（約為溫度場向下運移速率比水平方向快（約為5-10倍），向上運移速倍），向上運移速率最慢率最慢（G） （H） 煤塊當(dāng)量直徑d=1.0

13、-1.5cm松散體高度h=40cm開放式注液氮蒸汽G封閉式注液氮蒸汽H開放式、封閉式對比開放式、封閉式對比 模擬封閉式注氮時各測點的穩(wěn)態(tài)溫度比開放式各測點的穩(wěn)模擬封閉式注氮時各測點的穩(wěn)態(tài)溫度比開放式各測點的穩(wěn)態(tài)溫度偏低，平均低態(tài)溫度偏低，平均低5不同粒度（當(dāng)量直徑）不同粒度（當(dāng)量直徑） （C） （G） （K） 當(dāng)量直徑越小，氣流當(dāng)量直徑越小，氣流滲透性越差，延緩液氮蒸滲透性越差，延緩液氮蒸汽及溫度的滲透速率，即汽及溫度的滲透速率，即存在緩滲作用。存在緩滲作用。 松散煤體煤塊當(dāng)量直松散煤體煤塊當(dāng)量直徑越大，滲透性越強，氮徑越大，滲透性越強，氮氣由松散煤體內(nèi)向外界擴氣由松散煤體內(nèi)向外界擴散越順暢。

14、散越順暢。（C） （G） （K） PC機數(shù) 據(jù) 采 集 器氣 相 色 譜 儀采 氣 管液 氮 罐泄 壓 閥壓 力 表自 增 壓 閥有 機 玻 璃 罩監(jiān) 測 點熱 電 偶 組可 控 溫 汽 化 裝 置自 動 進 樣 器A AA AA A4 41 15 56 63 32 2流 量 調(diào) 節(jié) 閥低 溫 鋼 管汽 化 管排 放 口低 溫 輸 送 鋼 管注 氮 點液氮蒸汽釋放口相對松散煤體位置為正（未插入松散煤體）液氮蒸汽釋放口相對松散煤體位置為正（未插入松散煤體）時，松散煤體中各點氮氣運移速率比負位置松散煤體中各時，松散煤體中各點氮氣運移速率比負位置松散煤體中各點氮氣運移速率小、降溫速率也較小點氮氣運移

15、速率小、降溫速率也較小液液氮氮入入口口采采樣樣孔孔0.08m5.3my0 xP PC C機機數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)采采集集器器氣氣相相色色譜譜儀儀自自動動進進樣樣器器采采氣氣管管熱熱電電偶偶組組1 13 34 46 65 52 2靠近液氮蒸汽灌注口測點（靠近液氮蒸汽灌注口測點（1#、2#）的溫度變化速率先增）的溫度變化速率先增加后減小，這和管路遇冷有著密切的關(guān)系加后減小，這和管路遇冷有著密切的關(guān)系液氮蒸汽灌注流量增大時，灌注通道內(nèi)的溫度及氧氣下降液氮蒸汽灌注流量增大時，灌注通道內(nèi)的溫度及氧氣下降都較快都較快液氮（蒸汽）與常態(tài)氮氣滅火性能的對比液氮（蒸汽）與常態(tài)氮氣滅火性能的對比常態(tài)氮氣滅火常態(tài)氮氣滅火 液氮

16、蒸汽滅火液氮蒸汽滅火 112112火焰熄滅火焰熄滅 150150內(nèi)部內(nèi)部150 150 2020火焰熄滅火焰熄滅 1 1 內(nèi)部溫度內(nèi)部溫度 -59 -59 膨脹驅(qū)氧膨脹驅(qū)氧 16t液氮液氮1.4h灌注至井下，忽略汽化損失，是單臺制氮機灌注至井下，忽略汽化損失，是單臺制氮機制氮量制氮量600m3/h的的15倍倍注入的液氮升溫汽化膨脹，火區(qū)壓力增加，高氧氣體由漏注入的液氮升溫汽化膨脹，火區(qū)壓力增加，高氧氣體由漏風(fēng)通道排出，減少向火區(qū)的漏風(fēng)，使火區(qū)內(nèi)氧含量降低風(fēng)通道排出，減少向火區(qū)的漏風(fēng)，使火區(qū)內(nèi)氧含量降低對于（半）封閉采空區(qū)，注入液氮后增加了其注入空間內(nèi)對于（半）封閉采空區(qū)，注入液氮后增加了其注入

17、空間內(nèi)混合氣體總量，減少封閉區(qū)內(nèi)外間的壓差，減少封閉區(qū)外混合氣體總量，減少封閉區(qū)內(nèi)外間的壓差，減少封閉區(qū)外部向內(nèi)部的漏風(fēng)部向內(nèi)部的漏風(fēng) 液氮在其釋放口汽化吸熱，釋放口周圍形成低溫區(qū)，水蒸液氮在其釋放口汽化吸熱，釋放口周圍形成低溫區(qū)，水蒸汽受冷凝結(jié)成液態(tài)水（微小的液滴），凝結(jié)的水珠附著在煤表汽受冷凝結(jié)成液態(tài)水（微小的液滴），凝結(jié)的水珠附著在煤表面蒸發(fā)時吸收熱量。面蒸發(fā)時吸收熱量。 蒸汽霧化蒸汽霧化 液氮在注氮口釋放時，由于溫度較低，密度較周圍空氣偏液氮在注氮口釋放時，由于溫度較低，密度較周圍空氣偏大，所以其擴散行為屬于大，所以其擴散行為屬于“重氣云團擴散重氣云團擴散”，溫度場向下運移，溫度場向下

18、運移速度快，因此在注氮口的中下部溫度降低更為明顯。速度快，因此在注氮口的中下部溫度降低更為明顯。 重氣沉降重氣沉降 影響液氮防滅火效果的主要因素影響液氮防滅火效果的主要因素 管路出口液氮蒸汽溫度、注氮流量、注氮地點、管路出口液氮蒸汽溫度、注氮流量、注氮地點、火區(qū)漏風(fēng)量等火區(qū)漏風(fēng)量等注氮口溫度（注氮口溫度（）-100-5020注氮流量（注氮流量（m3/ h）3008002000注氮工藝注氮工藝旁側(cè)鉆孔旁側(cè)鉆孔預(yù)埋管預(yù)埋管地面鉆孔地面鉆孔-100-100和和300m300m3 3/ h/ h時的底板溫度分布云圖時的底板溫度分布云圖 -100-100和和800m800m3 3/ h/ h時的底板溫度

19、分布云圖時的底板溫度分布云圖-100-100和和2000m2000m3 3/ h/ h時的底板溫度分布云圖時的底板溫度分布云圖 同溫度不同流量下同溫度不同流量下注氮的降溫效果比較注氮的降溫效果比較 -100-100和和300m300m3 3/ h/ h時的底板氮氣分布云圖時的底板氮氣分布云圖 -100-100和和800m800m3 3/ h/ h時的底板氮氣分布云圖時的底板氮氣分布云圖 -100-100和和2000m2000m3 3/ h/ h時的底板氮氣分布云圖時的底板氮氣分布云圖 同溫度不同流量下同溫度不同流量下注氮的惰化效果比較注氮的惰化效果比較 S惰S采表示氧氣體積分數(shù)不大于10區(qū)域的

20、面積表示采空區(qū)的總面積。液氮蒸汽在采空區(qū)惰化效果定義為惰化率 I I（）（）流量（流量（m3/h）3008002000注氮口溫度注氮口溫度()-10056.662.974.5-5052.559.168.32044.057.361.2 當(dāng)注氮流量一定時，溫度越低，當(dāng)注氮流量一定時，溫度越低，I越大，惰化效果越好；越大，惰化效果越好；當(dāng)注氮口溫度一定時，流量越大，當(dāng)注氮口溫度一定時，流量越大，I越大，惰化效果越好。越大，惰化效果越好。低溫高流量惰化效果顯著。低溫高流量惰化效果顯著。將同一溫度下將同一溫度下I 隨流量的增長率定義為隨流量的增長率定義為, j i 1,iQIiQ1,jQIjQsQ表示流

21、量為時的I 值，表示流量為時的 I 值， 為600 m3/h -100與與-50下惰化率下惰化率I 隨流量變化圖隨流量變化圖 1,22,3說明隨著流量的增加，說明隨著流量的增加，I 的增長率減小。的增長率減小。 存在一個比較存在一個比較經(jīng)經(jīng)濟濟的的注氮流量注氮流量 降溫率也有同樣的規(guī)律降溫率也有同樣的規(guī)律-100-100和和300m300m3 3/ h/ h時的底板氮氣分布云圖時的底板氮氣分布云圖 -100-100和和300m300m3 3/ h/ h時的底板溫度分布云圖時的底板溫度分布云圖 -100-100和和300m300m3 3/ h/ h時的溫度切片時的溫度切片 -100-100和和3

22、00m300m3 3/ h/ h時的氮氣濃度切片時的氮氣濃度切片 -100-100和和300m300m3 3/ h/ h時的底板溫度分布云圖時的底板溫度分布云圖 -100-100和和300m300m3 3/ h/ h時的底板氮氣分布云圖時的底板氮氣分布云圖 -100-100和和300m300m3 3/ h/ h時的溫度切片時的溫度切片 -100-100和和300m300m3 3/ h/ h時的氮氣濃度切片時的氮氣濃度切片 直注式液氮防滅火技術(shù)直注式液氮防滅火技術(shù) 液 氮 罐 車泄 壓 閥低 溫 液 體 泵低 溫 輸 送 管 路緩 沖 罐液 氮 槽 車壓 力 表液氮在垂直管內(nèi)的流動及汽化過程液氮

23、在垂直管內(nèi)的流動及汽化過程 抑制抑制 “氣塞氣塞”、“間間歇泉歇泉” 井下由于冷縮應(yīng)力凍壞的管路井下由于冷縮應(yīng)力凍壞的管路防塵、注漿、瓦斯抽采管路等，大都通往工作面，液氮防防塵、注漿、瓦斯抽采管路等，大都通往工作面，液氮防滅火技術(shù)可以直接利用現(xiàn)有管路滅火技術(shù)可以直接利用現(xiàn)有管路溫度過低，對輸送管路的要求高，普通管路極易被凍裂溫度過低，對輸送管路的要求高，普通管路極易被凍裂溫度太高等同于常態(tài)的氮氣，失去了降溫性能溫度太高等同于常態(tài)的氮氣，失去了降溫性能存在的主要問題存在的主要問題 一級汽化一級汽化 二級汽化二級汽化 實驗室模擬控溫實驗實驗室模擬控溫實驗 流程：流程：液氮罐車液氮罐車低溫液體泵低溫

24、液體泵緩沖罐緩沖罐用處及小槽車用處及小槽車適用于礦井災(zāi)變期間或者煤層埋藏較淺的情況下，實現(xiàn)以適用于礦井災(zāi)變期間或者煤層埋藏較淺的情況下，實現(xiàn)以絕熱緩沖罐為核心的氣液兩相分離，現(xiàn)場應(yīng)用表明，液氮灌絕熱緩沖罐為核心的氣液兩相分離，現(xiàn)場應(yīng)用表明，液氮灌注時間縮短了注時間縮短了28.57%流程：流程：儲罐出液口儲罐出液口可控溫式汽化裝置可控溫式汽化裝置計量裝置計量裝置用處用處 通過礦用可控溫式汽化裝置連接現(xiàn)有的注漿、注氮管路，在通過礦用可控溫式汽化裝置連接現(xiàn)有的注漿、注氮管路，在保證管路不會凍壞的前提下，實現(xiàn)液氮的保證管路不會凍壞的前提下，實現(xiàn)液氮的大冷量大冷量輸送輸送流程：流程：儲罐出液口儲罐出液口

25、液氮輸送管路液氮輸送管路用處用處適用于距離液氮灌注點較近的情況下，通過密閉墻或者適用于距離液氮灌注點較近的情況下，通過密閉墻或者鉆孔灌注液氮，可以有效的提高液氮的灌注速率，有效保鉆孔灌注液氮，可以有效的提高液氮的灌注速率，有效保存液氮的冷量，顯著提高防滅火效果存液氮的冷量，顯著提高防滅火效果 汝箕溝煤礦汝箕溝煤礦 開采深度開采深度240-350m，瓦斯絕對涌出量，瓦斯絕對涌出量153.82m3/min，相對涌，相對涌出量出量67.7m3/t，煤層原始瓦斯壓力，煤層原始瓦斯壓力0.35-0.9MPa，屬煤與瓦斯，屬煤與瓦斯突出礦井突出礦井 受歷史原因及內(nèi)蒙小窯隱蔽火區(qū)影響，礦井原有地表火區(qū)受歷史

26、原因及內(nèi)蒙小窯隱蔽火區(qū)影響，礦井原有地表火區(qū) 7 處處 “火與瓦斯共存火與瓦斯共存”，先后發(fā)生多起礦井火災(zāi)事故，先后發(fā)生多起礦井火災(zāi)事故，2010.11.25、2011.6.4 32213(1)工作面兩次火災(zāi)導(dǎo)致全礦井封閉工作面兩次火災(zāi)導(dǎo)致全礦井封閉 “11.25”瓦斯燃燒（爆炸）事故瓦斯燃燒（爆炸）事故初次來壓，老頂垮落，形成的裂隙與小窯隱蔽火區(qū)導(dǎo)通，引燃初次來壓，老頂垮落，形成的裂隙與小窯隱蔽火區(qū)導(dǎo)通，引燃（爆）瓦斯（爆）瓦斯注氮氣無效后，對工作面封閉，并繼續(xù)注氮及地面灌漿治理注氮氣無效后，對工作面封閉，并繼續(xù)注氮及地面灌漿治理CO，期間工作面施工的板閉有爆開現(xiàn)象，期間工作面施工的板閉有爆

27、開現(xiàn)象，CO、CH4仍持續(xù)走高，隨時仍持續(xù)走高，隨時有瓦斯爆炸的危險性，于有瓦斯爆炸的危險性，于11月月27日實施全礦井封閉日實施全礦井封閉 地面鉆孔直注式液氮防滅火技術(shù)地面鉆孔直注式液氮防滅火技術(shù) 利用地面鉆孔利用地面鉆孔直接向直接向32322 21313(1)(1)工作面工作面采空區(qū)采空區(qū)灌注液氮灌注液氮 截止截止12月月16日，通過地面鉆孔直注式液氮技術(shù)向封閉火日，通過地面鉆孔直注式液氮技術(shù)向封閉火區(qū)注液氮區(qū)注液氮859.02t。291m3#291m5#259m4#311m305m2 #2010年11月25日采止線432213(1)風(fēng)巷 32213(1)機巷 107#6#314.7m30

28、9m298.5m11 #312.7m接接地地面面工工業(yè)業(yè)廣廣場場汽汽化化裝裝置置8 86 62 20 0火火區(qū)區(qū)( (本本工工作作面面上上方方) )32 13(1)前段上風(fēng)巷8#316m1 #可控溫式液氮防滅火技術(shù)可控溫式液氮防滅火技術(shù) 利用鋪設(shè)至利用鋪設(shè)至32212(1)、32213(1)綜采工作面的注漿管、壓風(fēng)綜采工作面的注漿管、壓風(fēng)管等，遠距離地向工作面大量灌注液氮管等，遠距離地向工作面大量灌注液氮 礦井封閉礦井封閉10日，日，氧氣含量降至氧氣含量降至10%以下，以下，25日井下形成較大正壓，有效日井下形成較大正壓，有效惰化了封閉區(qū)，使礦井達到了啟封的條件惰化了封閉區(qū)，使礦井達到了啟封的

29、條件 ，平均日注液氮平均日注液氮93.75t加快了封閉加快了封閉區(qū)的惰化進程，于區(qū)的惰化進程，于12月月17日完成了對日完成了對32213(1)綜采面的縮封工作。綜采面的縮封工作。 地 面液 氮 罐 車小 罐 車13面 風(fēng) 巷 和上 風(fēng) 巷 密 閉小 罐 車井 下井下液氮直注式防滅火技術(shù)井下液氮直注式防滅火技術(shù) 為進一步惰化封閉區(qū)和有效降低封閉區(qū)溫度，向封閉區(qū)直接為進一步惰化封閉區(qū)和有效降低封閉區(qū)溫度，向封閉區(qū)直接灌注液氮灌注液氮7.76t，該工藝易操作、單位時間注氮量大、降溫效果該工藝易操作、單位時間注氮量大、降溫效果明顯，在綜采面火區(qū)治理及瓦斯抑爆工作中發(fā)揮了重要作用。明顯，在綜采面火區(qū)治

30、理及瓦斯抑爆工作中發(fā)揮了重要作用。 通過以上三種液氮防滅火技術(shù)工藝，封閉區(qū)內(nèi)通過以上三種液氮防滅火技術(shù)工藝，封閉區(qū)內(nèi)C2H2、C2H4、CO濃度均降為濃度均降為0，O2濃度穩(wěn)定在濃度穩(wěn)定在5%以下，封閉區(qū)處于穩(wěn)定的惰以下，封閉區(qū)處于穩(wěn)定的惰化狀態(tài)。工作面于化狀態(tài)。工作面于2月月9日安全啟封，從封閉至啟封共用時日安全啟封，從封閉至啟封共用時76天。天。礦井啟封后，工作面無積水，液氮沒有對工作面及其附件設(shè)備、礦井啟封后，工作面無積水，液氮沒有對工作面及其附件設(shè)備、支架造成損失。支架造成損失。 綜采面綜采面“64”瓦斯燃燒瓦斯燃燒 來壓時巖層所產(chǎn)生的剪切裂來壓時巖層所產(chǎn)生的剪切裂隙帶貫通了采空區(qū)，積

31、聚的隙帶貫通了采空區(qū)，積聚的瓦斯遇到巖層錯動所產(chǎn)生的瓦斯遇到巖層錯動所產(chǎn)生的火花和高溫巖粉，造成火災(zāi)火花和高溫巖粉，造成火災(zāi)工作面工作面76#支架后尾梁上方支架后尾梁上方發(fā)現(xiàn)明火，火勢迅速向其它發(fā)現(xiàn)明火，火勢迅速向其它支架蔓延，全礦井立即停止支架蔓延，全礦井立即停止生產(chǎn)生產(chǎn) 6.4事故剪切破斷示意圖事故剪切破斷示意圖 217m補5#298.5m接接地地面面工工業(yè)業(yè)廣廣場場汽汽化化裝裝置置322.9m補2#397m補3#32213(1)前段上風(fēng)巷8#4#311m補1#314m2011年 6月 4日 回 采 位 置2010年11月25日采止線432213(1)工工作作面面32213(1) 風(fēng) 巷

32、32213(1) 機 巷 地面鉆孔直注式液氮防滅火技術(shù)地面鉆孔直注式液氮防滅火技術(shù) 將液氮罐車連接絕熱緩將液氮罐車連接絕熱緩沖罐，罐體管路出口連接沖罐，罐體管路出口連接地地面面8 8# #、4 4# #、補、補3 3# #等鉆孔，向等鉆孔，向32322 21313(1)(1)采空區(qū)灌注大量液氮，采空區(qū)灌注大量液氮，實現(xiàn)高效率滅火的目的實現(xiàn)高效率滅火的目的 可控溫式液氮防滅火技術(shù)可控溫式液氮防滅火技術(shù) 截止截止6月月12日，利用工業(yè)廣場的日，利用工業(yè)廣場的2臺可控溫式汽化裝置臺可控溫式汽化裝置通過注漿和壓風(fēng)管路向工作面封閉區(qū)域灌注液氮通過注漿和壓風(fēng)管路向工作面封閉區(qū)域灌注液氮378.66t。 截

33、止到截止到6月月14日，礦井封閉區(qū)域內(nèi)及日，礦井封閉區(qū)域內(nèi)及32213(1)綜采面區(qū)域綜采面區(qū)域O2均穩(wěn)定在均穩(wěn)定在5%以下，以下，CO持續(xù)下降，持續(xù)下降，C2H4、C2H2濃度降為濃度降為0。各井。各井口閉內(nèi)外壓差口閉內(nèi)外壓差30-100Pa之間。之間。井下由于注液氮結(jié)冰井下由于注液氮結(jié)冰 勘查工作面情況勘查工作面情況 拆除井口快速密閉拆除井口快速密閉 礦井火區(qū)縮封礦井火區(qū)縮封 “64”事故僅用時事故僅用時12天天就成功啟封了礦井及工作面。而與就成功啟封了礦井及工作面。而與之火區(qū)規(guī)模接近的白芨溝煤礦（之火區(qū)規(guī)模接近的白芨溝煤礦（2003年年“1024”火災(zāi)）用了火災(zāi)）用了11月月時間啟封火區(qū)

34、，且由于灌注的泥漿淹沒工作面中下部，時間啟封火區(qū)，且由于灌注的泥漿淹沒工作面中下部，啟封后耗時啟封后耗時2個月才完成清淤工作個月才完成清淤工作。液氮防滅火成套技術(shù)及工。液氮防滅火成套技術(shù)及工藝在復(fù)雜大型煤礦防滅火工程應(yīng)用中起到了關(guān)鍵的作用。藝在復(fù)雜大型煤礦防滅火工程應(yīng)用中起到了關(guān)鍵的作用。 開切眼位置的浮煤超過其最短自然發(fā)火期，仍處于氧化開切眼位置的浮煤超過其最短自然發(fā)火期，仍處于氧化自燃帶，出現(xiàn)劇烈氧化升溫，工作面自燃帶，出現(xiàn)劇烈氧化升溫，工作面CO濃度嚴重超限，最高濃度嚴重超限，最高達達2600ppm，嚴重影響千萬噸級大采高工作面的安全生產(chǎn)。，嚴重影響千萬噸級大采高工作面的安全生產(chǎn)。為確保

35、安全生產(chǎn)，羊場灣煤礦于為確保安全生產(chǎn)，羊場灣煤礦于6月月30日對采空區(qū)采取了開放日對采空區(qū)采取了開放式注液氮技術(shù)。式注液氮技術(shù)。2#聯(lián)巷鉆孔3#2#1#120203風(fēng)巷120203機巷120204風(fēng)巷120203工作面井下液氮直注式防滅火技術(shù)井下液氮直注式防滅火技術(shù)（1）運輸：地面低溫運輸罐車每車最大可儲運）運輸：地面低溫運輸罐車每車最大可儲運10m3液氮；液氮；（2）罐車液氮出口壓力：）罐車液氮出口壓力：0.7-0.8MPa；（3）罐車液氮出口流量：）罐車液氮出口流量：5.5m3/h；（4）輸送距離：）輸送距離：5km。 120203工作面工作面CO變化曲線變化曲線 在向采空區(qū)注液氮后在向采

36、空區(qū)注液氮后120203機巷機巷2#聯(lián)巷閉內(nèi)聯(lián)巷閉內(nèi)CO濃度由濃度由200ppm急速下降至急速下降至6ppm左右，左右，120203工作面、工作面、170#、174#支架和回風(fēng)流的支架和回風(fēng)流的CO濃度在注液氮后均有明顯的下降。濃度在注液氮后均有明顯的下降。 在向采空區(qū)注第二車液氮后，尾梁后側(cè)的溫度有所降低，在向采空區(qū)注第二車液氮后，尾梁后側(cè)的溫度有所降低，工作面行人側(cè)的溫度變化不明顯，連續(xù)注液氮工作面行人側(cè)的溫度變化不明顯，連續(xù)注液氮4車后，支架車后，支架行人側(cè)和尾梁后側(cè)的溫度呈現(xiàn)下降趨勢。行人側(cè)和尾梁后側(cè)的溫度呈現(xiàn)下降趨勢。礦井概況礦井概況 Lx5214工作面停采線煤柱發(fā)生高溫氧化產(chǎn)生大量的工作面停采線煤柱發(fā)生高溫氧化產(chǎn)生大量的CO，受到受到L5216工作高負壓影響，進入工作高負壓影響，進入L5216工作面，火災(zāi)防治工作面，火災(zāi)防治形勢嚴峻。為保證形勢嚴峻。為保證L5216工作面正?；夭?，采取了地面直注工作面正常回采，采取了地面直注式液氮防滅火技術(shù)消除高溫氧化區(qū)。式液氮防滅火技術(shù)消除高溫氧化區(qū)。 內(nèi)容內(nèi)容/地點地點1#鉆孔鉆孔2#鉆孔鉆孔3#鉆孔鉆孔4#鉆孔鉆孔5#鉆孔鉆孔淺五主井筒淺五主井筒鉆孔深度鉆孔深度/m57633571.547.5/終孔位置終孔位置Lx5414停采線停采線Lx5214停采線停采