氮气防灭火技术

　一、引言
　　
　　煤炭科学研究总院重庆分院于“六.五”初期首先开展液氮灭火技术的研究，经过五年的试验研究，为我国煤矿氮气防灭火技术的推广应用奠定了基础。在“七.五”初期转入开展以深冷空分设备制取氮气，通过输氮管路将氮气送达井下火灾或火灾隐患的区域内进行防灭火。“八.五”期间，主要开展氮气防灭火技术的应用研究，如新疆六道湾，西山局杜儿坪矿等不同开采条件下的应用。随着氮气防灭火技术的成功应用，在“九.五”期间，煤炭科学研究总院重庆分院与温州瑞气空分设备有限公司共同承担部重点科研项目，分别于1996年和1998年成功地研制出JXZD-400型井下移动式碳分子筛制氮车和KYZD-800型地
　　面移动式制氮装置，并设计形成地面固定式，地面移动式和井下移动式三大系列产品，以满足煤矿采用氮气防灭火选择氮源设备的需要。
　　
　　二、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,达到防灭火的目的。其作用有消除瓦斯爆炸危险;防止煤的自然发热和自燃;降低燃烧强度;防止密闭漏风。
　　
　　三、工艺
　　
　　（1）注氮系统
　　
　　①制氮设备
　　
　　我国煤矿防灭火目前所选用的制氮设备有：地面固定式深冷制氮气设备；矿用地面固定式、地面移动式和井下移动式变压吸附制氮设备，以及矿用地面固定式、地面移动式和井下移动式膜分离制氮设备。按空分原理可将其分为深冷式、变压吸附式和膜分离式。近几年来，尤以变压吸附和膜分离制氮设备在煤矿现场应用得最多。
　　
　　变压吸附制氮设备具有流程简单，控制点仅为2-3个，大大提高了设备的安全运行系数；配套设备少，体积小；耗气量小，能耗低；采用了专利新型流程，氮气回收率高，制氮成本低等特点。
　　
　　②注氮系统
　　
　　地面固定式地面移动式制氮设备生产的氮气，经井上下输氮管路送达采空区内或火区内。该系统的优点是制氮设备的产氮能力大，灭火速度快。缺点是需专门铺设一趟输氮管路。
　　
　　井下移动式制氮设备安置于距需要防火或灭火区域的就近处，通过输氮管路将氮气送达防灭火区内。该系统的优点是不需铺设专用输氮管路。缺点是制氮设备的产氮能力较小。
　　
　　（2）注氮工艺
　　
　　根据矿井具体条件,可选择采用如下注氮工艺。
　　
　　埋管注氮在工作面的进风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，同时又埋入第二趟注氮管路（注氮管口的移动步距通过考察确定）。当第二趟注氮管口埋入采空区氧化带与冷却带的交界部位时向采空区注氮，同时停止第一趟管路的注氮，并又重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。
　　
　　拖管注氮在工作面的进风侧沿采空区埋设一定长度（其值由考察确定）的厚壁钢管作为注氮管，它的移动主要利用工作面的液压支架，或工作面运输机头、机尾，或工作面进风巷的回柱绞车作牵引。注氮管路随着工作面的推进而移动，使其始终埋入采空区内的一定深度。
　　
　　钻孔注氮在地面向井下火灾或火灾隐患区域打钻孔，通过钻孔套管（全套管）将氮气注入防灭火区。
　　
　　利用工作面消火道，或与工作面相邻的巷道，向采空区或火灾隐患区域打钻孔注氮。
　　
　　插管注氮工作面开切眼，或停采线，或巷道高冒顶火灾，可采用向火源点直接插管的注氮方式进行注氮。
　　
　　密闭注氮利用密闭墙上预留的注氮管向火灾或火灾隐患的区域实施注氮。
　　
　　旁路式注氮利用采用双进风巷的工作面，可利用与工作面平行的巷道，在其内向煤柱打钻孔，将氮气注入采空区。