龙东煤矿注氮方案及安全技术措施学案.doc

7163采空区注氮方案及安全技术措施 龙东煤矿通风科 2015.12 7163采空区注氮方案及安全技术措施 一、氮气防灭火设计方案 （一）概况： 现我矿开采的7163轻放面所属7#煤层属于容易自燃煤层，该面为大倾角坚硬顶板，推进度受限，放煤管理困难，又因该面大部为俯采段，传统的注浆防灭火方式效果不佳，采空区存在自燃发火的隐患，我矿采取开放式注氮的防灭火方案进行治理。 （二）氮气性质及防灭火原理 氮气在空气中约占78％，是一种无色、无臭、无毒的气体，与同体积的空气重量比为0.97，比空气稍轻。在标准大气压和绝对温度为273K时，气体的真空密度为1.25g/L。空气中的氮气在常温下通过空气分离设备，即能分离出氮气。 氮气是不燃烧气体，也不助燃，溶水极微，性质稳定，不易与其它化学元素化合，无腐蚀作用，属于惰性气体。由于氮的密度接近于空气的密度，因此，气体在采空区内能均匀地扩散，且不易被煤和岩石吸附。 氮气用于煤矿防灭火，主要有以下作用： (1)窒息作用 在防灭火区域内注入氮气后，使该区域内气体氧的含量降低，增加了气体惰性化阻止了煤炭氧化。对于火区，则因氧的含量不足而熄灭。对于防火区域，则缩小了氧化带，扩大了窒熄带，有利地抑制了煤的氧化自燃。 (2)抑爆作用 由于这种气体遇高温(火区)其成分不变，与可燃物质及可燃气体不产生化学反应，所以，注入氮气后冲淡了可燃气体与氧的含量，使其形成惰化气，从而使混合气体失去可爆性。 采用氮气防灭火不仅效果好，而且也较经济，具体有以下优点： (1)氮气是制氧过程中的另一产品，也可从空气中专门提取，因此来源方便，可供量大，单位产气成本比液态二氧化碳低。 (2)注氮后，氮气可以充满任何形状的有限燃烧空间和预防自燃空间，便于对煤矿采空区深部、高冒之处以及人们难以接近的地点进行防灭火。 (3)使火区气体惰性化，防止瓦斯和煤尘爆炸。 (4)注氮防灭火不损坏和不污染机械设备及井下设施，灭火后恢复工作量少且容易。 氮气灭火的缺点是：氮气在采空区停滞时间短，在矿井负压作用下易散失。 （三）氮气防灭火工艺 1、我矿氮气防灭火的氮气源由厂家直供，运送至西风井的液氮通过EDM1000防灭火装置转换成气态氮气，经已铺设好的原注浆管路将纯度97%以上氮气注入到7163工作面采空区达到防灭火的目的。 具体方案为：在7163材料道进风隅角处向工作面采空区敷设三趟管路，分别伸进采空区30m、60m、90m左右，在主管路与所敷设的三趟管路接头处设置三通进行控制，注氮严格按照操作规程执行。综采二队要注意保护好注氮管路，严禁注氮管路被撞开、压扁，影响埋管质量。 （四）注氮气可靠性计算： 注氮设备主要技术指标 EDM1000防灭火装置 液化能力500Nm3/h/台 出口压力0.8Mpa 流量1t/h 氮气纯度≧97% 输氮系统 液态氮气槽车→转换器→缓冲罐→西风井注浆管路入口→矿井总回风巷→矿井西总回风巷→西一回风巷→西一轨道下山→西一二甩道→7163材料道→7163进风隅角→7163采空区 注氮管路能否满足输氮气要求通过下式计算： P1﹣P2＝0.0056（Qmax/1000）*L ………………① 式中：P1-管道始端的绝对压力Mpa P2-管道末端的绝对压力Mpa Qmax-最大输氮量m3/h L-管路当量长度 Km L计算式为： L=×Li……………………………② 式中：Do-----基准管径（Do=150mm） 阻力损失系数：=0.026 Li………………相同直径管路长度km，取1.8km Di………………实际输氮管路内径mm ………………实际输氮管路直径的阻力损失系数 Di=99mm =0.0296将以上数据代入②计算： L=（150/100）×5×(0.0296/0.026)×3.37=28.77km 假设管路末端绝对压力0.2Mpa 将以上数据代入①计算得： P1=0.0056（1000/1000）×2×28.77＋P2 P1=0.52Mpa 根据以上计算，从西风井到7163采空区的输氮管路长度为3367m的情况下，管路初段压力只需0.52Mpa，便可将1000m3/h的氮气输送到7163采空区内，末端的绝对压力还有0.2Mpa，因此完全满足氮气出口压力0.8Mpa要求。 注氮地点安全通风量 根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》（MT/T701-1997）第11.2条的规定：注氮过程中，工作场所的氧气浓度不得低于18.5%，否则应立即停止作业并撤出人员，同时降低注氮流量或停止注氮。 在输氮管路的沿途或工作面，假设1000m3/h的氮气量全部泄漏到巷道里或工作面，是否漏氮气的地区缺氧，其安全通风量大可按下式计算： Q≧Qn(Cn＋C2－100)/(C1－C2)m3/min