煤礦注氮系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)探討

摘 要：向采空區(qū)連續(xù)注入氮?dú)猓乐胃∶鹤匀迹驯恢饕a(chǎn)煤國家公認(rèn)為是一種行之有效的防火技術(shù)措施。本文結(jié)合新疆和豐魯能煤電化開發(fā)有限公司沙吉海礦井防滅火現(xiàn)狀，對其注氮系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以供同行交流與借鑒。

關(guān)鍵詞：注氮系統(tǒng) 管路設(shè)計(jì) 選型

一、引言

本著預(yù)防為主的方針，向采空區(qū)連續(xù)注入氮?dú)猓乐胃∶鹤匀迹驯恢饕a(chǎn)煤國家公認(rèn)為是一種行之有效的防火技術(shù)措施。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的要求，對煤層自然發(fā)火進(jìn)行綜合防治，將拖管、間歇式注氮系統(tǒng)作為礦井防滅火的一種重要措施。注氮系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)《礦井工程設(shè)計(jì)手冊》氮?dú)夤苈饭軓絽⒖嫉V井抽放瓦斯管徑公式或按經(jīng)驗(yàn)預(yù)選管徑，按《煤礦用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)規(guī)范》輸?shù)苈分睆綉?yīng)滿足最大輸?shù)髁亢蛪毫σ螅：祟A(yù)選管路管徑。但實(shí)際設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)氮?dú)夤苈饭軓接玫V井抽放瓦斯管徑公式計(jì)算時(shí)管徑總是偏大問題。以下通過對《新疆和豐魯能煤電化開發(fā)有限公司沙吉海礦井》注氮系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對注氮系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)做一探討。

二、設(shè)計(jì)選型

新疆和豐魯能煤電化開發(fā)有限公司沙吉海礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力5.0Mt/a，礦井采用主斜井、副斜井開拓方式。主斜井采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，副斜井采用礦車串車提升。主斜井井口標(biāo)高+826.750m，井底標(biāo)高+515.237m，斜長1130.155m，傾角16°礦井達(dá)產(chǎn)時(shí)設(shè)置2個(gè)工作面，注氮管路從地面制氮站沿主斜井井筒、井底車場及工作面運(yùn)輸順槽敷設(shè)至采空區(qū)。注氮管路從地面制氮站至運(yùn)輸順槽敷入口約1800m， 運(yùn)輸順槽至采空區(qū)約1000m。

礦井達(dá)產(chǎn)時(shí)設(shè)置2個(gè)工作面，需防滅火注氮總量為3850m3/h。

設(shè)計(jì)注氮設(shè)備選用2套KDG—2000Nm3/97地面固定式碳分子篩制氮設(shè)備， 每套制氮設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如下：

產(chǎn)氣量：2000Nm3/h；

氮?dú)饧兌龋?7%；

輸出壓力： 0.65MPa；

電機(jī)功率：530kW；

空氣耗量：83.3m3/min；

冷卻方式：風(fēng)冷；

制氮設(shè)備配套的空氣壓縮機(jī)選用空冷機(jī)組。電控隨主機(jī)配套供貨。

三、輸?shù)苈酚?jì)算校核

1.管徑（按《礦井工程設(shè)計(jì)手冊》推薦公式）：

式中：D—氮?dú)夤軆?nèi)徑，m；

V—管道中氣體的經(jīng)濟(jì)流速，m/s，一般取V=5～15m/s；

Q—管內(nèi)氣體流量，m3/min。

根據(jù)上述計(jì)算，注氮管路從地面制氮站地面、主斜井井筒、井底車場注氮主管需選用Φ325×10無縫鋼管，工作面運(yùn)輸順槽敷設(shè)至采空區(qū)干管選用Φ219×8無縫鋼管。

2.輸送壓力驗(yàn)算（按《煤礦用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)規(guī)范》校核）：

=0.26MPa<0.65Mpa

式中 P1——管路初端的絕對壓力，MPa；

P2——管路末端的絕對壓力，MPa；

Qmax——最大輸?shù)髁浚琺3/h；

D0——基準(zhǔn)管徑，150mm；

Di——相同直徑的輸?shù)軓剑琺m；

Li——相同直徑管路的長度，km；

λ0——基準(zhǔn)管徑的阻力損失系數(shù)，0.026；

λi——實(shí)際輸?shù)軓降淖枇p失系數(shù)，Di=300mm時(shí)λi=0.022；Di=200mm時(shí)λi=0.024。

根據(jù)輸送壓力驗(yàn)算公式校驗(yàn)，管路初端壓力0.26MPa即可滿足最大輸?shù)髁亢蛪毫σ螅x用設(shè)備最大輸出壓力0.65MPa，說明選用管路直徑富裕量偏大。經(jīng)與制氮設(shè)備生產(chǎn)廠家多次溝通交流、現(xiàn)場實(shí)際調(diào)研，發(fā)現(xiàn)造成預(yù)選管路直徑偏大原因是氣體壓力對氣體容積影響造成的。制氮設(shè)備出口氮?dú)鉁囟纫话闵愿撸獨(dú)庠诘孛婕凹熬螺斔蜁r(shí)可看做等溫狀態(tài)，但氮?dú)夤苈啡肟谂c出口壓力相差較大。根據(jù)氣體等溫狀態(tài)下氣體壓力與體積關(guān)系：

由此可知注氮管路主、干管路運(yùn)行壓力較大應(yīng)考慮壓力對體積影響的折算系數(shù)。根據(jù)上述結(jié)論對上述礦井注氮注氮管路重新計(jì)算校核如下：

3.氮?dú)廨斔凸苈饭軓剑?/p>

注氮管路從地面制氮站地面、主斜井井筒、井底車場注氮主管選用Φ219×8無縫鋼管，工作面運(yùn)輸順槽敷設(shè)至采空區(qū)干管選用Φ133×4無縫鋼管。

4.輸送壓力驗(yàn)算：

=0.57MPa<0.65Mpa

λi——實(shí)際輸?shù)軓降淖枇p失系數(shù)，Di=200mm時(shí)λi=0.024；Di=125mm時(shí)λi=0.029。

帶入體積折算系數(shù)計(jì)算結(jié)果，氮?dú)廨斔凸苈分睆筋A(yù)選，最大輸?shù)髁亢蛪毫π：司鶟M足設(shè)計(jì)要求。

四、結(jié)語

新疆和豐魯能煤電化開發(fā)有限公司沙吉海礦井2014底已通過生產(chǎn)試運(yùn)行，注氮系統(tǒng)運(yùn)行正常，滿足設(shè)計(jì)要求已通過系統(tǒng)驗(yàn)收。對于注氮管路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮注氮管路壓力變化對體積影響的折算系數(shù)，合理選擇管徑，降低管路系統(tǒng)工程造價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張榮立，何國緯，李鐸.采礦設(shè)計(jì)手冊，煤炭工業(yè)出版社，2003.

[2]MT/T701-1997 ，煤礦用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)規(guī)范.

作者簡介：葉武（1966—），男，1987年畢業(yè)于西安礦業(yè)學(xué)院，現(xiàn)就職于新疆煤炭設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司礦山所，高級工程師，主要從事煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)和研究工作。