惰性气体防灭火技术

惰性气体防灭火技术

㈠惰性气体防灭火原理

惰性性气体防灭火就是将不能助燃也不能燃烧的惰性气体注入已经封闭或有自燃危险的区域，降低其氧气的浓度，从而使火区中氧气不足而将火源熄灭，或者使采空区中因氧气不足而使遗煤不能氧化自燃。

惰性气体防灭火关键是控制火区的氧气含量，对于不同的场合，不同的惰化过程，氧浓度的控制标准也不相同。例如：灭明火时，应使氧气含量小于15%；防止采空区遗煤自燃，氧气含量应小于7%～10%。

㈡氮气防灭火

如上所述，氮气是空气中的主要成分，因此是一种取之不尽，用之不竭的气体。加上它具有无毒、无臭和易于与空气混合（相对密度接近于1）等优良特性，所以是一种理想的防灭火惰气。

根据氮气的状态，可将氮气防灭火分为气氮防灭火和液氮防灭火两种方法。

1、气氮防灭火

气氮防灭火，即利用上述井下移动式制氮设备生产的氮气，或地面制氮厂制取的通过管道送入井下的氮气进行防灭火工作。现主要是在煤矿应用的制氮技术有膜分离、变压吸附和深冷式等制氮技术，其产氮量350m3/h～1000m3/h，将氮气注入采空区或有煤炭可能自燃的

区域，使之惰化而失去自燃特性，称之为氮气防灭火技术。

氮气灭火的工艺比较简单，通过管路向封闭火区大量灌注氮气即可，根据防火工作的实际需要，氮气防火可针对工作面的采空区进行，也可以针对相邻工作面采空区进行。

（1）向采空区后部注氮。

当自燃发火的危险主要来自生产工作面的后部采空区时，应该取向工作面后部向本工作面后部采空区注入氮气的防火方法。对于采用U型通风方式的采面，应将注氮管辅设在进风平巷中，注氮释放口开设在后部采空区中的进风平巷一侧，以利用通风压力使氮气流入采空区中，如图2—9所示。

工作面后部采空区的注氮，可以采用连续注氮方式，也可以利用间断注氮方式，应根据注氮强度（即流量）和采空区中气体成分变化情况等综合确定并及时调整。在注氮的日常管理中，应注意下列问题。

①注氮量的多少，应根据采空区的气体成分来确定，以距工作面20米处采空区中的氧气浓度天有不大于10%作为确定的标准。如果采空区中CO浓度较高（超过50ppm）或者工作面上部CO浓度超限，或出现高温、异味等自燃征兆，都应加大注氮强度或注氮量。

②利用束管监测系统，合理设置监测传感器，加强对采空区工作面和回风平巷中O2、N2和CO浓度的监测；同时，由瓦检员随时对工作面及其回风平巷中的O2、CO、和CH4浓度进行检查，要保证工作面风流中的氧气浓度，若发现工作面上的氧气浓度降低，应暂停注氮或减少注氮量。

③注入氮气的浓度不低于97%。

④注意检查工作面，特别是回风隅角及回风平巷风流中的瓦斯涌出情况，若发现采空区内大量出瓦斯，使风流中的瓦斯超限时，可降低注氮强度或应用采空区抽放瓦斯的方法进行处理。

⑤第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排除注氮管内的空气，避免将空气注入采空区中。注氮管道太长时，更应注意这些问题。

⑥通过观测，如不采取有效措施，注入的氮气将顺着进风平巷→采空区→回风平巷中的漏风通道，大量漏到回风平巷中。单位时间内注入氮气的数量越大，氮气泄漏量越大。因此，必须对主要漏风通道回风平巷和进风平巷进行封堵和加强注氮管理，以减少氮气泄漏。

封堵回风平巷和进风平巷中可采用喷涂尿醛泡沫的方法。在工作面后部通往采空区的回风平巷和进风平巷中。每前进5米至少应封堵一次。在封堵位置上挂上秫秸帘子或荆条帘子，用喷枪将尿醛泡沫（尿醛树脂和发泡剂的混合物）喷涂到帘子即可。经测试，采用这种方法封堵后，氮气泄漏量可减少30%～40%。

（2）工作面相邻采空区注氮。工作面在生产过程中，当自燃发火的危险来自相邻区段的采空区时，则应对相邻采空区注氮防火，以保证工作面的安全回采。

对于生产工作面工作面相邻的采空区注氮所谓旁路注氮方式，就是在生产工作面与采空区相邻的平巷中打钻，然后向已封闭的采空区插管注氮。注氮数量的确定原则是：充分惰化靠近工作面一侧的采空

区，在靠近生产工作面的采空区侧形成一条与工作面的推进方向平行的惰化带。注氮工作可以连续进行，也可以间断进行，应根据对采空区气体成分的检验结果来定。

2、液氮防灭火

液氮防灭火，就是利用地面氮气厂制成的液态氮进行防灭火工作，且液氮主要今后用作灭火。液氮在大气压力（101 325pa）下的容重为800kg/m3。在这一压力下，液态氮受热汽化成0℃的气态氮时，其体积将膨胀为643倍；汽化成25℃的气态氮时，将膨胀为700倍。

液态氮防灭火有两种方式：一是直接向采空区或火区中注入液氮防灭火；二是将液氮汽化后，再利用气氮防灭火。

（1）直接利用液氮灭火。液氮可由制氮厂辅设管道送到矿井，也可用专用运输设备—液氮槽车运到矿井。直接用液氮灭火时，有下面几种方法：

①从地面经井筒或专用钻孔向井下敷设管道将液氮送到使用地点，再将其注入密闭的火区。输氮管道应采取防止冷缩和冷脆的措施，以防管道破裂。

②在地面将液氮装入矿车型槽车中，将其送入井下火区附近，再接上较短的管路，将液氮直接喷入火区。

③当火区接近地表时，可由地表直接向火区打钻，从地面通过钻孔向火区灌注液氮。选择注氮位置时，应注意使其位于漏风风流的入口处。最初注氮时强度要大，以压制火源，然后再降低注氮强度，使火区继续惰化，直至火区完全熄灭并冷却下来。

（2）液氮汽化后防灭火。相对于直接利用液氮防灭火来讲，先将液氮汽化，然后再利用汽氮防灭火用得更为普遍。实际应用时有下面两种方法：

①在地面将液氮注入蒸发器，液氮在蒸发器中被加热汽化成283k （10℃）或稍高温度的汽态氮，然后通过管道将气氮送到井下，并用于井下防灭火工作。井下防灭火的具体方法和工艺与气氮防灭火相同。

②在地面将液氮装入矿车型槽车中，然后送到井下的的使用地点，将液氮注入气体灭火装置的扩散冷却器中。在冷却器中，氮与气体灭火装置产生的惰性气体相混合，最后，由喷嘴将含有氮气的混合惰气喷射到火区中。

五宫煤业公司

2008年9月15日