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氮气防灭火技术

一、引言

　　煤炭科学研究总院重庆分院于“〞初期首先开展液氮灭火技术的研究，经过五年的试验研究，为我国煤矿氮气防灭火技术的推广应用奠定了基础。在“〞初期转入开展以深冷空分设备制取氮气，通过输氮管路将氮气送达井下火灾或火灾隐患的区域内进行防灭火。“〞期间，主要开展氮气防灭火技术的应用研究，如新疆六道湾，西山局杜儿坪矿等不同开采条件下的应用。随着氮气防灭火技术的成功应用，在“〞期间，煤炭科学研究总院重庆分院与温州瑞气空分设备共同承当部重点科研项目，分别于1996年和1998年成功地研制出JXZD-400型井下移动式碳分子筛制氮车和KYZD-800型地
　　面移动式制氮装置，并制定形成地面固定式，地面移动式和井下移动式三大系列产品，以满足煤矿采纳氮气防灭火选择氮源设备的需要。

　　二、作用原理

　　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,达到防灭火的目的。其作用有消除瓦斯爆炸危险;防止煤的自然发热和自燃;降低燃烧强度;防止密闭漏风。

　　三、工艺

　　〔1〕注氮系统

　　①制氮设备

　　我国煤矿防灭火目前所选用的制氮设备有：地面固定式深冷制氮气设备；矿用地面固定式、地面移动式和井下移动式变压吸附制氮设备，以及矿用地面固定式、地面移动式和井下移动式膜分开制氮设备。按空分原理可将其分为深冷式、变压吸附式和膜分开式。近几年来，尤以变压吸附和膜分开制氮设备在煤矿现场应用得最多。

　　变压吸附制氮设备具有流程简单，控制点仅为2-3个，大大提升了设备的安全运行系数；配套设备少，体积小；耗气量小，能耗低；采纳了专利新型流程，氮气回收率高，制氮成本低等特点。

　　②注氮系统

　　地面固定式地面移动式制氮设备生产的氮气，经井上下输氮管路送达采空区内或火区内。该系统的优点是制氮设备的产氮能力大，灭火速度快。缺点是需专门铺设一趟输氮管路。

　　井下移动式制氮设备安排于距需要防火或灭火区域的就近处，通过输氮管路将氮气送达防灭火区内。该系统的优点是不需铺设专用输氮管路。缺点是制氮设备的产氮能力较小。

　　〔2〕注氮工艺

　　依据矿井具体条件,可选择采纳如下注氮工艺。

　　埋管注氮在工作面的进风侧沿采空区埋设一趟注氮管路。当埋入一定深度后开始注氮，同时又埋入第二趟注氮管路〔注氮管口的移动步距通过考察确定〕。当第二趟注氮管口埋入采空区氧化带与冷却带的交界部位时向采空区注氮，同时停止第一趟管路的注氮，并又重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。

　　拖管注氮在工作面的进风侧沿采空区埋设一定长度〔其值由考察确定〕的厚壁钢管作为注氮管，它的移动主要利用工作面的液压支架，或工作面运输机头、机尾，或工作面进风巷的回柱绞车作牵引。注氮管路随着工作面的推动而移动，使其始终埋入采空区内的一定深度。

　　钻孔注氮在地面向井下火灾或火灾隐患区域打钻孔，通过钻孔套管〔全套管〕将氮气注入防灭火区。

　　利用工作面消火道，或与工作面相邻的巷道，向采空区或火灾隐患区域打钻孔注氮。

　　插管注氮工作面开切眼，或停采线，或巷道高冒顶火灾，可采纳向火源点直接插管的注氮方式进行注氮。

　　密闭注氮利用密闭墙上预留的注氮管向火灾或火灾隐患的区域实施注氮。

　　旁路式注氮利用采纳双进风巷的工作面，可利用与工作面平行的巷道，在其内向煤柱打钻孔，将氮气注入采空区。

　　〔3〕注氮方式

　　注氮方式分为开放式注氮和封闭式注氮。

　　在不影响工作面的正常生产和人身安全时，可采纳开放式注氮。火灾及其火灾隐患影响工作面的正常生产，或突发性外因火灾，或瓦斯积聚区域达到爆炸界限时，可采纳封闭式注氮。

　　〔4〕注氮防灭火方法

　　连续性注氮工作面开采初期和停采撤架期间，或因地质原因，或因机电设备原因造成工作面推动缓慢，宜采纳连续性注氮。

　　间断性注氮工作面正常回采期间，可采纳间断性注氮。

　　注氮地点应尽可能选择在进风侧，或靠近火源。工作面注氮防火，注氮管口应处于采空区氧化带内。

　　注氮抑制瓦斯爆炸注氮惰化瓦斯积聚区域，或扑灭瓦斯积聚区的火灾，密闭墙须建防爆墙，同时密闭墙的构筑顺序严格按要求执行。注氮的同时，取样分析灾区气体成份的变化，并用空气—甲烷混合物的爆炸三角形进行失爆性的判定。

　　〔5〕注氮防灭火惰化指标

　　①采空区惰化氧浓度指标不大于煤自然临界氧浓度。

　　②惰化灭火氧浓度指标不大于3%。

　　③惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标小于12%。

　　〔6〕注氮防灭火的效果考察

　　为保证注氮防灭火的有效性，必须对注氮的区域采用局部均压或区域性均压，并采用严格的堵漏措施以及有效的火灾监测，使防灭火区的漏风量降到最低限度。

　　注氮防灭火期间，应对其效果进行考察，内容应包括：工作面采空区注氮防火，注氮后采空区三带的变化；注氮量注氮扩散半径注氮口移动步距等参数。

　　(7)安全技术措施与管理

　　①在注氮过程中，工作场所的安全氧浓度不得低于18.5%,否则停止作业并撤掉人员，同时降低注氮流量或停止注氮，或增大工作场所的通风量。

　　②制氮设备的管理人员和操作人员，须经理论培训和实际操作培训，考试合格，才能上岗，以保证设备的正常使用。

　　③采空区进行注氮防火或对火区进行注氮灭火时，应编制相应的安全技术措施，并经矿总工程师审批后，方可实施。

　　④采纳注氮防灭火的矿井，应建立制氮设备的操作规程，工种岗位责任制，机电设备维检规程，注氮防灭火管理暂行规定等规章制度。

　　⑤应建立和健全注氮防灭火台账。