氮气在煤矿防灭火中的应用

氮气在煤矿防灭火中的应用氮气在煤矿防灭火中的应用 煤矿防灭火对于惰性气体的定义与化学对惰性气体的定义 不尽相同 在防灭火的工作实践中 惰气是指不参与燃烧反应 的单一或混合的窒息性气体 其中可能含有少量的氧气 最常 见的防灭火惰气是燃气 氮气和二氧化碳 一 氮气的性质一 氮气的性质 众所周知 氮气的原料是空气 氮气是一种无色无味无毒 无腐蚀 不自燃 也不参与燃烧的气体 标准状态下 21 101 325kpa 气体密度为 0 461kg cm3 液体密度为 80 8kg m3 氮气在 101 325kpa 195 8 时变成无色的液体 在 209 9 时 变成雾状的固体 氮气在水中溶解度很小 很难与其它物质发 生化学反应 在震动 热和电火花作用下都较稳定 二 氮气防灭火作用原理二 氮气防灭火作用原理 注氮防灭火的实质是向采空区氧化带内或火区内注入一定 流量的氮气 使其氧含量降到 10 或 3 以下 达到防火 灭火 和抑制瓦斯爆炸的目的 其作用有 1 消除瓦斯爆炸的危险 在煤矿当采空区一旦出现火灾 危害最大的是导致其内混 合气体的爆炸 由混合气体爆炸三角形知 混合气体中氧含量 低于 12 时就有减小爆炸的可能性 但是 混合气体爆炸的界 限不仅取决于这种气体在空气中所占的百分比 还部份地决定 于混合气体的温度和气压 温度和气压的增高使这个界限扩大 反之缩小 如果混合气体被加热到 300 氧含量为 9 时就能 发生爆炸 因而国内的研究表明 将氧气的临界含量控制在 5 以下时几乎能防止任何爆炸 否则爆炸还有可能发生 而氧气 的含量低于 10 时混合气体的爆炸有显著的降低 正是从这一 理论出发 向火区注入氮气后使其氧含量降低 而且只要氧含 量低于 10 时就能大大地减少爆炸的可能性 2 减少漏风的作用 采空区漏风是造成自然发火的主要原因之一 对于封闭或 半封闭的采空区而言 从理论上讲 注入氮气后增加了其注入 空间内混合气体的总量 能够减少封闭区内外之间的压力差 从而起到减少封闭区外部向内部漏风的作用 如果巷道里的密闭墙有裂缝或密闭强有裂缝 当密闭区内 为负压时 空气可以通过墙缝或绕过密闭墙而进入密闭区 为 了防止密闭漏风 可向密闭前后墙之间的空间连续不断地注入 必要流量的氮气 使该空间形成正压 阻止新鲜空气进入密闭 区内 3 降温作用 对于有内因火灾的采空区来说 其温度大于外界温度 当 采用氮气灭火时 无论是采用液氮 还是氮气 其氮气的温度 均低于火区的气体温度 加之氮气在注入火区后的流动范围大 对采空区来说都有显的降温作用 4 防止煤的自燃发热和自燃 煤炭自燃的三要素是 煤有自燃倾向性 有连续的供氧条 件 热量易于积聚 煤矿生产工作面采空区氧化带内的漏入风 量不足以带走煤氧化产生的热量 则煤温就逐渐升高 这时煤 处于自燃发热 当温度达到煤的临界温度以上 氧化急聚加快 大量产生热量 又使煤温迅速升高 达到煤的着火温度时便着 火燃烧起来 即进入自燃状态 基于此煤氧复合学说 采取向 工作面采空区氧化带内注入一定流量的氮气 降低该带内的氧 气含量 达到破坏煤炭自燃的一个要素 使其氧含量降到煤自 燃临界值以下 就达到了防止煤自燃的目的 5 降低燃烧强度 无论是外因火灾 还是内因火灾 当火灾已经发生 向火 区内注入一定流量 大于漏风量 的氮气 使该区内的氧含量 由 21 逐渐降低到 10 以下 熊熊大火就逐渐处于自熄 三 优缺点三 优缺点 国内外煤矿应用氮气防灭火的实践表明 氮气具有灭火速 度快 既能防火 也能灭火 还能抑制瓦斯爆炸 无污染环境 和机电设备等优点 其缺点是氮气的密度比空气轻 容易流失 因此 在注氮的同时 必须采用堵漏措施相配合 才能取得满 意的效果 四 制氮设备四 制氮设备 我国煤矿防灭火目前所选用的制氮设备有 地面固定式深 冷制氮气设备 矿用地面固定式 地面移动式和井下移动式变 压吸附制氮设备 以及矿用地面固定式 地面移动式和井下移 动式膜分离制氮设备 按空分原理可分为深冷式 变压吸附式 和膜分离式 近几年来 尤以变压吸附和膜分离制氮设备在煤 矿现场应用得最多 为满足煤矿选择氮气源设备的需要 煤炭科学研究总院重 庆分院与温州瑞气空分设备有限公司合作 共同研制开发出 kgzd 系列 氮气纯度为 98 产气量为 2002000m3 h 矿用地 面固定式制氮