平 煤 集 团 十 一 矿
二○○一年十一月十三日
1 前言
为了使平顶山矿务局11矿的氮气防灭火技术安全可靠,投资省和防灭火成本低,特进行本设计。本设行的依据为:
a.煤层自然发火期:1～2月;
b.每年自然发火征兆次数:3～4次;
c.工作面产量:2875t/d;
d.工作面长度:125m ;
e.工作面数量;1;
f.工作面回采高度:5.5 m;
g.工作面推进度:3.6m/d;
h.工作面距井筒距离:900～1900m .
本设计的要点为:
b. 矿井制氮机为膜分离制氮机,其产量为400m3/h; c. 矿井工作面采用间歇注氮防火,注氮方法为拖管注氮。
d. 矿井工作面输氮管路和埋管的管径均为87 mm。
2 氮气防火的原理及特点
空气中的氮气体积含量为78.1％，氮气比空气略轻，在标准状态下，１立方米氮气的质量为1～25kg。氮气在常温、常压下是无、无味、无毒的不可燃气体，对振动、热、电火
花等都是稳定的，无腐蚀作用，也不轻易与金属化合。氮气防灭火的原理见下框图：
采空区O2<12%瓦斯爆炸 | | 采空区O2<10%抑 制采空区浮煤氧化自燃 | | 采空区O2<12%扑灭采空 区煤层自燃 |
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氮气防灭火的特点为：
a.氮气比空气略轻，可以充满封闭范围内的所有空间，特别有利于综放面采空区上部和巷道冒顶区的防灭火。
b.通过管道输送，不需用水，输送方便。
c. 灭火过程中不损坏井巷设备，使灾后恢复工作简单。
d.氮气本身无毒，使用安全。
e.使用方便，投入防灭火速度快，采空区有发火征兆，此时，只需开启阀门，便可迅速向采空区注入氮气。
f.灭火速度快，能迅速降低封闭区的氧气含量使火区窒熄。
g.目标注氮时，能迅速降低巷道冒顶区的CO含量，保证灭火人员的安全。
h.提高火区内气体压力，减少火区漏风。
i.封闭注氮时对火源的降温效果较差，因此氮气灭火后或者将火源点甩入采空区窒熄带，或者进入封闭区内（巷道火灾）直接降温。
3 选择合理的氮气防灭火系统
目前，国内外的氮气防灭火系统种类较多，如果选择不当，不仅防灭火效果差，而且系统故障多，成本高，为此，按防灭火有效，经济合理的原则选择平顶山11矿氮气防灭火系统。目前,国内煤矿已使用的氮气防灭火系统如下框图所示:
首先按制氮原理选择平顶山矿务局11矿制氮系统。深冷式制氮系统由于所占厂房面积大,操作人员多,起动时间长,因此目前选这种系统防灭火的煤矿不多;膜分离制氮系统与碳分子筛变压吸附制氮系统相比,具有起动时间短（约10min），操作人员少（约6～10人），氮气压力高,厂房面积小和体积小等优点，故选膜分离制氮系统为平顶山矿务局11矿制氮系统。按防灭火形式选：由于移动式和固定式制氮系统的制造成本基本相同,而移动式比固定式服务的矿井多,一旦矿务局其它矿急需灭火,还可支援其它矿灭火,故选为井下移动式。综上所述，11矿制氮系统选为膜分离井下移动式制氮系统。
4. 建立氮气防灭火系统
平顶山矿务局11矿氮气防灭火系统由制氮机、输氮管路和采空区埋管组成。
4.1制氮机
制氮机的型号为-400型，由北京长安自动化集团制造，其主要技术指标为：
氮气产量（Nm³/h） 400
氮气纯度（％） ≥97
出口压力（Mpa） 0.9
起动时间（min） 10
装机容量（kw） 185
制氮机由气源部份，气源净化部份，制氮部份和氮气缓冲部份组成。
(１)压缩空气源
空气经压缩机将压力提高的10.0Mpa。
(２)气源净化处理
压缩空气经干燥除水，过滤器除尘和油水分离器除油后，得到洁净的空气。
(３)膜分离系统
洁净的压缩空气进入膜组件时，氧气被吸附，氮气流到出口端，连续输出氮气，整个过程由微电脑控制。
