第三章氮气防灭火工程设计

1、第三章 氮气防灭火工程设计第一节 氮气防灭火设计技术要求一、设计必须严格遵守煤矿安全规程第二百三十八条的各项规定。设计前要明确防灭火区域的位置、 范围及漏风位置及漏风风量。漏风严重时，不得使用氮气灭火。制定防止井下工作人员和进行注氮工作人员吸入氮气而窒息的安全措施。注氮量多少的主要根据是采空区内的惰化程度，注氮量过大，也会使采空区内 CH4 和 CO 大量外泄。使回风巷道中氧含量急聚减少，要制定相应的防范措施。五、注氮期间一定要加强气体监测。第二节 氮气防灭火设计依据及主要内容一、氮气防灭火设计依据、当地气候条件（冰冻期、最低温度等） ；、开采深度、矿井开拓方式和采取布置；、开采方法、工作面配

2、风量及工作面几何参数；4、煤层赋存条件，地质构造，顶板岩性和丢煤情况；、防灭火区的自燃条件。详见第一章二、设计主要内容、氮气防灭火工艺系统；、氮气的制备与设备；、氮气的喷注方法；、氮气防灭火参数；、氮气防灭火的监测；、工艺系统图的绘制及设计说明书的遍写。第三节 氮气防灭火原理一、氮气的物理性质、在空气中约占 79% ，无色、无嗅、无毒，与同体积空气重量比为 0、 97 ，在标准气压和 273K 时，气体密度为 1、 25g/L 。、不燃烧，也不阻燃，溶水极微，性质稳定，不易于其它化学元素化合，无腐蚀性。二、防灭火原理、降低采空区或火区内氧气的含量，使采空区或火区内气体惰化，降低或阻止煤炭的氧化

3、。、使采空区或火区形成正压，减少或杜绝空气进（漏）入采空区或火区,形成窒息区域。3 、降低采空区或火区的气体温度和周围介质温度，使煤炭氧化 停止。4、使采空区或火区内有爆炸性的混合气体转变为无爆炸性的惰性混合气体，消除爆炸危险性。综合来讲，其防灭火原理为：窒息作用、抑爆作用、冷却作用。三、氮气防灭火的优点氮气可以充满任何形状的有限燃烧空间， 便于对采空区深部， 高冒处等难以接近的地点进行灭火；吸热降温，灭火快，不污染设备及工作面环境，且有利于防止瓦斯、煤尘爆炸。由于氮气来源广，制取容易。注氮工艺简单，易于实施，而且氮气具有防火技术可靠、效果显著，成本低廉等优点，因此，应用氮气作为煤矿防灭火措施

4、有着广阔的发展前景。第四节 氮气防灭火工艺原理一、注氮工艺1 、注氮方式及管路设置制氮设备安设在采区配电点， 氮气管路采用 3 寸无缝钢管， 延伸进采空区。1 ）预防性注氮（ 1 ）预防性注氮，即向采空区随采随注，必须严格控制注氮时间及注氮量。 确保采空区气体逸出不得造成回采工作面有害气体超限，达到防止自燃的目的。（ 2 ）工作面 U 型通风，根据通风负压作用方向，注氮管路铺设在工作面进风巷。设置要求如下：A 、 应靠顺槽外侧底板铺设， 安设牢固， 特别是要埋入采空区，避免支架移动挂断和顶板煤（岩）冒落破坏，影响注氮效果。B、氮气释放口应高于底板，与工作面保持平行，不可孔口向 上，并用石块、木

5、垛等妥善保护。防止煤、岩、泥水等灌入管内封堵 孔口。2）灭火注氮灭火注氮即封闭注氮。 工作面一旦发生自燃发火事故，因设备庞大繁多，不宜撤出。在上下两巷可对火区采用快速密闭进行封闭，打开闸阀，顺风向火区注氮。 向采空区注氮，采空区内空间承受充氮增加气体体积的能力， 应由火区密闭设置的调压管进行调节。 应始终使 其内保持正压状态。）封闭方式根据工作面进、回风顺槽实际情况，提出以下几种方式A、构筑防火门进行封闭注氮：在工作面进风顺梢适当位置构 筑防火门， 把所有设备封闭在内； 在工作面回风顺槽适当位置设置快 速密闭，将工作面进行封闭，实施注氮。B、设置快速密闭进行封闭注氮：在工作面上下两巷距开切眼

6、较近的适当位置（超前支护以外）设置快速密闭实施注氮。C、快速密闭的方式可采用充气气囊或板闭间填凝胶的方式。无论何种方式， 进风巷密闭须留设注氮管孔和观测孔， 回风巷密闭须留设注氮管孔、 观测孔和排气孔。 被密封的电缆或皮带要落地并掩埋， 同时要采取措施确保密闭不漏风。D 、启封密闭和排放氮气要制订专门的安全措施。、注氮管理）注氮量的多少，主要是依据采空区内气体监测成分进行决定它与工作面推进速度和煤的自燃发火期相关， 应以距工作面30 米处，采空区气体成分调整注氮量，即氧气小于 10% ，一氧化碳小于0 、005% ，以及工作面各处发现高温，异味等都应加大注氮量。）加强工作面及回风巷的氧气检测，

7、除利用束管监测系统经常监测外， 还应用氧气检测仪表随时进行检测。 发现氧气小于 18% 时，应立即停止工作，撤出人员，减少注氮量，待风流中氧气大于 18%时，方能恢复工作。）注氮管内的氮气纯度最少不得低于 97% 。） 注意检查工作面， 特别时回风流及回风隅角中瓦斯涌出情况，发现由采空区内大量涌出瓦斯， 使风流超限时， 可适当减少注氮量或其它有效措施处理。） 利用注氮管第一次向采空区注氮， 或停止注氮后再次注氮时，应利用工作面附近的三通阀门，先排出管内空气，待氮气出现后，再调整阀门注入采空区，避免将空气注入采空区。6 ）建立健全注氮管理专业队伍和各级专业人员的职责范围、岗位责任制，加强注氮技术

8、管理工作，并作好日常检查、管理，维护工作。第五节 自燃发火期预测预报为有效地防止煤炭的自燃， 防患于未然， 除对开采煤层进行自燃倾向鉴定外， 必须把综合防灭火放在首位， 做到以防为主， 以治为辅。在开采期间，还要进行自燃发火预测预报，早期发现，及时扑灭，以确保生产的正常进行。一、煤层自燃发火特征及预报煤炭科学研究总院抚顺分院提出采用 CO 自燃发火预报， 它有两个参数， 即发火系数H1、 H2； 发火系数 H1 是取样地点 CO 含量与风量的乘积，即单位时间内 CO 的绝对发生量( m 3/min )为H i=C XQ (m 3/min )式中：C回风侧气样中的CO含量 Q生产工作面回风侧风量

9、m 3/min。发火系数H2是单位时间内CO绝对的发生量与氧气绝对消耗量的比值，即H2=C xQ/gxzQ式中：NQ2 氧气绝对消耗量，%。zdQ采区漏风量，即入、排风量差值 m3/min 。用发火系数H1、 H2 来预报火灾：H 10 、 0059 m 3/min 时，视为井下火灾临界值；H 11 、 8 时，定为发火预报值；H 21 、 0 时，定为安全值；H 2=1 、 0 1 、 8 时，定为加强观察值。（详见 赵宏珠、 石平五编 厚煤层放顶煤开采设备与技术 P123页）二束管监测系统经比较选用KHY3 型矿井火灾束管监测系统该系统广泛用于煤矿自燃火灾预报和防治工作， 对井下任意地点的

10、。2, N2, CO, CH4, CO2, C2H6, C2H2, SF6 等气体含量实现 24小时连续监测，通过烷烯比、链烷比的计算，及时预测预报发火点的温度变化，为煤矿自燃火灾和矿井瓦斯事故的防治提供科学依据。系统主要有粉尘过滤器、单管、束管、分路箱、抽气泵、气体采样控制柜、监控微机、束管专用色谱仪、打印输出设备、网卡，系统软件等组成。主要功能如下：束管采样，色谱仪分析，无需任何电化学传感器。自燃火灾预报功能。系统自动控制， 24 小时在线监测，实现无人职守。输出功能齐全：产生正常分析、束管分析，趋势分析报表及趋势图等八种图象。具体气体含量超限自动报警功能。数据库记录个数小于等于108，

11、对历史数据进行分析比 具有联网功能， 实现分析数据共享， 为领导决策提供依第四章 阻化剂防灭火工程设计第一节 阻化剂防灭火设计技术要求一根据煤矿安全规程第 235 条规定：采用阻化剂防灭火时，应遵守下列规则：选用的阻化剂材料不得污染井下空气和危害人体健康。必须在设计中对阻化剂的种类和数量、阻化效果等主要参数作出明确规定。应采取防止阻化剂腐蚀机械设备、支架等金属构件的措施。采用阻化剂防灭火要同其它措施统筹考虑。采用阻化剂防灭火要因地制宜。第二节 阻化剂防灭火设计依据和主要内容一设计依据和基本资料煤的物理、化学性质；矿井周围地理环境、水源，气候条件；煤层顶、底板岩性；采掘方法、开拓系统，采区布置；

12、煤的自燃发火期，发火特征。详见第一章二设计主要内容专门设计中应包括： 阻化剂防灭火工艺系统、 喷洒或压注阻化剂操作规程， 质量检查制度， 日常观测制度等，即以下内容：阻化剂种类及其配置；喷洒阻化剂的参数计算；阻化剂喷洒工艺系统；阻化剂喷洒方法；阻化剂防灭火管理。三阻化剂灭火机理阻化剂吸附于煤的表面形成稳定的抗氧化物保护膜，降低煤的吸氧能力。溶液蒸发吸热降温。降低煤在低温时的氧化活性。 某些阻化剂（如消石灰）与煤内一些容易自燃的成分（腐植酸）化合，生成不易自燃物质。阻化剂以其无毒、价廉、易于制备，加少量于水中就能有效而被广泛地用于井下防火。第三节 阻化剂的种类及选择一阻化剂的种类用于煤矿防灭火的

13、阻化剂主要有：CaCl 2,MgCl 2,BaCl2,AgCl 3,FeCl2,NaCl,ZnCl 2,CaSO4,MgSO 4,Na2SO4,CaSO4,Ca（OH） 2、二阻化剂的选择阻化剂选择遵循以下条件：阻化率高；阻化衰退期要长；阻化衰退期即阻化氧化的有效日期，又称阻化剂的阻化寿命。阻化率高，且阻化寿命长为良好阻化剂。安全性好；来源可靠，供应充足，运输方便。费用低，价格便宜；对井下设备、设施腐蚀性小；鉴于有些阻化剂（ CaCl2， MgCl 2）溶液一旦失去水分不但阻化氧化的作用停止，而且能转化为催化剂，促进煤的氧化与自燃，且对金属有一定的腐蚀作用，本设计选用（消石 灰 Ca（OH）

14、2）作为阻化剂。第四节 喷洒阻化剂参数计算一阻化剂溶液的浓度p=T CX100%=T + （T+V） X100%式中： p 阻化剂溶液浓度， % ；C阻化剂溶液量，kg；T阻化剂用量，kg；V用水量，kg。我国喷洒阻化剂最佳阻化效果浓度为 15% 20% 。在今后的实践中可根据工作面实际情况调整，设计取15% 。二松散煤（浮煤）的密度这个参数由设计单位实测取得，也可参照邻近矿。本设计取0 、9t/m 3 。三原煤的吸液量每立方米煤吸收阻化剂溶液量为吸液量， 此参数由实测或参考邻近矿取得。设计取15%阻化溶液浓度时，吸液量为50 kg/t （参见煤矿安全工程设计P383 ）四阻化剂溶液的密度此参

15、数可参照邻近矿取得，待实测后调整。本设计取15% 浓度时，其密度为 1 、 05t/m 3 。以上各种参数， 目前设计中均为参考其它矿取得。 在今后实测中，可根据矿井实际情况予以修正，以便更贴近实际情况。五工作面一次喷洒量工作面一次喷洒量， 即工作面一次喷洒范围内所需的阻化剂溶液量。包括底板浮煤q 1 和护顶煤的喷洒量q2 。本工作面采用一次采全高综放工艺，不留护顶煤只计算q1 。 按浮煤重量计算q1p=KG 1A1=KLBM 1r1A1 按浮煤体积计算q1V=KV 1A1=KLBM 1A1工作面一次喷洒量为 q=q 1p= q 1v式中：q 工作面一次喷洒量，kg ；q 1p 按重量计算浮煤一次喷洒量，Kg ；q 1 v 按体积计算浮煤一次喷洒量，Kg ；K一次喷洒加量系数，一般取 1、2;G 一次喷洒范围内的浮煤重量，Kg ；V 一次喷洒范围内的浮煤体积，Kg ；L 工作面长度，m ；B一次喷洒宽度，m,取2、4;M 1 底板浮煤平均厚度， m 取 0 、 3；Ai 底板浮煤原煤吸液量的平均值，Kg/t ;R阻化剂溶液浓度的密度，t/m 3。贝U q=q 1=1、2X60X2、4X0、3X0、9X50=2275、2 (Kg)六工作面一次喷洒