淺談液氮防滅火技術(shù)在煤礦安全中的應(yīng)用
【摘 要】液氮防滅火技術(shù)由于具有抑爆、窒息、降溫冷卻、安全可靠、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，作為一項(xiàng)先進(jìn)的防滅火技術(shù)已在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用。文章介紹了液氮防滅火的原理及兩種主要工藝——直接注入液氮技術(shù)和將液氮汽化再注入防滅火區(qū)進(jìn)行滅火，并且就如何選擇液氮技術(shù)工藝做了探討。
【關(guān)鍵詞】液氮；防滅火；煤礦安全；直接注入液氮；液氮汽化
1 前言
目前，就全球范圍來(lái)講，煤炭作為能源的支柱產(chǎn)業(yè)，其作用仍相當(dāng)巨大。煤礦井下火災(zāi)是煤礦的主要災(zāi)害之一，而自然發(fā)火率又占礦井火災(zāi)的90%以上，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。隨著科技的進(jìn)步，煤礦防滅火技術(shù)工藝也得到了的不斷擴(kuò)展，液氮技術(shù)由于具有抑爆、窒息、降溫冷卻、安全可靠、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，作為一項(xiàng)先進(jìn)的防滅火技術(shù)已在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用。目前，液氮防滅火技術(shù)由于受到成本、產(chǎn)能、運(yùn)輸?shù)瓤陀^條件的制約，在我國(guó)煤礦大規(guī)模推廣應(yīng)用方面受到了一定限制，但液氮技術(shù)作為煤礦預(yù)防處理井下大型火災(zāi)事故的一項(xiàng)重要技術(shù)手段，對(duì)于保障我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)必將起到重要的促進(jìn)作用。下面就簡(jiǎn)要介紹一下液氮防滅火技術(shù)。
2 液氮防滅火原理
液氮在防滅火方面主要有三個(gè)方面的作用，即冷卻降溫作用、窒息作用和抑爆作用。
2.1 冷卻降溫作用
直接噴注液氮或低溫N2滅火時(shí)，液氮?dú)饣沾罅康臒?，可以使高溫煤體以及高溫燃燒煤體的溫度迅速下降到著火點(diǎn)以下，達(dá)到防滅火的目的。
2.2 窒息作用
在封閉區(qū)內(nèi)充入N2排出原有體積內(nèi)的空氣，降低O2含量，致使火源缺氧而窒息。標(biāo)準(zhǔn)壓力下，液氮?dú)饣?73K時(shí)其體積膨脹643倍。N2會(huì)充滿整個(gè)火源空間，使空間內(nèi)O2的含量急劇下降，甚至使O2的濃度下降到幾乎為0，從而達(dá)到預(yù)防火災(zāi)的效果。
2.3 抑爆作用
沖入N2可沖淡可燃?xì)怏w與O2的含量并形成惰化氣，從而使混合氣體失去可爆性。
3 液氮防滅火工藝
液氮貯存于固定式低溫設(shè)備中。當(dāng)?shù)V井出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，將其運(yùn)至井口，再根據(jù)礦井及火區(qū)的實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)條件，以相應(yīng)方式送到發(fā)火區(qū)。
液氮貯備采用固定式與移動(dòng)式2種設(shè)備，其中固定式貯液設(shè)備主要用于地面；移動(dòng)式貯液設(shè)備主要有低溫汽車(chē)型液氮槽車(chē)和礦車(chē)型液氮槽車(chē)，汽車(chē)型槽車(chē)用于地面貯液和運(yùn)液，礦車(chē)型槽車(chē)用于井下貯、運(yùn)。相關(guān)設(shè)備技術(shù)性能見(jiàn)表1。
另外，液氮的運(yùn)輸也分為向火區(qū)注液氮與向火區(qū)注氣氮2種運(yùn)輸方式。其中，1種是地面、井下均用貯液槽車(chē)。從貯液地點(diǎn)至井口用3.5m3或4m3的貯液低溫槽車(chē)；從井口至火區(qū)采用300L的礦用低溫液氮小槽。另外1種就是在地面，從貯液地點(diǎn)至井口用3m3或4m3貯液槽車(chē)，從井口至火區(qū)用專用無(wú)縫鋼管。后者在地面，用3m3或4m3的貯液低溫槽車(chē)將液氮送到井口，從井口至火區(qū)用直徑50～200mm的無(wú)縫鋼管輸送汽化器汽化的氣氮。運(yùn)輸過(guò)程全部采用槽車(chē)時(shí)，要在地面井口處換裝。為減少換裝損失，可采用低溫液氮泵，以縮短換裝時(shí)間。需要強(qiáng)調(diào)的是，液氮汽化過(guò)程中，從井口通過(guò)管路向火區(qū)注入氣氮，首先必須在井口附近汽化，汽化主要用汽化器。常用的有空氣汽化器、熱水汽化器以及噴火浴汽化器。
3.1 直接注入液氮技術(shù)
該技術(shù)工藝主要特點(diǎn)是當(dāng)井下出現(xiàn)明火且封閉后或采空區(qū)出現(xiàn)自燃隱患情況，直接向防滅火區(qū)注入液氮，其應(yīng)用技術(shù)條件大致為：（1）若防滅火區(qū)接近地表，直接通過(guò)地面施打鉆孔，向火區(qū)注入液氮；（2）采用集中鉆孔與巷道內(nèi)管路連接，將液氮送至火區(qū)；（3）在地面換裝入礦車(chē)型貯槽中，運(yùn)到火區(qū)附近，再接短管路，將液氮注入火區(qū)。
另外，在滅火注氮時(shí)，采用火區(qū)全封閉液氮直接注入法。較普遍的是用貯液槽車(chē)將液氮運(yùn)到火區(qū)附近。用長(zhǎng)度>50m的金屬軟管或其他管路把密閉墻上預(yù)留的注氮管與槽車(chē)連接起來(lái)，打開(kāi)閘閥，利用槽車(chē)設(shè)計(jì)的耐壓力，順風(fēng)向火區(qū)注入液氮。為節(jié)省氮量，提高滅火效果可與均壓氣室措施聯(lián)合使用。向火區(qū)注氮，采空區(qū)內(nèi)空間承受充氮增加氣體體積的能力，應(yīng)由火區(qū)密閉設(shè)置的調(diào)壓管進(jìn)行調(diào)節(jié)。應(yīng)始終使其內(nèi)保持正壓狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，密閉墻內(nèi)外的壓差應(yīng)在30～100Pa以內(nèi)。
3.2 將液氮汽化再注入防滅火區(qū)
該項(xiàng)技術(shù)工藝主要流程是在地面先將液氮汽化為氣氮，再通過(guò)井巷內(nèi)管路輸至火區(qū)處進(jìn)行注入，其示意圖如圖2。
另外，該項(xiàng)技術(shù)也用于預(yù)防性注氮，較普遍應(yīng)用的是汽化管路輸送埋管充氣法。這種方法是現(xiàn)將地面液氮站的液氮汽化，由管路將N2送入工作面。對(duì)于長(zhǎng)壁式工作面的采空區(qū)，工作面推進(jìn)距離開(kāi)切眼25m時(shí)，在放頂前，沿進(jìn)風(fēng)道在采空區(qū)預(yù)鋪1條管徑為100mm，長(zhǎng)12m的專用鋼管。埋入采空區(qū)內(nèi)5～9m，左右，放頂后即可注氮，且隨工作面的推進(jìn)，用回柱絞車(chē)牽引外移。采用聯(lián)合布置工作面，可利用聯(lián)絡(luò)巷的密閉插管，定期向采空區(qū)注氮。一般是在靠近工作面進(jìn)風(fēng)巷的密閉注入。
4 選擇液氮技術(shù)工藝的原則
（1）若火區(qū)距井口較近，應(yīng)優(yōu)先考慮采用管路輸送液氮防滅火技術(shù)工藝，需要強(qiáng)調(diào)的是，用于輸送液氮的管路必須是抗低溫的專用無(wú)縫鋼管。
（2）若火區(qū)距井口較遠(yuǎn)，不宜采用管路輸送液氮。因?yàn)殚L(zhǎng)距離輸送液氮，液氮蒸發(fā)吸收外部熱量而使自身溫度下降，應(yīng)考慮礦車(chē)型小貯罐運(yùn)送液氮。
（3）若火源距地表埋藏較淺，應(yīng)采用直接在地表施打鉆孔注入液氮方式。
（4）若影響井巷的提運(yùn)時(shí)，不能使用管路輸送液氮方式。
5 結(jié)束語(yǔ)
液氮技術(shù)作為煤礦預(yù)防處理井下大型火災(zāi)事故的一項(xiàng)重要技術(shù)手段，對(duì)于保障我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)必將起到重要的促進(jìn)作用。目前，該技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)有很多成功應(yīng)用的例子，例如在神華寧夏煤業(yè)公司的羊場(chǎng)灣煤礦、汝箕溝煤礦、金鳳煤礦等都已經(jīng)獲得成功。
參考文獻(xiàn)：
[1]王德明.礦井火災(zāi)學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.
[2]韋道景.液氮技術(shù)應(yīng)用于礦井防滅火[J].煤炭技術(shù)，2002（1）
轉(zhuǎn)自網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)告知。
