东欢坨矿防灭火注氮系统设计2.doc

东欢坨矿防灭火注氮系统设计 编 制 人： 安全副总： 总工程师： 编制单位：生产技术部 编制日期：2016-7-15 东欢坨矿各采煤工作面采用长壁后退式综合机械化采煤法，其采空区遗煤较多、范围广、空间大，且所采煤层自燃倾向性为自燃，工作面防灭火工作十分重要。 参照《煤矿用氮气防灭火技术规范》（MT/T 701一1997）采用注氮防灭火措施，利用预先铺设管路、连续向采空区注氮的方式，能有效的防止工作面回采期间遗煤氧化自燃。为防止输氮管路和采空区泄漏氮气造成人员伤害、保证注氮防灭火效果，特编制如下专项设计。 一、注氮防灭火方案 1.注氮防灭火措施的适应性和有效性分析 氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体。由于氮气分子结构稳定，其化学性质相对稳定，在常温、常压条件下氮气很难与其它物质发生化学反应，所以它是一种良好的惰性气体，随着空气中氮气含量的增加，氧气含量必然降低。当氧气含量低到5～10％时，可抑制煤炭的氧化自燃；氧气含量降至3％以下时，可以完全抑制煤炭等可燃物的阴燃与复燃。用氮气防灭火和阻止瓦斯爆炸的过程称为惰化，惰化后的火区因氧气不足而不能燃烧和爆炸。氮气的防灭火作用，即是使采空区等有关区域惰化。 基于氮气的性质及煤的氧化机理，向采空区及遗煤带注入氮气，使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰化带，从而达到抑制采空区自燃和安全开采的目的。 2.氮气来源选取的技术经济分析 目前，工业制取氮气均以空气作为原料气，这种原料气的供给是无限量的。我矿设计采用煤矿用膜分离制氮装置（薄膜分离法）。 3.供氮能力、输氮管路的计算与选取 （1）供氮能力计算 根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》（MT/T701-1997）第7.1条的规定：制氮设备或装置的供氮能力应按矿井注氮工作面防火需要选取，供氮能力（1个工作面注氮量）可按下式计算： 式中： QN——供氮能力，m3/h； K——备用系数，取1.2； Q0——采空区氧化带内漏风量，m3/min；采空区氧化带的范围受工作面的通风状况、采空区的冒落等诸多因素的影响而在很大的范围内变化，因此采空区氧化带的漏风量的变化范围也较大，此范围内的漏风量一般按工作面风量的1/60～1/100选取；采取堵漏风措施后，采空区氧化带内的漏风量取为5.4m3/min； C1——采空区氧化带内平均氧浓度，%；目前国内应用较普遍的是将采空区氧浓度在10～18%之间的区域视为氧化带，取值12%； C2——采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度，%；煤的自燃临界氧浓度值随煤种、煤质、赋存条件等因素的不同而变化，其具体数值应根据实验室试验而取得，此值的范围一般为7%～10%，取值7%； CN——注入氮气的氮气浓度，%；根据《煤矿安全规程》中的规定：采用氮气防火注入的氮气浓度不得低于97%。同时根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》第7.2条的关于氮纯度的规定“向采空区注入氮气的纯度要视其能将采空区的氧浓度降低到煤自燃临界氧浓度而定。而向火区注入氮气浓度应不低于97%。”因此取97%； 可计算得供氮能力： （m3/h） 灭火注氮量，原则上最初的注氮强度要大，然后逐渐降低注氮强度。若采用开放式注氮方式，则灭火注氮量需求更大。因此选择制氮能力为500m3/h的DM-1000型煤矿用膜分离制氮装置能够满足要求。 （2）输氮管路的选取 根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》第7.4.1条和7.4.2条的规定：从井下供氮时，除应采用钢管外，在满足输氮压力的情况下，可选用耐压橡胶软管，但进入采空区或火区的管路必须采用钢管。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： 式中： P2——管路末端的绝对压力，MPa（此值不应低于0.2MPa）； Qmax——最大输氮流量，m3／h； D0—— 基准管径，150mm； Di—— 实际输氮管径，mm； Li—— 相同直径管路的长度，km； λ0——基准管径的阻力损失系数，0.026； λi——实际输氮管径的阻力损失系数，对于不同的钢管直径，则有如表1的关系： 表1不同管径阻力系数值 管径Di,mm 50 60 70 80 100 150 阻力系数λi 0.034 0.033 0.032 0.031 0.029 0.026 在实践中，输氮管路一般均选择50～l00mm管径的钢管，制氮装置所能提供的压力P1按0.8Mpa计算，根据下式计算在此压力下的注氮主管的最长输氮距离为： =50.42 km 计算得最长输氮距离：管径为100mm时，L=50.42km；所以选择管径100mm输氮管路完全能够满足工作面注氮防灭火的要求。采空区埋设管路选用Φ100mm的钢管。转弯处、进风隅角埋管处管路连接采用耐压橡胶软管。采空区埋设输氮管路采用螺纹管接头连接