液氮防灭火实施方案汇总

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1、华亭煤业集团公司东峡煤矿矿井液氮防灭火实施方案2013年 1 月 11 日矿井液氮防灭火实施方案一、矿井基本性况东峡煤矿井田面积 2.2356km2，现有地质储量 7880.1 万吨，可采储量 5673 万吨，服务年限 36 年。主采煤 6 层，平均总厚度 34 米，煤层结构复杂。 煤种为低灰、 低硫、低磷、高挥发分、 高活性、3高发热量的长焰不粘煤。矿井最大涌水量50 60m/h 。煤层中瓦斯含量较低，属低瓦斯矿井。无冲击地压、煤与瓦斯突出危险，矿井开采煤层为易自燃煤层，自然发火期36 个月，最短自然发火期37 天。矿井采用片盘斜井多水平开拓方式，设计开采深度为 +1365 +810 米，目

2、前井田向斜轴东翼开采水平位于+1075 +1005 米，布置一个大倾角倾斜分层走向长壁综合机械化放顶煤工作面，倾角28 47。在向斜轴西翼扩大区+930 +875米布置一个急倾斜综采放顶煤工作面，倾角52。矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式。在地面风机房安装两台 BDK-8-.24 型对旋轴流式通风机，一台工作， 一台备3用，电动机功率为2220kW，额定风量 228011760m/min ，风压范围 12004020Pa。矿井目前总供风量323500m/min，等积孔 1.92m ，属中等通风阻力矿井。2、矿井现有防灭火系统矿井现有防灭火措施以注氮为主，灌浆、高分子泡沫堵漏等综合防灭

3、火措施为辅。 黄泥灌浆系统在回风井筒口建有一搅拌池，灌1装时用汽车将黄土拉运至搅拌池，水源来自矿井污水处理站处理后的污水，主管路采用D108 5 钢管与各生产水平、 工作面上顺槽和采空区相连，采用采后集中灌浆的方法处理采空区。做为矿井综放工作面主要防灭火手段的注氮系统现只装备一台 2008 年购置的DT500/8 井下移动式制氮机，最大制氮能力4003m/h 。配件缺乏，一旦发生故障就影响到矿正常的注氮工作。二、氮气的物理性质及防灭火原理1、氮气的物理性质（ 1）在空气中约占 79%，无色、无嗅、无毒，与同体积空气重量比为 0.97 ；在标准气压和 273K 时，气体密度为 1.25g/L 。

4、（ 2）在标准压力下， 液氮气化至 273K 时，其体积膨胀 643 倍；汽化到 0时，1t 可形成 799.56m3 气氮；按重量计算，1kg 形成 0.8m3气氮。（ 3）不燃，也不助燃，溶水极微，性质稳定，不易与其它化学元素化合，无腐蚀性等。（ 4）冷却至 77K（ -195.8 ）的空气，其内氮气经空分设备分离出液氮。（ 5）每 t 液氮吸热量： 61001000=6.1106 千卡。2、氮气的防灭火原理（ 1）窒息作用在封闭区内充入氮气排出其内空气，降低氧气含量， 致使火源缺氧窒息。（ 2）抑爆作用2充入氮气后可冲淡瓦斯等可燃气体与氧含量形成惰化气体，从而使混合气体失去可爆性。（ 3

5、）冷却作用直接喷注液氮或低温氮气灭火时，利用吸热降温作用， 可使火源熄灭。3、液氮防灭火的优点（ 1）运输液氮方便。（ 2）液氮转换后，注氮量大，持续时间长，可以在较短时间内充满任何形状的燃烧空间， 因而便于对煤矿采空区深部、 高冒区等人们难于接近的地点进行充填灭火。（ 3）吸热降温，灭火快，且有利于防止瓦斯、煤尘爆炸。（ 4）也可与液体二氧化碳混合注入火区，以增加其内的惰性气体密度，延长惰性气体滞留时间。4、液氮防灭火的缺点（ 1）液氮不易贮存，贮存需要真空低温设备，其价格较贵；（ 2）灭火过程中氮气不易留存，容易散失；（ 3）使用液氮直接灭火时，对人易造成烧伤。三、液氮来源我公司 60 万

6、吨 / 年煤制甲醇公司附属产品为液氮， 平均日产量2324 吨，液氮来源可靠，距离近，便于运输和使用，成本低。四、液氮防灭火系统的主要设备1、低温液氮储罐（图1）。32、空温汽化器（图2）。地面使用 : 汽 化量 3000m 3/h ，出口压力：外形尺寸：长宽高为456，（单位： m）；井下使用汽化量500m 3/h ，出口压力：外形尺寸：长宽高为31.5 2（单位： m）。3、液氮充装系统含调保压（图3）。图 1 液氮贮罐4图 2 空温汽化器图 3 液氮充装系统图五、液氮防灭火工艺及费用概算1、工艺系统选择5液氮防灭火系统有地面汽化液氮防灭火系统和井下移动液氮防灭火系统两种：(1 ）井下移动

7、液氮灭火系统在地面将液氮灌注到矿车型小储罐中，以串车运输方式运送到井下火区附近， 现场经空温汽化器转换为气氮后，经连接管路注入地面液氮灭火工艺系统图火区，见图 4。液氮槽车矿车型槽车密闭墙矿车型槽车汽化器图 4 井下液氮防灭火系统示意图2、费用概算根据液氮地面汽化和运往井下汽化所使用的不同设备进行计算，建立一套井下移动液氮防灭火系统概算142 万元，建立一套地面气化液氮防灭火系统概算98 万元，费用概算见表1、表 2。表 1井下液氮防灭火系统序号名 称数量单价（万元）合计（万元）1矿车型小储罐（ 1t ）10 个101002汽化器 (500m3/h)2 组8163配套管路84平板车（安装储氮罐

8、）10 辆1.818合计14263、井下气化注氮优缺点比较优点：（ 1）可将液氮运往火区附近对防火区进行注氮，管路敷设量小、管路压力损失小。（ 2）注氮温度低，低温氮气吸热降温有利于控制火区。缺点：（ 1）气化器在井下硐室或巷道中布置，由于空间限制，空气湿度大，供风量较小，对汽化器热交换有比较大的影响，且井下现场在空温汽化器汽化过程中， 受热交换影响， 将使巷道气温大幅下降，对井下气候条件影响较大；（ 2）汽化器为铝合金制品，强度比较低，井下运输容易损坏；（ 3）串车液氮槽车在井下运输环节多，安全风险比较大，如果发生液氮泄露， 将使附近区域空气瞬间降温， 可能造成人员窒息或受低温“灼伤” ；（

9、 4）长期使用时存在轨道运输成本；（ 5）费用相对比较高（ 142 万元）；（ 6）注氮能力低，最大注氮流量 (500m3/h) 。2）、地面液氮气化防灭火优点：（ 1）汽化器及连接装置均安装在地面，容易维护，安全性较好；（ 2）汽化器能力大，容易实现大流量注氮；（ 3）费用相对比较低（ 98 万元）；（ 3）注氮能力高，最大注氮流量3，且大小可调。1200m/h7缺点：（ 1）管路距离长，管路维护量大；管路损坏时会造成大量氮气泄露；（ 2）当地面环境气温比较低时， 低温氮气有可能冻裂管路 （汽化器出口氮气温度比环境温度低 13左右）。六、液氮防灭火参数确定1、低温液氮储罐有效容积确定：30

10、t。2、空温式汽化器的最大汽化能力：50 m3/min, 3000m3/h。3、调保压系统流量：按小时最大用气量3000m3/h 确定。5、输氮管路： DN100mm，最大输送距离：3500m。6、空温汽化器工作压力：3.0 Mpa 。7、注氮流量：1200m3/h七、 液氮防灭火的安全、运输、仓储等方案1、 液氮防灭火系统的原则根据我国试验研究和初步应用情况，采用液氮防灭火，应遵循下述原则：（ 1)液氮为 -196，在采用液氮防灭火时，要充分考虑当地的气候条件及矿井的开拓方式和开采深度。（ 2)在液氮防灭火过程中要详细写明充装、换装、运输、注氮及设备维修等操作规程。（ 3)制定防止井下工作人

11、员和注氮工作人员吸入氮气而窒息或受低温“灼伤”的安全措施。8（ 4）在地面选择存放液氮槽车及换装场地时，不能让存放和换装时产生的废气对矿井总进风产生不利影响。场地还应具有供电、供水、通讯等条件。（ 5）液氮经空温汽化器注入火区内，有可能使一氧化碳和甲烷含量增加和回风巷道中氧气含量急剧减少， 在这种情况下， 要切断回风侧的电源，撤离人员，并连续测定一氧化碳和甲烷的含量。（ 6)贮液设备绝热性能必须好。（ 7)注氮期间必须要加强火区气体监测。2、 液氮的来源及运输集团公司煤制甲醇公司的副产品液氮，从煤制甲醇公司至东峡煤矿采用液氮槽车运输方式。运输过程全部采用槽车时，要在地面井口处换装。为减少换装损

12、失，可采用低温液氮泵，同时可缩短换装时间。换装时应注意：（ 1)充换装之前要全面检查各个仪表是否灵敏，各个操作阀是否处于正确启闭位置， 各个接头有无故障， 各个活动部位及螺钉连接是否可靠，发现问题及时处理。（ 2)严格按充换要求进行操作，不得违背贮运设备说明书规定的充换装要求及提出的注意事项。3、 仓储方案液氮运输到矿后，由专人负责输送到低温液氮储罐内，液氮储罐用防护栏围住，防止闲杂人员靠近。并安装摄像头，24 小时进9行监控。4、 设备安装方案在地面工业广场回风井口选一面积为100m2 左右的空地， 用以置放液氮储罐、 空温汽化器等设备， 并将液氮系统设备与矿井回风井筒现有灌浆管路接通。八、

13、 环境保护和劳动安全在本项目可行性调研中， 项目可能对环境造成的各种近期和远期影响，对可能影响劳动者健康和安全的各种因素， 都进行可行性研究分析，液氮防灭火系统不用电气设备，没有噪音、废气等工业污染。对环境无污染危害， 符合国家有关环境保护及职业安全卫生方面的法规、法律。东峡煤矿通过此项目的实施， 在防灭火方面预期可以达到以下效果：（ 1）将矿井现最大400 m3/h 的注氮能力提高到1200 m3/h ，有效提高矿井注氮防灭火能力。（ 2）降温，降低火区温度，液氮防灭火可以利用低温液氮的汽化潜热和温升实现制冷降温，吸收火区中的热量。（ 3）液氮转换后，注氮量大，持续时间长，可以在较短时间内充满任何形状的有限燃烧空间， 因而便于对煤矿采空区深部、 高冒区等人们难于接近的地点进行充填灭火。（ 4）惰化，液氮在火区汽化产生的氮气，是一种化学性质稳定、在常温条件下难与其他物质发生化学反应的惰性气体，随着火10区中氮气含量的增加， 氧含量必然降低， 当氧含量降低至5 10%以下时，可抑制煤炭的氧化自燃，氧含量降低至3%以下时，可完全抑制煤炭等可燃物的自燃和复燃。经可行性研究比较，低温液氮防灭火无论在技术上还是在经济上都明显优于工业制氮防灭火，是煤矿灭火的趋势所在。11