注氮防灭火系统在宽沟煤矿的应用

河 北 煤 炭 2009年第5期 注氮防灭火系统在宽沟煤矿的应用 焦淑华 (煤炭工业石家庄设计研究院，河北 石家庄 050051) 摘 要：注氮防灭火是一种行之有效的防灭火措施。文章详细介绍了氮气防灭火系统主要技 术以及在宽沟煤矿的应用。 关键词：注氮防灭火；注氮流量；氮气防灭火系统；制氮系统 中图分类号：TD713~．3 文献标识码：B 文章编号：1007—1083(2009)04—0020—02 Application of the fire extinguishing system of inj ected nitrogen in Kuan Gou mine JIAO Shu-hua 地质提供宽沟煤矿井田部分可采煤层属易 自燃煤层。本着 “预防为主，防治结合”的方针， 根据 《煤矿安全》的要求，设计考虑对煤层 自燃发火进行综合防治，并对黄泥灌浆防灭火和惰 性气体防灭火系统进行比较。 1 论述 设计对灌浆防灭火和惰性气体防灭火系统进行 了综合分析，认为黄泥灌浆防灭火方式在我国许多 矿区的生产矿井中广泛采用，该系统设备投资省， 系统简单，但占地面积大，运行费用高，破坏耕地 及生态环境，更重要的是宽沟矿井工业场地周围没 有适宜灌浆的黄土。另外，取土购地、管理、防冻 等问，会使防灭火系统运营费较高。若采用矸石 制浆防火系统，虽然可以减少环境污染，节省购地 费用，但系统复杂，所需辅助人员多，能耗大，对 矸石的质量要求高，且宽沟矿井井下基本为煤层巷 道，矿井矸石量很小，难以保证系统的长期稳定运 行，所以，设计对灌浆防灭火的方案不予推荐。 采用惰性气体防灭火可使惰性气体能迅速充满 采空区氧化带的各个部位，降低采空区氧含量，惰 化采空区，有效抑制浮煤自燃。对惰性气体防火系 统，国内外常用的惰性气体有氮气和二氧化碳。注 氮防灭火是通过高压制氮机将压缩空气制成氮气， 经管路向井下采空区灌注，使该区域内空气惰化， 氧气浓度小于煤自燃发火的临界氧浓度，从而防止 煤氧化自燃或使已形成的火区窒息。该方案优点是 系统简单，不需原料，使用方便，接通电源即可运 行；注二氧化碳防灭火，是通过 MKY一360型 CO： 发生器 (组 )将两种化学原料发生反应产生的 CO：，经管路向井下采空区或掘进工作面灌注，用 CO：充实密闭着火区，起到吸热、降温、窒息、灭 火的效果。该方案优点是使用过程中不用电，产气 速度快，产气浓度高，产气中不含氧气成份，产气 温度低，有利于吸热降温，因此，设计推荐采用注 氮防灭火系统，并辅以注阻化剂、汽雾阻化，同时 采用地表覆盖黄土压实和加强管理与监测，并采用 先进的综采技术加快开采推进度的综合防灭火措 施。 2 氮气防灭火系统主要技术参数 2．1 氮气防灭火的技术要求 设计将氮气用作预防性注氮，同时考虑灭火注 氮。日常根据需要进行预防性注氮，当发现有火灾 征兆时，采用连续注氮直到征兆消除。 2-2 矿井防灭火所需的注氮量 (1)按产量计算，即在单位时间内注氮充满 采煤所形成的空间计算注氮量，使氧气浓度降到惰 化指标以下。 Q 防=【A／(1440 P tnl )】× (CI，C 一1) (1) 2009年第5期 河 北 煤 炭 21 Q 防=[1200000／(1440×1．34×330×90％× 85％)】(20．8％／7％一1) = 4．86m’／wi n =291．38 Ill ／h 灭=[1200000／(1440×1．34×330×90％× 85％ )】(20．8％／3％一1) =14．62m0／min=877IT10／h 式中 一工作面年产量，1200000 t； 卜年工作日，330d； P—煤的密度，1．34t／111 ； n厂管路输氮效率，90％； — 毛空区注氮效率，85％； G——空气中氧的含量，20．8％； 空区防火惰化指标 ，防火 7％，灭 火 3％。 (2)按吨煤注氮量计算 (国外经验每吨煤需 要 5m3氮气量 )。 = 5AK／(330×60×24) Qn=5×1200000X 88％／(330×60×24) =11．11 m3 f wi n=666．67 m3|h 式中 A一工作面年产量，1200000 t； 均回采率，取88％。 (3)按采空区氧化带氧含量计算注氮量。 Qn= (C 一C2)Qv／(Cn十C2一I) = (12—7) ×10．8／(97％+7％一1) = 13．5 m3|wi n=810 m3 f h 式中 Q 采空区氧化带漏风量，取 10．8 m ／win； c广采空区氧化带内原始氧的平均浓度，取 12％ ： 一 注氮防火隋化指标，7％； 一 注入氮气的浓度， 97％。 防灭火注氮流量计算汇总见表 1。 表 1 防灭火注氮置计算汇总表 翥 ，力t‘ 量计氮量计算量计算化带含量计 驭八 飘。里 根据上述计算结果，矿井生产能力 120万t／a 时，注氮量为877 111s／h，氮气纯度为97％。 2．3 注氮防灭火方式 2．3．1 单纯灭火注氮 矿井发生火灾后，将火区迅速封闭，向火区注 氮灭火。 2．3．2 以防火为主的连续注氮 这种方式的主要目的是针对发火严重的工作面 进行注氮防火，工作面正常推进时需对采空区进行 连续注氮，连续注氮时需加强工作面和回风巷气体 检测并采取措施保证工作面人员安全。 2．3．3 有发火征兆时间歇注氮 这种方式是防、灭火兼顾，平常不注氮，当工 作面有发火征兆时才开始注氮，注氮采用间歇方 式。该注氮方式既可保证工作面安全回采，又可节 省大量的注氮量，降低注氮成本。宽沟煤矿主要采 取这种方式注氮。 3 氮气防灭火系统 我国煤矿应用最多的地面固定式制氮设备主要 有：变压吸附式和膜分离式。宽沟煤矿矿区生产矿 井对变压吸附式制氮机的使用已取得了成熟的经 验，而且变压吸附式制氮机具有占地省、投资少、 操作简便、制氮速度快的优点。根据矿井开拓布署 及所需注氮量 ，移交生产时生产能力 120万 t／a 时 ，所需注氮流量为 877 ITI ／h，设计选用地面固 定式PSA600变压吸附全自动制氮机二台；其主要 技术参数为： 氮气流量 ／m。／h 600 氮气纯度 ／％ I>97 出口压力 ／MPa 0．8 功 率 ／kW 225 制氮系统是利用制氮设备产生的压力氮气进行 注氮防灭火。经计算 ，注氮管路选用一趟 D219×6 无缝钢管。注氮车间设在地面风井场地内，注氮管 路沿回风斜井敷设一回风石门及联络巷—采区轨道 上山一回采工作面运输顺槽，管路进人工作面后对 采空区注氮。灌注方式根据束管监测系统监测、分 析结果而定。 4 结语 宽沟煤矿开采煤层虽属易自燃煤层，通过建立 氮气防灭火系统及束管监测监控系统，投产两年 来，对多次预测到采空区有自燃发火征兆现象，采 取注氮措施后，均达到良好的效果。 作者简介：焦淑华 (1980一)，男，湖北襄樊人，助理工 程师，煤炭工业石家庄设计研究院从事技术工作。 (收稿 日期 ：2009-06—22；编辑：毛志国)