氮氣防滅火系統設計與研究

霍宏元

(開灤(集團)蔚州礦業有限責任公司,河北張家口 075700)

氮氣防滅火系統設計與研究

霍宏元

(開灤(集團)蔚州礦業有限責任公司,河北張家口 075700)

氮氣防滅火技術已在國內外實現了很多成功的案例,但是還存在一些不足。氮氣降溫的效果差,容易復燃,易流失,氮氣停止使用,防滅火的作用也會同時消失。對氮氣進行防滅火技術研究,獲得更為理想的防滅火效果就顯得十分重要。

氮氣 防滅火系統 設計

自從氮氣滅火技術在煤礦開采中大量的使用，氮氣滅火技術就得到了迅速的發展。英、法、美等國多次應用氮氣滅火技術，對氮氣防滅火技術做出大量的研究?，F階段，氮氣防滅火技術已成為煤礦井下防滅火技術的重要手段。

1 概述

目前，我國有一半礦井會發生自燃現象，煤礦的井下火災有80%以上是由于煤層自燃引起的。隨著我國煤礦開采技術的提高，機械設備的廣泛使用，開采設備在煤礦井下的大規模使用，提高開采量的同時，煤礦井下自燃問題也會對煤礦資源造設備造成更大的浪費和損毀。

傳統滅火的辦法已經不能滿足現階段滅火的需要，急需一種更高效、更簡單、更安全的防滅火系統保護礦井的安全生產工作。

我國對氮氣的防滅火技術已經研究了幾十年，全國很多地區都成立了氮氣防滅火的小組，對氣氮和液氮進行了多種滅火試驗工作。其中液氮滅火試驗取得了一定的突破，并在煤礦區進行了注氮滅火的試驗和注氮工藝系統的試驗，并獲得了成功。

2 氮氣防滅火的機理、特點

2.1 氮氣防滅火的機理

氮氣是常溫常壓下的無色、無味、不可燃、抑爆、無毒的惰性氣體。一般在常溫下，氮氣的性質穩定，不容易和其它元素直接發生化合作用，微溶于水。

氮氣注入到火區和采空區，可以有效滅火、防火。具體滅火機理為以下幾個方面。

(1)窒息作用：可以降低采空區、火區的氧含量，使氣體惰化，對煤炭的氧化起到降低或阻止作用。(2)增壓作用：氮氣可以灌注在任何形狀的空間內充滿，而采空區充滿氮氣后，就會形成正壓，使空氣漏入的機率大大降低或者說從根本上杜絕了空氣的進入，形成窒息區域。(3)冷卻作用：充滿氮氣后，采空區或火區的氣體溫度與周圍介質溫度會迅速降低，使火源的熄滅速度加快。(4)抑爆作用：采空區或火區充滿氮氣后，可以使帶有爆炸性質的混合氣體迅速稀釋，使混合氣體轉變成為無爆炸特性的惰性的混合氣體，使爆炸危險得到解除。

2.2 氮氣防滅火的特點

如果采空區或者火區存在漏風的通道，就會使氮氣發生遺失，失去防滅火作用。氮氣做不到泥漿和膠體類物質，能保持長期防滅火的作用。充滿氮氣雖然能控制火區，可是在對火區溫度降低上有一定的困難，火區完全熄滅需要較長的時間?？梢?，注氮只能是防滅火的一種方式，如果要迅速徹底的撲滅火災還是要輔助其他的防滅火方式。

3 氮氣防滅火系統設計的理論依據

煤礦在開采中，開采周圍要留有煤柱，隨著工作進程的深入，煤壁四周形成礦壓向采空區漏風，一旦停采，工作面切眼漏風不能得到控制，可燃物與供氧條件并存，就會產生自燃，經研究發現，開采區的后方一般存在三個分帶。

(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，采空區頂部圍巖卻已經冒落，未經壓實，工作面風會漏入采空區。支架后方的采空區，冒落頂板的間隙較大，過風量也較大，這段距離的殘煤就會發生充分的氧化，發生自燃。隨著開采工作的推進，不斷移動中，氧化時間會很短，所以自燃發生機率不高，這個區域就稱冷卻氧化帶。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系。(2)氧化自燃帶：冷卻氧化帶后方區域，由于冒落巖石的壓實，余下空間越來越小，使采空區過風量變小。但此區域供氧充分、漏風量適中、具備聚熱的可能條件、有殘煤和浮煤自燃的條件。一般礦井下采空區的自燃都是發生在氧化自燃帶。(3)缺氧窒息帶：氧化自燃帶后方到停采線這段區域，頂板冒巖石會完全壓實，工作面的切眼漏風量很少，供氧不充分，而殘煤和浮煤的氧化條件減少，這段區域基本上不具備自燃的條件，所以稱之窒息帶。

據實際工作中研究發現：一般通風狀態下，冷卻氧化帶要設置帶寬12m，而含氧量〉18%；氧化自燃帶設置帶寬24m，含氧量10～18%；缺氧窒息帶要設置帶寬36m，含氧量〈10%。氮氣防滅火系統要通過氮氣特點結合一定的工作環境下進行氮氣防滅火系統的設計。

4 氮氣防滅火系統設計

據有關資料，確定防火注氮量可以按照以下公式計算。

由于，實際生產工作中，工作面的漏風量變化大，并不能準確的進行預測，所以不能做為注氮量的設計依據。

經過試驗研究發現，工作面的防火注氮量消耗較小，難以確定數量，要根據經驗公式計算和對比的方法進行確認，在實際生產中，再進行合理調整。而滅火工作的注氮量消耗就要遠遠大于防火消耗。有關公式如下：

根據公式計算可以得知，滅火氮量的消耗遠遠大于防火氮量的消耗，設計中，對滅火工作的氮量消耗要做出正確的判定。一般情況下，實際上很難保持長距離、連續、大量的輸送氮氣，所以一定要結合實際情況，參考防火氮量消耗，進行氮氣防滅火系統的設計。需要使用大量氮氣滅火時，要關閉其它防火區的用氮點，要針對滅火區集中使用氮氣，而且要準備一定數量的液體氮，使滅火工作更高效。經實踐證明：氮氣的防滅火系統的設計和研究工作是經濟合理的，可以推廣使用。

5 結語

氮氣防滅火技術已被我國采礦行業廣泛使用，以其高效果、低成本、安全的優勢，為采礦行業提供了防滅火的有效手段，再配合強化的管理，能夠根治火災。

[1]戚穎敏.我國煤礦火災防治技術的現代發展與應用[J].煤,2011 (10).

[2]王長元,陳云岫.煤礦氮氣防滅火技術有關問題的探討[J].煤炭工程師,2010(3).

[3]丁錄仕.汪氮治理火區技木研究[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氣防滅火技術[J].試驗研究,2010(21).

[5]王書慶,徐成林,呂坤.氮氣添加劑防滅火技術的研究與應用[J].煤礦安全,2012(12).

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