1、華亭煤業集團公司東峽煤礦礦井液氮防滅火實施方案2013年 1月 11日礦井液氮防滅火實施方案、 礦井基本性況東峽煤礦井田面積2.2356km2,現有地質儲量7880.1萬噸，可 采儲量 5673 萬噸，服務年限 36 年。主采煤 6 層，平均總厚度 34米，煤層結構復雜。 煤種為低灰、 低硫、低磷、 高揮發分、 高活性、 高發熱量的長焰不粘煤。 礦井最大涌水量5060m/h。煤層中瓦斯 含量較低，屬低瓦斯礦井。無沖擊地壓、煤與瓦斯突出危險，礦井 開采煤層為易自燃煤層,自然發火期 36 個月,最短自然發火期37 天。礦井采用片盤斜井多水平開拓方式, 設計開采深度為 +1365 +810 米,目前

2、井田向斜軸東翼開采水平位于 +1075 +1005 米, 布置一個大傾角傾斜分層走向長壁綜合機械化放頂煤工作面, 傾角28 47°。在向斜軸西翼擴大區 +930 +875 米布置一個急傾斜 綜采放頂煤工作面,傾角 52°。礦井通風方式為中央并列式，通風方法為抽出式。在地面風機 房安裝兩臺BDK-8-血.24型對旋軸流式通風機，一臺工作，一臺備 用，電動機功率為 2X 220kW 額定風量228011760m/min，風壓 范圍12004020Pa。礦井目前總供風量 3500n3/min，等積孔1.92m2,屬中等通風阻力礦井。2、礦井現有防滅火系統礦井現有防滅火措施以注氮為

3、主,灌漿、高分子泡沫堵漏等綜 合防滅火措施為輔。 黃泥灌漿系統在回風井筒口建有一攪拌池, 灌裝時用汽車將黃土拉運至攪拌池，水源來自礦井污水處理站處理后 的污水，主管路采用D108X 5鋼管與各生產水平、工作面上順槽和采空區相連，采用采后集中灌漿的方法處理采空區。做為礦井綜放工作面主要防滅火手段的注氮系統現只裝備一臺2008年購置的DT500/8井下移動式制氮機，最大制氮能力400 m/h。配件缺乏，一旦發生故障就影響到礦正常的注氮工作。宜創團、氮氣的物理性質及防滅火原理1、氮氣的物理性質(1) 在空氣中約占 79%無色、無嗅、無毒，與同體積空氣重量比為0.97 ;在標準氣壓和273K時，氣體密

4、度為1.25g/L。(2)在標準壓力下，液氮氣化至273K時，其體積膨脹643倍； 汽化到0C時，1t可形成799.56m3氣氮；按重量計算，1kg形成0.8m3 氣氮。(3) 不燃，也不助燃，溶水極微，性質穩定，不易與其它化 學元素化合，無腐蝕性等。(4) 冷卻至77K (-195.8 C)的空氣，其內氮氣經空分設備 分離出液氮。(5) 每t液氮吸熱量：6100X 1000=6.1 X 106千卡。2、氮氣的防滅火原理(1)窒息作用在封閉區內充入氮氣排出其內空氣，降低氧氣含量，致使火源缺氧窒息。(2) 抑爆作用充入氮氣后可沖淡瓦斯等可燃氣體與氧含量形成惰化氣體， 從 而使混合氣體失去可爆性。

5、3）冷卻作用直接噴注液氮或低溫氮氣滅火時， 利用吸熱降溫作用， 可使火 源熄滅。3、液氮防滅火的優點1）運輸液氮方便。2）液氮轉換后，注氮量大，持續時間長，可以在較短時間內充滿任何形狀的燃燒空間， 因而便于對煤礦采空區深部、 高冒區 等人們難于接近的地點進行充填滅火。3）吸熱降溫，滅火快，且有利于防止瓦斯、煤塵爆炸。4）也可與液體二氧化碳混合注入火區，以增加其內的惰性氣體密度，延長惰性氣體滯留時間。4、液氮防滅火的缺點1）液氮不易貯存，貯存需要真空低溫設備，其價格較貴； 2）滅火過程中氮氣不易留存，容易散失； 3）使用液氮直接滅火時，對人易造成燒傷。三、液氮來源我公司 60萬噸/年煤制甲醇公司

6、附屬產品為液氮， 平均日產量2324噸，液氮來源可靠，距離近，便于運輸和使用，成本低。四、液氮防滅火系統的主要設備1、低溫液氮儲罐（圖1）。2、空溫汽化器（圖2）。地面使用:汽 化量3000m 3/h，出口壓力:外形尺寸：長X寬X高為=4X 5X 6,（單位：m；井下使用汽化量 500m 3/h , 出口壓力:外形尺寸：長X寬X高為=3X 1.5（單位：m。3、液氮充裝系統含調保壓（圖3）。BD-a空MVC-LJftwffjaa 口開 WifiM 口員 首詛儷排娟 囲氣n 港ft出口囲 訓満周 液位計下閥配聶汽喝丄VT<V-3-MV-4V-lft6- vT E-1內増畫RV-V-J-嚴R

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8、下移動液氮滅火系統在地面將液氮灌注到礦車型小儲罐中，以串車運輸方式運送到井下火區附近，現場經空溫汽化滅轉換為系氮后，經連接管路注入11火區，見圖4。液氮槽車礦車型槽車圖4井下液氮防滅火系統示意圖2、費用概算根據液氮地面汽化和運往井下汽化所使用的不同設備進行計算，建立一套井下移動液氮防滅火系統概算142萬元，建立一套地面氣化液氮防滅火系統概算 98萬元，費用概算見表1、表2。表1井下液氮防滅火系統序號名稱數量單價（萬元）合計（萬元）1礦車型小儲罐（1t）10個101002汽化器（5oom7h）2組8163配套管路84平板車（安裝儲氮罐）10輛1.818合計1423、井下氣化注氮優缺點比較優點：（

9、1）可將液氮運往火區附近對防火區進行注氮，管路敷設量 小、管路壓力損失小。（2）注氮溫度低，低溫氮氣吸熱降溫有利于控制火區。 缺點：（1）氣化器在井下硐室或巷道中布置，由于空間限制，空氣 濕度大，供風量較小，對汽化器熱交換有比較大的影響，且井下現 場在空溫汽化器汽化過程中， 受熱交換影響， 將使巷道氣溫大幅下 降，對井下氣候條件影響較大；（2）汽化器為鋁合金制品，強度比較低，井下運輸容易損壞；（ 3）串車液氮槽車在井下運輸環節多，安全風險比較大，如 果發生液氮泄露， 將使附近區域空氣瞬間降溫， 可能造成人員窒息 或受低溫“灼傷” ；（4）長期使用時存在軌道運輸成本；（5）費用相對比較高（ 14

10、2 萬元）； （ 6）注氮能力低，最大注氮流量 （500m3/h） 。2）、地面液氮氣化防滅火 優點：汽化器及連接裝置均安裝在地面，容易維護，安全性較好；汽化器能力大，容易實現大流量注氮；費用相對比較低（ 98 萬元）； 注氮能力高，最大注氮流量 1200m3/h ，且大小可調。缺點：1）管路距離長，管路維護量大；管路損壞時會造成大量氮氣泄露；2）當地面環境氣溫比較低時， 低溫氮氣有可能凍裂管路 （汽化器出口氮氣溫度比環境溫度低 13C左右）。六、液氮防滅火參數確定1 、低溫液氮儲罐有效容積確定：30 t。2、空溫式汽化器的最大汽化能力：5O m3/min, 3OOOm3/h。3、調保壓系統流

11、量：按小時最大用氣量3000m3/h 確定。5、輸氮管路：DNIOOmm最大輸送距離:3500m。6、空溫汽化器工作壓力：3.O Mpa 。7、注氮流量：12OOm3/h七、液氮防滅火的安全、運輸、倉儲等方案1 、 液氮防滅火系統的原則根據我國試驗研究和初步應用情況，采用液氮防滅火，應遵循下述原則：（1）液氮為-196 C，在采用液氮防滅火時，要充分考慮當地的氣候條件及礦井的開拓方式和開采深度。2）在液氮防滅火過程中要詳細寫明充裝、換裝、運輸、注氮及設備維修等操作規程。3）制定防止井下工作人員和注氮工作人員吸入氮氣而窒息或受低溫“灼傷”的安全措施。4）在地面選擇存放液氮槽車及換裝場地時，不能讓

12、存放和換裝時產生的廢氣對礦井總進風產生不利影響。場地還應具有供 電、供水、通訊等條件。5）液氮經空溫汽化器注入火區內，有可能使一氧化碳和甲烷含量增加和回風巷道中氧氣含量急劇減少， 在這種情況下， 要切 斷回風側的電源，撤離人員，并連續測定一氧化碳和甲烷的含量。6）貯液設備絕熱性能必須好。7）注氮期間必須要加強火區氣體監測。2、 液氮的來源及運輸集團公司煤制甲醇公司的副產品液氮， 從煤制甲醇公司至東峽 煤礦采用液氮槽車運輸方式。運輸過程全部采用槽車時，要在地面井口處換裝。為減少換裝 損失，可采用低溫液氮泵，同時可縮短換裝時間。換裝時應注意：1）充換裝之前要全面檢查各個儀表是否靈敏，各個操作閥是否

13、處于正確啟閉位置， 各個接頭有無故障， 各個活動部位及螺釘連 接是否可靠，發現問題及時處理。2）嚴格按充換要求進行操作，不得違背貯運設備說明書規定的充換裝要求及提出的注意事項。3、倉儲方案液氮運輸到礦后，由專人負責輸送到低溫液氮儲罐內，液氮儲罐用防護欄圍住，防止閑雜人員靠近。并安裝攝像頭，24 小時進行監控。4、設備安裝方案在地面工業廣場回風井口選一面積為100m2左右的空地，用以置放液氮儲罐、 空溫汽化器等設備， 并將液氮系統設備與礦井回風 井筒現有灌漿管路接通。八、環境保護和勞動安全在本項目可行性調研中， 項目可能對環境造成的各種近期和遠 期影響， 對可能影響勞動者健康和安全的各種因素， 都進行可行性 研究分析，液氮防滅火系統不用電氣設備，沒有噪音、廢氣等工業 污染。 對環境無污染危害， 符合國家有關環境保護及職業安全衛生 方面的法規、法律。東峽煤礦通過此項目的實施， 在防滅火方面預期可以達到以下 效果：1）將礦井現最大 400 m3/h 的注氮能力提高到 1200 m3/h，有效提高礦井注氮防滅火能力。2）降溫，降低火區溫度，液氮防滅火可以利用低溫液氮的汽化潛熱和溫升實現制冷降溫，吸收火區中的熱量。3）液氮轉換后，注氮量大，持續時間長，可以在較短時間內充滿任何形狀的有限燃燒空間，