氮氣在煤礦防滅火中的應用

1、氮氣在煤礦防滅火中的應用 煤礦防滅火對于惰性氣體的定義與化學對惰性氣體的定義不盡相同。在防滅火的工作實踐中，惰氣是指不參加燃燒反應的單一或混合的窒息性氣體，其中可能含有少量的氧氣。最常見的防滅火惰氣是燃氣、氮氣和二氧化碳。 一、氮氣的性質(zhì) 眾所周知，氮氣的原料是空氣。氮氣是一種無色無味無毒無腐蝕，不自燃，也不參加燃燒的氣體，標準狀態(tài)下（21，101.325kpa），氣體密度為0.461kg/cm3,液體密度為80.8kg/m3,氮氣在101.325Kpa,-195.8時變成無色的液體，在-209.9時，變成霧狀的固體。氮氣在水中溶解度很小，很難與其它物質(zhì)發(fā)生化學反應，在震驚、熱和電火花作用下都

2、較穩(wěn)定。 二、 氮氣防滅火作用原理 注氮防滅火的實質(zhì)是向采空區(qū)氧化帶內(nèi)或火區(qū)內(nèi)注入肯定流量的氮氣，使其氧含量降到10%或3%以下，達到防火、滅火和抑制瓦斯爆炸的目的，其作用有： 1、 消退瓦斯爆炸的危急 在煤礦當采空區(qū)一旦消失火災，危害最大的是導致其內(nèi)混合氣體的爆炸。由混合氣體爆炸三角形知，混合氣體中氧含量低于12%時就有減小爆炸的可能性。但是，混合氣體爆炸的界限不僅取決于這種氣體在空氣中所占的百分比，還部份地打算于混合氣體的溫度和氣壓。溫度和氣壓的增高使這個界限擴大，反之縮小。假如混合氣體被加熱到300，氧含量為9%時就能發(fā)生爆炸。因而國內(nèi)的討論表明，將氧氣的臨界含量掌握在5%以下時幾乎能防

3、止任何爆炸，否則爆炸還有可能發(fā)生。而氧氣的含量低于10%時混合氣體的爆炸有顯著的降低。正是從這一理論動身，向火區(qū)注入氮氣后使其氧含量降低，而且只要氧含量低于10%時就能大大地削減爆炸的可能性。 2、 削減漏風的作用 采空區(qū)漏風是造成自然發(fā)火的主要緣由之一。對于封閉或半封閉的采空區(qū)而言，從理論上講，注入氮氣后增加了其注入空間內(nèi)混合氣體的總量，能夠削減封閉區(qū)內(nèi)外之間的壓力差，從而起到削減封閉區(qū)外部向內(nèi)部漏風的作用。假如巷道里的密閉墻有裂縫或密閉強有裂縫，當密閉區(qū)內(nèi)為負壓時，空氣可以通過墻縫或繞過密閉墻而進入密閉區(qū)。為了防止密閉漏風，可向密閉前后墻之間的空間連續(xù)不斷地注入必要流量的氮氣，使該空間形成

4、正壓，阻擋新奇空氣進入密閉區(qū)內(nèi)。 3、 降溫作用 對于有內(nèi)因火災的采空區(qū)來說，其溫度大于外界溫度。當采納氮氣滅火時，無論是采納液氮，還是氮氣，其氮氣的溫度均低于火區(qū)的氣體溫度，加之氮氣在注入火區(qū)后的流淌范圍大，對采空區(qū)來說都有顯的降溫作用。 4、 防止煤的自燃發(fā)熱和自燃 煤炭自燃的三要素是：煤有自燃傾向性；有連續(xù)的供氧條件；熱量易于積聚。煤礦生產(chǎn)工作面采空區(qū)氧化帶內(nèi)的漏入風量不足以帶走煤氧化產(chǎn)生的熱量，則煤溫就漸漸上升，這時煤處于自燃發(fā)熱。當溫度達到煤的臨界溫度以上，氧化急聚加快，大量產(chǎn)生熱量，又使煤溫快速上升，達到煤的著火溫度時便著火燃燒起來，即進入自燃狀態(tài)。基于此煤氧復合學說，實行向工作面

5、采空區(qū)氧化帶內(nèi)注入肯定流量的氮氣，降低該帶內(nèi)的氧氣含量，達到破壞煤炭自燃的一個要素，使其氧含量降到煤自燃臨界值以下，就達到了防止煤自燃的目的。5、 降低燃燒強度無論是外因火災，還是內(nèi)因火災，當火災已經(jīng)發(fā)生，向火區(qū)內(nèi)注入肯定流量（大于漏風量）的氮氣，使該區(qū)內(nèi)的氧含量由21%漸漸降低到10%以下，熊熊大火就漸漸處于自熄。 三、 優(yōu)缺點 國內(nèi)外煤礦應用氮氣防滅火的實踐表明：氮氣具有滅火速度快，既能防火，也能滅火，還能抑制瓦斯爆炸，無污染環(huán)境和機電設備等優(yōu)點。其缺點是氮氣的密度比空氣輕，簡單流失。因此，在注氮的同時，必需采納堵漏措施相協(xié)作，才能取得9 7 3 12 4 8 : 來源：中國平安天地網(wǎng)滿足

6、的效果。 四、 制氮設備 我國煤礦防滅火目前所選用的制氮設備有：地面固定式深冷制氮氣設備；礦用地面固定式、地面移動式和井下移動式變壓吸附制氮設備，以及礦用地面固定式、地面移動式和井下移動式膜分別制氮設備。按空分原理可分為深冷式、變壓吸附式和膜分別式。近幾年來，尤以變壓吸附和膜分別制氮設備在煤礦現(xiàn)場應用得最多。 為滿意煤礦選擇氮氣源設備的需要，煤炭科學討論總院重慶分院與溫州瑞氣空分設備有限公司合作，共同研制開發(fā)出KGZD系列（氮氣純度為98%，產(chǎn)氣量為2002000m3/h）礦用地面固定式制氮設備、KYZD系列（氮氣純度為98%，產(chǎn)氣量為2001200m3/h）礦用地面移動式制氮設備和JXZD系

7、列（氮氣純度為98%，產(chǎn)氣量為200800m3/h）礦用井下移動式制氮設備。 從1998年至今，已有淮南局，淮北局，臨沂局，靖遠局，華亭局，華管會，國投新集等局礦先后選用了瑞氣公司生產(chǎn)的變壓吸附制氮設備，為保障煤礦的平安生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。 五、 應用實例及效果 “八五”以來，綜采放頂煤開采技術(shù)在我國條件相宜的礦井得到廣范應用，因此，氮氣防滅火技術(shù)成為該采煤方法的主要防滅火措施。目前已有50余個局礦建立了氮氣防滅火系統(tǒng)，而變壓吸附制氮設備已在近30余個局礦中應用，為煤礦平安生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。 煤礦注氮防滅火抑爆的應用實例較多，現(xiàn)只舉三例。 1、 1991年10月，某礦放頂煤工作面采空區(qū)發(fā)生自

8、燃發(fā)火，封閉工作面后采納黃泥灌漿滅火1個月無明顯效果，采納氮氣滅火后，使火區(qū)CO含量降為0，O2含量降為1.5%,氣體溫度降到18，當即打開密閉恢復生產(chǎn)。氮氣滅火的效果可以通過兩次滅火對比得出：第以次采納掘消火道打鉆灌黃泥漿滅火1個月，火區(qū)達開后又復燃，其次次氮氣滅火11d，火區(qū)打開后再也沒有復燃。 2、 1993年6月，某礦19110綜采工作面撤架剛結(jié)束時，已撤支架的運輸順槽發(fā)生自燃，馬上對采空區(qū)用板閉封閉后實施注氮，當時通過埋設的束管測得火源點四周的2#測點CH4和O2的含量分別為7%和14%，正處于瓦斯爆炸界限之內(nèi)，而此處的CO含量正以300ppm/d的速度上升，瓦斯隨時都有可能發(fā)生爆炸，在注氮氣4h后，將此處的O2含量降到10%，抑制了火區(qū)的瓦斯爆炸，注氮10d后，徹底撲滅了火區(qū)。 1989年2月20日，某礦3402工作面的掘進巷內(nèi)發(fā)生瓦斯連續(xù)爆炸，次日派人前去處理和排放瓦斯，在恢復通風時又發(fā)生了爆炸，當場死亡2人傷9人，另3名搶救隊員在災區(qū)內(nèi)遇難。因火災高溫、煙霧和還有連續(xù)爆炸的危急，未能準時將遇難者搶救出來。救災會議擬定了11個方案，試行了6個均未獲勝利，已時隔8d遇難者還是無法撤出來。于是打算采納液氮