液氮防滅火實(shí)施方案

1、華亭煤業(yè)集團(tuán)公司東峽煤礦礦井液氮防滅火實(shí)施方案2013年1月11日礦井液氮防滅火實(shí)施方案一、礦井基本性況東峽煤礦井田面積2.2356km2，現(xiàn)有地質(zhì)儲(chǔ)量7880.1萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量5673萬(wàn)噸，服務(wù)年限36年。主采煤6層，平均總厚度34米，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。煤種為低灰、低硫、低磷、高揮發(fā)分、高活性、高發(fā)熱量的長(zhǎng)焰不粘煤。礦井最大涌水量5060m3/h。煤層中瓦斯含量較低，屬低瓦斯礦井。無沖擊地壓、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，礦井開采煤層為易自燃煤層，自然發(fā)火期36個(gè)月，最短自然發(fā)火期37天。礦井采用片盤斜井多水平開拓方式，設(shè)計(jì)開采深度為+1365 +810米，目前井田向斜軸東翼開采水平位于+1075 +100

2、5米，布置一個(gè)大傾角傾斜分層走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化放頂煤工作面，傾角2847°。在向斜軸西翼擴(kuò)大區(qū)+930 +875米布置一個(gè)急傾斜綜采放頂煤工作面，傾角52°。礦井通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式。在地面風(fēng)機(jī)房安裝兩臺(tái)BDK-8-.24型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，電動(dòng)機(jī)功率為2×220kW，額定風(fēng)量228011760m3/min，風(fēng)壓范圍12004020Pa。礦井目前總供風(fēng)量3500m3/min，等積孔1.92m2，屬中等通風(fēng)阻力礦井。2、礦井現(xiàn)有防滅火系統(tǒng)礦井現(xiàn)有防滅火措施以注氮為主，灌漿、高分子泡沫堵漏等綜合防滅火措施為輔。黃泥灌漿系統(tǒng)在回風(fēng)井

3、筒口建有一攪拌池，灌裝時(shí)用汽車將黃土拉運(yùn)至攪拌池，水源來自礦井污水處理站處理后的污水，主管路采用D108×5鋼管與各生產(chǎn)水平、工作面上順槽和采空區(qū)相連，采用采后集中灌漿的方法處理采空區(qū)。做為礦井綜放工作面主要防滅火手段的注氮系統(tǒng)現(xiàn)只裝備一臺(tái)2008年購(gòu)置的DT500/8井下移動(dòng)式制氮機(jī)，最大制氮能力400 m3/h。配件缺乏，一旦發(fā)生故障就影響到礦正常的注氮工作。-二、氮?dú)獾奈锢硇再|(zhì)及防滅火原理1、氮?dú)獾奈锢硇再|(zhì)（1）在空氣中約占79%，無色、無嗅、無毒，與同體積空氣重量比為0.97；在標(biāo)準(zhǔn)氣壓和273K時(shí)，氣體密度為1.25g/L。（2）在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，液氮?dú)饣?73K時(shí)，其體積膨

4、脹643倍；汽化到0時(shí)，1t可形成799.56m3氣氮；按重量計(jì)算，1kg形成0.8m3氣氮。（3）不燃，也不助燃，溶水極微，性質(zhì)穩(wěn)定，不易與其它化學(xué)元素化合，無腐蝕性等。（4）冷卻至77K（-195.8）的空氣，其內(nèi)氮?dú)饨?jīng)空分設(shè)備分離出液氮。（5）每t液氮吸熱量：6100×1000=6.1×106千卡。2、氮?dú)獾姆罍缁鹪恚?）窒息作用在封閉區(qū)內(nèi)充入氮?dú)馀懦銎鋬?nèi)空氣，降低氧氣含量，致使火源缺氧窒息。（2）抑爆作用充入氮?dú)夂罂蓻_淡瓦斯等可燃?xì)怏w與氧含量形成惰化氣體，從而使混合氣體失去可爆性。（3）冷卻作用直接噴注液氮或低溫氮?dú)鉁缁饡r(shí)，利用吸熱降溫作用，可使火源熄滅。3、液氮

5、防滅火的優(yōu)點(diǎn)（1）運(yùn)輸液氮方便。（2）液氮轉(zhuǎn)換后，注氮量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可以在較短時(shí)間內(nèi)充滿任何形狀的燃燒空間，因而便于對(duì)煤礦采空區(qū)深部、高冒區(qū)等人們難于接近的地點(diǎn)進(jìn)行充填滅火。（3）吸熱降溫，滅火快，且有利于防止瓦斯、煤塵爆炸。（4）也可與液體二氧化碳混合注入火區(qū)，以增加其內(nèi)的惰性氣體密度，延長(zhǎng)惰性氣體滯留時(shí)間。4、液氮防滅火的缺點(diǎn)（1）液氮不易貯存，貯存需要真空低溫設(shè)備，其價(jià)格較貴；（2）滅火過程中氮?dú)獠灰琢舸?，容易散失；?）使用液氮直接滅火時(shí)，對(duì)人易造成燒傷。三、液氮來源我公司60萬(wàn)噸/年煤制甲醇公司附屬產(chǎn)品為液氮，平均日產(chǎn)量2324噸，液氮來源可靠，距離近，便于運(yùn)輸和使用，成本低。四

6、、液氮防滅火系統(tǒng)的主要設(shè)備1、低溫液氮儲(chǔ)罐（圖1）。2、空溫汽化器（圖2）。地面使用:汽 化量 3000m3/h，出口壓力：外形尺寸：長(zhǎng)×寬×高為4×5×6，（單位：m）；井下使用汽化量 500m3/h， 出口壓力：外形尺寸：長(zhǎng)×寬×高為3×1.5×2（單位：m）。3、液氮充裝系統(tǒng)含調(diào)保壓（圖3）。圖1 液氮貯罐圖2 空溫汽化器圖3 液氮充裝系統(tǒng)圖五、液氮防滅火工藝及費(fèi)用概算1、工藝系統(tǒng)選擇液氮防滅火系統(tǒng)有地面汽化液氮防滅火系統(tǒng)和井下移動(dòng)液氮防滅火系統(tǒng)兩種：(1）井下移動(dòng)液氮滅火系統(tǒng)在地面將液氮灌注到礦車型小儲(chǔ)罐中

7、，以串車運(yùn)輸方式運(yùn)送到井下火區(qū)附近，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)空溫汽化器轉(zhuǎn)換為氣氮后，經(jīng)連接管路注入火區(qū)，見圖4。圖4 井下液氮防滅火系統(tǒng)示意圖2、費(fèi)用概算根據(jù)液氮地面汽化和運(yùn)往井下汽化所使用的不同設(shè)備進(jìn)行計(jì)算，建立一套井下移動(dòng)液氮防滅火系統(tǒng)概算142萬(wàn)元，建立一套地面氣化液氮防滅火系統(tǒng)概算98萬(wàn)元，費(fèi)用概算見表1、表2。表1 井下液氮防滅火系統(tǒng)序號(hào)名 稱數(shù)量單價(jià)（萬(wàn)元）合計(jì)（萬(wàn)元）1礦車型小儲(chǔ)罐（1t）10個(gè)101002汽化器(500m3/h)2組8163配套管路84平板車（安裝儲(chǔ)氮罐）10輛1.818合計(jì)1423、井下氣化注氮優(yōu)缺點(diǎn)比較優(yōu)點(diǎn)：（1）可將液氮運(yùn)往火區(qū)附近對(duì)防火區(qū)進(jìn)行注氮，管路敷設(shè)量小、管路壓力損

8、失小。（2）注氮溫度低，低溫氮?dú)馕鼰峤禍赜欣诳刂苹饏^(qū)。缺點(diǎn)：（1）氣化器在井下硐室或巷道中布置，由于空間限制，空氣濕度大，供風(fēng)量較小，對(duì)汽化器熱交換有比較大的影響，且井下現(xiàn)場(chǎng)在空溫汽化器汽化過程中，受熱交換影響，將使巷道氣溫大幅下降，對(duì)井下氣候條件影響較大；（2）汽化器為鋁合金制品，強(qiáng)度比較低，井下運(yùn)輸容易損壞；（3）串車液氮槽車在井下運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，安全風(fēng)險(xiǎn)比較大，如果發(fā)生液氮泄露，將使附近區(qū)域空氣瞬間降溫，可能造成人員窒息或受低溫“灼傷”；（4）長(zhǎng)期使用時(shí)存在軌道運(yùn)輸成本；（5）費(fèi)用相對(duì)比較高（142萬(wàn)元）；（6）注氮能力低，最大注氮流量(500m3/h)。2）、地面液氮?dú)饣罍缁饍?yōu)點(diǎn)：（1

9、）汽化器及連接裝置均安裝在地面，容易維護(hù)，安全性較好；（2）汽化器能力大，容易實(shí)現(xiàn)大流量注氮；（3）費(fèi)用相對(duì)比較低（98萬(wàn)元）；（3）注氮能力高，最大注氮流量1200m3/h，且大小可調(diào)。缺點(diǎn)：（1）管路距離長(zhǎng)，管路維護(hù)量大；管路損壞時(shí)會(huì)造成大量氮?dú)庑孤叮唬?）當(dāng)?shù)孛姝h(huán)境氣溫比較低時(shí)，低溫氮?dú)庥锌赡軆隽压苈罚ㄆ鞒隹诘獨(dú)鉁囟缺拳h(huán)境溫度低13左右）。六、液氮防滅火參數(shù)確定1、低溫液氮儲(chǔ)罐有效容積確定： 30 t。2、空溫式汽化器的最大汽化能力： 50 m3/min, 3000m3/h。3、調(diào)保壓系統(tǒng)流量：按小時(shí)最大用氣量 3000m3/h確定。5、輸?shù)苈罚篋N100mm，最大輸送距離：350

10、0m。6、空溫汽化器工作壓力： 3.0 Mpa。7、注氮流量： 1200m3/h七、 液氮防滅火的安全、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)等方案1、 液氮防滅火系統(tǒng)的原則根據(jù)我國(guó)試驗(yàn)研究和初步應(yīng)用情況，采用液氮防滅火，應(yīng)遵循下述原則：（1)液氮為-196，在采用液氮防滅火時(shí)，要充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及礦井的開拓方式和開采深度。（2)在液氮防滅火過程中要詳細(xì)寫明充裝、換裝、運(yùn)輸、注氮及設(shè)備維修等操作規(guī)程。（3)制定防止井下工作人員和注氮工作人員吸入氮?dú)舛舷⒒蚴艿蜏亍白苽钡陌踩胧＃?）在地面選擇存放液氮槽車及換裝場(chǎng)地時(shí)，不能讓存放和換裝時(shí)產(chǎn)生的廢氣對(duì)礦井總進(jìn)風(fēng)產(chǎn)生不利影響。場(chǎng)地還應(yīng)具有供電、供水、通訊等條件。（5

11、）液氮經(jīng)空溫汽化器注入火區(qū)內(nèi)，有可能使一氧化碳和甲烷含量增加和回風(fēng)巷道中氧氣含量急劇減少，在這種情況下，要切斷回風(fēng)側(cè)的電源，撤離人員，并連續(xù)測(cè)定一氧化碳和甲烷的含量。（6)貯液設(shè)備絕熱性能必須好。（7)注氮期間必須要加強(qiáng)火區(qū)氣體監(jiān)測(cè)。2、 液氮的來源及運(yùn)輸集團(tuán)公司煤制甲醇公司的副產(chǎn)品液氮，從煤制甲醇公司至東峽煤礦采用液氮槽車運(yùn)輸方式。運(yùn)輸過程全部采用槽車時(shí)，要在地面井口處換裝。為減少換裝損失，可采用低溫液氮泵，同時(shí)可縮短換裝時(shí)間。換裝時(shí)應(yīng)注意：（1)充換裝之前要全面檢查各個(gè)儀表是否靈敏，各個(gè)操作閥是否處于正確啟閉位置，各個(gè)接頭有無故障，各個(gè)活動(dòng)部位及螺釘連接是否可靠，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。（2)嚴(yán)

12、格按充換要求進(jìn)行操作，不得違背貯運(yùn)設(shè)備說明書規(guī)定的充換裝要求及提出的注意事項(xiàng)。3、 倉(cāng)儲(chǔ)方案液氮運(yùn)輸?shù)降V后，由專人負(fù)責(zé)輸送到低溫液氮儲(chǔ)罐內(nèi)，液氮儲(chǔ)罐用防護(hù)欄圍住，防止閑雜人員靠近。并安裝攝像頭，24小時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。4、 設(shè)備安裝方案在地面工業(yè)廣場(chǎng)回風(fēng)井口選一面積為100m2左右的空地，用以置放液氮儲(chǔ)罐、空溫汽化器等設(shè)備，并將液氮系統(tǒng)設(shè)備與礦井回風(fēng)井筒現(xiàn)有灌漿管路接通。八、 環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)安全在本項(xiàng)目可行性調(diào)研中，項(xiàng)目可能對(duì)環(huán)境造成的各種近期和遠(yuǎn)期影響，對(duì)可能影響勞動(dòng)者健康和安全的各種因素，都進(jìn)行可行性研究分析，液氮防滅火系統(tǒng)不用電氣設(shè)備，沒有噪音、廢氣等工業(yè)污染。對(duì)環(huán)境無污染危害，符合國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)及職業(yè)安全衛(wèi)生方面的法規(guī)、法律。東峽煤礦通過此項(xiàng)目的實(shí)施，在防滅火方面預(yù)期可以達(dá)到以下效果：（1）將礦井現(xiàn)最大400 m3/h的注氮能力提高到1200 m3/h，有效提高礦井注氮防滅火能力。（2）降溫，降低火區(qū)溫度，液氮防滅火可以利用低溫液氮的汽化潛熱和溫升實(shí)現(xiàn)制冷降溫，吸收火區(qū)中的熱量。（3）液氮轉(zhuǎn)換后，注氮量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可以在較短時(shí)間內(nèi)充滿任何形狀的有限燃燒空間，因而便于對(duì)煤礦采空區(qū)深部、高冒區(qū)等