自然發(fā)火防治復合惰性氣體應用研究范文

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摘要：在分析復合惰性氣體防滅火系統(tǒng)的基礎上，對復合惰性氣體在采空區(qū)自然發(fā)火防治中的應用做出分析，并對其應用效果進行總結(jié)，希望能為其他礦井相似工程提供借鑒和參考。

關鍵詞：礦井；復合惰性氣體；采空區(qū)；自然發(fā)火防治

引言

現(xiàn)階段，中國礦井火災防治中應用得較為常見的方式主要包括注漿、充砂、阻化劑噴灑、惰性氣體注入等，其中惰性氣體注入是采空區(qū)防滅火應用最為普遍的手段。在惰性氣體防滅火方面，N2一直是主要原材料，但由于制造成本較高、純度不易控制等，使得其在大范圍采空區(qū)內(nèi)的應用受到一定限制。針對此，探索更加高效的復合惰性氣體防滅火對于提升礦井作業(yè)安全性，推動礦井綜合效益增加意義重大。

1復合惰性氣體防滅火系統(tǒng)分析

1.1系統(tǒng)構成

復合惰性氣體防滅火系統(tǒng)主要構成組件包括：制氮機組、液態(tài)CO2儲液罐、氣化裝置、混合調(diào)壓裝置及各類閥門儀表等。其中，注氮機組共配設有專業(yè)制氮裝置5臺，通過直徑100mm的金屬軟管并聯(lián)接入混合調(diào)壓裝置，其設計制氮能力為5000m3/h。液態(tài)CO2儲液罐主要由承壓罐體、電氣控制系統(tǒng)和固定裝置構成，用于液態(tài)CO2的存儲與輸出。汽化裝置分為自熱式轉(zhuǎn)換器和強熱式輔助轉(zhuǎn)換器兩部分，由儲液罐對外輸出的液態(tài)CO2通過自熱式轉(zhuǎn)換器的初步汽化，形成氣液混合態(tài)物質(zhì)，并再經(jīng)由連接管路通過強熱式輔助轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)全面汽化[1]。作業(yè)時，CO2連續(xù)灌注后，經(jīng)兩級轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)化后，進入混合調(diào)壓裝置同高溫N2充分混合，實現(xiàn)N2溫度降低的同時實現(xiàn)CO2的全面汽化。完全汽化后的復合惰性氣體通過地面灌注管路，實現(xiàn)對采空區(qū)內(nèi)火災隱患點的針對性持續(xù)灌注，實現(xiàn)對火災隱患的有效控制。圖1所示即為復合惰性氣體系統(tǒng)示意圖。

1.2工藝流程分析

a)液態(tài)CO2運輸車存儲罐氣密性檢測。將液態(tài)CO2運輸車同地表空氣壓縮裝置相連，并對其存儲罐氣密性進行檢測，確保氣體流速不低于20m/s，檢測耗時不低于30min，試驗壓力不低于2.7MPa，同時各個閥門完整無漏；b)液態(tài)CO2轉(zhuǎn)存。完成運輸車同儲液罐的相連后，開啟儲液罐氣閥，等壓力表指數(shù)開始增大時，開啟液體泵和罐車液相閥，向儲液罐轉(zhuǎn)存液態(tài)CO2。當儲液罐溢流閥溢滿后，終止充液作業(yè)，并依照順序關閉各閥門后排空管內(nèi)壓力，實現(xiàn)液態(tài)CO2轉(zhuǎn)存；c)復合惰性氣體灌注。開啟儲液罐排氣閥使其管道內(nèi)充滿CO2的同時實現(xiàn)與罐內(nèi)的壓力平衡，隨后開啟出液閥實現(xiàn)氣、液均勻混合后使其經(jīng)管道進入兩級轉(zhuǎn)換器。當井下需要大量CO2連續(xù)注入時，氣液兩相流CO2將進入混合調(diào)壓裝置，在調(diào)壓裝置內(nèi)實現(xiàn)低溫CO2和高溫N2的混合，達成CO2的充分汽化和N2的快速降溫。當調(diào)壓裝置內(nèi)壓力達到1.6MPa，充分混合的復合惰性氣體便可通過管道向采空區(qū)進行灌注[2-3]。

2復合惰性氣體在采空區(qū)自然發(fā)火防治中的應用分析

2.1工程概況

A礦905回采面處于井下二采區(qū)中部，選用走向長壁綜采工藝，作業(yè)面傾向長度200m，走向長度1130m，主采9#煤層，煤層厚度介于5~6.7m，均值5.4m，煤層傾角介于12°~18°，均值16°，屬于典型的仰采作業(yè)面。該作業(yè)面自回采以來，經(jīng)歷近1a的開采，回采接近尾聲，但由于前期回采時頂板遺煤偏多，加之頂板垮落不充分，導致停采撤架耗時較大，一定程度上增加了采空區(qū)自然發(fā)火危險。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測，回采面回風流與瓦斯抽采管內(nèi)均出現(xiàn)CO并呈現(xiàn)出增加趨勢。為有效防范采空區(qū)火災隱患，決定采用向采空區(qū)注入復合惰性氣體的方式進行防滅火[4]。

2.2復合惰性氣體防滅火方案

在905回采面運輸巷道內(nèi)預埋直徑108mm的惰性氣體注入管道以便于隨時向采空區(qū)內(nèi)進行連續(xù)的惰性氣體注入。結(jié)合前期束管監(jiān)測所得數(shù)據(jù)，將采空區(qū)依照O2濃度的不同進行劃分，則其“氧化帶”寬度范圍為16~105m，寬度均值86m。鑒于905回采面屬于仰采作業(yè)面，則在復合惰性氣體防滅火中CO2將覆蓋底板遺煤并發(fā)揮吸熱降溫的功效[5]。圖2所示即為作業(yè)面相對位置示意圖。

2.3參數(shù)計算

防滅火作業(yè)所需CO2質(zhì)量解算公式如式(1)所示：m=kV(1+μ)/qp，(1)式(1)中，m為所需CO2質(zhì)量，kg；k為采空區(qū)垮落前后體積比，取值0.8；V為采空區(qū)垮落前氧化帶體積，m3；μ為CO2損失率，取值30%；q為惰性氣體置換采空區(qū)氣體效率，取值70%；p為15℃時大氣壓力，Pa。依照式(1)計算分析，905回采面采空區(qū)氧化帶體積為66880m3，將其置換所需CO2質(zhì)量為155t。

3效果分析

自應用復合惰性氣體注入905采空區(qū)進行防滅火操作以來，通過在距離905回采面采空區(qū)入口35m、65m和95m的3處不同位置布設的束管監(jiān)測可知，3處區(qū)域O2體積分數(shù)均出現(xiàn)顯著降低，分別降低至4.8%、2.9%和2.2%，同時回風流CO體積分數(shù)降幅超過90%以上，上隅角溫度自32℃降低至26℃，徹底消除了采空區(qū)自然發(fā)火的可能性[6]。

4結(jié)語

隨著礦井回采深度的增加和井下作業(yè)復雜性的不斷增加，煤礦井下回采作業(yè)中采空區(qū)自然發(fā)火現(xiàn)象越加普遍，如何實現(xiàn)對火災的有效防治，成為保障礦井生產(chǎn)安全的必要舉措。礦井管理者應高度重視相關問題，在生產(chǎn)實際中，立足實際，組織專業(yè)人手，開展針對性探究，總結(jié)具有良好適用性的采空區(qū)自然發(fā)火防治技術，實現(xiàn)對火災的有效防治，從而為礦井生產(chǎn)的持續(xù)安全開展提供保障。

參考文獻：

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［2］饒孜，謝先明.多煤層共采區(qū)域通風防火控制技術［J］.煤礦安全，2018，49(7)：62-65.

［3］胡鵬.綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火防控技術應用［J］.江西煤炭科技，2018(4)：167-169.

［4］關雅潔.采空區(qū)注惰軟件模擬及開發(fā)［D］.唐山：華北理工大學，2018.

［5］李仲勛，王義，陳偉.采空區(qū)遺煤自然發(fā)火規(guī)律及防治對策研究［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2018(22)：109-110.

［6］趙圣武，郝強強，張思達，等.綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火規(guī)律研究［J］.陜西煤炭，2019，38(1)：30-33.

作者：梁強 單位：山東新礦集團有限公司翟鎮(zhèn)煤礦勝利項目部