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注氮防滅火技術(shù)在火區(qū)控制中的應(yīng)用 |消防科普 發(fā)布日期:2016-07-20 02:03:55

 鶴壁中泰公司開采煤層為石炭二迭系山西組二1煤,煤層平均厚度8m,自燃發(fā)火期為6~12個月。工作面自1992年采用綜采放頂煤開采工藝以來,基本上達到了高產(chǎn)、高效目的。但由于放頂煤回采工藝的特殊性,導(dǎo)致一系列防滅火問題,使工作面采空區(qū)自燃發(fā)火問題日益嚴(yán)重,特別是工作面相鄰采空區(qū)回采期間,由于隔離煤柱較薄,工作面采空區(qū)推過后,隔離煤柱被壓碎,使后部采空區(qū)連成一片,形成漏風(fēng)通道,導(dǎo)致采空區(qū)CO時有超限。于是,2005年以后不再推廣全層放頂煤,采用頂分層分層采煤工藝,收到良好效益。

  21301工作面為頂分層采煤工作面,位于二水平一采區(qū)。該工作面東以21301下運輸巷為界與4F37斷層相鄰,南以切眼為界與2118采空區(qū)相鄰,西以31301上運輸巷為界與21281采空區(qū)相鄰,北以設(shè)計停采線為界與21301邊切眼相鄰。該工作面于2007年6月開始回采,工作面走向長278m,傾斜長59~71m,上運輸巷拉長402m,下運輸巷長371m,工作面煤塵爆炸指數(shù)為13.5%~16.7%,煤層自燃發(fā)火期為5~12個月。

  1 問題提出及原因分析

  2007年10月,21301工作面推進距停采線為15m時,發(fā)現(xiàn)上隅口CO有明顯上升趨勢,10月27日四點班測的CO達到0.008%,已超過《煤礦安全規(guī)程》0.0024%的規(guī)定值。分析認(rèn)為,21301上運輸巷剛采過上幫老巷,由于其密閉長期漏風(fēng),導(dǎo)致殘煤氧化及后部采空區(qū)氧化,造成CO上升。

  2 防火方案

  采用注漿、注凝膠、均壓滅火的同時,采取向21301采空區(qū)壓注氮氣進行滅火,使采空區(qū)自燃隱患得以有效治理。

  2.1 注氮及鉆孔的選擇

  通風(fēng)區(qū)資料料顯示,高溫點位于21301上塘口以里20m上幫老巷及后部采空區(qū)開采切眼位置。為盡快滅火,同時在21282上、下運輸巷分別向21301上塘口以里老巷和工作面開采切眼位置打鉆,并立即向21301采空區(qū)及上塘口以里老巷注氮氣。

  2.2 注氮設(shè)備與設(shè)施

  注氮設(shè)備采用地面DM移動式膜分離制氮機,該機采用了世界制氮領(lǐng)域的最新技術(shù)——中空纖維膜分離注氮技術(shù),主要用于煤礦防滅火。該機注氮壓力高,壓力損失小,可滿足氮氣壓力高用戶。適合遠距離輸送,并可移動。主要技術(shù)指標(biāo):氮氣產(chǎn)量:1000Nm3/h,氮氣純度≥97%,O2≤3%,氮氣出口壓力≥0.8MPa(可調(diào))。

  2.3 移動式膜分離注氮機防滅火原理

  DM移動式膜分離注氮機是由空氣壓縮機、冷卻器、電加熱器、過濾器和膜分離器組成,其核心部分是膜分離器。膜分離器是由多束半滲透中空纖維組成,每個分離器含有數(shù)以萬計的纖維絲,中空纖維膜分離氣體的總過程,是由溶解和擴散兩部分組成,即混合氣體在膜的高壓側(cè)表面,以不同的溶解度溶于膜內(nèi),然后在膜中兩側(cè)壓力差推動下,混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓擴散,滲透速率較快的氣體,如水氣、氧氣等,透過膜后在透膜側(cè)被富集,而滲透速率較慢的氣體,如氮氣、氬氣等則在滯留側(cè)被富集,從而達到混合氣體分離的目的。

  2.4 注氮防滅火工藝流程

  首先,人工起動DM制氮機,制氮機生成的氮氣由注氮管10壓入21282上、下運輸巷,然后通過2吋注氮管4、8到注氮孔5、6,最后進入采空區(qū)快速進行滅火。由圖可知,其工作原理簡單,并可根據(jù)管徑調(diào)整出口壓力,向封閉的采空區(qū)送氣,就能達到防滅火的目的。

  3 效果分析

  從2007年10月27日四點班測得21301上塘口CO濃度為0.008%,連續(xù)不斷向21301采空區(qū)注氮,每小時注氮500Nm3/h,每天注氮氣20h,到11月10日止,共向采空區(qū)注130000Nm3/h,10日四點班測得CO濃度為0.0012%,以后連續(xù)監(jiān)測到13日,基本穩(wěn)定。注氮氣能及時消滅高溫火源,取得了顯著效果,保證了21301工作面的安全生產(chǎn)。

  從21301采空區(qū)的使用情況看,注氮氣防滅火技術(shù)能夠有效防治采空區(qū)自燃發(fā)火,快速處理自燃帶的火區(qū)。其中,判斷高溫區(qū)域范圍,做到有的放矢,是快速治理高溫火區(qū)的基礎(chǔ)。使用氮氣防滅火技術(shù)工藝簡單,滅火迅速,節(jié)約材料及能源,經(jīng)濟可靠,具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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