防灭火注氮流量的计算

防灭火注氮流量的计算
氮气防灭火技术已作为综采和综放工作面的主要防灭火措施，由于每个矿井的地质条件、煤层开采条件及外围因素各不相同，因此，确定防灭火注氮流量就成为一个比较剌手的问题。

从理论上讲，注氮流量越大，防灭火（特别是灭火）的效果就越好，反之就越差，甚至不起作用。

要使选用的制氮能力既能满足防灭火所需注氮流量的要求，又能充分体现经济技术上的合理性，根据我国应用氮气防灭火的经验，在设计时着重考虑以下几个指标。

⑴采空区防火惰化指标
预防综放面采空区内煤炭自然发火，重点是将采空区氧化带进行惰化，使氧含量降到阻止煤炭氧化自燃的临界值以下，从而达到使氧化带内的煤炭处于不氧化或减缓氧化的状态。

按煤炭氧化自燃的观点，采空区气体组分中除氧气外，氮气、二氧化碳等均可视为惰性气体，对煤炭的氧化起抑制作用。

氧气是煤炭自燃的助燃剂，注氮后采空区氧化带内氧气浓度的高低反映出注氮效果的好坏，因此把氧含量临界值作为惰化指标是合理的。

根据国内外实验研究表明：当空气中氧含量降到7%—10%时煤就不易被氧化，我国煤矿安全规程也明确规定，注氮后采空区氧化带内氧含量应小于7%，因此煤矿安全规程将采空区防火惰化指标定为7%是合理的，并将其指标作为设计依据。

⑵火区惰化指标
采空区或巷道一旦发生火灾，采用注氮方法灭火时，在注氮的初期注氮流量要大，这是因为：一方面要迅速将火区空间惰化，另一方面注入的氮气还要惰化漏进的新鲜风流。

火区惰化后，继续注入的氮气主要起惰化漏风的作用，注氮流量就相应减少。

国外如德国和法国，灭火注氮流量一般每分钟为几十至几百立方米，总耗氮量达数十到数百万立方米，若按此计算，我国煤矿自身的经济承收能力是难以满足的。

通常灭火注氮量可按封闭火区体积的3倍计算。

实验研究表明：气体成分中当氧含量低于5%时就能阻止煤炭的氧化和燃烧，为防止采空区内可燃气体因明火而发生爆炸，因此，煤矿安全规程将火区惰化指标定为以氧含量低于3%是合理的，并将其作为设计依据。

⑶ 防火注氮流量的计算
工作面防火注氮流量的大小主要取决于采空区的几何形状、氧化带空间大小、岩石冒落程度、漏风量大小及区内气体成分的变化等诸多因素。

MT/T701-1997标准中推荐的计算方法为按采空区氧化带氧含量计算，其余的计算方法仅作参考。

① 按采空区氧化带氧含量计算（MT/T701-1997标准中推荐的计算方法）
此法计算的实质是将采空区氧化带内的原始氧含量降到防火惰化指标以下，按下式计算注氮流量。

h m C C C C k Q Q N N /7801
07.097.007.015.03.156016032210=-+-⨯⨯⨯=-+-••=
式中：Q N ——注氮流量，m 3/h;
Q 0——采空区氧化带内漏风量，m 3/min ，现取5m 3/min;
C 1——采空区氧化带内平均氧浓度，20%～10%，取15%；
C 2——采空区惰化防火指标，取 7%。

C N ——注入氮气中的氮气浓度，97%。

K ——备用系数，一般取1.2~1.5,现取1.3。

② 按产量计算
按产量计算的实质就是向采空区注入一定流量的氮气，以惰化每天采煤所形成的空间体积，使其氧气浓度降到惰化指标所需要的注氮流量，按下式计算。

h m C C t N N A k Q N /1056107.0209.03307.09.047.12430000003.112432121=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-••••••=ρ 式中：Q N ——注氮流量，m 3/h;
A ——年产量，t ，取3000kt/a;
t ——年工作日，取330d;
ρ——煤的密度，t/m 3，取1.47t/m 3;
N 1——管路输氮效率，一般取0.9；
N 2——采空区注氮效率，一般为0.3—0.7，取0.7； C 1——空气中的氧含量，取20.9%;
C 2——采空区防火惰化指标，规程定为7%。

K ——备用系数，一般1.3～1.5，取1.3。

③ 按瓦斯量计算
h m C C Q Q N /5.4301
.01001.072560106030=-⨯⨯=-= 式中：Q N ——注氮流量，m 3/h;
Q 0——综放通风量，m 3/min;工作面通风量725m 3/min;
C ——综放面回风巷瓦斯浓度，%，按0.01%计。