氮?dú)庠诿旱V防滅火中的應(yīng)用

煤礦防滅火對(duì)于惰性氣體的定義與化學(xué)對(duì)惰性氣體的定義不盡相同。在防滅火的工作實(shí)踐中，惰氣是指不參與燃燒反應(yīng)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(jiàn)的防滅火惰氣是燃?xì)?、氮?dú)夂投趸肌?/p>

一、氮?dú)獾男再|(zhì)
眾所周知，氮?dú)獾脑鲜强諝?。氮?dú)馐且环N無(wú)色無(wú)味無(wú)毒無(wú)腐蝕，不自燃，也不參與燃燒的氣體，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（21℃，101.325kpa），氣體密度為0.461kg/cm3,液體密度為80.8kg/m3,氮?dú)庠?01.325Kpa,-195.8℃時(shí)變成無(wú)色的液體，在-209.9℃時(shí)，變成霧狀的固體。氮?dú)庠谒腥芙舛群苄?，很難與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在震動(dòng)、熱和電火花作用下都較穩(wěn)定。

二、 氮?dú)夥罍缁鹱饔迷?br />
注氮防滅火的實(shí)質(zhì)是向采空區(qū)氧化帶內(nèi)或火區(qū)內(nèi)注入一定流量的氮?dú)?，使其氧含量降?0%或3%以下，達(dá)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(xiǎn)
在煤礦當(dāng)采空區(qū)一旦出現(xiàn)火災(zāi)，危害最大的是導(dǎo)致其內(nèi)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(shí)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(gè)界限擴(kuò)大，反之縮小。如果混合氣體被加熱到300℃，氧含量為9%時(shí)就能發(fā)生爆炸。因而國(guó)內(nèi)的研究表明，將氧氣的臨界含量控制在5%以下時(shí)幾乎能防止任何爆炸，否則爆炸還有可能發(fā)生。而氧氣的含量低于10%時(shí)混合氣體的爆炸有顯著的降低。正是從這一理論出發(fā)，向火區(qū)注入氮?dú)夂笫蛊溲鹾拷档?，而且只要氧含量低?0%時(shí)就能大大地減少爆炸的可能性。

2、 減少漏風(fēng)的作用
采空區(qū)漏風(fēng)是造成自然發(fā)火的主要原因之一。對(duì)于封閉或半封閉的采空區(qū)而言，從理論上講，注入氮?dú)夂笤黾恿似渥⑷肟臻g內(nèi)混合氣體的總量，能夠減少封閉區(qū)內(nèi)外之間的壓力差，從而起到減少封閉區(qū)外部向內(nèi)部漏風(fēng)的作用。
如果巷道里的密閉墻有裂縫或密閉強(qiáng)有裂縫，當(dāng)密閉區(qū)內(nèi)為負(fù)壓時(shí)，空氣可以通過(guò)墻縫或繞過(guò)密閉墻而進(jìn)入密閉區(qū)。為了防止密閉漏風(fēng)，可向密閉前后墻之間的空間連續(xù)不斷地注入必要流量的氮?dú)?，使該空間形成正壓，阻止新鮮空氣進(jìn)入密閉區(qū)內(nèi)。

3、 降溫作用
對(duì)于有內(nèi)因火災(zāi)的采空區(qū)來(lái)說(shuō)，其溫度大于外界溫度。當(dāng)采用氮?dú)鉁缁饡r(shí)，無(wú)論是采用液氮，還是氮?dú)?，其氮?dú)獾臏囟染陀诨饏^(qū)的氣體溫度，加之氮?dú)庠谧⑷牖饏^(qū)后的流動(dòng)范圍大，對(duì)采空區(qū)來(lái)說(shuō)都有顯的降溫作用。

4、 防止煤的自燃發(fā)熱和自燃
煤炭自燃的三要素是：煤有自燃傾向性；有連續(xù)的供氧條件；熱量易于積聚。煤礦生產(chǎn)工作面采空區(qū)氧化帶內(nèi)的漏入風(fēng)量不足以帶走煤氧化產(chǎn)生的熱量，則煤溫就逐漸升高，這時(shí)煤處于自燃發(fā)熱。當(dāng)溫度達(dá)到煤的臨界溫度以上，氧化急聚加快，大量產(chǎn)生熱量，又使煤溫迅速升高，達(dá)到煤的著火溫度時(shí)便著火燃燒起來(lái)，即進(jìn)入自燃狀態(tài)?；诖嗣貉鯊?fù)合學(xué)說(shuō)，采取向工作面采空區(qū)氧化帶內(nèi)注入一定流量的氮?dú)猓档驮搸?nèi)的氧氣含量，達(dá)到破壞煤炭自燃的一個(gè)要素，使其氧含量降到煤自燃臨界值以下，就達(dá)到了防止煤自燃的目的。
5、 降低燃燒強(qiáng)度
無(wú)論是外因火災(zāi)，還是內(nèi)因火災(zāi)，當(dāng)火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生，向火區(qū)內(nèi)注入一定流量（大于漏風(fēng)量）的氮?dú)猓乖搮^(qū)內(nèi)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(yōu)缺點(diǎn)
國(guó)內(nèi)外煤礦應(yīng)用氮?dú)夥罍缁鸬膶?shí)踐表明：氮?dú)饩哂袦缁鹚俣瓤欤饶芊阑?，也能滅火，還能抑制瓦斯爆炸，無(wú)污染環(huán)境和機(jī)電設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是氮?dú)獾拿芏缺瓤諝廨p，容易流失。因此，在注氮的同時(shí)，必須采用堵漏措施相配合，才能取得9 7 3 1 2 4 8 : 來(lái)源：中國(guó)安全天地網(wǎng)

滿意的效果。

四、 制氮設(shè)備
我國(guó)煤礦防滅火目前所選用的制氮設(shè)備有：地面固定式深冷制氮?dú)庠O(shè)備；礦用地面固定式、地面移動(dòng)式和井下移動(dòng)式變壓吸附制氮設(shè)備，以及礦用地面固定式、地面移動(dòng)式和井下移動(dòng)式膜分離制氮設(shè)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(lái)，尤以變壓吸附和膜分離制氮設(shè)備在煤礦現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用得最多。

為滿足煤礦選擇氮?dú)庠丛O(shè)備的需要，煤炭科學(xué)研究總院重慶分院與溫州瑞氣空分設(shè)備有限公司合作，共同研制開(kāi)發(fā)出KGZD系列（氮?dú)饧兌葹?8%，產(chǎn)氣量為200—2000m3/h）礦用地面固定式制氮設(shè)備、KYZD系列（氮?dú)饧兌葹?8%，產(chǎn)氣量為200—1200m3/h）礦用地面移動(dòng)式制氮設(shè)備和JXZD系列（氮?dú)饧兌葹?8%，產(chǎn)氣量為200—800m3/h）礦用井下移動(dòng)式制氮設(shè)備。
從1998年至今，已有淮南局，淮北局，臨沂局，靖遠(yuǎn)局，華亭局，華管會(huì)，國(guó)投新集等局礦先后選用了瑞氣公司生產(chǎn)的變壓吸附制氮設(shè)備，為保障煤礦的安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

五、 應(yīng)用實(shí)例及效果

“八五”以來(lái)，綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)在我國(guó)條件適宜的礦井得到廣范應(yīng)用，因此，氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)成為該采煤方法的主要防滅火措施。目前已有50余個(gè)局礦建立了氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)，而變壓吸附制氮設(shè)備已在近30余個(gè)局礦中應(yīng)用，為煤礦安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。
煤礦注氮防滅火抑爆的應(yīng)用實(shí)例較多，現(xiàn)只舉三例。

1、 1991年10月，某礦放頂煤工作面采空區(qū)發(fā)生自燃發(fā)火，封閉工作面后采用黃泥灌漿滅火1個(gè)月無(wú)明顯效果，采用氮?dú)鉁缁鸷?，使火區(qū)CO含量降為0，O2含量降為1.5%,氣體溫度降到18℃，當(dāng)即打開(kāi)密閉恢復(fù)生產(chǎn)。氮?dú)鉁缁鸬男Ч梢酝ㄟ^(guò)兩次滅火對(duì)比得出：第以次采用掘消火道打鉆灌黃泥漿滅火1個(gè)月，火區(qū)達(dá)開(kāi)后又復(fù)燃，第二次氮?dú)鉁缁?1d，火區(qū)打開(kāi)后再也沒(méi)有復(fù)燃。

2、 1993年6月，某礦19110綜采工作面撤架剛結(jié)束時(shí)，已撤支架的運(yùn)輸順槽發(fā)生自燃，立即對(duì)采空區(qū)用板閉封閉后實(shí)施注氮，當(dāng)時(shí)通過(guò)埋設(shè)的束管測(cè)得火源點(diǎn)附近的2#測(cè)點(diǎn)CH4和O2的含量分別為7%和14%，正處于瓦斯爆炸界限之內(nèi)，而此處的CO含量正以300ppm/d的速度上升，瓦斯隨時(shí)都有可能發(fā)生爆炸，在注氮?dú)?h后，將此處的O2含量降到10%，抑制了火區(qū)的瓦斯爆炸，注氮10d后，徹底撲滅了火區(qū)。
1989年2月20日，某礦3402工作面的掘進(jìn)巷內(nèi)發(fā)生瓦斯連續(xù)爆炸，次日派人前去處理和排放瓦斯，在恢復(fù)通風(fēng)時(shí)又發(fā)生了爆炸，當(dāng)場(chǎng)死亡2人傷9人，另3名救護(hù)隊(duì)員在災(zāi)區(qū)內(nèi)遇難。因火災(zāi)高溫、煙霧和還有繼續(xù)爆炸的危險(xiǎn)，未能及時(shí)將遇難者搶救出來(lái)。救災(zāi)會(huì)議擬定了11個(gè)方案，試行了6個(gè)均未獲成功，已時(shí)隔8d遇難者還是無(wú)法撤出來(lái)。于是決定采用液氮滅火技術(shù)處理，6小時(shí)共注氮2900m3,約為火區(qū)體積的3倍，火勢(shì)被迅速撲滅，同時(shí)又消除了瓦斯爆炸危險(xiǎn)，于是救護(hù)隊(duì)員進(jìn)入災(zāi)區(qū)抬出了遇難者。然后清理巷道，僅有幾天時(shí)間就恢復(fù)了生產(chǎn)，更重要的是撤出了遇難者。

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