2023学年完整公开课版氮气防灭火

山西工程职业学院主讲教师：迟克勇《煤矿安全技术》矿井防灭火技术安全技术与管理专业教学资源库

氮气防灭火技术是近20年来随着放顶煤采煤技术的推广和应用，为抑制采煤工作面采空区自然发火以及加速火区熄灭而发展起来的一项新的防灭火技术。氮气防灭火技术就是将氮气送入拟处理区，使该区域内空气惰化，氧气浓度小于煤自然发火的临界氧浓度，从而防止煤氧化自燃，或使已经形成的火区窒息的防灭火技术。氮气防灭火氮气防灭火技术就是将氮气送入拟处理区，使该区域内空气惰化，氧气浓度小于煤自然发火的临界氧浓度，从而防止煤氧化自燃，或使已经形成的火区窒息。一、氮气防灭火原理及特点氮气防灭火机理：1、降低氧气浓度，抑制或减缓了遗煤的氧化放热速度；2、提高了气体静压，降低了漏入采空区的风量；3、氮气在流经煤体时，吸收了煤氧化产生的热量；4、冲淡采空区内可燃气体与氧气的浓度，从而使混合气体失去爆炸性。一、氮气防灭火原理及特点氮气防灭火的特点：1、工艺简单，操作方便，易于掌握；2、惰化区域广，对火区内的设备无腐蚀和损坏；3、灭火速度快，启封容易，设备撤出方便，恢复生产早，成本低。4、节省管材、木材和人力等。一、氮气防灭火原理及特点氮气防灭火存在的问题：①容易泄露，隔氧性较差，因此，在注氮防灭火的同时，应采取堵漏措施；②氮气热容量小，吸热降温效果差，扑灭火灾后，火区温度仍然很高，随着氮气的泄露，复燃的可能性很大，使火区完全熄灭时间相当长；③采空区注氮防火泄漏量过大，会引起工作面氧气下降，发生人员窒息事故。因此，注氮防火的工作面应安装束管检测系统。一、氮气防灭火原理及特点目前，世界各国制取氮气均以空气作为原料气。制取氮气的方法主要是采用空分技术，即将空气中的氮气和氧气分离而得道较高浓度的氮气。我国制取氮气主要有深冷空分、变压吸附和膜分离三种方法。深冷空分是最先使用的方法，制氮装备庞大，固定资产投资较高，需要较大的固定厂房。后逐步被变压吸附和膜分离的方法所代替。二、注氮工艺图2－7－1膜分离制氮机结构示意图1—防爆开关；2—供、排水阀；3—油气分离器；4—油冷却器；5—后冷却器；6—压缩机头；7—防爆电机；8—离心疏水器；9—C级过滤器；10—螺旋板换热器；11—活性碳罐；12—A级过滤器；13—监视盘；14—B级过滤器；15—膜组件；16—仪表盘井下移动式膜分离制氮机空压机段预处理段膜分离段除油、除尘、除水、恒温处理

图2－7－2中空纤维膜组件示意图膜组件由一定数量的高分子材料制成的中空管组装在钢管内而成的。中空管即是中空纤维膜，它细如发丝，不同的气体在膜中透过的速率不同，透过快的称之为“快气”，反之称为“慢气”。氧气在膜中透过的速度要比氮气快得多，从而使氧、氮在膜的两端分离富集，既氧气透过膜壁富集于另一侧，氮气滞留在原始气体一侧。在压力的作用下，沿膜管前移，最终通过阀门输出。中空纤维膜N2O2氮气防灭火的工艺过程：通过管路向采空区或封闭火区灌注氮气即可。1．工作面后部采空区注氮图2－7－3注氮管埋设及释放口位置注氮管的埋设及氮气释放口的设置应符合：①氮气释放口应高于底板，以90°弯拐向采空区，与工作面保持平行，并用石块或木垛等加以保护。②氮气释放口之间的距离，应根据采空区“三带”宽度、注氮方式和注氮强度、氮气有效扩散半径、工作面通风量、氮气泄漏量、自然发火期、工作面推进度以及采空区冒落情况等因素综合确定。二、注氮工艺2．工作面相邻采空区注氮工作面在生产过程中，当自然发火的危险来自其相邻区段的采空区时，则应对其相邻采空区注氮防火，以保证本工作面的安全回采。这种注氮方式又叫旁路注氮，其方法是在生产工作面与采空区相邻的平巷中打钻孔，然后向已封闭的采空区插管注氮。注氮钻孔一般超前工作面80m～90m；孔间距15m～20m，特殊地点5m；孔深8m～10m。二、注氮工艺图2-7-4旁路式注氮管路布置图（一）注氮量的确定1．工作面后部采空区注氮量的确定以距工作面20m处采空区中的氧浓度不大于10％作为确定的标准。如果采空区中CO浓度较高（超过50ppm)，或者工作面上CO浓度超限或出现高温、异味等自燃征兆，则应加大注氮强度和注氮量。注入氮气的纯度应大于97％。三、注氮技术参数的确定2．工作面相邻采空区注氮量的确定确定原则是：充分惰化靠近生产工作面一侧的采空区，在靠近生产工作面的采空区侧形成一条与工作面推进方向平行的惰化带。具体可根据对采空区气体成分的检测结果确定，保证相邻采空区内氧浓度不大于10％。三、注氮技术参数的确定（二）输氮管路系统敷设要求1．管路到达注入点的距离应最短、平直，沿程阻力损失和管材消耗量小。2．氮气在管路内的流速在1.0～1.5m/s经济流速范围内。3．管间连接采用焊接，减少接头泄漏和局部阻力损失。4．拐弯和低洼处要设置放水包。5．注氮干管上设置调控阀门和安全放空管。6．埋设在采空区内的管路贴底板布置，释放口应用石块、木垛等加以保护。三、注氮技术参数的确定1．在工作面回风巷并列敷设两条束管，并埋入采空区内，两束管管口错开一定距离，每条束管隔一定的距离截断一次。在注氮过程中，由地面束管监测系统真空泵从束管内抽取注氮区的气样，送入色谱仪分析。利用监测监控系统，加强对工作面通风隅角、工作面和回风平巷中CO、O2和CH4的监测；同时，由瓦斯检查员随时对工作面及其回风平巷中的O2

、CO和CH4浓度进行检查，要保证工作面风流中的氧气浓度不低于18.5%，否则停止作业并撤除人员，同时降低注氮流量或停止注氮，或增大通风场所的通风量。四、氮气防灭火注意事项2.注意检查工作面，特别是其回风隅角及回风平巷风流中的．瓦斯涌出情况，若发现采空区内大量涌出瓦斯，使风流中瓦斯超限时，可适当降低注氮强度或应用采空区抽放瓦斯的方法进行处理。3．第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排出注氮管内的空气，避免将空气注人采空区中。注氮管道较长时，更应注意这一问题。四、氮气防灭火注意事项