第四節(jié)惰氣防滅火

第四節(jié)惰氣防滅火第1頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氮?dú)夥罍缁鹪碜⒌菍?shí)現(xiàn)可燃物對(duì)氧氣的一種隔絕和屏蔽，即消除燃燒三要素中的氧氣這一要素。所有的有火焰的燃燒都會(huì)在氧氣濃度低于10～12％時(shí)候熄滅，低溫干餾性的燃燒在氧氣濃度低于2％時(shí)熄滅。用惰氣防滅火和阻止瓦斯爆炸的過(guò)程稱為惰化，惰化后的火區(qū)因氧氣不足而不能燃燒和爆炸。氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)就是指將氮?dú)馑腿敕罍缁饏^(qū)，使該區(qū)域內(nèi)空氣惰化，使氧氣濃度小于煤自然發(fā)火的臨界氧濃度，從而防止煤氧化自燃，或使已經(jīng)形成的火區(qū)窒息的防滅火技術(shù)。第四節(jié)惰氣防滅火第2頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)惰氣防滅火氮?dú)夥罍缁鸬淖饔弥饕憩F(xiàn)在：當(dāng)對(duì)防滅火區(qū)域注入大量的氮?dú)夂?，使得采空區(qū)內(nèi)的氧氣濃度下降；氮?dú)獠糠值靥娲鯕膺M(jìn)入到煤體裂隙表面，與煤的微觀表面進(jìn)行交換吸附，從而使得煤表面對(duì)氧氣的吸附量減少，在很大程度上抑制或減緩了遺煤的氧化作用。對(duì)于有一定封閉條件的防滅火區(qū)域注氮防滅火而言，長(zhǎng)期連續(xù)地注入氮?dú)夂?，大量的氮?dú)饪墒共煽諈^(qū)內(nèi)形成正壓，從而使得采空區(qū)的漏風(fēng)量減少，使遺煤處于缺氧環(huán)境中而不易氧化。較低溫度的氮?dú)庠诹鹘?jīng)煤體時(shí)，吸收了部分煤氧化產(chǎn)生的熱量，可以減緩煤升溫的速度和降低周圍介質(zhì)的溫度，使煤的氧化因聚熱條件的破壞而延緩或終止。采空區(qū)內(nèi)的可燃、可爆性氣體與氮?dú)饣旌虾螅S著惰性氣體濃度的增加，爆炸范圍逐漸縮?。聪孪奚?、上限下降）。當(dāng)惰性氣體與可燃件氣體的混合物比例達(dá)到一定值時(shí)，混合物的爆炸上限與下限重合，此時(shí)混合物失去爆炸能力。這是注氮防止可燃、可爆性氣體燃燒與爆炸作用的另一個(gè)方面。注氮防滅火的實(shí)質(zhì)是通過(guò)控制燃燒所需的氧氣量抑制燃燒、窒息火源，達(dá)到滅火的目的。第3頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三發(fā)展歷程國(guó)外1953年，英國(guó)羅斯林礦用罐裝的液氮汽化形成的氮?dú)鈸錅缌司总噲?chǎng)附近煤層的自然發(fā)火。1962年，威爾士的弗恩希爾礦將液氮汽化后注入到密閉區(qū)來(lái)?yè)錅缁馂?zāi)。20世紀(jì)70年代起，原西德在液氮防治煤自然發(fā)火技術(shù)方面發(fā)展較快，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了良好的效果，在1974～1979年間，41次將液氮應(yīng)用到煤礦井下防滅火。而后，英、法、前蘇聯(lián)、印度等國(guó)也都采用了這一技術(shù)。

第四節(jié)惰氣防滅火第4頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三國(guó)內(nèi)20世紀(jì)80年代，我國(guó)開(kāi)始了對(duì)氮?dú)舛杌罍缁鸺夹g(shù)的研究與試驗(yàn)。1982年，天府礦務(wù)局用罐裝液氮進(jìn)行了滅火試驗(yàn)；1989年，撫順龍鳳礦利用井上氧氣廠生產(chǎn)的氮?dú)?，通過(guò)管路輸送到綜放工作面采空區(qū)防止遺煤自燃取得了成功；1992年，西山杜爾坪礦利用移動(dòng)式變壓吸附制氮裝置產(chǎn)生的氮?dú)?，通過(guò)管路輸送到井下，有效地防止了近距離煤層群煤的自燃；1995年，兗州興隆莊礦利用安裝在停采線附近的移動(dòng)式膜分離制氮裝置．有效地控制了無(wú)煤柱開(kāi)采鄰近工作面采空區(qū)煤的自燃。1996年，我國(guó)已有21個(gè)礦區(qū)，34個(gè)綜放工作面采用注氮防滅火技術(shù)。進(jìn)入到21世紀(jì)以來(lái)，由于制氮裝備與技術(shù)的不斷發(fā)展，氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)已經(jīng)在國(guó)有重點(diǎn)煤礦獲得了廣泛應(yīng)用，特別已作為綜放工作面防治煤自然發(fā)火的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。第四節(jié)惰氣防滅火發(fā)展歷程第5頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工藝簡(jiǎn)單、操作方便、易于掌握。不污染防滅火區(qū)域、對(duì)封閉區(qū)域內(nèi)的設(shè)備損害小，恢復(fù)生產(chǎn)快。較好的稀釋抑爆作用。注入氮?dú)饪煽焖?、有效稀釋防滅火區(qū)域的氧氣，降低氧氣和可燃?xì)怏w的濃度，可使防滅火區(qū)域內(nèi)達(dá)到缺氧狀態(tài)，并使可燃?xì)怏w失去爆炸性，從而充分惰化防滅火區(qū)域，保證防滅火區(qū)域的安全。有效抑制防滅火區(qū)域的漏風(fēng)。由于氮?dú)饩鶠檎龎鹤⑷?，因此，?dāng)大量注入到防滅火區(qū)域后，使得該區(qū)域的氣壓升高，處于正壓狀態(tài)，從而有效抑制了防滅火區(qū)域的漏風(fēng)。第四節(jié)惰氣防滅火氮?dú)夥罍缁鸬膬?yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)第6頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三注入到防滅火區(qū)域的氮?dú)獠灰自诜乐螀^(qū)域滯留，不如注漿注砂能“長(zhǎng)期”覆蓋在可燃物或已燃物的表面上，其隔氧性較差；注氮能迅速窒息火災(zāi)，但火區(qū)完全滅火時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，不能有效地消除高溫點(diǎn)，因此，在注惰氣滅火的同時(shí)，應(yīng)輔以其它措施滅火，如用水、注漿、以及凝膠等方法，以防復(fù)燃；注氮?dú)夥阑穑獨(dú)庥邢虿擅婊蚺R近采空區(qū)泄漏的可能性；而當(dāng)注氮?dú)鉁缁饡r(shí)，當(dāng)密閉不嚴(yán)或者存在有漏風(fēng)通道時(shí)，氮?dú)饪赡芡ㄟ^(guò)密閉等漏風(fēng)通道泄漏。因此，注氮?dú)夥罍缁鸬耐瑫r(shí)，需相應(yīng)采取堵漏措施，使氮?dú)庑孤┝靠刂圃谧畹拖薅葍?nèi)；氮?dú)獗旧頍o(wú)毒，但具有窒息性，濃度較高時(shí)對(duì)人體有害。據(jù)試驗(yàn)，井下作業(yè)場(chǎng)所氧含量下限值為19%，所以氮?dú)庑孤┑墓ぷ鞯攸c(diǎn)氧含量不得低于其下限值。第四節(jié)惰氣防滅火氮?dú)夥罍缁鸬膬?yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)因此，礦井在應(yīng)用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)時(shí)，要根據(jù)自身情況，因地制宜，采取合理的技術(shù)及管理措施，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮其優(yōu)越性。第7頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(三)氮?dú)夥罍缁鹨蟮V井基礎(chǔ)資料（1）應(yīng)有完整的礦井開(kāi)拓、開(kāi)采圖，通風(fēng)系統(tǒng)圖及輸?shù)苈废到y(tǒng)圖。（2）新建礦井應(yīng)有所有煤層、擬采水平和不同地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域煤的自燃傾向性鑒定報(bào)告，以及開(kāi)采同煤系煤層鄰近生產(chǎn)礦井的自然發(fā)火危險(xiǎn)程度等級(jí)資料。（3）生產(chǎn)礦井有礦井自然發(fā)火危險(xiǎn)程度等級(jí)資料以及新開(kāi)煤層、新水平和不同地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域煤自燃傾向性鑒定報(bào)告。（4）生產(chǎn)礦井有歷年煤自然發(fā)火資料。（5）生產(chǎn)工作面作業(yè)規(guī)程。（6）與工作面或火區(qū)相關(guān)的巷道系統(tǒng)及漏風(fēng)狀況分析。（7）礦井通風(fēng)阻力測(cè)定與分析資料第8頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（四）惰氣防滅火專用術(shù)語(yǔ)（1）惰化防火指標(biāo)煤的防火臨界氧氣濃度值（5%）。（2）惰化滅火指標(biāo)徹底撲滅火源并使其不再?gòu)?fù)燃的臨界氧氣濃度值（3%）。（3）惰化抑爆指標(biāo)氧氣濃度降低到瓦斯失去爆炸條件時(shí)的臨界氧氣濃度值（12%）。（4）開(kāi)放式注氮在需要注氮的區(qū)域未封閉的情況下，進(jìn)行注氮。（5）封閉式注氮為控制火情或防止瓦斯爆炸，將發(fā)生火災(zāi)或積聚瓦斯的區(qū)域先封閉后再進(jìn)行注氮。（6）安全氧濃度指標(biāo)保證人員生命安全所必須的最低氧氣濃度值(18.5％)。（7）安全通風(fēng)量注氮過(guò)程中，為防止輸?shù)苈穬?nèi)的氮?dú)馊啃孤┑较锏纼?nèi)或工作面，不致造成該處工作人員因缺氧而發(fā)生窒息事故所必需的最小通風(fēng)量。第9頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三以空氣作為原料，采用空分技術(shù)，即將空氣中的氮?dú)夂脱鯕膺\(yùn)用不同的方法進(jìn)行分離而得到較高濃度的氮?dú)?。目前，制取氮?dú)庵饕猩罾淇辗?、變壓吸附和膜分離三種方法。在我國(guó)煤礦應(yīng)用的空分制氮技術(shù)中，深冷空分是最先使用的方法，但由于其制氮裝備龐大，固定資產(chǎn)投資較高，需要較大的固定廠房，因而逐步被變壓吸附和膜分離的方法所代替。氮?dú)獾闹苽淅蒙罾湓碇迫〉獨(dú)獾幕具^(guò)程是：通過(guò)壓縮、膨脹循環(huán)將大氣溫度降低并使之成為液態(tài)，然后根據(jù)大氣組分沸點(diǎn)不同而將氮氧分離出來(lái)，如圖。深冷空分設(shè)備一般由空氣過(guò)濾器、空壓機(jī)、分子篩純化器、換熱器、膨脹機(jī)、分餾塔、氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氧氣壓縮機(jī)等八部分組成。（一）深冷空分制氮第10頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

深冷空分式的最大特點(diǎn)是同時(shí)制取氧氣和氮?dú)猓a(chǎn)氣量較大，且氮?dú)饧兌雀?每小時(shí)可產(chǎn)氮（或氧）幾千到幾萬(wàn)m3（目前我國(guó)能夠達(dá)到的最大制氮量為80000m3/h），純度可達(dá)到99.95%以上?？諝饨?jīng)空氣過(guò)濾器清除塵埃及機(jī)械雜質(zhì)后，由空壓機(jī)壓縮至工作壓力，壓縮后的氣體進(jìn)入氣體純化系統(tǒng)。純化系統(tǒng)作用是清除空氣中的水份，二氧化碳及乙炔等碳?xì)浠衔铮浞椒ㄊ菍怏w通過(guò)分子篩予以吸附，達(dá)到清除的目的。從分子篩純化器中出來(lái)的氣體經(jīng)換熱器降溫，膨脹機(jī)降壓后，進(jìn)入到分餾塔中分餾，從而從中分離出氧氣和氮?dú)狻姆逐s塔出來(lái)的低溫、低壓的氧氣和氮?dú)猓缓笤俳?jīng)壓縮機(jī)的壓縮，使其達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的要求。深冷空分技術(shù)成熟、實(shí)用性好、安全可靠。該技術(shù)缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，制氮效率低，耗能大，且設(shè)備龐大、無(wú)法下井，需要在地面上設(shè)制氮廠，然后通過(guò)管路將氮?dú)猓ɑ蛞旱┧屯?，一次性投資較大。若制氮廠離井口較遠(yuǎn)時(shí)（如利用制氧廠分離出的氮時(shí)），可將氮?dú)饧訅航禍刂瞥梢旱?，然后用專用運(yùn)輸設(shè)備（液氮槽車）運(yùn)往礦井使用。

氮?dú)獾闹苽洌ㄒ唬┥罾淇辗种频?1頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三變壓吸附制氮基本原理：是通過(guò)分子篩對(duì)氧氣加壓吸附排氮、減壓脫附排氧，從而將氮、氧分離。變壓吸附是利用吸附劑對(duì)吸附介質(zhì)在不同的壓力下，對(duì)吸附介質(zhì)中的不同組份有不同的吸附容量，通過(guò)壓力的變化進(jìn)行吸附、解吸，從而獲得目標(biāo)組份的方法。由于過(guò)程中壓力在不停變化，因此稱為變壓吸附。目前變壓吸附制氮采用碳分子篩（CMS）和沸石分子篩（MS）兩種技術(shù)。碳分子篩制（CMS）是利用碳分子篩對(duì)O2和N2吸附速率不同的原理來(lái)分離N2的（35℃時(shí)擴(kuò)散速率，O2為6.2×10-5，N2為2.0×10-6）。氧氣在碳分子篩上的擴(kuò)散速度大于氮?dú)獾臄U(kuò)散速度，使得碳分子篩優(yōu)先吸附氧氣，而氮?dú)飧患诓晃较嘀?，從而在吸附塔流出得到產(chǎn)品氮?dú)?。沸石分子篩制氮（MS）是利用沸石分子篩對(duì)O2和N2吸附容量不同的原理來(lái)分離N2的。從目前制氮技術(shù)應(yīng)用來(lái)看，碳分子篩技術(shù)成為主流技術(shù)，沸石分子篩技術(shù)由于處理原料氣和真空解吸等繁雜步驟應(yīng)用較少。氮?dú)獾闹苽洌ǘ┳儔何街频?2頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三變壓吸附制氮是利用碳為基體，碳分子篩作為吸附劑，它具有多孔性，能選擇性地吸附空氣中的氧分子，從而得到氮?dú)獾某刂茪夥椒ā楂@得連續(xù)的氮?dú)?，需要多個(gè)吸附塔交替工作。帶有一定壓力的空氣送入到焦炭分子篩后，分子直徑比氮稍小的氧以較快速度擴(kuò)散至炭分子篩的微孔內(nèi)，從而優(yōu)先被分子篩所吸附，而氮能自由通過(guò)分子篩顆粒而排出。氣體所走行程越長(zhǎng)，氮?dú)獾臐舛染驮礁?。?jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，兩個(gè)吸附罐進(jìn)行反向切換，將吸足了氧的吸附罐進(jìn)行減壓脫氧，使分子篩再生，另一個(gè)吸附罐在此期間完成吸氧工作。如此往復(fù)交替，就能得到純度在99％以上的氮?dú)?。變壓吸附制氮的工藝流程如圖所示。變壓吸附制氮裝置存在著產(chǎn)氮效率低、單位氮?dú)饽芎拇?、設(shè)備體格大、運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。目前，變壓吸附制氮裝置不僅有地面固定或移動(dòng)式，還制成了井下移動(dòng)式注氮設(shè)備，這對(duì)煤礦井下的注氮防滅火起到很好的作用。除去原料空氣中的油和水清除塵埃及機(jī)械雜質(zhì)氮?dú)獾闹苽洌ǘ┳儔何街频?3頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三膜分離制氮技術(shù)是20世紀(jì)80年代高科技研究成果。自1985年美國(guó)DOW公司開(kāi)發(fā)的第一臺(tái)膜分離空分設(shè)備投放市場(chǎng)以來(lái)，至今已有數(shù)千套在世界上運(yùn)行。國(guó)內(nèi)也從l987年開(kāi)始采用國(guó)外膜分離技術(shù)研制井下移動(dòng)式膜分離制氮機(jī)并取得成功。氮?dú)獾闹苽洌ㄈ┠し蛛x制氮膜分離制氮原理

膜分離法是根據(jù)氣體的“溶解擴(kuò)散理論”來(lái)分離氧氣和氮?dú)獾?。即氧和氮在膜中的透過(guò)，是因?yàn)闅怏w首先在膜中溶解，在外界能量的推動(dòng)下再?gòu)牧硪粋?cè)解析。因?yàn)檠酢⒌獙?duì)分離膜的滲透率不同，在外界能量或化學(xué)位能差的作用下，分別在分離膜的兩側(cè)得到富集。不同介質(zhì)流體在壓力作用下，通過(guò)某種微孔材料表面擴(kuò)散速率不同，速度快者稱“快氣”，容易通過(guò)膜墻至管壁外富集；速率慢者稱“慢氣”，在管內(nèi)逐漸富集，亦有少量滲透到管外。收集不同富集端(管內(nèi)外)氣體得到不同氣體產(chǎn)品，達(dá)到分離氣體的目的。第14頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三幾種常見(jiàn)氣體的快、慢分級(jí)如圖所示，可以看出，O2、N2的快慢差別比較明顯，因此可以用膜將它們分離。氮?dú)獾闹苽洌ㄈ┠し蛛x制氮常見(jiàn)氣體的相對(duì)滲透速率膜分離制氮工藝流程圖第15頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三膜分離制氮裝置也分為井上固定式和井下移動(dòng)式兩種。氮?dú)獾闹苽渲频b置井下移動(dòng)式膜分離制氮裝置由空壓機(jī)段、預(yù)處理段和膜分離段三部分組成。采用分體式結(jié)構(gòu)，組裝在平板車上以耐壓膠管連接，組成整個(gè)制氮裝置。此外配有保護(hù)系統(tǒng)、控制和檢測(cè)裝置等。該裝置是以螺桿式空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力氣源，通過(guò)壓縮空氣預(yù)處理段對(duì)空氣進(jìn)行除油、除塵、除水、恒溫處理后。再由膜分離段中的膜組件對(duì)空氣進(jìn)行分離富集而制取氮?dú)獾?。膜分離制氮系統(tǒng)示意圖及其膜組件圖片第16頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氮?dú)獾闹苽渚乱苿?dòng)式膜分離制氮特點(diǎn)①體積小，重量輕，安裝移動(dòng)方便；②性能可靠，操作簡(jiǎn)單，故障率低，壽命長(zhǎng)；③氮?dú)獾漠a(chǎn)量、壓力可調(diào)，而且產(chǎn)量和純度有關(guān)；例如MD-350型膜分離制氮裝置產(chǎn)量和氮?dú)饧兌鹊年P(guān)系如下圖所示；④系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)效益好；⑤氮?dú)鈮毫Ω?，輸送距離遠(yuǎn)；⑥自動(dòng)化程度高。MD-350型膜分離制氮裝置性能曲線第17頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三深冷空分制取的氮?dú)饧兌茸罡?，通?？蛇_(dá)到99.95％以上，但制氮效率較低，能耗大，設(shè)備投資大，需要龐大的廠房，且運(yùn)行成本較高；變壓吸附的主要缺點(diǎn)是碳分子篩在氣流的沖擊下，極易粉化和飽和，同時(shí)分離系數(shù)低，能耗大，使用周期短，運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)費(fèi)用高；膜分離制氮的主要特點(diǎn)是整機(jī)防爆，體積小，可制成井下移動(dòng)式，相對(duì)所需的管路較少，維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低、但當(dāng)制氮純度較高時(shí)其成本也顯著上升，且產(chǎn)氮量有限。氮?dú)獾闹苽淙N制氮方式的比較第18頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

制氮方法及設(shè)備比較按制氮原理分類深冷空分法變壓吸附空分法膜分離空分法工作原理將空氣液化，根據(jù)氧和氮沸點(diǎn)不同達(dá)到分離。加壓吸附，降壓解吸，利用氧氮吸附能力不同達(dá)到分離。根據(jù)不同氣體分子在膜中的溶解擴(kuò)散性能的差異來(lái)完成分離。主要設(shè)施1、空氣凈化裝置2、換熱裝置3、精餾塔4、壓縮機(jī)5、透平膨脹機(jī)6、輸液泵1、吸附劑（碳分子篩）2、壓縮機(jī)3、真空泵4、干燥器1、壓縮機(jī)2、除油凈化及后冷3、膜組件裝置特點(diǎn)工藝流程復(fù)雜，設(shè)備較多，投資大。工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少，自控閥門較多，投資少。工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少，自控閥門少，投資較大。操作特點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，一般在15～40小時(shí)，必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不能間斷運(yùn)行，短暫停機(jī)，恢復(fù)工況時(shí)間長(zhǎng)。啟動(dòng)時(shí)間短，一般≤30min，可連續(xù)運(yùn)行，也可間斷運(yùn)行。啟動(dòng)時(shí)間短，一般≤20min，可連續(xù)運(yùn)行，也可間斷運(yùn)行。維護(hù)特點(diǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，維修保養(yǎng)技術(shù)難度大，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)難度低，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)難度低，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用較高。第19頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三按制氮原理分類深冷空分法變壓吸附空分法膜分離空分法土建及安裝特點(diǎn)占地面積大，廠房和基礎(chǔ)要求高，工程造價(jià)高。安裝周期長(zhǎng)，技術(shù)難度大，安裝費(fèi)用高。占地面積小，廠房無(wú)特殊要求，造價(jià)低。安裝周期短，安裝費(fèi)用低。占地面積小，廠房無(wú)特殊要求，造價(jià)低。安裝周期短，安裝費(fèi)用低。產(chǎn)氣成本0.5～1.0kW.h/Nm30.32～0.35kW.h/Nm3。單位產(chǎn)98%純度氮?dú)獾碾姾臑?.29kW.h/Nm3。安全性在超低溫、高壓環(huán)境下運(yùn)行可造成碳?xì)浠衔锞植烤奂?，存在爆炸的可能性。常溫常壓下操作，無(wú)爆炸危險(xiǎn)性。常溫較高壓力下操作，不會(huì)造成碳?xì)浠衔锏木植烤奂??？烧{(diào)性氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度不可調(diào)，靈活性差氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度可調(diào)，靈活性好。氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度可調(diào)，靈活性較好。經(jīng)濟(jì)適用性氣體產(chǎn)品種類多，氣體純度高，適用于大規(guī)模制氣、用氣場(chǎng)合。投資小、能耗低，適用于氮?dú)饧兌?5%～99.9995%的中小規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)合。投資較大、能耗低，適用于氮?dú)饧兌?5%～99.9%的中小規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)合。膜分離制氮能耗在氮?dú)饧兌?9%以下和變壓吸附制氮能耗相差不大，氮?dú)饧兌?9.5%以上經(jīng)濟(jì)性比變壓吸附差。

制氮方法及設(shè)備比較第20頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第二百三十八條采用氮?dú)夥罍缁饡r(shí)，必須遵守下列規(guī)定：（一）氮?dú)庠捶€(wěn)定可靠。（二）注入的氮?dú)鉂舛炔恍∮?7％。（三）至少有1套專用的氮?dú)廨斔凸苈废到y(tǒng)及其附屬安全設(shè)施。（四）有能連續(xù)監(jiān)測(cè)采空區(qū)氣體成分變化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。（五）有固定或移動(dòng)的溫度觀測(cè)站（點(diǎn)）和監(jiān)測(cè)手段。（六）有專人定期進(jìn)行檢測(cè)、分析和整理有關(guān)記錄、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)報(bào)告處理等規(guī)章制度。注氮防滅火工藝規(guī)程規(guī)定第21頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.開(kāi)放式注氮

開(kāi)放式注氮即是在需要注氮的區(qū)域未封閉的情況下，進(jìn)行的一種注氮方式。一般在不影響工作面正常工作的情況下，利用大量的氮?dú)馐沟貌煽諈^(qū)內(nèi)氧化帶的氧含量降低到能使浮煤發(fā)生自燃的濃度以下，從而達(dá)到防滅火的目的。開(kāi)放式注氮適用于推進(jìn)中的工作面采空區(qū)早期自燃的防滅火工作。

注氮防滅火工藝注氮方式根據(jù)注氮區(qū)域空間的封閉與否，注氮方式可分為開(kāi)放式注氮和封閉式注氮第22頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.封閉式注氮

封閉式注氮：為控制火情或防止瓦斯爆炸，將發(fā)生火災(zāi)或積聚瓦斯的區(qū)域先封閉后進(jìn)行注氮。當(dāng)封閉的火區(qū)內(nèi)漏風(fēng)嚴(yán)重或者存在有大量高濃度瓦斯時(shí)，可采取封閉式注氮來(lái)降低氧含量并抑制瓦斯爆炸。注氮防滅火工藝注氮方式

開(kāi)放式與封閉式注氮方式，其注氮地點(diǎn)一般離火源或者是高溫點(diǎn)較遠(yuǎn)，覆蓋范圍較大，利用大流量的注氮來(lái)降低該大面積區(qū)域的氧氣含量，從而達(dá)到防滅火的目的。因此，這對(duì)那些火源點(diǎn)不明確、無(wú)法確定準(zhǔn)確位置的火情比較適合。但是對(duì)用于一些明確的火情，這兩種方法就顯得較為笨拙且浪費(fèi)氮?dú)?。煤科總院重慶分院與阜新礦業(yè)集團(tuán)公司合作，研究了新的注氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)——目標(biāo)注氮，其內(nèi)容為：巷道、支架上部或采空區(qū)發(fā)生煤層自燃或發(fā)現(xiàn)有高溫點(diǎn)，對(duì)該區(qū)域暫不進(jìn)行封閉，而是直接向火源點(diǎn)或高溫點(diǎn)打鉆孔進(jìn)行注氮，氮?dú)忉尫趴陔x火源目標(biāo)的距離不超過(guò)8m，僅通過(guò)降低火火源點(diǎn)或高溫點(diǎn)附近小范圍的氧含量，來(lái)達(dá)到防滅火的目的。第23頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.埋管注氮第一種方法是在工作面的進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)埋設(shè)一條注氮管路，埋入一定長(zhǎng)度后開(kāi)始注氮，同時(shí)再埋入第二條注氮管路（注氮管口的移動(dòng)步距通過(guò)考察確定），當(dāng)?shù)诙l注氮管口埋入采空區(qū)氧化帶與冷卻帶的交界部位時(shí)向采空區(qū)注氮，同時(shí)停止第一條管路的注氮，并又重新埋設(shè)注氮管路；如此循環(huán)，直至工作面采完為止。第二種方法是沿工作面進(jìn)風(fēng)巷鋪設(shè)注氮干管，每隔一定距離從干管上引出注氮支管，在支管上安裝閘閥，以控制氮?dú)獾淖⑷肓?；開(kāi)始注氮和停止注氮時(shí)，埋入采空區(qū)的注氮支管長(zhǎng)度為多少，須通過(guò)實(shí)際考察確定。采空區(qū)埋管管路每隔一定距離預(yù)設(shè)氮?dú)忉尫趴冢湮恢脩?yīng)高于煤層底板20~30cm，并采用石塊或木垛加以妥善保護(hù)，以免孔口堵塞。1－工作面注氮干管；2－注氮支管；3－支管閘閥；4－埋管器與防護(hù)銅網(wǎng)

大屯徐莊煤礦7235工作面埋管示意圖注氮防滅火工藝注氮方法第24頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.拖管注氮

在工作面的進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)埋設(shè)一定長(zhǎng)度（其值由考察確定）的注氮管。它的移動(dòng)主要利用工作面的液壓支架、工作面運(yùn)輸機(jī)頭機(jī)尾，或工作面進(jìn)風(fēng)巷的回柱絞車作牽引。拖管注氮能夠有效控制注氮地點(diǎn)，提高注氮效果，同時(shí)埋管移動(dòng)周期與工作面推進(jìn)速度保持同步，使注氮孔始終在采空區(qū)氧化自燃帶內(nèi)注入氮?dú)?。?jù)經(jīng)驗(yàn)，埋管距工作面17m之內(nèi)，采用回柱絞車能夠牽移動(dòng)埋管。注氮防滅火工藝注氮方法第25頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.鉆孔注氮

在地面或施注地點(diǎn)附近巷道向井下火區(qū)或火災(zāi)隱患區(qū)域打鉆孔，通過(guò)鉆孔將氮?dú)庾⑷牖饏^(qū)，該方式適用于開(kāi)采工作面有巖石集中巷布置或下區(qū)段回風(fēng)順槽已預(yù)先掘出等場(chǎng)合。西山杜兒坪煤礦鉆孔注氮方式如圖所示。西山杜兒坪煤礦鉆孔注氮示意圖注氮防滅火工藝注氮方法西山杜兒坪煤礦為防治煤層自然發(fā)火，通過(guò)尾巷注氮鉆孔進(jìn)行注氮，有效解決了該區(qū)域的自然發(fā)火問(wèn)題。其鉆孔方式如下：在尾巷內(nèi)每隔25m向工作面進(jìn)風(fēng)順槽打水平鉆孔，穿透煤柱。鉆孔長(zhǎng)17m，孔徑89mm，鉆孔口套入Φ50mm×3.5m鍍鋅管一根，Φ8mm的觀測(cè)氣體用聚乙烯塑料管一根，周邊用水泥沙漿封嚴(yán)。第26頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.插管注氮

為處理工作面采空區(qū)后部或巷道高冒頂?shù)鹊攸c(diǎn)的火災(zāi)，可采用向火源點(diǎn)直接插管進(jìn)行注氮。插管注氮能夠迅速降低火源的溫度和CO含量，適用于火源及高溫煤體面積較大、位置較高、火源較隱蔽的場(chǎng)合。5.密閉注氮利用密閉墻上預(yù)留的注氮管向火區(qū)或火災(zāi)隱患的區(qū)域?qū)嵤┳⒌?，是封閉式注氮的一種形式。下面以新疆煤業(yè)集團(tuán)六道灣煤礦放頂煤工作面密閉注氮為例介紹密閉注氮滅火過(guò)程。

注氮防滅火工藝注氮方法第27頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

工作面火災(zāi)的威脅來(lái)自于相鄰采空區(qū)，而不是工作面后方采空區(qū)，可利用與工作面平行的巷道，在其內(nèi)向煤柱打鉆孔對(duì)相鄰采空區(qū)注氮，這是棗莊柴里煤礦總結(jié)出的旁路式注氮工藝。采用該工藝可使相鄰采空區(qū)內(nèi)注入的氮?dú)獠粩嗟財(cái)U(kuò)散，逐漸充滿整個(gè)采空區(qū)，形成氮?dú)舛杌瘞?，同時(shí)進(jìn)入工作面后方的采空區(qū)內(nèi)繼續(xù)惰化，可使相鄰的兩個(gè)采空區(qū)均能被惰化，達(dá)到防滅火的目的。注氮防滅火工藝6.旁路式注氮第28頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.注液氮工藝系統(tǒng)液氮防滅火，即利用地面氮?dú)鈴S制成的液態(tài)氮進(jìn)行防滅火工作，且液氮主要用作滅火。液氮在大氣壓力（101325Pa）下受熱汽化成0℃氮時(shí)，其體積將膨脹643倍；汽化成25℃氣態(tài)氮時(shí)，將膨脹700倍。注液氮有兩種方式，一是直接向采空區(qū)或火區(qū)中注入液氮防滅火，二是先將液氮汽化后，再利用氣氮防滅火。

直接利用液氮防滅火。液氮可由制氮廠鋪設(shè)管道送到礦井，也可用專用運(yùn)輸設(shè)備－－液氮槽車將液氮送到使用地點(diǎn)，再將其注入密閉的火區(qū)。輸?shù)艿缿?yīng)采取防止冷縮和冷脆的措施，以防管路破裂。直接向防滅火區(qū)注灑液氮主要有三種工藝系統(tǒng)：通過(guò)集中鉆孔和巷道內(nèi)管路將液氮輸?shù)椒罍缁饏^(qū)。在地面將液氮裝入礦車型槽車中，將其送入井下火區(qū)附近，再接上較短的管路（鎳合金鋼管），將液氮直接噴入火區(qū)。當(dāng)防滅火區(qū)域接近地表時(shí)，可由地面直接向該區(qū)域打鉆，從地面通過(guò)鉆孔向防滅火區(qū)注液氮。選擇注氮口位置時(shí)，應(yīng)注意使其位于漏風(fēng)風(fēng)流的入口，借助漏風(fēng)壓差將氣化后的氮?dú)鈳У交鹪袋c(diǎn)以及火區(qū)各處。最初注氮時(shí)強(qiáng)度要大，以鎮(zhèn)壓火源，然后再逐步降低注氮強(qiáng)度，使火區(qū)繼續(xù)惰化，直至火區(qū)完全熄滅并冷卻下來(lái)。注氮防滅火工藝（三）注氮工藝系統(tǒng)第29頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

液氮?dú)饣蠓罍缁鹗窍葘⒁旱獨(dú)饣?，然后再利用氮?dú)夥罍缁?相對(duì)于直接利用液氮防滅火來(lái)講，用得更為普遍。實(shí)際應(yīng)用時(shí)有下面兩種具體方法：在地面將液氮注入蒸發(fā)器，液氮在蒸發(fā)器中被加熱氣化成283K（10℃）或稍高溫度的氣態(tài)氮，然后通過(guò)管道將氣氮送到井下，并用于井下防滅火工作。井下防滅火的具體方法和工藝與氣氮防滅火相同。氣化液氮用的蒸發(fā)器有多種形式和規(guī)格，常用的有蒸汽加熱的蒸發(fā)器、丙烷加熱的水浴蒸發(fā)器和油加熱水浴蒸發(fā)器等。在地面將液氮裝入礦車型槽車中，然后送到井下的使用地點(diǎn)，將液氮注入氣體滅火裝置的擴(kuò)散型冷卻器中。在冷卻器中，氮?dú)馀c氣體滅火裝置產(chǎn)生的惰性氣體相混合，最后，由噴嘴將含有氮?dú)獾幕旌隙铓鈬娚涞交饏^(qū)中。

注氮防滅火工藝（三）注氮工藝系統(tǒng)第30頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.注氣氮工藝系統(tǒng)

煤礦用氮?dú)庖话悴扇】諝庾鳛樵希ㄟ^(guò)空分制氮設(shè)備將分離出來(lái)的氮?dú)馑椭恋V井注氮管路，并通過(guò)管路不斷地送至各注氮地點(diǎn)進(jìn)行注氮防滅火。如今煤礦上所采用的注氮防滅火系統(tǒng)，仍然以地面固定式為主。但是，隨著科技的進(jìn)步和制氮設(shè)備的發(fā)展，井下移動(dòng)式制氮設(shè)備的應(yīng)用使得煤礦井下的防滅火工作更加方便快捷，井下移動(dòng)式制氮多采用變壓吸附和膜分離這兩種方式。注氮防滅火工藝（三）注氮工藝系統(tǒng)第31頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三當(dāng)自然發(fā)火危險(xiǎn)主要來(lái)自回采工作面的后部采空區(qū)時(shí)，應(yīng)該采取向本工作面后部采空區(qū)注入氮?dú)獾姆阑鸱椒?。?duì)采用U型通風(fēng)方式的采煤工作面，應(yīng)將注氮管鋪設(shè)在進(jìn)風(fēng)順槽中，注氮釋放口設(shè)在采空區(qū)氧化帶內(nèi)。如圖所示。注氮口埋設(shè)及釋放口位置注氮防滅火工藝（三）注氮工藝系統(tǒng)（1）回采工作面采空區(qū)注氮第32頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三注氮管的埋設(shè)及氮?dú)忉尫趴诘脑O(shè)置應(yīng)符合以下要求：注氮管路應(yīng)沿進(jìn)風(fēng)順槽外側(cè)鋪設(shè)，氮?dú)忉尫趴趹?yīng)高于底板，以90°彎拐向采空區(qū)，與工作面保持平行，但注氮孔口不可向上，并用石塊或木垛等加以保護(hù)。氮?dú)忉尫趴谥g的距離，應(yīng)根據(jù)采空區(qū)“三帶”寬度、注氮方式和注氮強(qiáng)度、氮?dú)庥行U(kuò)散半徑、工作面通風(fēng)量、氮?dú)庑孤┝?、自然發(fā)火期、工作面推進(jìn)度以及采空區(qū)冒落情況等因素綜合確定。第一個(gè)釋放口設(shè)在起采線位置，其它釋放口間距以30m為宜。當(dāng)工作面長(zhǎng)度為120～150m時(shí)，采用注氮口間距一般為30~50m。注氮管一般采用單管，管道中設(shè)置三通。從三通上接上閥門、短管進(jìn)行注氮。注氮防滅火工藝（三）注氮工藝系統(tǒng)（1）回采工作面采空區(qū)注氮第33頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三注氮防滅火工藝（三）注氮工藝系統(tǒng)（2）工作面相鄰采空區(qū)注氮

工作面在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)自然發(fā)火的危險(xiǎn)不是來(lái)自其后部采空區(qū)，而是其相鄰區(qū)段的采空區(qū)時(shí)，則應(yīng)對(duì)其相鄰采空區(qū)注氮防火，以保證本工作面的安全回采。當(dāng)本工作面是推進(jìn)速度比較快的綜放或綜采工作面、與之相鄰的又是綜放工作面采空區(qū)時(shí)，往往就是這種情況。對(duì)生產(chǎn)工作面相鄰的采空區(qū)注氮即前面講述的旁路式注氮，其方法比較簡(jiǎn)單，就是在生產(chǎn)工作面與采空區(qū)相鄰的順槽中打鉆，通過(guò)向已封閉的采空區(qū)插管來(lái)進(jìn)行注氮。注氮數(shù)量的確定原則是：充分惰化靠近生產(chǎn)工作面一側(cè)的采空區(qū)，在靠近生產(chǎn)工作面的采空區(qū)側(cè)形成一條與工作面推進(jìn)方向平行的惰化帶。第34頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氮?dú)饩哂袣怏w共同的性質(zhì)擴(kuò)散性。根據(jù)氣體擴(kuò)散原理，濃度差是擴(kuò)散的推動(dòng)力。而注入到采空區(qū)內(nèi)氮?dú)庖_(dá)到防滅火的目的，根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定，其濃度應(yīng)不低于97%，因此，不可避免地將出現(xiàn)采空區(qū)氮?dú)庀蚬ぷ髅婧蛢上飻U(kuò)散的現(xiàn)象。這樣，由于氮?dú)庑孤?dǎo)致采空區(qū)氮?dú)鉂舛冉档?，從而?duì)采空區(qū)防火不利；另一方面，泄漏到工作面及兩巷的氮?dú)鈱⑽廴竟ぷ髅姝h(huán)境，造成人員的窒息或者瓦斯事故的發(fā)生。所以，必須做好防止采空區(qū)氮?dú)庑孤┑陌踩胧?/p>

通常，防止采空區(qū)氮?dú)庑孤┑姆椒ㄊ菍?duì)采空區(qū)及進(jìn)、回風(fēng)巷道特別是進(jìn)風(fēng)巷道一側(cè)進(jìn)行封堵。封堵的材料有聚氨酯、尿酫泡沫樹(shù)脂以及黃泥等。在工作面后部通往采空區(qū)的進(jìn)、回風(fēng)巷道中，每前進(jìn)5m至少應(yīng)封堵一次。經(jīng)測(cè)試，噴涂尿酫泡沫樹(shù)脂進(jìn)行封堵漏風(fēng)，氮?dú)庑孤┝靠蓽p少30%～40%。此外，均壓措施也用來(lái)防止氮?dú)庑孤＞鶋捍胧┦抢瞄_(kāi)區(qū)均壓的原理，降低工作面兩端（即進(jìn)、回風(fēng)側(cè)）壓差，從而減少漏風(fēng)。注氮防滅火工藝（三）防止氮?dú)庑孤┑拇胧┑?5頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

注氮管路壓力、管路直徑、注氮量、注氮位置等注氮參數(shù)的合理確定對(duì)保證注氮防滅火技術(shù)效果具有重要意義，而確定注氮參數(shù)的首要條件是正確分析氮?dú)庠诓煽諈^(qū)的運(yùn)移和濃度分布規(guī)律。（一）氮?dú)庠诓煽諈^(qū)內(nèi)的運(yùn)移規(guī)律煤巖體中有許多沒(méi)有被固體骨架占據(jù)的空間，稱為空隙空間，包括孔隙、空隙和裂隙，煤也是一種多孔介質(zhì)。采空區(qū)是由冒落的巖石、浮煤以及其間的空隙組成的空隙介質(zhì)。在采空區(qū)中，由從工作面漏入的風(fēng)流、從煤及煤巖中逸出的瓦斯氣體以及浮煤低溫氧化自燃過(guò)程中產(chǎn)生的氣體共同組成了采空區(qū)內(nèi)的風(fēng)流組分，在這里統(tǒng)稱為采空區(qū)氣體。當(dāng)采空區(qū)內(nèi)注入氮?dú)鈺r(shí)，氮?dú)庠诓煽諈^(qū)內(nèi)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)包括對(duì)流擴(kuò)散、紊流擴(kuò)散和分子擴(kuò)散，最終構(gòu)成采空區(qū)內(nèi)的氮?dú)鉂舛确植家?guī)律。注氮技術(shù)參數(shù)第36頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

對(duì)于通風(fēng)方式為一源一匯的回采工作面來(lái)說(shuō)，氮?dú)獾倪\(yùn)移規(guī)律比較簡(jiǎn)單。即氮?dú)鈴尼尫趴诔鰜?lái)后，在注氮壓力的作用下，將沿釋放口的徑向向外擴(kuò)散，超出氮?dú)鈮毫Φ挠绊懛秶螅獨(dú)鈱⒀芈╋L(fēng)風(fēng)流方向移動(dòng)，最終從回風(fēng)側(cè)漏出。對(duì)于一源一匯的采空區(qū)，注氮口往往布置在采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)氧化帶，在氮?dú)獾淖饔孟拢獨(dú)庥绊憛^(qū)（主要是氧化帶區(qū)域）內(nèi)的氧氣濃度下降。在工作面回采方向上，注氮口附近的氧氣濃度下降幅度最大；在工作面推進(jìn)方向上，氧化帶內(nèi)的氧氣濃度下降幅度最大，散熱帶的氧氣濃度下降幅度次之，它們之間的比例關(guān)系視注氮強(qiáng)度和采空區(qū)漏風(fēng)強(qiáng)度的不同而異；在采空區(qū)垂直方向上，頂板處的氧氣濃度下降略高于底板處，這是由于氮?dú)饷芏嚷缘陀诳諝舛细〉男?yīng)所致。（一）氮?dú)庠诓煽諈^(qū)內(nèi)的運(yùn)移規(guī)律注氮技術(shù)參數(shù)第37頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三對(duì)于通風(fēng)方式為一源一匯的回采工作面注氮后氮?dú)庠诓煽諈^(qū)流動(dòng)的規(guī)律：注入到采空區(qū)的氮?dú)膺\(yùn)移從注氮點(diǎn)開(kāi)始有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)方向，并不斷向四周漫延，且在注氮漫延范圍內(nèi)，各點(diǎn)的氮?dú)鉂舛戎饾u增加直至達(dá)到最大值，其中以注氮點(diǎn)附近氮?dú)鉂舛戎底畲?。在撫順龍鳳礦綜放開(kāi)采條件下，采空區(qū)氮?dú)鉂舛确植嫉膶?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氮?dú)庠诓煽諈^(qū)內(nèi)大體上可劃分為上、中、下三個(gè)氣相區(qū)域：下部為N2－CO2區(qū)域。這是由于二氧化碳的比重大，而且注氮釋放口布置在采空區(qū)的下部的緣故；中部為N2－CH4區(qū)域。說(shuō)明注入采空區(qū)中氮?dú)獠粌H存在沿主運(yùn)動(dòng)方向上的縱向擴(kuò)散，而且存在沿垂直于氮?dú)庵鬟\(yùn)動(dòng)方向上的橫向擴(kuò)散；上部為CH4－N2區(qū)域。說(shuō)明采空區(qū)內(nèi)的瓦斯有明顯的上浮效應(yīng)。以上結(jié)果只是對(duì)特定條件下的試驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，而對(duì)于一般條件下的采空區(qū)氮?dú)鉂舛确植家?guī)律還有待于不斷的研究和探索，以提高注氮效果。

（一）氮?dú)庠诓煽諈^(qū)內(nèi)的運(yùn)移規(guī)律注氮技術(shù)參數(shù)第38頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

對(duì)于多源多匯的工作面采空區(qū)，氮?dú)獾倪\(yùn)移規(guī)律比較復(fù)雜，主要取決于氮?dú)忉尫趴诘奈恢煤筒煽諈^(qū)漏風(fēng)風(fēng)流的狀況。有效的注氮和氮?dú)膺\(yùn)移的結(jié)果使采空區(qū)氧化帶的范圍縮小或前移。采空區(qū)氧化帶范圍的縮小很顯然對(duì)采空區(qū)防滅火具有最直接的作用，而采空區(qū)氧化帶范圍的前移也對(duì)采空區(qū)防滅火具有極其重大的意義。采空區(qū)氧化帶的前移，可使采空區(qū)遺煤在最適合氧化的環(huán)境中所處的時(shí)間縮短，這樣就有可能在煤自然發(fā)火期內(nèi)將其推入窒息帶中，從而避免采空區(qū)遺煤的自然發(fā)火。（一）氮?dú)庠诓煽諈^(qū)內(nèi)的運(yùn)移規(guī)律注氮技術(shù)參數(shù)第39頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.注氮管路壓力損失計(jì)算輸?shù)苤械难爻棠Σ磷枇Γ磯毫p失可用下式計(jì)算：

ΔP=R0.15·L=0.01163V1.895·L/D1.217（4-4-1）式中R0.15―當(dāng)量絕對(duì)粗糙度為0.15mm時(shí)，每米管路的壓力損失（即比摩阻），Pa/m；V――管道內(nèi)氮?dú)獾钠骄魉伲琺/s；D―管路直徑，m；L―管路長(zhǎng)度，m。

依據(jù)《煤礦用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)規(guī)范》，地面、井下制氮設(shè)備的供氮壓力，其管路末端的絕對(duì)壓力應(yīng)不低于0.2MPa。根據(jù)以上公式，結(jié)合實(shí)際注氮管路的實(shí)際情況，可以計(jì)算出氮?dú)庠诠苈份斔瓦^(guò)程中的壓力損失。再根據(jù)注氮區(qū)域的壓力需求，及時(shí)調(diào)整氮?dú)獬隹诘膲毫Γ蛊浞系V井注氮區(qū)域的需要。注氮技術(shù)參數(shù)（二）各注氮參數(shù)計(jì)算方法第40頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.管路直徑計(jì)算管路直徑的選擇滿足以下兩個(gè)條件：一是在正常時(shí)期進(jìn)行注氮時(shí)，管路直徑必須滿足注氮時(shí)的最大流量；二是氮?dú)獬隹诘膲毫σ哂谧⒌獏^(qū)域的壓力，使注氮區(qū)域始終處于正壓狀態(tài)。因此，在滿足以上兩個(gè)條件的要求下，注氮管路的直徑可按下式進(jìn)行計(jì)算：

D=1000[4Qmax/(πV)]0.5式中：D―管路最小直徑，mm；Q―正常時(shí)期的最大注氮量，m3/s；

V―管道內(nèi)氮?dú)獾钠骄魉?，通?0＜V＜15m/s，取V＝12m/s。

注氮技術(shù)參數(shù)（二）各注氮參數(shù)計(jì)算方法第41頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸?shù)苈返闹睆綉?yīng)滿足最大輸?shù)髁亢蛪毫Φ囊?。供氮壓力能否滿足要求，《煤礦用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)規(guī)范》中也對(duì)注氮管的直徑給出了一個(gè)計(jì)算公式：

式中，P1――供氮的絕對(duì)壓力，MPa；P2―管路末端的絕對(duì)壓力，MPa；其管路末端的絕對(duì)壓力應(yīng)不低于0.2MPa

Qmax――最大輸?shù)髁?，m3/h；

D0――基準(zhǔn)管徑，150mm；

Li―相同直徑管路的長(zhǎng)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)，對(duì)于不同的鋼管直徑，則有如表的關(guān)系。

注氮技術(shù)參數(shù)

2.管路直徑計(jì)算鋼管管徑與阻力系數(shù)之間的關(guān)系管徑Di/mm7080100150200250300400阻力系數(shù)λi0.0320.0310.0290.0260.0240.0230.0220.020第42頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）采空區(qū)防火耗氮量的計(jì)算采空區(qū)防火耗氮量，分別按產(chǎn)量、噸煤注氮量、瓦斯含量、采空區(qū)氧化帶內(nèi)氧含量計(jì)算，最后求出最大值，并按作業(yè)場(chǎng)所氧濃度核算。①按產(chǎn)量計(jì)算按產(chǎn)量計(jì)算的方法，實(shí)質(zhì)上就是由注入氮?dú)獬錆M采煤空間體積，且其氧氣濃度降低至惰化指標(biāo)需要的耗氮量，可按下式計(jì)算：

式中：

QN――注氮流量，m3/min；

A―年產(chǎn)量，噸；

T―年工作日，取300d；

ρ―煤的視密度，t/m3；

η

1－管路輸?shù)?/p>