氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

霍宏元

(開灤(集團(tuán))蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司,河北張家口 075700)

氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

霍宏元

(開灤(集團(tuán))蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司,河北張家口 075700)

氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)已在國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)了很多成功的案例,但是還存在一些不足。氮?dú)饨禍氐男Ч?容易復(fù)燃,易流失,氮?dú)馔Ｖ故褂?防滅火的作用也會(huì)同時(shí)消失。對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行防滅火技術(shù)研究,獲得更為理想的防滅火效果就顯得十分重要。

氮?dú)?防滅火系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

自從氮?dú)鉁缁鸺夹g(shù)在煤礦開采中大量的使用，氮?dú)鉁缁鸺夹g(shù)就得到了迅速的發(fā)展。英、法、美等國(guó)多次應(yīng)用氮?dú)鉁缁鸺夹g(shù)，對(duì)氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)做出大量的研究?，F(xiàn)階段，氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)已成為煤礦井下防滅火技術(shù)的重要手段。

1 概述

目前，我國(guó)有一半礦井會(huì)發(fā)生自燃現(xiàn)象，煤礦的井下火災(zāi)有80%以上是由于煤層自燃引起的。隨著我國(guó)煤礦開采技術(shù)的提高，機(jī)械設(shè)備的廣泛使用，開采設(shè)備在煤礦井下的大規(guī)模使用，提高開采量的同時(shí)，煤礦井下自燃問題也會(huì)對(duì)煤礦資源造設(shè)備造成更大的浪費(fèi)和損毀。

傳統(tǒng)滅火的辦法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段滅火的需要，急需一種更高效、更簡(jiǎn)單、更安全的防滅火系統(tǒng)保護(hù)礦井的安全生產(chǎn)工作。

我國(guó)對(duì)氮?dú)獾姆罍缁鸺夹g(shù)已經(jīng)研究了幾十年，全國(guó)很多地區(qū)都成立了氮?dú)夥罍缁鸬男〗M，對(duì)氣氮和液氮進(jìn)行了多種滅火試驗(yàn)工作。其中液氮滅火試驗(yàn)取得了一定的突破，并在煤礦區(qū)進(jìn)行了注氮滅火的試驗(yàn)和注氮工藝系統(tǒng)的試驗(yàn)，并獲得了成功。

2 氮?dú)夥罍缁鸬臋C(jī)理、特點(diǎn)

2.1 氮?dú)夥罍缁鸬臋C(jī)理

氮?dú)馐浅爻合碌臒o(wú)色、無(wú)味、不可燃、抑爆、無(wú)毒的惰性氣體。一般在常溫下，氮?dú)獾男再|(zhì)穩(wěn)定，不容易和其它元素直接發(fā)生化合作用，微溶于水。

氮?dú)庾⑷氲交饏^(qū)和采空區(qū)，可以有效滅火、防火。具體滅火機(jī)理為以下幾個(gè)方面。

(1)窒息作用：可以降低采空區(qū)、火區(qū)的氧含量，使氣體惰化，對(duì)煤炭的氧化起到降低或阻止作用。(2)增壓作用：氮?dú)饪梢怨嘧⒃谌魏涡螤畹目臻g內(nèi)充滿，而采空區(qū)充滿氮?dú)夂螅蜁?huì)形成正壓，使空氣漏入的機(jī)率大大降低或者說從根本上杜絕了空氣的進(jìn)入，形成窒息區(qū)域。(3)冷卻作用：充滿氮?dú)夂?，采空區(qū)或火區(qū)的氣體溫度與周圍介質(zhì)溫度會(huì)迅速降低，使火源的熄滅速度加快。(4)抑爆作用：采空區(qū)或火區(qū)充滿氮?dú)夂?，可以使帶有爆炸性質(zhì)的混合氣體迅速稀釋，使混合氣體轉(zhuǎn)變成為無(wú)爆炸特性的惰性的混合氣體，使爆炸危險(xiǎn)得到解除。

2.2 氮?dú)夥罍缁鸬奶攸c(diǎn)

如果采空區(qū)或者火區(qū)存在漏風(fēng)的通道，就會(huì)使氮?dú)獍l(fā)生遺失，失去防滅火作用。氮?dú)庾霾坏侥酀{和膠體類物質(zhì)，能保持長(zhǎng)期防滅火的作用。充滿氮?dú)怆m然能控制火區(qū)，可是在對(duì)火區(qū)溫度降低上有一定的困難，火區(qū)完全熄滅需要較長(zhǎng)的時(shí)間。可見，注氮只能是防滅火的一種方式，如果要迅速?gòu)氐椎膿錅缁馂?zāi)還是要輔助其他的防滅火方式。

3 氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)

煤礦在開采中，開采周圍要留有煤柱，隨著工作進(jìn)程的深入，煤壁四周形成礦壓向采空區(qū)漏風(fēng)，一旦停采，工作面切眼漏風(fēng)不能得到控制，可燃物與供氧條件并存，就會(huì)產(chǎn)生自燃，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，開采區(qū)的后方一般存在三個(gè)分帶。

(1)冷卻氧化帶：開采工作切眼與后面一段距離，由于工作的需要，必須通風(fēng)，采空區(qū)頂部圍巖卻已經(jīng)冒落，未經(jīng)壓實(shí)，工作面風(fēng)會(huì)漏入采空區(qū)。支架后方的采空區(qū)，冒落頂板的間隙較大，過風(fēng)量也較大，這段距離的殘煤就會(huì)發(fā)生充分的氧化，發(fā)生自燃。隨著開采工作的推進(jìn)，不斷移動(dòng)中，氧化時(shí)間會(huì)很短，所以自燃發(fā)生機(jī)率不高，這個(gè)區(qū)域就稱冷卻氧化帶。而冷卻氧化帶范圍和煤層的自然周期、煤的易燃度、頂板圍巖的破碎程度等方面都有很大的關(guān)系。(2)氧化自燃帶：冷卻氧化帶后方區(qū)域，由于冒落巖石的壓實(shí)，余下空間越來越小，使采空區(qū)過風(fēng)量變小。但此區(qū)域供氧充分、漏風(fēng)量適中、具備聚熱的可能條件、有殘煤和浮煤自燃的條件。一般礦井下采空區(qū)的自燃都是發(fā)生在氧化自燃帶。(3)缺氧窒息帶：氧化自燃帶后方到停采線這段區(qū)域，頂板冒巖石會(huì)完全壓實(shí)，工作面的切眼漏風(fēng)量很少，供氧不充分，而殘煤和浮煤的氧化條件減少，這段區(qū)域基本上不具備自燃的條件，所以稱之窒息帶。

據(jù)實(shí)際工作中研究發(fā)現(xiàn)：一般通風(fēng)狀態(tài)下，冷卻氧化帶要設(shè)置帶寬12m，而含氧量〉18%；氧化自燃帶設(shè)置帶寬24m，含氧量10～18%；缺氧窒息帶要設(shè)置帶寬36m，含氧量〈10%。氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)要通過氮?dú)馓攸c(diǎn)結(jié)合一定的工作環(huán)境下進(jìn)行氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)的設(shè)計(jì)。

4 氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)設(shè)計(jì)

據(jù)有關(guān)資料，確定防火注氮量可以按照以下公式計(jì)算。

由于，實(shí)際生產(chǎn)工作中，工作面的漏風(fēng)量變化大，并不能準(zhǔn)確的進(jìn)行預(yù)測(cè)，所以不能做為注氮量的設(shè)計(jì)依據(jù)。

經(jīng)過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，工作面的防火注氮量消耗較小，難以確定數(shù)量，要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和對(duì)比的方法進(jìn)行確認(rèn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，再進(jìn)行合理調(diào)整。而滅火工作的注氮量消耗就要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于防火消耗。有關(guān)公式如下：

根據(jù)公式計(jì)算可以得知，滅火氮量的消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于防火氮量的消耗，設(shè)計(jì)中，對(duì)滅火工作的氮量消耗要做出正確的判定。一般情況下，實(shí)際上很難保持長(zhǎng)距離、連續(xù)、大量的輸送氮?dú)?，所以一定要結(jié)合實(shí)際情況，參考防火氮量消耗，進(jìn)行氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)的設(shè)計(jì)。需要使用大量氮?dú)鉁缁饡r(shí)，要關(guān)閉其它防火區(qū)的用氮點(diǎn)，要針對(duì)滅火區(qū)集中使用氮?dú)?，而且要?zhǔn)備一定數(shù)量的液體氮，使滅火工作更高效。經(jīng)實(shí)踐證明：氮?dú)獾姆罍缁鹣到y(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究工作是經(jīng)濟(jì)合理的，可以推廣使用。

5 結(jié)語(yǔ)

氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)已被我國(guó)采礦行業(yè)廣泛使用，以其高效果、低成本、安全的優(yōu)勢(shì)，為采礦行業(yè)提供了防滅火的有效手段，再配合強(qiáng)化的管理，能夠根治火災(zāi)。

[1]戚穎敏.我國(guó)煤礦火災(zāi)防治技術(shù)的現(xiàn)代發(fā)展與應(yīng)用[J].煤,2011 (10).

[2]王長(zhǎng)元,陳云岫.煤礦氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)有關(guān)問題的探討[J].煤炭工程師,2010(3).

[3]丁錄仕.汪氮治理火區(qū)技木研究[J].科技信息,2012.

[4]李書軍.急傾料易燃特厚煤層放頂煤綜采面氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)[J].試驗(yàn)研究,2010(21).

[5]王書慶,徐成林,呂坤.氮?dú)馓砑觿┓罍缁鸺夹g(shù)的研究與應(yīng)用[J].煤礦安全,2012(12).

霍宏元(1984—),系內(nèi)蒙古自治區(qū)杭錦后旗人,開灤(集團(tuán))蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司鄭溝灣礦安全管理科工作,安全助理工程師, 2012年1月畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué),函授采礦工程,從事安全管理工作。