液氮灭火在阳煤集团新景矿的应用

1、液氮灭火在阳煤集团新景矿的应用李虎贵阳泉煤业（集团）有限责任公司摘要：木文详细介绍了液氮的灭火机理，以及在灭火实践中的成功应用的实例，为今 后的防灭火工作找到了一条快速、可行、有效的新途径。关键词：液氮;灭火;应用;作者简介：李虎贵（1974-），男，汉族，山西阳泉市人，本科，通风工程师， 通风与安全。收稿日期:2017-7-28the application of liquid nitrogen fire in yang mei group restored oreli huguiyangquan coal industry (group) limited liability company

2、 safety supervision bureau;abstract：in this paper, the extinguishing mechanism of liquid nitrogen was introduced in detail, and its successful application in fire fighting practice instance, for the future of the fire prevention work and found a new way of fast, feasible and effective.keyword：liquid

3、 nitrogen; extinguishing; application;received： 2017-7-28 新景矿是一个综合开拓方式开采的大型矿井，现开采3号、8号、15号煤层，2008 年核定生产能力750万i,矿井属煤与瓦斯突出矿井。采用kj90瓦斯自动监控 系统。矿井釆用多风井分区通风方式，机械抽出式通风方法。采用地面固定抽放 系统结合井下移动抽放系统的方式进行瓦斯抽放。2006年10月17日经煤炭科 学研究总院重庆分院鉴定新景矿开采的3号煤层的煤样火焰长度为5mm,抑制煤 尘爆炸最低岩粉量为20%,煤尘具有爆炸性危险性;3号煤层煤样吸氧量为 1.18cm/g,自燃倾向性等级为i

4、ii,属不易自燃煤层。经抚顺煤科院鉴定，3号煤 层透气性系统为0. 09570. 5692 (m/mpa d)。2007年11月11 r 20时50分左右，在新景矿7205工作面由于违规使用增安型 灯具，电子整流器卬刷电路板涤纶电容变质爆炸产生电火花引起瓦斯爆炸，引 燃煤层，造成工作面封闭的外因火灾事故。这次灭火过程中，使用了新的灭火技 术一注液氮灭火，在短短的3个月吋间里成功扑灭火灾，并顺利启封工作面。注 液氮灭火为我们治理矿井火灾树立了一个成功的范例，也为我们今后防治煤层 火灾又探索出了一条新的途径。1液氮性能机理1. 1液氮性能氮气是一种无色、无味、无臭、无毒的气体。在标准状态下，氮气密

5、度为1. 2505kg/m,与同体积空气质量比为0. 9673,其沸点为77. 19k。在常温常压下, 氮分子结构稳定，化学性质也稳定，很难与其他物质发生化学反应，所以它是 一种良好的防灭火用惰性气体。氮气在标准大气压下，冷却至-195. 8°c时，变成 没有颜色的液体，冷却至-209. 86°c时，液态氮变成雪状的固体。标准大气压下, 液态氮的汽化热是2. 7928k j/mol,液氮密度810m/kg,液氮分子量28,所以lm 液氮汽化吸收热量二(1x8104-28) x2. 7928=80. 79k jo1. 2氮气防灭火机理1. 2. 1降温作用液氮的温度为-195

6、. 8°c,只要高于此温度，液氮就会转换成氮气。对于封闭的火 区来说，当采用液氮灭火吋，由于注入温度很低(一般注液氮温度在-40° -10°c左右)，其液氮汽化后流动范围大，会在短时间内大量吸收火区内 的热量，使火区温度明显下降。1.2.2消除瓦斯爆炸的危险煤矿当釆空区一旦出现火灾，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%吋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屮所占的百分比，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

7、°c,氧含量为9%时就能发牛爆炸。因而国内的研究表明, 将氧气的临界含量控制在5%以下吋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。由于ini液氮汽化 后可生成647 m氮气，正是从这一理论出发，向火区注入液氮后，会更快速的使 火灾内氧含量降低，而只要氧含量低于10%时就能大大地减少爆炸的可能性。1. 2. 3减少漏风的作用火区漏风是灭火工作中的一个重要影响因数。对于封闭火区而言，从理论上讲， 注入液氮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z间的 压力差，从而起到减少封闭区外部向内部漏风的作用。1.2.4窒息灭火作用

8、釆空区内注入大量高浓度低温的氮气后，氧气浓度相对减小，氮气部分地替代 氧气而进入到煤体裂隙表面，这样煤表面对氧气的吸附量便降低，在很大程度 上隔断了氧气的供给途径，有效地阻止煤炭继续燃烧，其阻燃效果特别明显。无论外因火灾，还是内因火灾，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%逐渐降到10%以下，熊熊大火会逐渐熄灭。2灭火经过新景矿7205工作面走向长1087m,倾斜长180m,面积195660m,煤层总厚2. 043. 09m,平均2. 64m,煤层倾角2° 7° ,平均5° ,可采储量673989t。瓦 斯绝对涌出量35. om/mi

9、n,相对涌出量10. 08 m/to工作而采用倾斜长壁后退式 一次采全高采煤方法，全部垮落法处理采空区。工作面巷道布置为“一进两回” 的通风系统，实际配风风量为:进风2503 m/min,回风为1800 m/min,尾巷为 706m/mino 2007年11月11日20吋50分左右，由于违规使用增安型灯具，电 子整流器印刷电路板涤纶电容变质爆炸产生电火花引起瓦斯爆炸，引起煤层火 灾，造成工作面封闭的外因火灾事故，2.1注氮灭火方案及实施过程根据7205工作面具体情况，向工作面火区注氮灭火采用地面直接注氮法。首先 由地质队根据新景矿地理概况、交通情况、地质条件选择合理的施工位置，再根 据施工现场

10、和工期要求，采用t130xd多功能全液压车装钻机打钻。打钻工作由 专业的钻机队承担，地面钻孔位置从新庄窝开钻，井下出口位于距回风煤柱帮 1215m,距煤帮1518m。钻孔参数为:前32. 74m钻孔采用0311. 15min的钻头， 后采用0215. 9mm钻头，套管为0244. 5mm,壁厚8. 94mmo 2007年12月24日 开始施工，12月30日完工，共计打钻475. 11m,下套管473.21m。（7205工作而注液氮示意图如图1所示。）图1 7205工作面注液氮示意图下载原图(1) 注氮工作全部由太钢boc承担，用23辆液氮槽车从太钢拉上液氮运送至注 氮地点，循环运行，保证从注液

11、氮开始，机器24h不间断工作。(2) 第一气体置换点为西一探巷(地面注氮的出口温度必须控制在-10°c左右)， 以置换西一探巷内的气体。并进行气体取样工作。西一探巷气体置换结束，并关 闭观察孔的气门。(3) 第二气体置换点为7205工作面进风，并进行气体取样工作。氮气量在首次 取样的基础上增加4%时，7205工作面气体置换结束。(4) 第三气体换点为7205工作面回风和尾巷。7205工作面系统稳定后，按上述 要求进行取样化验工作，并做好记录。(5) 地面注液氮汽化量统计表见表1。表1注液氮汽化量统计表下载原表项目日期注液氮汽化量卅)压力20084/6 2008/1/829166.73

12、9887.612008/1/9 2008/1/1123328.466871.52008/1/12 2008/1/1423907.7934762008/1/15 - 2008/1/171958675.42008/1/18 2008/1/2110020752008/1/22- 2008/1413448.0829742008/1/25 2008/1/715247.91717520084/28 2008/1/3016211762008/1z31 2008/2/218300.894271.32008/2z3 2008/2/521262.105878合计190479(6)注液氮工作从2008年1月6 口开

13、始到2008年2月5 口结束，历时31天，共 注液氮累计295t,汽化量为190479m。2. 2采取注氮措施后，工作面检验注液氮后，经过气体采样和山西科林矿山检测技术有限责任公司的气体分析， 7205工作面进风、冋风、尾巷和西一内、外的co、ch- o2、n2的气体含量均达 到了技术要求。封闭的火区，只有经取样化验证实火已熄灭后，方可启封。火区同时具备下列条 件时，方可认为火已熄灭：(1) 空气温度下降到30°c以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同。(2) 空气中的氧气浓度降到5. 0%以下。(3) 空气中不含有乙烯、乙烘，一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降，并稳定在 0. 0

14、01%以下。(4) 火区出水温度低于25°c,或与火灾发牛前该区的日常出水温度相同。(5) 上述4项指标持续稳定的时间在1个月以上。(6) 灭火前后气体分析结果见表2。表2新景矿7205工作面气体分析结果 下载原表地点7205回风管内72项目日期c0%ch4%02%n2%co%c2007/11/210.00357.9317.771.772008/1/10035.9613.1448.410520084/13086.451.777.8605'2008/1/16085.231.547.8105-2008/1/19065.332.7630.1305i2008/000832.811.3

15、205'2008/1/25085.811.1910.37062008/1/28086.871.565.5905'2008/2/2082.932.759.540212008/2/50.000722.770.0275.190cj2008/2/8017.623.0674.8102008/2/110.000322.853.7870.79062008/140.000464.992.3430.8107'2008/245063.294.6430.2507'2008/2/160.000442.282.3153.2807.由表2看，注液氮前火区内一氧化碳气体保持在0. 0035%

16、,氧气浓度保持在10%13%。注液氮后，火区内一氧化碳气体平均0. 0003%,氧气浓度平均3%。2.3工作面启封经注液氮灭火，对火区内气体、温度等参数1个多月的连续观测，完全符合煤 矿安全规程启封火区的规定。2008年2月16日开始启封前的准备工作，2月17日顺利启封工作面，直到2008年6月25日工作面回采结束，未再发生任何 异常情况。3液氮灭火的几点体会(1) 液氮灭火实践表明：具有操作简单，火区内温度下降快，灭火速度快，既能 防火，也能灭火，述能抑制瓦斯爆炸，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，一是注液氮，易在封闭的空间内实施； 二是氮气在火区内要

17、有流通通道，便于把热量带走，也可以使氮气扩散到火区 的每个角落。才能取得满意的效果。(2) 气体检测和化验是关键。一是检测火区内灾害气体参数的仪器仪表要选好； 二是取样位置和取样的方式方法要正确。这次火灾采用2种数据对比使用。用便 携式仪器仪表检测数据方便快捷，但数据可能受空气高温、烟尘和湿度的影响误 差较大，可临时参考;用色谱仪化验气样虽然慢一些但数据准确，可信度高。(3) 高温点的判别及注液氮孔位置的确定。这次火区事故是外因火灾，我们已经 明确知道着火点位置，所以在注液氮孔位置的设计上只需要地质部门由地质资 料确定地而位置后，选择合适的位置即可。如果是内因火灾，着火点及高温点不 明确，就需要借助一些特殊的技术手段来对高温点进行判别，例如应用地球物 理勘探的方法cyt-h探测技术来确定火区高温点的位置，或者还有其他更为准 确、先进的技术有待我们进一步的探讨。(4) 注液氮温度控制也是非常重