【《吉宁煤矿的矿井专题注氮防灭火系统设计》4400字】

V吉宁煤矿的矿井专题注氮防灭火系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u30212吉宁煤矿的矿井专题注氮防灭火系统设计 14519第一章矿区概况及井田地质特征 1262281.1矿区概述 1320311.1.1基本情况及自然地理 154701.1.2井田位置及交通 296171.2井田地质特征 3248521.2.1矿井地质构造 3177641.2.2煤质 36001.2.3瓦斯 3170201.2.4煤尘与煤的自然 4161291.2.5河流水系 4278571.2.6水文地质 410937第二章专题注氮防灭火设计 4180912.1原理 4119732.2注氮防灭火措施和有效性分析 5194142.4氮气防灭火参数及设计依据 563912.5注氮能力计算 659582.6输氮管路的选取 7131102.7注氮设备选型 87682.8注氮防灭火工艺和方法 9123542.9注氮时机 9318222.10注氮安全技术措施 9矿区概况及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1基本情况及自然地理井田的自然地理坐标为：东经：121°23′76″～121°42′53″，北纬：39°41′23″～39°53′06″。井田北边的边界旁有中煤华晋有限责任公司，井田东南边的边界是天润集团，西面为黄河，黄河以西为陕西。地质报告资料中写道，2#13651万吨的煤资源储量,8298.7万吨可采储，可采年限为19.8年。矿井于2010年7月23日开启建设工程，2015年1月2日开启试运营阶段，2016年12月7日吉宁煤矿从基建矿成为生产矿，山西煤矿安全监察局核定生产能力252万t/a，359万吨/年是矿井核定通风能力。1.1.2井田位置及交通吉宁矿井的位置是在离乡宁县城南西方向大约30km路程的位置，是枣岭乡的行政区划。井田位于209国道以东12公里处，井田以北30公里至咸宁县，209国道以南15公里至河津市中心，108国道和南同蒲铁路至吉宁矿，临汾市距井场110公里。临汾市在距井田110km的地方，运城市则在煤矿南方的的130km处，交通十分便利。图1.1井田交通及位置1.2井田地质特征1.2.1矿井地质构造河东煤田南边，吕梁山的南边是吉宁煤矿。东北向构造带对它造成影响，北东方向偏向北西方向的倾斜的单斜构造是井田的总体走向，地层的倾斜角度为6-10°。1.2.2煤质井田内可采煤层为2#煤，地质情况及煤质特性如下：2#煤的位置在山西的南方,所有煤层是稳定的、可以开采的。5.69-7.20m是煤层全部的厚度，平均是6.29m，含0层夹矸或1层夹矸或者2层夹矸，大多数煤层区域含1层夹矸。60%左右的构成是泥岩，泥岩的长度大都是1.70-3.20m，泥岩是底板的主要构成组织，厚度是2.20-3.50m。1.2.3瓦斯1、矿井瓦斯情况在2018年当中。2.56立方米每吨是相对二氧化碳涌出量，是CO2的绝对涌出量是1.62m3/min，为相对瓦斯涌出量是41.38m3/t，是矿井绝对瓦斯涌出量是26.18m3/min，是高瓦斯矿井。2、2#煤层瓦斯压力及透气性2011年5月中国矿业大学矿山开采重点实验室煤层基础参数测定结果为：瓦斯压力（绝对压力）0.42MPa的2#煤层，并根据实测瓦斯压力和推算瓦斯压力计算煤层透气性系数值为0.054m²/（MPa².d），煤层透气性系数经计算得出均小于0.1m²/（MPa².d），，根据《煤矿瓦斯抽放规范》中条款可知，原煤中瓦斯含量8.5m3/t是较难抽放。所以2#煤层抽放难度是较难抽放。1.2.4煤尘与煤的自然19.29%是2号煤尘爆炸指数，具有爆炸性危险的是2#煤层产生的煤尘。1.2.5河流水系地表水所属于黄河水系，在井田内。宁河位于井田西北边缘是区内的主要水系，及南部边缘的较大冲沟，平时是溪流，雨季出现洪水注入黄河，其他为冲沟，雨季水流直接汇入黄河。1.2.6水文地质正常的矿井的涌水量为82m3/h，最大涌水量为107m3/h。该矿曾在2008年10月29日，透水初期涌水量为600m3/h，20天后涌水量为200m3/h，2009年6月至今涌水量为8.3m3/h左右，为目前矿井涌水主要来源，矿井内主要水灾是矿井内采空区积水。水文地质属于是中等类型。专题注氮防灭火设计2.1原理空气中的氮气含量占空气体积的78.1%，空气比氯气稍稍重一点点，1立方米体积氮气的正常质量为1.25公斤，在常温常压正常状态下。氮气在常温常压下是一种无色、无味、不可燃的气体，对振动、热、电火花等稳定，无腐蚀性，难以与金属结合。氮气防火和灭火的原理如下图所示：图2.1氮气防灭火的原理2.2注氮防灭火措施和有效性分析氮气是在常温常压下一种无色、无味、无臭和无毒的气体。由于氯气在化学方面中具有稳定的分子结构，所以可以确定的是氮气具有一种相对稳定的化学性质，在正常温度和压力下并不可能与其他的任何物质发生起化学反应，因此它是一种合适去做防火和灭火的惰性气体。另一方面，随着空气中氮气数量的增加，氧气的数量也在减少。在5-10%浓度的氧气可以当作自然的抑制煤的氧化的试剂，氧气在3%时可以完全的当作抑制煤等可燃物的重新点燃燃烧和重新重复燃烧的试剂。使用氮气等惰性气体来防止火灾和阻止气体爆炸被称为失活，在失活的火灾中，由于没有氧气，所以可以防止燃烧和爆炸。氮气通过即时灭活防止火灾的作用，例如在采矿区。2.3氮气来源选取的技术经济分析。截止到目前为止，工业制取氮气都是把空气作为制取氯气的原料气，因为这种原料气是空气，所以它供给是无穷无尽的。煤矿制氮机主要有两种方法一种是变压吸附法，另一种则是薄膜分离法。本矿采用QTD1200/97型固定式碳分子筛制氮装置（采用变压吸附法，注氮量可调，最大注氮量:1200m3/h)。2.4氮气防灭火参数及设计依据1、氮气纯度及惰化指标氮气的充入浓度：氮气纯度定为≥97%。氧化带惰化指标:氧化带惰化指标为0≤7%。2、设计依据吉宁煤矿2#煤层的资源储量13664万吨,可采储量7998.7万吨，设计可采年限12.8年。经山西煤矿安全监察局核定吉宁煤矿2#煤层生产能力为252万t/a，按照所设计的工作面的生产能力来计算注氮防灭火流量，制氮能力的确定主要依据MT/T701-1997《煤矿用氮气防灭火技术规范》，现依据工作面剩余产量为8298万吨，2.5注氮能力计算注氮速度是注氮最重要的参数，直接决定了注氮的效果。氮气注入率过低，不能达到矿区气体惰性化的目的，不能起到防火的作用，而氮气注入率过高，则会造成经济损失。氮气注入率主要取决于注入部位的体积大小、氧化空间的大小、裂缝的位置、漏气的大小和气体成分。由于煤矿的条件不同，只能根据注入地点的几何体积、煤矿产量、每吨煤的氮气注入量、氧化区的气体含量和氧气含量来计算氮气注入率。1、防火注氮流量计算1）按采空区氧化带氧含量计算按下式计算注氮流量。计算公式：Q=60×1.1×6×17%−7%=792m3/h式中:QN——供氮能力，m3K——备用系数，取1.1;QO——采空区氧化带内漏风量，m3CC2C2、灭火注氮流量计算1）扑灭巷道火灾所需氮气量扑灭采空区火灾可按下式进行估算Q=186.2×200×=186200式中：QN——注氮量，m3VO——火区体积，m3C1C2一般按灭火时间3～5d确定灭火注氮流量，即为：Q3、防灭火注氮流量的确定为792m3/h。通过上述计算，依据国内外应用氮气防灭火的经验，结合板石煤矿综采工作面的开采条件，将防灭火注氮流量确定为792m3/h。因此选择制氮能力2000m3/h—LCN2000/97制氮装置。2.6输氮管路的选取1、注氮管路铺设注氮机厂房设在地面工业广场附近，注氮管路铺：地面注氮机机房→副斜井→轨道运输巷→皮带顺槽→采空区2、管路铺设要求1）管路的铺设应尽量减少拐弯，要求平、直、稳，接头不漏气。2）输氮管路的分岔处应设置三通。3）输氮管路应进行防锈处理。3、注氮管路输送压力计算输氮管路的直径应满足最大输氮流量和压力的要求。供氮压力可按下式进行计算P=0.7MPa式中：PQDDLλλ对于不同的钢管直径，则有如表1的关系:表2.1管径与阻力系数关系管径Dimm7080100150200250300400阻力系数λi0.0320.0310.0290.0260.0240.0230.0220.020上述计算说明:主管径选用200mm无缝钢管作主输氮管路，支管路选用中150mm无缝钢管,输送距离5.72km，当0.1MPa是管口末端压力的情况下，制氮机的管路压力需0.7MPa，就可将1551m3/h的氮气送到工作面采空区，因此制氮设备供氮压力0.7MPa可以满足输送压力要求。2.7注氮设备选型1、制氮设备根据注氮能力和注氮压力的计算，选用LCN2000/97制氮装置，有关性能指标参数如下:1）注氮机型号及名称:LCN2000/97制氮装置。2）主要性能指标参数产氮气产量：2000Nm3/h；氮气纯度：≥97%；有效耗气产量：80.1Nm3/min；进口通径：150DN/mm；出口通经：100DN/mm；主机长宽：5300*5200mm*mm；2.8注氮防灭火工艺和方法1、采煤灭火的注氮工艺。当密闭空间中的氧气浓度占空气总浓度低于5%，密闭空间中的一氧化碳浓度占空气总浓度的低于0.0024%，并且密闭空间中的压力处于的是正压状态时，注氮将是间断性的，并且煤体的注氮时间不可以不少于16小时。2、阻燃气氛喷火限制工艺当密闭内氧气浓度低于5%，密闭内一氧化碳浓度低于0.0010%，且密闭处于正压状态时，应间断式进行定期注氮，注氮时间每天不得少于8小时。2.9注氮时机1、当采煤区温度超过35度，上层排气管中一氧化碳浓度超过0.0024%时，采用耐火材料注氮，采用风洞埋管。采用开放式、间歇式注氮，每天注氮时间不少于16小时，直到采煤区温度降到35度以下，上排管内一氧化碳气体为0.00%时停止。注入氮气。2、每月采掘工作面进尺小于36米时，采取防火氮气，用预埋管对风筒，采取开放式、间歇式注氮，每天注氮时间不少于16小时，直到采掘工作面恢复正常进尺后停止注氮。3、当井下耐火盖内温度超过35度，盖内一氧化碳浓度超过0.0010%，盖内含氧量超过5%时，关闭盖子，定期注氮，注氮时间每天不少于8小时。4、当煤矿工作面温度持续升高（30度-130度），一氧化碳浓度随煤温升高而升高（0.0024%-0.0080%），或出现乙烯、乙炔时，应立即关闭煤矿工作面，并采用封闭式连续注氮法。2.10注氮安全技术措施1、在采空区发生注氮火灾，或在火区发生注氮火灾时，应按编制的相应规程规定来进行疏散逃生。2、在向火灾发生的区域注射氮气的注氮过程中，工人工作的工作场所的氧气浓度必需要高于18.5%，若低于百分之18.5必需立即马上停止手头的活，将工作人员立即撤离到室外或空旷的地方或停止注氮活动，同时减少注氮量。3、氮气进口的安全通风。根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》第11.2条的规定，注氮地点及与其相连巷道的安全通风量按下式计算:Q=154.78m3/min式中:QQCCC在输送氮气的管路管道的沿线上或工作面采空区中,假设所输送的所有760m3/h的氮气全部泄漏到管路之外，按工作场所安全氧浓度指标18.5%的标准要求，工作面巷道的风量为802m3/min，工作面巷道的风量为886m3/min，各采煤作业地点的风量均≥154.78m3/min，采煤工作面采取开放式注氮方法时，采面安全风量符合要求。4、密闭时有防灭火氮