注氮氣在煤礦井下防滅火中的應用

注氮氣在煤礦井下防滅火中的應用

河南平煤集團八礦王紹先

在防滅火的工作實踐中，利用製氮機通過管路向井下采空區或密閉內進行注氮氣，實施防滅火效果良好。

一、氮氣的性質

眾所周知，氮氣的原料是空氣。氮氣是一種無色無味無毒無腐蝕，不自燃，也不參與燃燒的氣體，標準狀態下(21℃，101.325kpa)，氣體密度0.461kg/cm3,液體密度為80.8kg/m3,氮氣在101.325Kpa,-195.8℃時變成無色的液體，在-209.9℃時，變成霧狀的固體。氮氣在水中溶解度很小，很難與其它物質發生化學反應，在震動、熱和電火花作用下都較穩定。

二、 氮氣防滅火作用原理

注氮防滅火的實質是向采空區氧化帶內或火區內注入一定流量的氮氣，使其氧含量降到10%或3%以下，達到防火、滅火和抑製瓦斯爆炸的目的，其作用有：

1、 消除瓦斯爆炸的危險

在煤礦當采空區一旦出現火災，危害最大的是導致其內混合氣體的爆炸。瓦斯爆炸三個條件：瓦斯濃度5%--16%;650--750℃的火源;氧含量12%。混合氣體中氧含量低於12%時就有減小爆炸的可能性。將氧氣的臨界含量控製在5%以下時幾乎能防止任何爆炸，而要使氧氣的含量低於10%就要向火區注入氮氣後使其氧含量降低，而且隻要氧含量低於10%時就能大大地減少爆炸的可能性。

2、 減少漏風的作用

采空區漏風是造成自然發火的主要原因之一。對於封閉或半封閉的采空區而言，注入氮氣後增加了其注入空間內混合氣體的總量，能夠減少封閉區內外之間的壓力差，從而起到減少封閉區外部向內部漏風的作用。

如果巷道裏的密閉牆有裂縫或密閉強有裂縫，當密閉區內為負壓時，空氣可以通過牆縫或繞過密閉牆而進入密閉區。為了防止密閉漏風，可向密閉前後牆之間的空間連續不斷地注入必要流量的氮氣，使該空間形成正壓，阻止新鮮空氣進入密閉區內。

3、 降溫作用

對於有內因火災的采空區來說，其溫度大於外界溫度。當采用氮氣滅火時，其氮氣的溫度均低於火區的氣體溫度，加之氮氣在注入火區後的流動範圍大，對采空區來說都有明顯的降溫作用。

4、 防止煤的自燃發熱和自燃

煤炭自燃的三要素是：煤有自燃傾向性;有連續的供氧條件;熱量易於積聚。煤礦生產工作麵采空區氧化帶內的漏入風量不足以帶走煤氧化產生的熱量，則煤溫就逐漸升高，這時煤處於自燃發熱狀態。當溫度達到煤的臨界溫度以上，氧化急聚加快，大量產生熱量，又使煤溫迅速升高，達到煤的著火溫度時便著火燃燒起來，即進入自燃狀態。基於此，采取向工作麵采空區氧化帶內注入一定流量的氮氣，降低該帶內的氧氣含量，達到破壞煤炭自燃的一個要素，使其氧含量降到煤自燃臨界值以下，就達到了防止煤自燃的目的。

5、 降低燃燒強度

無論是外因火災，還是內因火災，當火災已經發生，向火區內注入一定流量(大於漏風量)的氮氣，使該區內的氧含量由21%逐漸降低到10%以下，燃燒的大火就逐漸處於自熄。

三、 優缺點

應用氮氣防滅火的實踐表明：氮氣具有滅火速度快，既能防火，也能滅火，還能抑製瓦斯爆炸，無汙染環境和機電設備等優點。其缺點是氮氣的密度比空氣輕，容易流失。因此，在注氮的同時，加強巡檢，必須保持輸氮管路暢通不漏氣，才能取得滿意的效果。

四、 製氮設備

我礦防滅火目前所選用的製氮設備是地麵移動式DMY1000Nm3/97膜分離製氮設備。該設備移動方便，製氮濃度好，壓力大、流速快。

五、應用效果

八礦對於火災的預防預控采取了相關嚴格的安全措施。去年5月，丁5-6—11250采煤工作麵CO超標並持續上升趨勢，及時采取注氮氣措施，消除了火災隱患，保證了采區安全。今年2月25日己15—13330采煤工作麵采空區發生自燃跡象CO超限，老采區條件複雜，嚴重威脅采區安全生產，麵對險情礦迅速組織隊伍，調整管路係統實施注氮氣，有效控製和消除了火災發生，確保了安全生產。近年來，八礦在防治火災方麵，注漿注氮氣結合，發揮注氮氣的快速防滅火作用，為安全生產提供保障，收到了良好的安全效益和經濟效益。