氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)設(shè)計(jì)

氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)設(shè)計(jì)看看吧氮?dú)夥罍缁鸶艣r：氮?dú)夥罍缁瓞F(xiàn)已有地面固定式、地面移動式和井下移動式變壓吸附制氮裝置和膜分離制氮裝置，為我國煤礦安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。2原則：1）對于自燃發(fā)火頻繁，且火災(zāi)范圍大的礦井，可根據(jù)地表與火區(qū)的距離遠(yuǎn)近采取地面固定式制氮裝置，管道或者直接從地表打鉆輸送氮?dú)獾墓に囅到y(tǒng)；2）對于礦區(qū)范圍大，火災(zāi)頻繁，地表與井下工作面距離近的礦井，可采取地面移動式制氮裝置，管道輸送氮?dú)獾墓に囅到y(tǒng)；3）對于井田范圍大，風(fēng)井多，井口距離火區(qū)較遠(yuǎn)，且火區(qū)多而分散，輸?shù)苈烽L的礦井，可采取井下移動式制氮裝置的工藝系統(tǒng)。3注氮工藝：1）注氮系統(tǒng)：地面固定式和地面移動式制氮設(shè)備生產(chǎn)的氮?dú)?，?jīng)井上下輸?shù)苈匪瓦_(dá)采空區(qū)或火區(qū)。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：制氮設(shè)備產(chǎn)氮能力大，滅火速度快。缺點(diǎn)：需專門鋪設(shè)一趟輸?shù)苈?。井下移動式制氮設(shè)備安置于距需要防火或滅火區(qū)域的就近處，經(jīng)供電、供水、管路連接，便可開機(jī)生產(chǎn)氮?dú)?，?jīng)輸?shù)軐⒌獨(dú)馑瓦_(dá)防滅火區(qū)內(nèi)。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：不需鋪設(shè)專用輸?shù)苈?。缺點(diǎn)：制氮設(shè)備產(chǎn)氮能力較小。2）注氮工藝根據(jù)礦井具體情況，可選擇適當(dāng)?shù)淖⒌に嚳纯窗葾埋管注氮DD在工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)沿采空區(qū)埋設(shè)一趟注氮管路。當(dāng)埋入一定深度后開始注氮，同時埋入第二趟注氮管路（注氮管口的移動步距通過考察確定。）當(dāng)?shù)诙俗⒌芸诼袢氩煽諈^(qū)氧化帶與冷卻帶的交界部位時向采空區(qū)注氮，同時停止第一趟管路注氮，并又重新埋設(shè)注氮管路，如此循環(huán)，直至工作面采完為止。B拖管注氮DD在工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)沿采空區(qū)埋設(shè)一定長度（其值由考察確定）的厚型鋼管作為注氮管，它的移動主要利用工作面的液壓支架，或工作面輸送機(jī)頭、機(jī)尾，或工作面回風(fēng)巷的回柱絞車牽引。注氮管路隨工作面的推進(jìn)而移動，使其始終埋入采空區(qū)內(nèi)的一定深度，C鉆孔注氮DD在地面向井下火災(zāi)或火災(zāi)隱患區(qū)域打鉆孔，通過鉆孔套管（全套管）將氮?dú)庾⑷敕罍缁饏^(qū)。利用工作面消火道，或與工作面相鄰的巷道，向采空區(qū)或火災(zāi)隱患區(qū)域打鉆孔注氮。D插管注氮DD工作面開切眼或停采線，或巷道高冒頂火災(zāi)，可采用向火源點(diǎn)直接插管的注氮方式進(jìn)行注氮。E密閉注氮DD利用密閉墻上預(yù)留的注氮管向火災(zāi)或火災(zāi)隱患區(qū)域?qū)嵤┳⒌旁路式注氮DD利用采用改進(jìn)風(fēng)巷的工作面，可利用與工作面平行的巷道，在其內(nèi)向煤柱打鉆孔，將氮?dú)庾⑷氩煽諈^(qū)。3）注氮方式與防滅火方法注氮方式：分為開放式和封閉式注氮。在不影響工作面的正常生產(chǎn)和人身安全時，可采用開放式注氮。火災(zāi)及其隱患影響工作面的正常生產(chǎn)，或突看看吧然性外因火災(zāi)，或瓦斯積聚區(qū)域達(dá)到爆炸界限時，可采用封閉式注氮。注氮防滅火方法：A連續(xù)式注氮DD工作面開采初期和停采撤架期間，或因地質(zhì)原因，或因機(jī)電設(shè)備原因造成工作面推移緩慢，宜采用連續(xù)式注氮。B間歇式注氮DD工作面正常回采期間，可采用間歇式注氮。C注氮地點(diǎn)DD應(yīng)盡可能選在進(jìn)風(fēng)側(cè)，或靠近火源。工作面注氮防火，注氮管口應(yīng)處于采空區(qū)氧化帶內(nèi)。D注氮抑制瓦斯爆炸DD注氮惰化瓦斯積聚區(qū)域，或撲滅瓦斯積聚區(qū)的火災(zāi)，密閉墻必須建防爆墻，同時密閉墻的構(gòu)筑順序嚴(yán)格按照要求執(zhí)行。注氮同時，應(yīng)分析災(zāi)區(qū)氣體成分的變化，并用空氣－甲烷混合物的爆炸三角形進(jìn)行失爆性的判定。4）堵漏措施建議采用煤炭科學(xué)研究總院重慶分院的以鋁酸鈉為促凝劑的凝膠和粉煤灰凝膠，設(shè)備選用KBJ系列。4注氮?dú)怏w監(jiān)測為便于采空區(qū)取氣體分析，在鋪設(shè)注氮管的同時，采空區(qū)應(yīng)同時預(yù)埋束管監(jiān)測探頭，其數(shù)量視取氣樣點(diǎn)數(shù)而定。在注氮管或支管分叉處必須設(shè)置觀測點(diǎn)（測定流量、壓力、濃度及溫度）。為了考察注氮的流向及分布，可借助施放SP6示蹤氣體加以檢測。5注氮防滅火效果考察為保證注氮防滅火的有效性，必須對注氮的區(qū)域采取局部均壓或區(qū)域性均看看吧壓，并采取嚴(yán)格的堵漏措施以及有效的火災(zāi)監(jiān)測，使防滅火區(qū)的漏風(fēng)量降到最低限度。注氮防滅火期間，應(yīng)對其效果進(jìn)行考察，其內(nèi)容包括：工作面采空區(qū)注氮防火，注氮后采空區(qū)“三帶”變化；注氮量、注氮擴(kuò)散半徑、注氮口的移動步距等參數(shù)；采空區(qū)煤自燃發(fā)火指標(biāo)。參數(shù)計(jì)算1.注氮防滅火惰化指標(biāo)1）注氮防火惰化，即注氮后采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度不得大于7％；2）注氮滅火惰化，即火災(zāi)區(qū)內(nèi)氧氣濃度不大于3％；3）注氮抑制瓦斯爆炸，其采空區(qū)氧氣濃度指標(biāo)小于12％。2.注氮量確定注氮量主要根據(jù)防滅火區(qū)的空間大小及自燃程度確定。目前還沒有統(tǒng)一的計(jì)算公式?？梢园淳C放面（綜采面）的產(chǎn)量、噸煤注氮量、瓦斯量、氧化帶內(nèi)氧濃度進(jìn)行計(jì)算。1）按產(chǎn)量計(jì)算計(jì)算公式如下：QNC111440ρtn1n2C2A式中：QNDD注氮流量，m3/min；ADD年產(chǎn)量，t；tDD年工作日，取300d；看看吧ρDD煤的密度，t/m3；n1DD管路輸?shù)?，％；n2DD采空區(qū)注氮效率，％；C1DD空氣中的氧濃度，取20.8％；C2DD采空區(qū)防火惰化指標(biāo)，取7％。2）按噸煤注氮量計(jì)算QN5AK14402460QNDD注氮流量，m3/min；ADD年產(chǎn)量，t；KDD工作面回采率。3）按瓦斯量計(jì)算QNQcC10CQNDD注氮流量，m3/min；QCDD綜放面（綜采面）通風(fēng)量，m3/min；CDD綜放面（綜采面）回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛取?）按采空區(qū)氧化帶氧濃度計(jì)算QN(C1C2)QVCNC21QNDD注氮流量，m3/min；QVDD采空區(qū)氧化帶的漏風(fēng)量，m3/min；C1DD采空區(qū)氧化帶內(nèi)原始氧濃度，取平均值；看看吧C2DD注氮防火指標(biāo)，取7％；CNDD注入氮?dú)庵械獨(dú)獾募兌?。將以上?jì)算結(jié)果取最大值，再結(jié)合煤礦具體情況考慮1.2～1.5的安全備用稀疏，即為采空區(qū)防滅火的最大注氮量。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)注氮量的計(jì)算，參照對比國內(nèi)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合礦井具體情況確定井下防滅火注氮量。要能滿足井下所有猜枚工作面正常防火需要和井下一般滅火需要。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)：①防火注氮量一般為5m3/min（氮?dú)猓?；②滅火注氮量，原則上最初強(qiáng)度要大，將火勢壓住，然后逐漸降低強(qiáng)度。若回風(fēng)敞口，單位時間注氮量不能小于9.25m3/min；全封閉時，可控制在8m3/min；煤科總院重慶分院根據(jù)多年注氮防滅火經(jīng)驗(yàn)，滅火注氮量為500～600m3/h。注氮同時必須加強(qiáng)均壓和堵漏，控制火區(qū)漏風(fēng)；并探明火源位置，向火源點(diǎn)范圍連續(xù)注入。這個推進(jìn)度大大的超過了采空區(qū)內(nèi)殘留的煤炭自燃的時間要求，因此，設(shè)計(jì)不需要考慮在工作面正常回采時的注氮防火，只是在工作面開采初期和停采撤架期間，或因地質(zhì)原因，或因機(jī)電設(shè)備原因造成工作面推移緩慢，對此，根據(jù)國內(nèi)的最新的資料，以及對相鄰或相近的礦井進(jìn)行參考，設(shè)立井上固定式井田面積比較大，回風(fēng)井筒較少，而且隨著開采的進(jìn)行，設(shè)計(jì)地面固定式、移動式從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上說并不合理，設(shè)計(jì)推薦井下移動式膜看看吧分離制氮設(shè)備。⑴注氮防滅火方法的選擇①本礦井機(jī)械化程度比較高，采用長壁式的采煤方式，巷道布置簡單，年推進(jìn)度為1200m，有較大的防火安全性。雖然礦井的煤層自燃發(fā)火期為2～3個月，但是2個月工作面的推進(jìn)度平均為200m，相對于采空區(qū)0～100m的危險區(qū)來說，防滅火的安全系數(shù)很高，因此，本設(shè)計(jì)不考慮在回采過程中對工作面采空區(qū)采用間歇式注氮。②由于工作面采用長壁式采煤方法，工作面走向長度為180m，工作面搬家時需要時間比較多，有可能在此期間引起采空區(qū)內(nèi)煤炭度過潛伏期（低溫氧化階段），從而引起煤炭的自燃，因此，在工作面搬家期間，有必要對可能發(fā)生的自燃進(jìn)行預(yù)防性的注氮。③隨著礦井開采的推進(jìn)，巷道的距離不斷加長，若采用煤礦防滅火對于惰性氣體的定義與化學(xué)對惰性氣體的定義不盡相同。在防滅火的工作實(shí)踐中，惰氣是指不參與燃燒反應(yīng)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?xì)?、氮?dú)夂投趸?。一、氮?dú)獾男再|(zhì)眾所周知，氮?dú)獾脑鲜强諝?。氮?dú)馐且环N無色無味無毒無腐蝕，不自燃，也不參與燃燒的氣體，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（21℃，101.325kpa），氣體密度為0.461kg/cm3,液體密度為80.8kg/m3,氮?dú)庠?01.325Kpa,-195.8℃時變成無色的液體，在-209.9℃時，變成霧狀的固體。氮?dú)庠谒腥芙舛群苄?，很難與看看吧其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在震動、熱和電火花作用下都較穩(wěn)定。二、氮?dú)夥罍缁鹱饔迷碜⒌罍缁鸬膶?shí)質(zhì)是向采空區(qū)氧化帶內(nèi)或火區(qū)內(nèi)注入一定流量的氮?dú)?，使其氧含量降?0%或3%以下，達(dá)到防火、滅火和抑制瓦斯爆炸的目的，其作用有：1、消除瓦斯爆炸的危險在煤礦當(dāng)采空區(qū)一旦出現(xiàn)火災(zāi)，危害最大的是導(dǎo)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，還部份地決定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(kuò)大，反之縮小。如果混合氣體被加熱到300℃，氧含量為9%時就能發(fā)生爆炸。因而國內(nèi)的研究表明，將氧氣的臨界含量控制在5%以下時幾乎能防止任何爆炸，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。正是從這一理論出發(fā)，向火區(qū)注入氮?dú)夂笫蛊溲鹾拷档?，而且只要氧含量低?0%時就能大大地減少爆炸的可能性。2、減少漏風(fēng)的作用采空區(qū)漏風(fēng)是造成自然發(fā)火的主要原因之一。對于封閉或半封閉的采空區(qū)而言，從理論上講，注入氮?dú)夂笤黾恿似渥⑷肟臻g內(nèi)混合氣體的總量，能夠減少封閉區(qū)內(nèi)外之間的壓力差，從而起到減少封閉區(qū)外部向內(nèi)部漏風(fēng)的作用。如果巷道里的密閉墻有裂縫或密閉強(qiáng)有裂縫，當(dāng)密閉區(qū)內(nèi)為負(fù)壓時，空氣看看吧可以通過墻縫或繞過密閉墻而進(jìn)入密閉區(qū)。為了防止密閉漏風(fēng)，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?dú)?，使該空間形成正壓，阻止新鮮空氣進(jìn)入密閉區(qū)內(nèi)。3、降溫作用對于有內(nèi)因火災(zāi)的采空區(qū)來說，其溫度大于外界溫度。當(dāng)采用氮?dú)鉁缁饡r，無論是采用液氮，還是氮?dú)?，其氮?dú)獾臏囟染陀诨饏^(qū)的氣體溫度，加之氮?dú)庠谧⑷牖饏^(qū)后的流動范圍大，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(fēng)量不足以帶走煤氧化產(chǎn)生的熱量，則煤溫就逐漸升高，這時煤處于自燃發(fā)熱。當(dāng)溫度達(dá)到煤的臨界溫度以上，氧化急聚加快，大量產(chǎn)生熱量，又使煤溫迅速升高，達(dá)到煤的著火溫度時便著火燃燒起來，即進(jìn)入自燃狀態(tài)?；诖嗣貉鯊?fù)合學(xué)說，采取向工作面采空區(qū)氧化帶內(nèi)注入一定流量的氮?dú)?，降低該帶?nèi)的氧氣含量，達(dá)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(dá)到了防止煤自燃的目的。5、降低燃燒強(qiáng)度無論是外因火災(zāi)，還是內(nèi)因火災(zāi)，當(dāng)火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生，向火區(qū)內(nèi)注入一定流量（大于漏風(fēng)量）的氮?dú)?，使該區(qū)內(nèi)的氧含量由21%逐漸降低到10%以下，熊熊大火就逐漸處于自熄。三、優(yōu)缺點(diǎn)看看吧國內(nèi)外煤礦應(yīng)用氮?dú)夥罍缁鸬膶?shí)踐表明：氮?dú)饩哂袦缁鹚俣瓤?，既能防火，也能滅火，還能抑制瓦斯爆炸，無污染環(huán)境和機(jī)電設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是氮?dú)獾拿芏缺瓤諝廨p，容易流失。因此，在注氮的同時，必須采用堵漏措施相配合，才能取得滿意的效果。四、制氮設(shè)備我國煤礦防滅火目前所選用的制氮設(shè)備有：地面固定式深冷制氮?dú)庠O(shè)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(shè)備，以及礦用地面固定式、地面移動式和井下移動式膜分離制氮設(shè)備。按空分原理可分為深冷式、變壓吸附式和膜分離式。近幾年來，尤以變壓吸附和膜分離制氮設(shè)備在煤礦現(xiàn)場應(yīng)用得最多。為滿足煤礦選擇氮?dú)庠丛O(shè)備的需要，煤炭科學(xué)研究總院重慶分院與溫州瑞氣空分設(shè)備有限公司合作，共同研制開發(fā)出KGZD系列（氮?dú)饧兌葹?8%，產(chǎn)氣量為200―20XX年m3/h）礦用地面固定式制氮設(shè)備、KYZD系列（氮?dú)饧兌葹?8%，產(chǎn)氣量為200―1200m3/h）礦用地面移動式制氮設(shè)備和JXZD系列（氮?dú)饧兌葹?8%，產(chǎn)氣量為200―800m3/h）礦用井下移動式制氮設(shè)備。從1998年至今，已有淮南局，淮北局，臨沂局，靖遠(yuǎn)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(shè)備，為保障煤礦的安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。五、應(yīng)用實(shí)例及效果“八五”以來，綜采放頂煤開采技術(shù)在我國條件適宜的礦井得到廣范應(yīng)用，因此，氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)成為該采煤方法的主要防滅火措施。目前已有50余個看看吧局礦建立了氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)，而變壓吸附制氮設(shè)備已在近30余個局礦中應(yīng)用，為煤礦安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。煤礦注氮防滅火抑爆的應(yīng)用實(shí)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)生自燃發(fā)火，封閉工作面后采用黃泥灌漿滅火1個月無明顯效果，采用氮?dú)鉁缁鸷?，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(dāng)即打開密閉恢復(fù)生產(chǎn)。氮?dú)鉁缁鸬男Ч梢酝ㄟ^兩次滅火對比得出：第以次采用掘消火道打鉆灌黃泥漿滅火1個月，火區(qū)達(dá)開后又復(fù)燃，第二次氮?dú)鉁缁?1d，火區(qū)打開后再也沒有復(fù)燃。2、1993年6月，某礦*****綜采工作面撤架剛結(jié)束時，已撤支架的運(yùn)輸順槽發(fā)生自燃，立即對采空區(qū)用板閉封閉后實(shí)施注氮，當(dāng)時通過埋設(shè)的束管測得火源點(diǎn)附近的2#測點(diǎn)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?dú)?h后，將此處的O2含量降到10%，抑制了火區(qū)的瓦