东欢坨矿防灭火注氮系统设计2资料.docx
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东欢坨矿防灭火注氮系统设计2资料
东欢坨矿防灭火注氮系统设计
编制人:
安全副总:
总工程师:
编制单位:
生产技术部
编制日期:
2016-7-15
东欢坨矿各采煤工作面采用长壁后退式综合机械化采煤法,其采空区遗煤较多、范围广、空间大,且所采煤层自燃倾向性为自燃,工作面防灭火工作十分重要。
参照《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701一1997)采用注氮防灭火措施,利用预先铺设管路、连续向采空区注氮的方式,能有效的防止工作面回采期间遗煤氧化自燃。
为防止输氮管路和采空区泄漏氮气造成人员伤害、保证注氮防灭火效果,特编制如下专项设计。
一、注氮防灭火方案
1.注氮防灭火措施的适应性和有效性分析
氮气是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体。
由于氮气分子结构稳定,其化学性质相对稳定,在常温、常压条件下氮气很难与其它物质发生化学反应,所以它是一种良好的惰性气体,随着空气中氮气含量的增加,氧气含量必然降低。
当氧气含量低到5~10%时,可抑制煤炭的氧化自燃;氧气含量降至3%以下时,可以完全抑制煤炭等可燃物的阴燃与复燃。
用氮气防灭火和阻止瓦斯爆炸的过程称为惰化,惰化后的火区因氧气不足而不能燃烧和爆炸。
氮气的防灭火作用,即是使采空区等有关区域惰化。
基于氮气的性质及煤的氧化机理,向采空区及遗煤带注入氮气,使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带,降低这些区域的氧含量,形成氮气惰化带,从而达到抑制采空区自燃和安全开采的目的。
2.氮气来源选取的技术经济分析
目前,工业制取氮气均以空气作为原料气,这种原料气的供给是无限量的。
我矿设计采用煤矿用膜分离制氮装置(薄膜分离法)。
3.供氮能力、输氮管路的计算与选取
(1)供氮能力计算
根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701-1997)第7.1条的规定:
制氮设备或装置的供氮能力应按矿井注氮工作面防火需要选取,供氮能力(1个工作面注氮量)可按下式计算:
式中:
QN——供氮能力,m3/h;
K——备用系数,取1.2;
Q0——采空区氧化带内漏风量,m3/min;采空区氧化带的范围受工作面的通风状况、采空区的冒落等诸多因素的影响而在很大的范围内变化,因此采空区氧化带的漏风量的变化范围也较大,此范围内的漏风量一般按工作面风量的1/60~1/100选取;采取堵漏风措施后,采空区氧化带内的漏风量取为5.4m3/min;
C1——采空区氧化带内平均氧浓度,%;目前国内应用较普遍的是将采空区氧浓度在10~18%之间的区域视为氧化带,取值12%;
C2——采空区惰化防火指标,其值为煤自燃临界氧浓度,%;煤的自燃临界氧浓度值随煤种、煤质、赋存条件等因素的不同而变化,其具体数值应根据实验室试验而取得,此值的范围一般为7%~10%,取值7%;
CN——注入氮气的氮气浓度,%;根据《煤矿安全规程》中的规定:
采用氮气防火注入的氮气浓度不得低于97%。
同时根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》第7.2条的关于氮纯度的规定“向采空区注入氮气的纯度要视其能将采空区的氧浓度降低到煤自燃临界氧浓度而定。
而向火区注入氮气浓度应不低于97%。
”因此取97%;
可计算得供氮能力:
(m3/h)
灭火注氮量,原则上最初的注氮强度要大,然后逐渐降低注氮强度。
若采用开放式注氮方式,则灭火注氮量需求更大。
因此选择制氮能力为500m3/h的DM-1000型煤矿用膜分离制氮装置能够满足要求。
(2)输氮管路的选取
根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》第7.4.1条和7.4.2条的规定:
从井下供氮时,除应采用钢管外,在满足输氮压力的情况下,可选用耐压橡胶软管,但进入采空区或火区的管路必须采用钢管。
输氮管路的直径应满足最大输氮流量和压力的要求。
供氮压力可按下式进行计算:
式中:
P2——管路末端的绝对压力,MPa(此值不应低于0.2MPa);
Qmax——最大输氮流量,m3/h;
D0——基准管径,150mm;
Di——实际输氮管径,mm;
Li——相同直径管路的长度,km;
λ0——基准管径的阻力损失系数,0.026;
λi——实际输氮管径的阻力损失系数,对于不同的钢管直径,则有如表1的关系:
表1不同管径阻力系数值
管径Di,mm
50
60
70
80
100
150
阻力系数λi
0.034
0.033
0.032
0.031
0.029
0.026
在实践中,输氮管路一般均选择50~l00mm管径的钢管,制氮装置所能提供的压力P1按0.8Mpa计算,根据下式计算在此压力下的注氮主管的最长输氮距离为:
=50.42km
计算得最长输氮距离:
管径为100mm时,L=50.42km;所以选择管径100mm输氮管路完全能够满足工作面注氮防灭火的要求。
采空区埋设管路选用Φ100mm的钢管。
转弯处、进风隅角埋管处管路连接采用耐压橡胶软管。
采空区埋设输氮管路采用螺纹管接头连接,并需有独立的专用阀门。
(3)输氮管路的铺设要求
①管路的铺设应尽量减少拐弯,要求平、直、稳,接头不漏气。
每节钢管的支点不少于两点,不允许在管路上堆放他物。
低洼处可设置放水阀。
②输氮管路的分岔处应设置三通截止阀及压力表。
③输氮管路应进行防锈处理。
④定期对输氮管路进行试压检漏。
(4)注氮地点的安全通风量
根据《煤矿用氮气防灭火技术规范》(MT/T701-1997)第11.2条的规定,注氮地点及与其相连巷道的安全通风量按下式计算:
式中:
Q0——工作场所的安全风量,m3/min;
QN——最大氮气泄漏量,m3/min,取8.33m3/min;
CN——泄漏氮气中的氮气浓度,%,取97%;
C1——工作面或巷道中原始氧气浓度,取20.8%;
C2——工作场所的安全氧浓度指标,取18.5%;
在输氮管路沿途或工作面,假设所输送500m3/h的氮气全部泄漏,按工作场所安全氧浓度指标18.5%的要求,经计算,此时巷道的安全风量应为64.47m3/min以上,通风人员应随时监测注氮工作面下运道、注氮泵房通路巷的风量,保证风量处于安全风量以上。
二、注氮防灭火工艺和方法
1.制氮设备
根据注氮能力和注氮压力的计算,选用DM-1000型煤矿用膜分离制氮装置。
有关性能指标参数如下:
(1)结构类型:
分体轮轨移动式
(2)氮气产量:
500m3/h
(3)氮气纯度:
≥97%(可调)
(4)氮气输出压力:
≥0.8MPa(可调)
(5)电压:
660V/1140V
(6)电控系统电压:
127V
(7)装机功率:
370kW
2.注氮系统与制氮设备的安装要求
移动制氮机安设在-500水平三川位置,并与中央下段采区、12-2采区注氮管路搭接,形成中央下段采区防灭火注氮系统和12-2采区防灭火注氮系统;在北二采区需要注氮时,将移动制氮机,运输并安装到-500水平北二采区下车场位置,并与北二采区注氮管路搭接,形成北二采区防灭火注氮系统。
从而构成矿井防灭火注氮系统。
(1)中央下段采区防灭火注氮系统:
移动制氮机安设地点位-500水平三川位置,管路从-500三川大库敷设至采区各石门位置。
制氮装置从里往外依次为空压机1台、制氮机1台。
(见附图1)
注氮路线:
-500三川大库注氮泵房→-500中石门皮带巷→中央变电所→中央下段采区回风山→中央下段采区各石门位置。
(2)12-2采区防灭火注氮系统:
移动制氮机安设地点位-500水平三川位置,管路从-500三川大库敷设至采区运道位置。
制氮装置从里往外依次为空压机1台、制氮机1台。
(见附图2)
注氮路线:
-500三川大库注氮泵房→-500中石门皮带巷→中央变电所→12-2辅助进风巷→12-2采区工作面。
(3)北二采区防灭火注氮系统:
移动制氮机安设地点位-500水平三川位置,管路从北二采区下车场经北二采区轨山敷设至采区各石门位置。
制氮装置从里往外依次为:
空压机1台、制氮机1台。
(见附图3)
注氮路线:
-500水平北二采区下车场位置→北二采区轨道上山→北二采区各石门位置。
3.制氮机安设硐室应满足以下要求:
(1)制氮装置中的电气设备,必须取得《防爆检验合格证》。
(2)制氮硐室设在进风巷道中,供风量取安全通风量64.47m3/min和按AQ1056-2008计算得机电硐室配风量330m3/min两者大值,取330m3/min。
(3)制氮装置必须有独立的供电电源和馈电开关,硐室应设专用电话。
(4)安装制氮装置的硐室平、直而且支护良好;巷道顶及两帮均用水泥砂浆喷涂加固,水泥砂浆厚度不小于2~3cm,底板用水泥砂浆抹平并留有专用水沟。
(5)制氮装置硐室内必须挂有完善的管理牌板。
(6)制氮装置硐室内必须按规定配齐消防材料。
4.注氮防灭火方式
在中央下段采区回风山、12-2辅助进风巷、北二采区轨山敷设防火注氮管路,到各石门位置后出三通、阀门,使各生产工作面在出现发火隐患或是火灾时,若需要进行注氮灭火,能够迅速连接矿井注氮系统,在短时间内实现对发火部位的开展注氮工作,增加了矿井防灭火的一种方法,从而保障了矿井的安全生产工作。
(2)注氮方法
采用预先铺设管路注氮方式,连续注氮方法。
5.劳动组织
注氮工作面注氮防灭火工程作业人员每班由3人组成,司机1人,负责开泵;巡氮人员1人,负责巡查管路;专职电工1人,负责机组及其电器设备的维护。
三、其它注意事项
1.注氮泵司机不得擅自离岗,不得任意开停制氮机。
2.机电维护工要经常注意制氮机运行状态,要经常检查制氮机各部位接头、管路的密封情况,加强维护。
发现异常及时处理;当发生故障又无法处理时,应先停机,并通知注氮管路监测人员关闭各注氮支管阀门,故障排除后,应通知注氮管路监测人员,打开原规定的注氮支管阀门,待得到阀门开启确切消息后,才允许启动制氮装置。
3.注氮工要经常检查注氮主管与支管的运行状态,随时记录各注氮支管孔板流量计的注氮量与注氮压力,发现有泄漏及时检修处理。
当注氮主管或支管发生崩管时,要及时通知制氮机站,关闭制氮机,停止输氮。
4.注氮泵司机要认真作好制氮装置的运行记录,每小时记录一次制氮压缩机的压力和温度,每两小时记录一次制氮机出口氮气压力,流量和浓度。
5.注氮机司机必须密切注意注氮机的压力表及氮气浓度的变化情况,如压力和浓度发生突然变大、变小,要及时停机,并关闭机组阀门,停止往外输出氮气。
6.注氮期间,注氮工作面必须设置专职火检员,加强采空区的氮气泄漏情况与工作面的氧气浓度检查。
7.注氮作业时,由综采队对工作面上、下隅角采取打设风幛措施进行封堵,减少向采空区漏风。
8.在管路上安设观察孔,定期测定注氮管路中的氧气浓度,发现氧气浓度大于3%时,应及时停止注氮,查明原因,进行处理。
首次注氮时(含以后每次重新开启制氮设备),应将管路中的空气排空,待注氮管路中的氧气浓度低于3%时,方可开始注氮。
9.注氮作业期间,由通风区组织对注氮工作面进行适度的均压调节,减少采空区的氮气泄漏。
10.注氮期间,通风区派专人检查注氮灭火区及工作面的气体、气温、煤温、出水温度、采空区气体等情况,并进行每周采气样化验。
分析注氮防灭火效果,包括注氮前、后的采空区的三带变化情况、注氮量、注氮扩散半径、注氮口移动步距等,定期提出分析报告。
11.注氮作业过程中,工作面的氧气不得低于20%,否则立即停止作业,撤出人员,同时降低注氮流量或停止注氮。
12.制氮设备的管理人员和注氮操作人员必须经过培训,考试合格,并取得上岗证后,方可上岗。
综采队注氮组必须建立操作规程、工种岗位责任制、机电设备维护检修制度。
13.注氮管路连接好后,由空压机加载空气进行管路耐压试验,检查泄漏,耐压压力必须达到0.8MPa。
14.注氮设备安装完好后,由通风区干部跟班进行首轮注氮试验,试验期间,查找注氮设备及注氮方法当中存在的问题,提出改进、完善意见,进一步完善修改注氮专项设计。
15.首次注氮试验,通风区干部在进风隅角注氮连接口监控排出空气直到输出氮气的过程,检查输氮管路阀门及注氮支管阀门的密封情况;采空区注氮支管阀门除正常注氮期间,其余时间应处于长闭状态。
密切观察工作面风流中的氧气浓度和各项气体,气体浓度异常时,必须及时撤人并调小注氮流量,确保安全生产。
16.进风隅角注氮连接口必须设置三通调节阀门,并保证连接牢固可靠。
检测氧气浓度小于3%时,方可切换至注氮接口。
当检测释放口附近巷道风流的氧气浓度低于18%时,必须先关闭输氮出口,并有专人观察输氮管路密封情况。
17.首轮注氮期间,每天束管采集采空区气样进行化验、分析。
18.正常注氮期间,瓦检人员密切观察工作面上、下隅角氧气浓度情况及各项气体的涌出情况,气体超限时,严禁人员进入,并标明范围,悬挂警标。
19.综采队跟班队长、当班班长、安全员、瓦检员及其他流动作业人员、管理人员必须携带便携式测氧仪器。
20.人员吸入氮气处理措施
氮气为无色无臭气体,化学性质不活泼,不燃,微溶于水、乙醇。
空气中氮气含量过高,使人员吸入氧气分压下降,会引起缺氧窒息。
氮气泄露,人员吸入氮气浓度不太高时,最初感觉胸闷、气短、疲软无力;继而有烦躁不安、极度兴奋、乱跑、叫喊、神情恍惚、步态不稳,可进入昏睡或昏迷状态。
吸入高浓度,患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
现场急救措施为:
吸入氮气后,迅速脱离现场至空气新鲜处;保持呼吸道通畅,感觉呼吸困难者立即使用压缩氧自救器;如呼吸心跳停止,立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术。
初步的急救措施实施后,立即升井就医。
21.避灾路线
当采空区发生自然发火或注氮管路发生泄漏无法现场处理时,立即汇报矿调度,由跟班队长、安全员、瓦检员带领人员迅速沿以下路线撤出:
(1)中央下段采区:
工作地点→中央下段采区轨道上山→-690大巷→-690轨道中石门→副井→地面。
(2)12-2采区:
工作地点→12-2采区工作面运道→12-2辅助进风巷→-500轨道中石门→副井→地面。
(3)北二采区:
工作地点→北二采区轨道上山→-500北二采区下车场→-500北翼轨道大巷→-500轨道中石门→副井→地面。
附图1中央下段采区防灭火注氮系统图
附图212-2采区防灭火注氮系统图
图3北二采区防灭火注氮系统图
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