注氮置换高浓度瓦斯技术在煤矿启封密闭中的应用
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收稿 日期 ： ２ ０ １ ３一 ｏ ７— ２ ４ 作者简介 ： 王玉武 （ １ ９ ７ ５ 一） ， 男， 工程硕士 ， 现任开滦东欢坨
氮气是一种无色、 无 味、 无臭 的惰性气体 ， 比空气 略轻 ， 相对密度为 ０ ． ９ ７ ， 无毒 、 微溶于水、 不助燃。通过 制氮装置 ， 将空气中的氮分离 出来 ， 通过管路或气体扩 散形式 ， 利用制氮时的压力 ， 将氮气 注入采空区或封闭 的巷 道 内 ， 将 易爆 的高 浓 度 瓦斯 置 换 出来 ， 达 到 防 止 瓦 斯爆炸的 目的。其作用机理 ： ① 能稀释密 闭空 间 内的 瓦斯浓度 ， 使其逐步降至爆炸下限 ５ ％以下， 失去爆炸 性 。②注氮时能够使密闭采空区或密 闭空间呈现正压 状态 ， 隔离新鲜空气进入 ， 防止了氧气浓度的升高。③
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８— ０ １ ５ ５ ． ２ ０ １ ３ ． １ １ ． ０ ７ ９ 中图分类号 ： Ｆ ４ ０ ３ ． ７ ； Ｔ Ｄ ７ １ ２ 文献标志码 ： Ｂ
文章 编号 ： １ ０ ０ ８－ ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ １－ ０ １ ２ ６－ ０ １
表１ ２ ３ ９ ２回风石 门封 闭巷道 内近期气体情况数据 表
ｌ 检查地点 Ｉ ｏ ２ ｌ Ｎ ２ ｌ Ｃ Ｏ ｌ Ｃ Ｏ ２ ｌ Ｃ Ｈ ４ ｌ ｃ ２ Ｉ Ｉ ６ ｌ ｃ ２ Ｈ ４ ｌ
Ｉ ２ ３ ９ ２ 石门 ｌ １ ． １ ７ １ １ ｊ ５ ７ ． ３ ４ ９ １ ｌ ０ １ ０ ． ０ ８ ０ ７ Ｊ ４ １ ． ３ ９ ４ ５ １ ０ ． ０ ０ ３ １ １ ０ ｌ
对 存在 自然 发 火 的密 闭空 间有 防 止 自燃 的作 用 。 ２ ． ３制 氮设 备及 系统 Ｄ Ｍ一 ５ ０ ０型膜 制 氮设 备 ， 其 制氮 量 为 ５ ０ ０ ｍ ／ ｈ， 制 氮纯 度 大于 ９ ７ ％， 出 口压力 ０ ． ８ ＭＰ ａ ， 装机 容量 １ ８ ０ ｋ Ｗ。 采用移动式注氮方式 ， 将注水冷却 系统 、 供电系统等完 善 调试 好后 ， 通 过注 氮输 送 管路 ， 注 入密 闭空 间 内 。 ３注 氮 置换抑 爆技 术 的应 用 ３ ． １ ２ ３ ９ ２工作 面回 风石 门注氮抑 爆 启封 密 闭 ３ ． １ ． １注氮 区概 况 ２ ３ ９ ２回风石 门 密 闭 位 于 一３ ０ ０水 平 ， 南 一 采 区 回 风上 山与 轨 道 上 山 之 间 ， 上 山开 拓 独 头 巷 道 ， 为２ ３ ９ ２ 工作 面 回风 服务 。掘进 期 间 ， 揭 露 ９煤 点处 ， 见 煤 点 局 部发生高温氧化 ， 对该巷道 进行 了及 时封 闭。密 闭性 质 为 永久 性 砖 闭 ， 外喷浆 ５ ０ ａ ｒ ｍ 厚 。封 闭 的 巷 道 长 度 １ ０ ６ ｍ， 密闭内 １ ￣ ／ ） ６ ０ ０ ｍｍ风筒 未 进行 回撤 。封闭 后期 ， 巷 道情 况稳 定 ， 主要 是存 在 高浓 度 瓦斯 ， 具体 情况 见 表 １ 。
１矿 井 概 况
Байду номын сангаас
开 滦东 欢坨 矿业 公 司 位 于 河 北 省 丰 润 县 境 内 ， 属 于开平 煤 田车轴 山向斜 ， 为 冲积 平原 地 形 ， 地 面标 高 ＋ ２ ０ ｍ， 现矿 井含 经济 可 采 煤 层分 别 是 ８ 、 ９ 、 １ ｌ 、 ｌ ２—１ 、 １ ２ ２ 。矿井 目前 年 生产 能力 为 ３ Ｍｔ ／ ａ 。煤层 均 为 自然 发 火煤层 ， 发火期在 ６— １ ２个 月。矿井 瓦斯 鉴定为瓦斯 矿井 ， 瓦斯涌 出量较低 ， 但存在较高瓦斯 区域。矿井 采 用 中央 分 列 式 抽 出式 通 风 ， 该矿 现有两个 进风 井 ： 副 井、 主井 ， 一 个 回 风 井 。风 井 主 扇 采 用 Ｆ Ｂ Ｃ Ｄ Ｚ一１ ０一 Ｎ Ｏ． ３ ６， 轴 流对 旋式 通风 机 ２台 、 电 机 功 率 ２×８ ０ ０ Ｋ Ｗ， 互 为 备用 。矿 井 各 采 区 为 分 区 式 通 风 ， 回 采 工 作 面 采 用 Ｕ型全 负压 通 风 ； 掘 进 工 作 面 采 用 压 人 式 局 部 通 风 机供 风 。 ２注 氮原 理 、 设备及 系统
率和扩散系数的不同， 导致渗透速率较快 的水蒸气 ， 氧
等气体 优先 透 过膜 ， 成 为 富氧 气 体 富氧 的浓 度可 达 ４ ０ ％ ； 而 渗透 速率 较慢 的氮 气 在滞 留侧 富集 ， 成 为 干燥 的 富氮气 体 ９ ０— ９ ９ ． ９ ％ 。
２ ． ２注 氮置换 抑爆 的机 理
注 氮 置 换 高 浓 度 瓦 斯 技 术 在 煤 矿 启 封 密 闭 中 的 应 用
王玉武 （ 开滦 东欢坨矿 业分 公司 ， 河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ０ ｌ
摘 要： 文章介绍注氮技术在煤矿防 灭火技术方面的拓展应 用 ， 利 用氮气惰 性抑爆作 用 ， 对采空 区 、 独 头巷等 存在高瓦 斯的封 闭 巷道 ， 在 工程需要进行启封 前 ， 通过进行注氮置换技 术 ， 将封 闭空间内的高浓度瓦斯置换 出来 。 再进 行正常启封工作 ， 大大 氐了启封 密 闭时 。 因不确定 因素 引起 的瓦斯爆 炸事故。实践证明 ， 注氮置换技术是一种 安全可靠程度较 高的瓦斯抑爆措施 。 关键词 ： 注氮 ； 抑爆 ； 高瓦斯 ； 置换
—
２ ． １膜制 氮原 理
我矿 采用 的 是 煤 科 总 院 研 制 的 Ｄ Ｍ 一５ ０ ０型 膜 制 氮设备。采用膜分离技术 ， 膜分离 的核 心是利用 了空 气中不同组分在高分子材料上的扩散 系数大小不同而 达到气体分离的物理过程。当空气中的氮气和氧气 在 驱动力一膜两侧压差作 用下 ， 由于它们在膜 中的渗透
氮气是一种无色、 无 味、 无臭 的惰性气体 ， 比空气 略轻 ， 相对密度为 ０ ． ９ ７ ， 无毒 、 微溶于水、 不助燃。通过 制氮装置 ， 将空气中的氮分离 出来 ， 通过管路或气体扩 散形式 ， 利用制氮时的压力 ， 将氮气 注入采空区或封闭 的巷 道 内 ， 将 易爆 的高 浓 度 瓦斯 置 换 出来 ， 达 到 防 止 瓦 斯爆炸的 目的。其作用机理 ： ① 能稀释密 闭空 间 内的 瓦斯浓度 ， 使其逐步降至爆炸下限 ５ ％以下， 失去爆炸 性 。②注氮时能够使密闭采空区或密 闭空间呈现正压 状态 ， 隔离新鲜空气进入 ， 防止了氧气浓度的升高。③
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８— ０ １ ５ ５ ． ２ ０ １ ３ ． １ １ ． ０ ７ ９ 中图分类号 ： Ｆ ４ ０ ３ ． ７ ； Ｔ Ｄ ７ １ ２ 文献标志码 ： Ｂ
文章 编号 ： １ ０ ０ ８－ ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ １－ ０ １ ２ ６－ ０ １
表１ ２ ３ ９ ２回风石 门封 闭巷道 内近期气体情况数据 表
ｌ 检查地点 Ｉ ｏ ２ ｌ Ｎ ２ ｌ Ｃ Ｏ ｌ Ｃ Ｏ ２ ｌ Ｃ Ｈ ４ ｌ ｃ ２ Ｉ Ｉ ６ ｌ ｃ ２ Ｈ ４ ｌ
Ｉ ２ ３ ９ ２ 石门 ｌ １ ． １ ７ １ １ ｊ ５ ７ ． ３ ４ ９ １ ｌ ０ １ ０ ． ０ ８ ０ ７ Ｊ ４ １ ． ３ ９ ４ ５ １ ０ ． ０ ０ ３ １ １ ０ ｌ
对 存在 自然 发 火 的密 闭空 间有 防 止 自燃 的作 用 。 ２ ． ３制 氮设 备及 系统 Ｄ Ｍ一 ５ ０ ０型膜 制 氮设 备 ， 其 制氮 量 为 ５ ０ ０ ｍ ／ ｈ， 制 氮纯 度 大于 ９ ７ ％， 出 口压力 ０ ． ８ ＭＰ ａ ， 装机 容量 １ ８ ０ ｋ Ｗ。 采用移动式注氮方式 ， 将注水冷却 系统 、 供电系统等完 善 调试 好后 ， 通 过注 氮输 送 管路 ， 注 入密 闭空 间 内 。 ３注 氮 置换抑 爆技 术 的应 用 ３ ． １ ２ ３ ９ ２工作 面回 风石 门注氮抑 爆 启封 密 闭 ３ ． １ ． １注氮 区概 况 ２ ３ ９ ２回风石 门 密 闭 位 于 一３ ０ ０水 平 ， 南 一 采 区 回 风上 山与 轨 道 上 山 之 间 ， 上 山开 拓 独 头 巷 道 ， 为２ ３ ９ ２ 工作 面 回风 服务 。掘进 期 间 ， 揭 露 ９煤 点处 ， 见 煤 点 局 部发生高温氧化 ， 对该巷道 进行 了及 时封 闭。密 闭性 质 为 永久 性 砖 闭 ， 外喷浆 ５ ０ ａ ｒ ｍ 厚 。封 闭 的 巷 道 长 度 １ ０ ６ ｍ， 密闭内 １ ￣ ／ ） ６ ０ ０ ｍｍ风筒 未 进行 回撤 。封闭 后期 ， 巷 道情 况稳 定 ， 主要 是存 在 高浓 度 瓦斯 ， 具体 情况 见 表 １ 。
１矿 井 概 况
Байду номын сангаас
开 滦东 欢坨 矿业 公 司 位 于 河 北 省 丰 润 县 境 内 ， 属 于开平 煤 田车轴 山向斜 ， 为 冲积 平原 地 形 ， 地 面标 高 ＋ ２ ０ ｍ， 现矿 井含 经济 可 采 煤 层分 别 是 ８ 、 ９ 、 １ ｌ 、 ｌ ２—１ 、 １ ２ ２ 。矿井 目前 年 生产 能力 为 ３ Ｍｔ ／ ａ 。煤层 均 为 自然 发 火煤层 ， 发火期在 ６— １ ２个 月。矿井 瓦斯 鉴定为瓦斯 矿井 ， 瓦斯涌 出量较低 ， 但存在较高瓦斯 区域。矿井 采 用 中央 分 列 式 抽 出式 通 风 ， 该矿 现有两个 进风 井 ： 副 井、 主井 ， 一 个 回 风 井 。风 井 主 扇 采 用 Ｆ Ｂ Ｃ Ｄ Ｚ一１ ０一 Ｎ Ｏ． ３ ６， 轴 流对 旋式 通风 机 ２台 、 电 机 功 率 ２×８ ０ ０ Ｋ Ｗ， 互 为 备用 。矿 井 各 采 区 为 分 区 式 通 风 ， 回 采 工 作 面 采 用 Ｕ型全 负压 通 风 ； 掘 进 工 作 面 采 用 压 人 式 局 部 通 风 机供 风 。 ２注 氮原 理 、 设备及 系统
率和扩散系数的不同， 导致渗透速率较快 的水蒸气 ， 氧
等气体 优先 透 过膜 ， 成 为 富氧 气 体 富氧 的浓 度可 达 ４ ０ ％ ； 而 渗透 速率 较慢 的氮 气 在滞 留侧 富集 ， 成 为 干燥 的 富氮气 体 ９ ０— ９ ９ ． ９ ％ 。
２ ． ２注 氮置换 抑爆 的机 理
注 氮 置 换 高 浓 度 瓦 斯 技 术 在 煤 矿 启 封 密 闭 中 的 应 用
王玉武 （ 开滦 东欢坨矿 业分 公司 ， 河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ０ ｌ
摘 要： 文章介绍注氮技术在煤矿防 灭火技术方面的拓展应 用 ， 利 用氮气惰 性抑爆作 用 ， 对采空 区 、 独 头巷等 存在高瓦 斯的封 闭 巷道 ， 在 工程需要进行启封 前 ， 通过进行注氮置换技 术 ， 将封 闭空间内的高浓度瓦斯置换 出来 。 再进 行正常启封工作 ， 大大 氐了启封 密 闭时 。 因不确定 因素 引起 的瓦斯爆 炸事故。实践证明 ， 注氮置换技术是一种 安全可靠程度较 高的瓦斯抑爆措施 。 关键词 ： 注氮 ； 抑爆 ； 高瓦斯 ； 置换
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２ ． １膜制 氮原 理
我矿 采用 的 是 煤 科 总 院 研 制 的 Ｄ Ｍ 一５ ０ ０型 膜 制 氮设备。采用膜分离技术 ， 膜分离 的核 心是利用 了空 气中不同组分在高分子材料上的扩散 系数大小不同而 达到气体分离的物理过程。当空气中的氮气和氧气 在 驱动力一膜两侧压差作 用下 ， 由于它们在膜 中的渗透