注氮氣在煤礦井下防滅火中的應用

河南平煤集團八礦王紹先

在防滅火的工作實踐中，利用制氮機通過管路向井下采空區(qū)或密閉內(nèi)進行注氮氣，實施防滅火效果良好。

一、氮氣的性質(zhì)

眾所周知，氮氣的原料是空氣。氮氣是一種無色無味無毒無腐蝕，不自燃，也不參與燃燒的氣體，標準狀態(tài)下(21℃，101.325kpa)，氣體密度0.461kg/cm3,液體密度為80.8kg/m3,氮氣在101.325Kpa,-195.8℃時變成無色的液體，在-209.9℃時，變成霧狀的固體。氮氣在水中溶解度很小，很難與其它物質(zhì)發(fā)生化學反應，在震動、熱和電火花作用下都較穩(wěn)定。

二、 氮氣防滅火作用原理

注氮防滅火的實質(zhì)是向采空區(qū)氧化帶內(nèi)或火區(qū)內(nèi)注入一定流量的氮氣，使其氧含量降到10%或3%以下，達到防火、滅火和抑制瓦斯爆炸的目的，其作用有：

1、 消除瓦斯爆炸的危險

在煤礦當采空區(qū)一旦出現(xiàn)火災，危害最大的是導致其內(nèi)混合氣體的爆炸。瓦斯爆炸三個條件：瓦斯?jié)舛?%--16%;650--750℃的火源;氧含量12%?；旌蠚怏w中氧含量低于12%時就有減小爆炸的可能性。將氧氣的臨界含量控制在5%以下時幾乎能防止任何爆炸，而要使氧氣的含量低于10%就要向火區(qū)注入氮氣后使其氧含量降低，而且只要氧含量低于10%時就能大大地減少爆炸的可能性。

2、 減少漏風的作用

采空區(qū)漏風是造成自然發(fā)火的主要原因之一。對于封閉或半封閉的采空區(qū)而言，注入氮氣后增加了其注入空間內(nèi)混合氣體的總量，能夠減少封閉區(qū)內(nèi)外之間的壓力差，從而起到減少封閉區(qū)外部向內(nèi)部漏風的作用。

如果巷道里的密閉墻有裂縫或密閉強有裂縫，當密閉區(qū)內(nèi)為負壓時，空氣可以通過墻縫或繞過密閉墻而進入密閉區(qū)。為了防止密閉漏風，可向密閉前后墻之間的空間連續(xù)不斷地注入必要流量的氮氣，使該空間形成正壓，阻止新鮮空氣進入密閉區(qū)內(nèi)。

3、 降溫作用

對于有內(nèi)因火災的采空區(qū)來說，其溫度大于外界溫度。當采用氮氣滅火時，其氮氣的溫度均低于火區(qū)的氣體溫度，加之氮氣在注入火區(qū)后的流動范圍大，對采空區(qū)來說都有明顯的降溫作用。

4、 防止煤的自燃發(fā)熱和自燃

煤炭自燃的三要素是：煤有自燃傾向性;有連續(xù)的供氧條件;熱量易于積聚。煤礦生產(chǎn)工作面采空區(qū)氧化帶內(nèi)的漏入風量不足以帶走煤氧化產(chǎn)生的熱量，則煤溫就逐漸升高，這時煤處于自燃發(fā)熱狀態(tài)。當溫度達到煤的臨界溫度以上，氧化急聚加快，大量產(chǎn)生熱量，又使煤溫迅速升高，達到煤的著火溫度時便著火燃燒起來，即進入自燃狀態(tài)?；诖耍扇∠蚬ぷ髅娌煽諈^(qū)氧化帶內(nèi)注入一定流量的氮氣，降低該帶內(nèi)的氧氣含量，達到破壞煤炭自燃的一個要素，使其氧含量降到煤自燃臨界值以下，就達到了防止煤自燃的目的。

5、 降低燃燒強度

無論是外因火災，還是內(nèi)因火災，當火災已經(jīng)發(fā)生，向火區(qū)內(nèi)注入一定流量(大于漏風量)的氮氣，使該區(qū)內(nèi)的氧含量由21%逐漸降低到10%以下，燃燒的大火就逐漸處于自熄。

三、 優(yōu)缺點

應用氮氣防滅火的實踐表明：氮氣具有滅火速度快，既能防火，也能滅火，還能抑制瓦斯爆炸，無污染環(huán)境和機電設備等優(yōu)點。其缺點是氮氣的密度比空氣輕，容易流失。因此，在注氮的同時，加強巡檢，必須保持輸?shù)苈窌惩ú宦?，才能取得滿意的效果。

四、 制氮設備

我礦防滅火目前所選用的制氮設備是地面移動式DMY1000Nm3/97膜分離制氮設備。該設備移動方便，制氮濃度好，壓力大、流速快。

五、應用效果

八礦對于火災的預防預控采取了相關嚴格的安全措施。去年5月，丁5-6—11250采煤工作面CO超標并持續(xù)上升趨勢，及時采取注氮氣措施，消除了火災隱患，保證了采區(qū)安全。今年2月25日己15—13330采煤工作面采空區(qū)發(fā)生自燃跡象CO超限，老采區(qū)條件復雜，嚴重威脅采區(qū)安全生產(chǎn)，面對險情礦迅速組織隊伍，調(diào)整管路系統(tǒng)實施注氮氣，有效控制和消除了火災發(fā)生，確保了安全生產(chǎn)。近年來，八礦在防治火災方面，注漿注氮氣結(jié)合，發(fā)揮注氮氣的快速防滅火作用，為安全生產(chǎn)提供保障，收到了良好的安全效益和經(jīng)濟效益。