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氮氣在煤礦防滅火中的應用

作者:天馳液氮罐 來源:原創 日期:2014-11-15 9:55:54 人氣:19 加入收藏 標簽:氮氣 氮氣在煤礦防滅火

煤礦防滅火對于惰性氣體的定義與化學對惰性氣體的定義不盡相同。在防滅火的工作實踐中,惰氣是指不參與燃燒反應的單一或混合的窒息性氣體,其中可能含有少量的氧氣。最常見的防滅火惰氣是燃氣、氮氣和二氧化碳。

一、氮氣的性質

眾所周知,氮氣的原料是空氣。氮氣是一種無色無味無毒無腐蝕,不自燃,也不參與燃燒的氣體,標準狀態下(21℃,101.325kpa),氣體密度為0.461kg/cm3,液體密度為80.8kg/m3,氮氣在101.325Kpa,-195.8℃時變成無色的液體,在-209.9℃時,變成霧狀的固體。氮氣在水中溶解度很小,很難與其它物質發生化學反應,在震動、熱和電火花作用下都較穩定。

二、氮氣防滅火作用原理

注氮防滅火的實質是向采空區氧化帶內或火區內注入一定流量的氮氣,使其氧含量降到10%或3%以下,達到防火、滅火和抑制瓦斯爆炸的目的,其作用有:

1、 消除瓦斯爆炸的危險

在煤礦當采空區一旦出現火災,危害最大的是導致其內混合氣體的爆炸。由混合氣體爆炸三角形知,混合氣體中氧含量低于12%時就有減小爆炸的可能性。但是,混合氣體爆炸的界限不僅取決于這種氣體在空氣中所占的百分比,還部份地決定于混合氣體的溫度和氣壓。溫度和氣壓的增高使這個界限擴大,反之縮小。如果混合氣體被加熱到300℃,氧含量為9%時就能發生爆炸。因而國內的研究表明,將氧氣的臨界含量控制在5%以下時幾乎能防止任何爆炸,否則爆炸還有可能發生。而氧氣的含量低于10%時混合氣體的爆炸有顯著的降低。正是從這一理論出發,向火區注入氮氣后使其氧含量降低,而且只要氧含量低于10%時就能大大地減少爆炸的可能性。

2、 減少漏風的作用

采空區漏風是造成自然發火的主要原因之一。對于封閉或半封閉的采空區而言,從理論上講,注入氮氣后增加了其注入空間內混合氣體的總量,能夠減少封閉區內外之間的壓力差,從而起到減少封閉區外部向內部漏風的作用。

如果巷道里的密閉墻有裂縫或密閉強有裂縫,當密閉區內為負壓時,空氣可以通過墻縫或繞過密閉墻而進入密閉區。為了防止密閉漏風,可向密閉前后墻之間的空間連續不斷地注入必要流量的氮氣,使該空間形成正壓,阻止新鮮空氣進入密閉區內。

3、 降溫作用

對于有內因火災的采空區來說,其溫度大于外界溫度。當采用氮氣滅火時,無論是采用液氮,還是氮氣,其氮氣的溫度均低于火區的氣體溫度,加之氮氣在注入火區后的流動范圍大,對采空區來說都有顯的降溫作用。

4、 防止煤的自燃發熱和自燃

煤炭自燃的三要素是:煤有自燃傾向性;有連續的供氧條件;熱量易于積聚。煤礦生產工作面采空區氧化帶內的漏入風量不足以帶走煤氧化產生的熱量,則煤溫就逐漸升高,這時煤處于自燃發熱。當溫度達到煤的臨界溫度以上,氧化急聚加快,大量產生熱量,又使煤溫迅速升高,達到煤的著火溫度時便著火燃燒起來,即進入自燃狀態?;诖嗣貉鯊秃蠈W說,采取向工作面采空區氧化帶內注入一定流量的氮氣,降低該帶內的氧氣含量,達到破壞煤炭自燃的一個要素,使其氧含量降到煤自燃臨界值以下,就達到了防止煤自燃的目的。

5、 降低燃燒強度

無論是外因火災,還是內因火災,當火災已經發生,向火區內注入一定流量(大于漏風量)的氮氣,使該區內的氧含量由21%逐漸降低到10%以下,熊熊大火就逐漸處于自熄。

三、優缺點

國內外煤礦應用氮氣防滅火的實踐表明:氮氣具有滅火速度快,既能防火,也能滅火,還能抑制瓦斯爆炸,無污染環境和機電設備等優點。其缺點是氮氣的密度比空氣輕,容易流失。因此,在注氮的同時,必須采用堵漏措施相配合,才能取得滿意的效果。

四、制氮設備

我國煤礦防滅火目前所選用的制氮設備有:地面固定式深冷制氮氣設備;礦用地面固定式、地面移動式和井下移動式變壓吸附制氮設備,以及礦用地面固定式、地面移動式和井下移動式膜分離制氮設備。按空分原理可分為深冷式、變壓吸附式和膜分離式。近幾年來,尤以變壓吸附和膜分離制氮設備在煤礦現場應用得最多。

本文網址:http://www.thomastrials.com/Industry/967.html
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