氮气在煤矿防灭火中的应用

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煤矿氮气防灭火系统如何应用

煤矿氮气防灭火系统如何应用氮气作为一种典型的惰性气体，因其自身的不活跃特性而被广泛应用在井下火灾防治工程中，作用的实质是借助其惰性特质，在注入采空区后，随着自身的扩散，充滞到破碎煤体周边，构成气固相互交叉的混合体，从而降低破碎煤体四周的氧气浓度，降低煤炭的氧化速率。

此外，注入氮气还能够起到良好的热吸附效果，对控制范围内的煤体温度起到降低效果。

1、氮气防灭火方式的选择氮气防灭火方式主要有单纯注氮灭火、以防火为主的连续注氮和有发火征兆的间歇注氮三种。

（1）单纯灭火注氮由于平时不注氮，可节省大量氮气，费用低，但这种方式仅适用于发火次数少的矿井。

（2）连续注氮防火效果可靠性大，适用于火区下采煤和发火特别严重的工作面，但所需氮气量大，注氮成本高。

（3）有发火征兆时，间歇注氮这种方式防、灭兼顾，平时不注氮，当工作面有发火征兆时才开始注氮，采用间歇注氮，既可以保证工作面安全回采，又可以节省大量的费用，设备投资少，注氮成本低，但它要求火灾监测及预报系统必须可靠。

2、氮气防灭火系统的选择目前国内煤矿氮气防灭火系统主要有三种方式：地面集中式、地面移动式和井下移动式。

（1）对于自燃发火频繁，且火灾范围大的矿井，可根据地表与火区的距离远近采取地面固定式制氮装置，管道或者直接从地表打钻输送氮气的工艺系统；（2）对于矿区范围大，火灾频繁，地表与井下工作面距离近的矿井，可采取地面移动式制氮装置，管道输送氮气的工艺系统；（3）对于井田范围大，风井多，井口距离火区较远，且火区多而分散，输氮管路长的矿井，可采取井下移动式制氮装置的工艺系统。

3、灭火注氮量扑灭采空区火灾和巷道火灾所需氮气量的多少，主要取决于发火区域的几何形状、空间大小、漏风量、火源范围和燃烧时间的长短等诸多因素。

（1）扑灭巷道火灾巷道火灾绝大部分是外因火灾，火势发展快，危险性大，易酿成恶性事故，因此必须采取有效措施迅速扑灭。

对于巷道火灾，可按巷道空间量及漏风量计算，根据国内经验，扑灭巷道火灾所需氮气量为巷道空间量的1.33~3倍，用氮气灭火抑爆的实际氮气用量为火区封闭空间的3倍。

氮气及其添加剂在易燃厚煤层防灭火中的应用

氮气及其添加剂在易燃厚煤层防灭火中的应用背景在煤矿采掘过程中，会产生大量的煤尘和瓦斯。

煤尘和瓦斯的积聚易引发煤矿火灾和瓦斯爆炸等事故。

在这些事故中，易燃厚煤层的火灾和爆炸最为危险和严重。

如何有效地防范和控制易燃厚煤层的火灾和爆炸，成为了煤矿安全管理中的重要课题。

氮气及其添加剂是一种比较常见的灭火工具，可以有效地控制煤矿火灾发生和蔓延。

本文将介绍氮气及其添加剂在易燃厚煤层防灭火中的应用。

氮气介绍氮气（N2）是一种无色、无味、无毒、惰性气体，在空气中占比例最大，约为78%。

氮气具有不易燃、不易爆、不支持燃烧等特点，在灭火方面有着广泛的应用。

氮气灭火原理氮气灭火的原理是将氮气注入到火灾区域内，排除火灾区域内的氧气，使火焰失去燃烧条件，从而达到灭火的目的。

在易燃厚煤层的火灾中，火灾发生的原因是煤尘在空气中形成爆炸性混合物，遇到火花或明火即可引发火灾。

氮气在火灾区域内充当惰性气体，降低氧气浓度，从而控制火焰的蔓延和熄灭火灾。

氮气添加剂介绍添加剂可使氮气的灭火效果更加优良。

目前常用的氮气添加剂有二氧化碳、惰性气体、二硫化碳等。

二氧化碳二氧化碳（CO2）是一种常见的氮气添加剂，其在自然界中的含量约为0.04%。

二氧化碳可以增加氮气的灭火效果，使灭火时的环境扰动更小、平衡时间更短、火灾区域内的烟雾更少，有助于灭火人员准确判断和消除火源。

惰性气体惰性气体也是常用的氮气添加剂，比如说氩气（Ar）、氦气（He）、氖气（Ne）等。

这些气体在化学反应中基本不参与，可提高灭火的效率和效果。

惰性气体还可以作为定量气体注入到矿井中，进行风流模拟，为下一步的灭火实验提供条件和参考。

二硫化碳二硫化碳（CS2）是一种常用的氮气添加剂，它可以与氧气反应，生成二氧化硫，使氧气浓度下降。

二硫化碳具有良好的灭火效果，但是在使用过程中需要注意安全，因为二硫化碳有毒、易燃和易爆。

氮气及其添加剂在易燃厚煤层防灭火中的应用氮气及其添加剂在易燃厚煤层防灭火中的应用，主要有两种：一种是在发生火灾之前，采取预防措施，减少煤尘和瓦斯的积聚；另一种是在火灾发生后，采取灭火措施，控制火灾的发展。

氮气在煤矿防灭火中的应用

氮气在煤矿防灭火中的应用煤矿是我国能源工业的基础和重要支柱之一，但在煤矿开采过程中，就会产生大量的瓦斯并形成瓦斯事故，给煤矿安全生产带来隐患和挑战。

煤矿瓦斯事故是由于瓦斯和空气混合物在一定浓度下遇到火源引起爆炸或窒息所致。

传统的防火灭火方法主要采用水、泡沫等削减瓦斯燃烧条件和灭火的措施，但这些方法在应对大面积煤层突出和井下环境恶劣的情况下，效果不稳定，泡沫产生的碳气体会增加爆炸风险，水又会让井下环境变得潮湿，有可能产生二次火灾，因此不得不寻找一种新的防灭火材料，氮气便是这种新型材料之一。

氮气的性质和特点氮气，化学式为N2，是一种无色、无味和非可燃性气体，主要是由空气经过氧化铜结构催化剂或氧气分离获得的。

氮气的主要性质如下：1.稳定性高：氮气有稳定的化学性质，在大气中绝大多数的化学物质和所有的微生物都不能与之反应。

2.不可燃性：氮气不会燃烧，也不会支持燃烧。

当氮气占据空气的一部分时，能够减低空气中火源的燃烧温度，减缓燃烧的速度。

3.密度小：氮气的密度小于空气，可以漂浮在空气之上，且与空气混合均匀，能够有效减缓火灾燃烧的速度。

因此，使用氮气来防火灭火可以减轻火势减缓火势的速度，从而保证安全。

氮气在煤矿防灭火中的应用氮气原理氮气防灭火技术是利用氮气在一定浓度下能够减缓火源燃烧的速度和降低火源的温度，从而达到防止火势蔓延和减小灭火安全距离的效果。

氮气的优点在煤矿中尤为明显，煤层埋深大，煤层厚度大，并且存在井下环境恶劣等特殊条件，使得氮气的防灭火技术在煤矿中具有重要的应用价值。

氮气特点1.节能、环保：氮气不污染环境，对温室效应和臭氧层破坏无害。

2.零消耗：可重复使用，不会消耗氧气和氮气。

氮气防灭火的技术路线具体来说，煤矿氮气防灭火技术路线如下：1.瓦斯抽放工作规范化、机械化和自动化程度高，瓦斯浓度得到有效控制。

2.安装氮气分离机组和氮气储罐，利用原矿空气分离出氮气。

3.将氮气输送到煤矿井下通过消防装置进行分布和供给。

氮气防灭火技术在特厚易燃煤层多分层综放工作面中的应用

氮气防灭火的特点为：
１）氮气比空气略轻，可以充满封闭范围内的所有空间，特别有利于综放面采空区上部和巷道冒顶
区的防灭火。
矿井划分两个水平，其中＋１０５０水平为上、下山开
拓方式，＋９３０水平为大巷开拓方式。全矿井共划
分十个采区，其中一、二采区已回采结束，目前回采
采区三采区，接续采区为八采区。主扇为ＢＤ—ＩＩ一
８一Ｎｏ２８型轴流式通风机，配２× ３１５ｋＷ电机，并安
２）通过管道输送，输送方便。
３）灭火过程中不损坏井巷及设备，使灾后恢复
工作简单。
装２台变频调速装置，矿井风量为４１００ｍ／ｍｉｎ。主采煤层煤６— ２层平均厚度２１．９ｍ，倾角２７。，煤层裂
出口压力０．６ＭＰａ。
择了氮气防灭火技术，确定了合理的注氮方法及参数，有效防治了综放面自然发火。
５４
甘
肃
科
技
第２９卷
ห้องสมุดไป่ตู้
井下制氮机输氮管路的敷设路线为：井下制氮硐室一９３０大巷（ｑＡＯ８ｍ）一采区轨道上山一工作面运输顺槽一采空区埋管（８９ｍｍＸｌＯｍｍ厚壁地质管）。
中图分类号：ＴＤ８２３．２１２
１概述
华亭煤业集团陈家沟煤矿位于华亭煤田西部，核定生产能力１．５ＭＴ／ａ。矿井采用斜井＋立井混合开拓方式，布置有主、副两条斜井和一条回风立井。

煤矿氮气防灭火技术优缺点分析

煤矿氮气防灭火技术优缺点分析注氮是实现可燃物对氧气的一种隔绝和屏蔽，即消除燃烧三要素中的氧气这一要素。

所有的有火焰的燃烧都会在氧气浓度低于10%~12%时熄灭，低温干馏性的燃烧在氧气浓度低于2%时熄灭。

用惰气防灭火和阻止瓦斯爆炸的过程称为惰化，惰化后的火区因氧气不足而不能燃烧和爆炸。

氮气防灭火技术就是指将氮气送入防灭火区，使该区域内空气惰化，使氧气浓度小于煤自然发火的临界氧浓度，从而防止煤氧化自燃，或使已经形成的火区窒息的防灭火技术。

（1）氮气防灭火技术的优点①工艺简单、操作方便、易于掌握。

②不污染防灭火区域，对封闭区域内的设备损害小，恢复生产快③较好的稀释抑爆作用。

注入氮气可快速、有效稀释防灭火区域的氧气，降低氧气和可燃气体的浓度，可使防灭火区域内达到缺氧状态，并使可燃气体失去爆炸性，从而充分惰化防灭火区域，保证防灭火区域的安全④有效抑制防灭火区域的漏风。

由于氮气均为正压注入，因此，当大量注入到防灭火区域后，使得该区域的气压升高，处于正压状态，从而有效抑制了防灭火区域的漏风。

（2）氮气防灭火技术的缺点事物都有其两面性，氮气防灭火也有一定的局限性，其缺点表现为：①注入防灭火区域的氮气不易在防治区域滞留，不如注浆注砂能“长期”覆盖在可燃物或已燃物的表面上，其隔氧性较差。

②注氮能迅速窒息火灾，但火区完全灭火时间相当长，不能有效地消除高温点，因此，在注惰气灭火的同时，应辅以其他措施灭火，如用水、注浆以及凝胶等方法，以防复燃。

③注氮气防火，氮气有向采面或邻近采空区泄漏的可能性，而当注氮气灭火时，当密闭不严或者存在有漏风通道时，氮气可能通过密闭等漏风通道泄漏。

因此，注氮气防灭火的同时，需相应采取堵漏措施，使氮气泄漏量控制在最低限度内。

④氮气本身无毒，但具有窒息性，浓度较高时对人体有害。

据试验，井下作业场所氧含量下限值为19%，所以氮气泄漏的工作地点氧含量不得低于其下限值。

因此，矿井在应用氮气防灭火技术时，要根据自身情况，因地制宜，采取合理的技术及管理措施，扬长避短，充分发挥其优越性。

井下注氮防灭火安全技术措施

井下注氮防灭火安全技术措施在煤矿、金属矿山以及其它井下行业中，火灾和爆炸是一直存在的风险，对井下人员的生命安全和生产设备的正常运转都会造成巨大的影响。

为了减少井下火灾和爆炸的风险，企业采用了井下注氮防灭火技术，但是在使用中还需要采取相应的安全措施。

注氮防灭火技术原理注氮防灭火是借助于将空气中的氧气含量降低到以下混合物而实现的：•空气氧浓度小于10%时，不能支持燃烧，并且稀薄空气中的热量能被快速传递，从而冷却燃烧源，使其达到灭火效果。

•空气氧浓度小于5%时，几乎不能支持人类的呼吸机能，如果呼吸纯的氮气，将会窒息而死亡。

由于井下矿井存在瓦斯等可燃气体，而由于煤矿采掘过程中煤层变形后瓦斯更容易从煤层中逸出，使得瓦斯爆炸成为矿井中发展缺乏有效防范措施的突出危险因素之一。

因此，注氮灭火技术的应用，对控制并降低井下瓦斯EXP发生的可能性、减少煤矿火灾事故发生等方面具有重要意义。

注氮防灭火技术措施安全通道的建立在进行注氮防灭火技术操作过程中，应当建立统一的救援通道，以便于出现瓦斯爆炸等紧急情况时可以及时撤退，保证人员的生命安全。

推进风向采用注氮调节空气氧含量的同时，要保持矿井推进风向的畅通，及时开启矿井消防水管道泵站等设备，使得井下空气不断流动，消除瓦斯积聚和热点。

设备隔离在注氮操作过程中，对井下的设备也要进行相应的隔离，避免矿井设备因为高浓度氮气的影响产生故障从而出现的危险。

管道安全保证因为注氮操作需要使用管道进行输送，所以矿井管道的安全保证也是至关重要的。

管道的安装最好采用一次性无接头缠绕管道，这样可以避免矿井中瓦斯和火源的可能性。

在管道上设置监测仪器，检查管道是否有泄漏和破坏的可能性，及时提醒并解决相关安全隐患。

安全保护措施为了确保操作人员的安全，对于涉及到注氮操作的人员应当采取以下措施：•人员穿戴专门的防护用品，如增压面罩等，在操作中不能脱离。

•在操作之前要对井下环境进行详细检查，确保环境安全和可靠性。

氮气在煤矿防灭火中的应用.doc

氮气在煤矿防灭火中的应用煤矿防灭火对于惰性气体的定义与化学对惰性气体的定义不尽相同。

在防灭火的工作实践中，惰气是指不参与燃烧反应的单一或混合的窒息性气体，其中可能含有少量的氧气。

最常见的防灭火惰气是燃气、氮气和二氧化碳。

一、氮气的性质众所周知，氮气的原料是空气。

氮气是一种无色无味无毒无腐蚀，不自燃，也不参与燃烧的气体，标准状态下（21℃，101.325kpa），气体密度为0.461kg/cm3,液体密度为80.8kg/m3,氮气在101.325Kpa,-195.8℃时变成无色的液体，在-209.9℃时，变成雾状的固体。

氮气在水中溶解度很小，很难与其它物质发生化学反应，在震动、热和电火花作用下都较稳定。

二、氮气防灭火作用原理注氮防灭火的实质是向采空区氧化带内或火区内注入一定流量的氮气，使其氧含量降到10%或3%以下，达到防火、灭火和抑制瓦斯爆炸的目的，其作用有：1、消除瓦斯爆炸的危险在煤矿当采空区一旦出现火灾，危害最大的是导致其内混合气体的爆炸。

由混合气体爆炸三角形知，混合气体中氧含量低于12%时就有减小爆炸的可能性。

但是，混合气体爆炸的界限不仅取决于这种气体在空气中所占的百分比，还部份地决定于混合气体的温度和气压。

温度和气压的增高使这个界限扩大，反之缩小。

如果混合气体被加热到300℃，氧含量为9%时就能发生爆炸。

因而国内的研究表明，将氧气的临界含量控制在5%以下时几乎能防止任何爆炸，否则爆炸还有可能发生。

而氧气的含量低于10%时混合气体的爆炸有显著的降低。

正是从这一理论出发，向火区注入氮气后使其氧含量降低，而且只要氧含量低于10%时就能大大地减少爆炸的可能性。

2、减少漏风的作用采空区漏风是造成自然发火的主要原因之一。

对于封闭或半封闭的采空区而言，从理论上讲，注入氮气后增加了其注入空间内混合气体的总量，能够减少封闭区内外之间的压力差，从而起到减少封闭区外部向内部漏风的作用。

如果巷道里的密闭墙有裂缝或密闭强有裂缝，当密闭区内为负压时，空气可以通过墙缝或绕过密闭墙而进入密闭区。

煤矿氮气防灭火技术适用范围

煤矿氮气防灭火技术适用范围矿井火灾是煤矿重大灾害之一，一方面矿井火灾对安全生产带来巨大威胁，不仅烧掉大量的煤炭资源、材料和生产设备，而且还影响矿井正常的生产秩序。

同时还产生大量的热能、有毒气体，威胁矿井员工的生命安全。

氮气防灭火技术是煤矿常用的一种防灭火技术。

由于氮气分子结构稳定，在常温常压下很难与其他物质发生化学反应，所以是一种良好的惰性气体。

在封闭空间内，随着氮气浓度的增加，氧气浓度必然下降。

当氧气浓度降到5%~10%时，可有效地抑制煤的自燃氧化的进行，当氧气浓度降到3%以下时，可有效地抑制煤的阴燃和复燃。

采空区注氮防灭火技术，适用于综采放顶煤等采空区垮落高度和空间体积大、采用黄泥灌浆和注阻化剂等常规防灭火技术措施难以奏效，以及因近水平开采或俯采的采空区无法进行注浆、注阻化剂等防灭火工作的情况。

特别是对综采放顶煤和俯采的采空区，由于氮气比空气轻，进入采空区后，可以向上浮动充满整个采空区的裂隙和空隙中，达到良好的防灭火效果。

另外，根据以往的经验，采空区自燃火灾往往发生在顶板或垮落区内较高的位置，采用注浆、注阻化剂等常规的防灭火措施时，这些防灭火材料往往不能到达发火的区域，起不到有效的防灭火作用。

煤矿火灾防治复杂多变，若采用氮气防灭火技术取得的效果不理想，可以尝试使用其它防灭火技术，例如徐州吉安矿业科技有限公司联合中国矿业大学研发的普瑞特防灭火新技术。

普瑞特防灭火新技术集氮气、凝胶、三相泡沫、阻化剂等防灭火技术优点于一体，生成的凝胶以泡沫为载体向火区的中、高位火点堆积扩散，所到之处凝胶均能有效覆盖黏附浮煤裂隙，对火区煤体吸热降温并持久保持煤体湿润冷却，同时有效封堵漏风通道；材料添加剂中含有的阻化剂能长久对煤体阻化，防治煤体氧化升温；泡沫中的水固结在凝胶体内，避免泡沫易溃浆的缺点；泡沫中的氮气缓慢释放，避免了单独注氮时氮气容易散失的缺点，持久保持火区的惰化。

氮气防灭火设计

新疆恒力煤业有限责任公司沙湾煤矿氮气防灭火设计及安全技术措施新疆恒力煤业有限责任公司沙湾煤矿二零一二年八月五日氮气防灭火设计及安全技术措施一、氮气防灭火应用氮气防灭火技术防治矿井自燃火灾，是公认的行之有效的技术措施。

氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体，其化学性质相对稳定，在常温、常压条件下氮气很难与其它物质发生化学反应，所以它是一种良好的惰性气体，随着空气中氮气含量的增加，氧气含量必然降低。

据有关资料介绍：当氧气含量低到5～10％时，可抑制煤炭的氧化自燃；氧气含量降至3％以下时，可以完全抑制煤炭等可燃物的阴燃与复燃。

基于上述氮气的性质及煤的氧化机理，向采空区及遗煤带注入氮气，使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰化带，可达到抑制采空区自燃，同时还能防止瓦斯爆炸事故的发生。

（一）氮气防灭火的作用和特点(1)氮气可以充满任何开形状的空间并将氧气排挤出去，使采空区深部及其顶板高冒处因氧气含量不足而使遗煤不能氧化自燃；(2)注氮过程中，采空区经常保持正压状态，致使新鲜空气难以漏入，有利于控制采空区遗煤自燃；(3)注入氮气后，可使采空区内和采空区周围介质的温度降低，起到冷却降温作用；(4)在瓦斯和火共存的爆炸危险区内注入氮气能抑制火区内可燃气体爆炸，提高灭火作业的安全性；(5)工艺简单，不污染环境；(6)氮气防灭火存在的主要问题是在矿井负压作用下，如果采空区漏风严重，则注入的氮气不易留存，易随漏风流向采面或邻近采空区；加上氮气本身虽然无毒，但具有窒息性，对人体有害，因此需与均压和其他堵漏风措施配合应用，使氮气泄露量控制在最低限度。

（二）注氮的要求(1)氮气源稳定可靠；(2)注入的氮气浓度不小于97%；(3)至少有一套专用的氮气输送管路及其附属安全设施；(4)有能连续不断地监测采空区气体成分变化的监测系统；(5)有固定或移动的温度观测站(点)和监测手段；(6)有专人定期进行监测、分析和整理有关记录，发现问题及时报告处理等规章制度。

煤矿应用氮气防灭火技术探讨

・
６・６
增刊
宽度，通常采用采空区束管观测结果来确定，认为从
氧气浓度开始明显下降到氧气浓度为７％这一区域
定，很难与其它物质发生化学反应。目，前制氮工艺
已经非常成熟，氮气源非常充足稳定。
为氧化带。
．
６．５
增刊
铁
法
科
技
２１年１月００２
通常计算采空区注氮量的方法有：按产量计算、
Ｃ—— 注氮防火惰化指标，７；：取％Ｃ —— 注入氮气中的氮气纯度。图２某采空区氧化带内氧气浓度随注氮时间变化趋势图
２一闭区注氮
所谓闭区注氮，就是向回采完封闭或因发火而封闭的区域注氮，达到防治自然发火或使封闭区符
合启封条件的目的。向封闭区注氮实质就是用氮气
果的关键因素是注氮位置和注氮量。氮气释放口的位置选择合理与否对防火效果影响较大。一般氮气释放口位于进风侧的采空区氧化带内。氧化带在漏
风带和窒息带之间，其宽度取决于顶板岩性、工作面
推进速度、漏风通风压差等，一般宽度为２７ｍ０— ０。为了取得最好的注氮效果，必须准确测定氧化带的
煤矿井下防灭火问题伴随着煤炭生产全过程，
将氮气压入到浮煤所在的空间，能够起到如
严重威胁着矿井的安全生产。近几年，铁煤集团通过不同技术途径把氮气应用于矿井防灭火问题上，
取得了较好效果。
下作用：是使该空间气体惰化，一阻止煤炭的氧
增刊
铁
法
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２１年ｌ月００２

注氮防灭火设计

2、考虑到井下移动注氮的便捷性、氮气的隔爆作用强、防灭火速度快及可靠性高，它特别适用于有煤尘爆炸危险和煤的自燃发火期较短的矿井。

（1) 氮气防灭火1）氮气防灭火技术的要求本矿氮气防灭火主要作用是对采空区进行预防性注氮，当采空区发生火灾时可进行灭火注氮。

2）设计依据本矿井煤层均属容易自燃煤层。

3）注氮工艺系统及设备①注氮系统由于本矿井田范围大，采用井下移动注氮系统。

②制氮装置选用MD-800型井下移动式膜分离制氮装置，功率290kW。

③注氮工艺埋管注氮：在工作面进风顺槽一侧沿采空区埋设一趟注氮管路。

当埋入一定深度后开始注氮，同时埋设第二趟注氮管路。

当第二趟注氮管口埋入采空区氧化带于冷却带的交界部位时开始向采空区注氮，同时停止第一趟管路注氮，并重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。

④注氮方式注氮方式从空间上分为开放式注氮和封闭式注氮；从时间上分为连续性注氮和间断性注氮。

工作面开采初期和停采撤架期间，或因遇地质破碎带、机电设备等原因造成工作面推进缓慢，宜采用连续性注氮；工作面正常回采期间，可采用间断性注氮。

⑤注氮量按吨煤注氮量计算Q N=5AK/330×60×24式中：Q N——注氮流量，m3/min；A——年产量，t；K——工作面回采率。

则：Q N=5×1200000×0.95/330×60×24=12m3/min⑥注氮堵漏凝胶堵漏剂（煤粉灰30%、水玻璃3%、铝酸钠1.5%、其余为水）。

⑦注氮气体监测采空区应同时预埋束管监测探头，在注氮管或支管分叉处必须设置观察点。

为了考察注氮的流向及分布，可借助施放SF6示踪气体加以检测。

4）安全管理①在注氮过程中，工作场所的氧浓度不得低于18.5％)，否则停止作业并撤除人员，同时降低注氮流量或停止注氮，或增大工作场所的通风量。

②制氮设备的管理人员和操作人员，须经理论培训和实际操作培训，考试合格，才能上岗。

浅谈煤矿氮气防灭火技术应用

浅谈煤矿氮气防灭火技术应用摘要：煤矿的防火方法现在普遍采用氮气灭火法，从理论上氮气的使用可以对煤矿火灾进行有效的预防和控制，但是在实际运用中还得掌握技术要领和使用规范，这样才能保障煤矿的安全运行。

本文主要分析了氮气防灭火的重要性，并对氮气的使用技术提出了相应的建议。

关键词：煤矿防灭火；氮气应用；技术措施；预防控制引言有效控制煤矿火灾，是保障煤矿安全的前提。

氮气现在是煤矿防灭火工作中应用的主要元素。

虽然很多地方都使用氮气来实施防灭火，但是在有些煤矿实际工作中也出现了一些问题，所以掌握好氮气的防灭火技术方法是非常重要的安全环节。

一、煤矿防灭火应用现状煤矿防灭火现在主要用氮气技术，以前煤矿发生火灾时想要隔绝火灾都会用填土、封沙等隔离方法。

但是煤矿里会有很多煤灰存在，这些方法远不如用氮气防火有效。

氮气就是把现存空间里的氧含量降低，以此来达到阻燃的目的[1]。

并且在常温下氮气非常稳定，不会和其它的物质发生化学反应。

煤矿防止灭火问题上一是要掌握灭火方法和技能，二是要采取制度措施从根本上杜绝火灾发生。

煤矿在处理火灾时可以用综合方法一起来治理煤矿灭火。

例如：先在发生火灾的区域范围内建立防火墙，再往防火多的墙内注入氮气，降低氧的浓度和火焰温度。

防止空气中的煤灰扩散。

目前煤矿里一般都配备有制氮机，都有井下移动式膜分离移动设备，这些制氮设备的使用地层越深，投用的氮气设备就越多。

二、氮气防灭火技术应用的合理建议（一）煤矿注氮方法在煤矿内不同地层注氮量不同，有的情况是由注氮位置决定的。

例如：在煤矿的采空区，氮气的释放口要根据风向的变化选择好，一般在漏风点选择，整个采空区顶层岩性一定要好，氮气在风口有利的推动下，很快就能把氧气含量降低到7% 以下。

采空区的氮气量可以用探测装置进行探测，等到氧含量下降到相应的值时，可以达到安全的均衡值。

氮气量释放后要对整个封闭区的漏风点进行封堵，封堵时要注意断层和岩壁的情况。

采用分阶段的方式进行漏风封堵。

氮气防灭火技术在义马矿区的应用

式中，Ｑ为注氮流量，３ｉ；为年产量，；ｍ／ｎＡｍｔ
目前，国内外注氮防灭火的工艺主要有井上Ｐ为煤的密度，ｍ；为年工作日，取３０；１ｔ／０ｒ为ｄ／管路的输氮效率，叼为采空区注氮效率，％；：％；ｃ为空气中的氧含量，２．Ｃ为采空区防火取０％；２８惰化指标，７取％。
氧含量进行计算 …。
１概
述
２１按几何体积计算．１．
Ｑ＝Ｖ１３￣Ｋｘｘ．０
惰气因化学性质不活泼，注入高温煤体或火
区处具有置换氧气和窒息作用，因此，矿井煤层在
自燃防治应用方面不断的被推广普及。氮气防火的实质是：用氮气的惰性，其注人采空区或破利将碎煤体附近时，自身的扩散、在弥散和外加能量场
注氮、孔注氮等。钻注氮方法有连续注氮和间歇注
氮等。
２氮气防灭火技术参数及方式选择
２１注氮量．
式中，注氮流量，／ｎＡ为年产量，；Ｑ为ｍ３；ｍｉｔ
Ｋ为工作面回采率。
２１－按瓦斯量计算．．３２
Ｑｏ／１Ｑｃ（０一ｃ）
要］介绍了氮气防灭火技术的发展历史、氮气防灭火的原理以及工艺参数，分析了注氮防灭火技术在义马矿区自然发火矿井的注氮工艺、注氮参数和防灭火的效果，义马矿区在采用该防灭火技术后取得了成功，有力的保障了矿井的安全生产。［关键词］注氮；防灭火；自然发火；术参数技［中图分类号］Ｔ５．［Ｄ７３文献标识码］Ｂ［３文章编号］

拖管注氮防灭火技术在常村煤矿的应用

使其注氮效果很不显著。此外，埋人采空区的管路
由于无法回收，造成了资源的极大浪费。
２改进方案
现以２３０３０工作面为例，对注氮防灭火改进方
案进行论述。
涌出量最高为３．７３ｍ／ｔ，２－１煤和２．３煤均有煤尘爆炸危险性，煤尘爆炸指数３９．５２％。煤的自燃等级均属Ｉ级。随着产量的不断增加，工作面采空区自燃征兆曾多次显现。为此，矿方在防治火灾方面进行了积极探索，采取了向采空区灌浆、在下隅角吊
取得了较好的结果，特别是在注氮防灭火方面总结
出了一些技术经验。
在回采期间，由于工作面上半部在上分层采空区下且在断层带区域，下半部顶部存在着数条老巷道，致使在采空区内部形成漏风通道，工作面出现了高温点，其中１４０架、１３０架、５０架、４０架等个别地
２０１３年第１期
中州煤炭
总第２０５期
拖管注氮防灭火技术在常村煤矿的应用
田奇伟，刘喜庆
（河南大有能源股份有限公司常村煤矿，河南义马４７２３００）
摘要：为有效治理回采工作面采空区发生的自燃灾害，对现行注氮系统进行了升级改造，不仅提高了井下注氮能力，还改变了注氮工艺，将埋管式改装为拖管式，连续大量地向采空区压送氮气，对其实施大范围、大高度的贫氧惰化。实践表明：向采空区氧化带压入大量氮气，可以延长煤炭的自然发火期，对于采空区内部已经产生的高温点也可使其氧化进程得以弱化而逐渐消失。此项技术不仅提高了氮气的利用率，还大大降低了防灭火成本，取得了良好的应用效果。关键词：采空区；拖管注氮；防灭火中图分类号：ＴＤ７５３．３文献标志码：Ｂ文章编号：１００３— ０５０６（２０１３）０１ — ０１０４—０２

煤矿氮气防灭火技术应用

煤矿氮气防灭火技术应用煤矿井下火灾是威胁煤矿安全生产的灾害之一，而煤层自燃是引起井下火灾的主要原因。

文章通过对氮气防灭火技术在煤矿领域的应用介绍，得出结论：氮气防灭火技术是煤矿防灭火的合理、有效方法。

标签：煤矿；氮气；防灭火；制氮机1 概述煤矿井下火灾产生的原因主要有两类，一类是煤层自燃发火，另一类是由于井下明火、放炮、电流短路、摩擦等其他原因引起的火灾。

其中煤层自燃发火是主要原因，所以应重点防范。

目前煤矿井下常用的防灭火技术很多，主要有：堵漏、均压、惰气、惰泡、三相泡沫、阻化剂、雾化阻化剂、惰化阻化剂、灌浆、胶体防灭火技术等。

其中惰气灭火一般是指向井下采空区（或发火区）注入惰性气体—氮气，降低氧气浓度，阻止采空区煤炭氧化自燃，同时提高采空区压力，使其成正压状态防止新鲜风流漏入采空区、降低采空区温度，以达到采空区内防灭火的目的。

采用氮气防灭火具有很多优点，但必须遵循以下几点要求才能达到良好的防灭火效果：（1）产氮量充足，稳定可靠的氮气源；（2）氮气浓度不小于97%；（3）至少应安装一套专用的氮气输送管路及其附属安全设施；（4）因地制宜选择合适的注氮工艺和方式；（5）选择合适的注氮地点。

（6）注氮时要有完善的气体成分、空气温度监测手段，并设专人进行定期观测。

下面作者就结合以上六点要求，以某矿井下氮气防灭火为例对煤矿氮气防灭火技术的应用进行简介。

2 注氮量确定某矿井生产规模4.00Mt/a，井下共布置两个回采工作面，开采煤层属于易自燃煤层。

目前计算注氮量的方法主要有两种，分别是按产量计算、按吨煤注氮量计算，通过以上方法分别计算注氮量，然后取其最大值为矿井需要的注氮量。

2.1 按产量计算QN=[A/）1440ρtη1η2）]×）C1/C2-1）=14.27m3/min=856m3/h式中：QN-注氮流量，m3/min；A-年产量，t，取 4.0Mt/a；t-年工作日，取330d；ρ-煤的密度，t/m3，取1.44t/m3；η1-管路输氮效率，取95%；η2-采空区注氮效率，取85%；C1-空气中氧浓度，取20.8%；C2-采空区防火惰化指标，取7%。

煤矿氮气防灭火的作用

煤矿氮气防灭火的作用惰气防灭火就是充入一种不助燃的气体，排出和减少燃烧空间内氧气的比例，使火区缺氧而窒息。

矿井防灭火所用的惰气与化学上的惰气在概念上有所区别，是指不能助燃的气体，常用的有氮气、二氧化碳和湿式惰气等，在煤炭自燃的防治应用方面，氮气纯度高（纯度≥97%），对人与环境安全性更好，因此应用最广。

氮气防灭火的作用主要表现在以下几个方面（1）当对防灭火区域注入大量的氮气后，该区域内的氧气浓度下降；氮气部分地替代氧气进入到煤体裂隙表面，与煤的微观表面进行交换吸附，从而使得煤表面对氧气的吸附量减少，在很大程度上抑制或减缓了遗煤的氧化作用。

（2）对于有一定封闭条件的防灭火区域注氮防灭火而言，长期连续地注入氮气后，大量的氮气可使采空区内形成正压，从而使得采空区的漏风量减少，使遗煤处于缺氧环境中而不易被氧化。

（3）较低温度的氮气在流经煤体时，吸收了部分煤氧化产生的热量，可以减缓煤升温的速度和降低周围介质的温度，使煤的氧化因聚热条件的破坏而延缓或终止。

（4）采空区内的可燃、可爆性气体与氮气混合后，随着惰性气体浓度的增加，爆炸范围逐渐缩小（即下限升高、上限下降）。

当惰性气体与可燃性气体的混合物比例达到一定值时，混合物的爆炸上限与下限重合，此时混合物失去爆炸能力。

这是注氮防止可燃、可爆性气体燃烧与爆炸作用的另一个方面。

综上所述，注氮防灭火的实质是通过控制燃烧所需的氧气量抑制燃烧、窒息火源，达到灭火的目的。

徐州吉安研发的普瑞特防灭火技术集凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂的防灭火优点于一体，特别是继承了泡沫的扩散性能和凝胶良好的固水特性。

一方面，水浆生成泡沫之后，缓慢形成凝胶，能把大量的水固结在凝胶体内，避免了浆液中大量水流失或者溃浆的缺点，大幅度提高了浆水在采空区里的滞留率；另一方面，形成的凝胶能以泡沫为载体对采空区的高、中、低位火源或浮煤大范围全方位的覆盖，且能固结90%以上水分并形成凝胶层，防火时能持久保持煤体湿润并隔绝氧气，灭火时能长久地吸热降温，防止火区复燃。

井下注氮防灭火安全技术措施

井下注氮防灭火安全技术措施井下作业是煤矿生产的重要环节，但也存在较高的火灾风险。

为了保障煤矿井下作业人员的生命安全和财产安全，防止火灾事故的发生，煤矿企业需采取一系列安全技术措施，其中包括井下注氮防灭火技术。

一、井下注氮技术原理和作用在煤矿井下，由于存在高温、高压、高湿等环境，煤与空气在一定条件下易产生爆炸性气体。

而注入氮气则可以有效地抑制煤与空气的接触，从而有效地减少火灾事故的发生。

井下注氮技术一般采用压力氧气裂解法，通过将液态氧气注入井下煤气体区域，使其与煤气体发生化学反应，产生大量的氮气，从而使煤与空气分离，防止爆炸的发生。

二、井下注氮防灭火安全技术措施1、制定安全生产规定，明确注氮防灭火的具体安全作业流程、责任和方法等，确保人员遵守。

同时要加强安全教育和培训，提高员工的安全意识和技能。

2、对井下煤气体进行实时监测，确保煤气体的含氧量在注入氮气之前降至安全范围内，以避免因煤气体含氧量过高，使其与注入的氮气产生化学反应后，反过来引发爆炸事故。

3、建立井下注氮安全管控系统，对氮气注入量、压力、流量等进行实时监测。

在发现异常情况时，及时报警，采取故障排除和修复措施，保证系统运行的平稳和稳定。

4、加强施工安全管理，对注氮作业人员进行岗前培训和岗位考核，并配备专业设备和器械，确保煤气体与氮气的注入量和压力控制在安全范围内。

5、加大手动灭火器材的投放、设立关键区域自动灭火措施，采取防水、防火墙等措施减少火灾事故的危害。

6、加强定期维护保养和设备检验，确保注氮防灭火装置和设备稳定工作，避免因自然因素和设备老化等因素导致灾害事故的发生。

三、结论井下注氮防灭火技术是煤矿安全生产中不可或缺的技术技能之一，其对于保障井下作业人员和煤矿生产的安全和稳定性具有重要的作用。

但在实践中，注氮防灭火作业存在一定的困难和挑战，需要煤矿企业加强规章制度的制定和专业技能的培训，建立科学、规范的安全生产管理体系，实行全方位、多层次的安全防护措施，切实保障井下作业人员的生命安全和财产安全。

氮气防灭火技术在煤矿的应用

氮气防灭火技术在煤矿的应用摘要：事故是煤矿安全生产过程中不可忽视问题，而煤矿事故发生群死群伤往往是“一通三防”事故，特别是有自燃发火煤层的矿井，煤矿防灭火工作非常高重要，井下防灭火技术措施必须完善，为了防止煤炭自燃、瓦斯爆炸给我们带来毁灭性的打击，氮气防灭火技术在煤矿井下广泛应用，在煤矿安全生产中起到极其重要的作用。

关健词：氮气防灭火技术；煤矿；应用1引言煤矿从事采掘活动时，在开采有自燃发火煤层时，由于通风管理问题，或回采推进时间超出煤层自燃发火期，为了防止或已经出现煤炭氧化、自燃征兆，采取防止煤炭氧化、自燃的措施。

就是向采空区氧化带内或火区内采取的防灭火注氮技术，使其氧气含量下降到5%以下，阻止煤炭氧化、自燃、抑制瓦斯爆炸的目的。

2产氮原理碳分离制氮机是以压缩空气为原料，利用一种叫作碳分子筛的吸附剂对氮、氧的选择性吸附，把空气中的氮分离出来。

碳分子筛对氮、氧的分离作用主要是基于氮、氧分子在分子筛表面的扩散速率不同。

较小直径的氧分子扩散较快，较多地进入分子筛固相;较大直径的氮分子扩散较慢，较少进入分子筛固相。

这样，氮在气相中得到富集。

一段时间后，分子筛对氧的吸附达到一定程度，通过减压，被碳分子筛吸附的气体被释放出来，分子筛也就完成了再生。

这是基于分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特点。

变压吸附制氮设备通常使用二个并联的吸附器，交替进行加压吸附和减压再生，操作循环周期约2分钟；源源不断含量在97%—99.999%的氮气通过管通输送到用气地点。

3.煤炭自燃造成的危害3.1内因火灾特点（1）煤炭氧化或自燃（内因火灾），煤炭自燃是一个复杂的过程，受着多种因素的影响，我国煤层发火期最短的为1．5～3个月，长者可达15个月以上。

但煤炭自燃必须具备以下三个条件：（1）煤有自燃倾向性，且以破碎状态存在；（2）有连续的供氧条件；（3）有积聚氧化热的环境。

（2）断层附近、采煤工作面进风巷、回风巷和停采线附近、遗留的煤柱、破裂的煤壁、巷道的高冒处、密闭内、溜煤（矸）眼、煤仓、联络巷及浮煤堆积的地方是自燃发火高发地区。

氮气防灭火

二、氮气防灭火作用原理注氮防灭火的实质是向采空区氧化带内戒火区内注入一定流量的氮气，使其氧含量降到10%戒3%以下，达到防火、灭火和抑制瓦斯爆炸的目的，其作用有： 1、消除瓦斯爆炸的危险 2、减少漏风的作用 3、降温作用 4、防止煤的自燃发热和自燃
三、制氮设备
目前, 中国煤矿防灭火工程中使用的制氮装备有3种: 深冷空分制氮装置、变压吸附制氮装置和膜分离制氮装置. 后2种装置根据安装不运移斱式的丌同又设计成井上固定、井上移劢和井下移劢3种.。
注氮工艺参数
( 1) 煤自燃临界氧浓度 ( 2) 煤自燃标志气体指标 ( 3) 采空区三带工作面后斱采空区的漏风, 沿走向深部依次划分出3个区域: 冷却带、氧化带和窒息带( 如图2).氮气防火就是要将氮气注入到氧化带区域内, 使其惰化,失去氧化条件, 抑制煤炭自燃.
(4) 注氮斱式根据采区开采条件, 采取丌同的注氮斱式, 原生煤体独立工作面的注氮斱式一般有拉管式、埋管式和钻孔式3种, 无煤柱开采的复合采空区要采用斳路式注氮. (5) 注氮量中国煤矿采空区防火时的注氮量为 200-400m3/h; 封闭火区灭火时注氮量 600~800m3/h; 开放火区灭火的氮气需求量更大, 现有的制氮机难以满足, 可选用燃油惰气发生装置.
浅谈煤矿氮气防灭火技术
组员：贺资良、胡亚伟、胡灼亮
本素材由hi-hoo提供
前言
煤矿防灭火对于惰性气体的定义与化学对惰性气体的定义不尽相同。在防灭火的工作实践中，惰气是指不参与燃烧反应的单一或混合的窒息性气体，其中可能含有少量的氧气。最常见的防灭火惰气是燃气、氮气和二氧化碳。下面主要看一下氮气防灭火技术。
2、 1993年6月，某矿19110综采工作面撤架刚结束时，已撤支架的运输顺槽发生自燃，立即对采空区用板闭封闭后实斲注氮，当时通过埋设的束管测得火源点附近的2#测点CH4和O2的含量分别为7%和14%，正处于瓦斯爆炸界限之内，而此处的CO含量正以 300ppm/d的速度上升，瓦斯随时都有可能发生爆炸，在注氮气4h后，将此处的O2含量降到10%，抑制了火区的瓦斯爆炸，注氮10d后，彻底扑灭了火区。 3.1989年2月20日，某矿3402工作面的掘进巷内发生瓦斯连续爆炸，次日派人前去处理和排放瓦斯，在恢复通风时又发生了爆炸，当场死亡2人伤9人，另3名救护队员在灾区内遇难。因火灾高温、烟雾和还有继续爆炸的危险，未能及时将遇难者抢救出来。救灾会议拟定了11个斱案，试行了6个均未获成功，已时隔 8d遇难者还是无法撤出来。于是决定采用液氮灭火技术处理，6小时共注氮2900m3,约为火区体积的3倍，火势被迅速扑灭，同时又消除了瓦斯爆炸危险，于是救护队员进入灾区抬出了遇难者。然后清理巷道，仅有几天时间就恢复了生产，更重要的是撤出了遇难者。