含氮气三相泡沫的固氮及惰化特性.pdf

收稿日期“ “ A BC A DE F G A C HI J ; * 3 - 9 72 0 - 5 图三相泡沫中氮气的释放速率随时间的变化关系 * “ ,- . * - / * 0 10 2 1 * / . 0 7 1. 7 6 7 - 9 7. - / 7 - 9 72 0 - 5 由图和可知 A在不考虑外界环境的影响因素B如机械破 坏高温灼烧等A下三相泡沫的初始氮气释放量和 释放速率都是很小的“ 如C D EF GD “ H 氮气的释放量ID 8为时间无限长情况下的火区气体组分中 的极限氮气体积分数6 煤矿安全规程 3 4 - - 年版5规定氮气 防灭火时注入的氮气体积分数不小于A B 6取 “A B 煤矿安全规程 3 4 - - 年版5的 氮气防灭火的体积分数规定6采用三相泡沫惰化封 闭火区时制氮体积分数不得小于A B 2 U 应用实例 宁夏煤业集团公司白芨沟矿是中国优质V太 西W无烟煤的生产基地6年产能力达4 C -万I 2矿井 煤层瓦斯含量大6属高沼气矿井6煤层自然发火期 为 4个月6煤尘有爆炸危险2 4 - - 年 -月4 C日6 白芨沟矿发生特大瓦斯爆炸6造成全矿井封闭3封 闭空间为- - -多万P5 6形成我国建国以来最大 的煤矿井下火区3 - -多万P5 2白芨沟矿是宁夏 煤业集团公司的经济支柱6年利润超过亿元6因此6 尽快灭火启封火区并恢复生产具有重大经济和社 会效益2为此6宁夏煤业集团公司与中国矿业大学 联合组成课题组6对灭火抑爆缩封及火区启封的 关键技术进行研究2 4 - - C年X月6矿井在缩封 X X -运一川时遇到 技术难题6巷道位置见图Y 2 X X -运一川的地表区 域是沟谷地带6开采裂隙遍布6漏风相当严重2运一 川与发现明火的 X B X回一川相通6缩封期间的灌 浆出水温度表明运一川附近区域还存在高温异常 区2为了加快火区缩封的进度6 X X -运一川的缩封 工作必须及早完成2为了保障 X X -运一川施工的 安全6需保证该地点处于惰化状态6并防止 X X -中 巷内C - 以上的高体积分数瓦斯涌入 X X -运一 川Z2由于该区域的漏风十分严重6如通过地面钻 孔注氮气6氮气易随漏风源扩散6且氮气的密度较 空气小6难以到达运一川底部区域2这就使得注氮 不能对运一川形成有效的惰化2鉴于此6课题组提 出利用三相泡沫的固氮特性惰化运一川附近采空 区的技术方案2由于三相泡沫的密度较气体大得 多6含氮气三相泡沫更容易下落到火区底部2氮气 的密度比空气略小6因此6从火区底部释放出的氮 气能对更大范围的空间进行惰化2 图Y矿井巷道及火区位置示意图 D E 2 Y [ \ M PO I \J L P G I Q G G ] K O G RL H S J G 制氮装置为 _ ‘ a N B - -型碳分子筛变压吸附 式制氮机6其主要技术参数见表 2 表b制氮装置的技术参数 c d e f gb c g h i j k h d f l d m d ng o g m p q r j k o m q s g j t nd u k j sg v w k l ng j o 安装地点 流量x 3 PyM *5 纯度x 出口压力x z{ O 装机功率x T | 启动时间x P G 南四山头 B - -}A B - 2 - 2 Y 4 4“ - 由三相泡沫的惰化特性知6提高氮气的体积分 数 可提高火区的惰化效果2 再根据制氮装置的 流量与氮气体积分数成反比的特点6将制氮装置的 氮气流量限制在X - -Px M 6此时氮气体积分数达 Z周福宝6复杂条件下水封巷道的防爆缩封技术王德明6周福宝主编;第十二届矿井通风学术年会论文集海南6三亚6 4 - - C年 月6 4 Y 4 N 4 Y A 第期周福宝等;含氮气三相泡沫的固氮及惰化特性 万方数据 “ 以上为了加快三相泡沫的氮气释放速率 4 3 ; 5 2 - 9 0; - 7 4 3 8 . 6 02 / 0 9 制浆量 ABCD E’F土水比 氮气量 ABCD E’F 发泡 倍数 发泡剂消耗 量 G CDE’F 钻孔 * H’ H HI* HH H * H J 孔深’ K KAF * H J钻孔从 月日开始注三相泡沫 月’ * 日’ K B H时W 3 X 4 1 2 - 3 Y T U U V 日期时间 Z O*F Z Q RKF 气温 [ O*体积 分数趋势 是否注三 相泡沫 月’ *日’ K B HKK “’ 稳定是 月’ B日B B H’ H H* K 持续上升否 月’ B日’ H B HL KK H* H 稳定是 上述实例表明P在漏风强度较大的该区域三 相泡沫停注’ BD后 O*体积分数才上升至’ H 这表明原先注入火区的三相泡沫在固氮特性作用 下没有及时释放出氮气随着泡沫稳定性的降低 这部分氮气逐渐释放出并保持了对该区域的惰化 减缓了O *体积分数升高的速率 \ 结论 本文研究了含氮气三相泡沫的固氮及惰化特 性介绍了其在抢险救灾中的应用实例通过本文 的研究可得出如下结论P ’ F含氮气三相泡沫的密度比空气大得多能 携带氮气下落到火区的底部从而对更大范围内的 火区空间形成惰化] * F含氮气三相泡沫能有效地将氮气固存于浆 液之中增强了火区惰化的持久性避免了通常注 入火区的氮气易随漏风源很快流失的缺点] B F为了增强三相泡沫的惰化效果一方面要 提高制氮装置的氮气纯度另一方面可适当降低浆 液中固相材料的比例 参考文献P ’ _ 戚颖敏矿井防灭火煤矿安全手册第四篇F ‘_ 北 京P煤炭工业出版社 ’ ’ P L N a ’ L K * _ 王省身张国枢矿井火灾防治 ‘_ 徐州P中国矿业 大学出版社 ’ H P ’ K a K B B _ 徐精彩郭兴明邓军煤层火灾耐温高水胶体直接 灭火技术 b _ 煤炭科学技术 * H H H * “ B F P K a c db e f g a h i e j dOc e f g a Ae f g k l mjb n f o p h D f q r q g s q tAe f pt e u pv e u p h Gp w G e f g n e x D e f g ye G D G p Az p u i G n u pu p x e x G i f h pD e g Dyi G p ug p rt q ux p i A t e u p b _ Q q i r { h e p f h pi f vo p h D f q r q g s * H H H * “ B F P K a K _ 高广伟中国煤矿氮气防灭火的现状与未来 b _ 煤炭 学报 ’ * K ’ F P K “ a N ’ j |Oj n i f g a yp e o D pz u p x p f G x G i G pi f vz u q x z p h G xt q u f e G u q g p ft e u p z u p } p f G e q fi f vt e u p p r e Ae f i G e q f G p h D f q r q g se fh q i rAe f p xq tQ D e f i b _ b q n u f i rq t Q D e f iQ q i r { q h e p G s ’ * K ’ F P K “ a N ’ N _ |k |‘d{|o p h D f e h i r f q G p P p } e p y q t f e G u q g p fi x i fe f p u G g i xe fn f v p u g u q n f vAe f p x b _ b q n u f i r q t G D p ‘e f pp f G e r i G e q f{ q h e p G sq t{ q n G D|t u e h i * H H ’ N K B F P H a ’ _ { “ mj Ro u e z i G D e kk e u pt e g D G e f gp w z p u G e x pe f “ f v e i f h q i rAe f p x b _ b q n u f i rq t‘e f p x‘p G i r x n p r x ’ K K F P * ’ H a * ’ * L _ |ml b l l {Q { z q f G i f p q n xQ q A n x G e q fq t Q q i r i f v ‘e f p e u p ‘_ q G G p u v i AP | | i r ’ p Ai ’ “ N ’ H ’ a ’ * * “ _ d Q o p x Gq th D p Ae h i rx n z z u p x x i f G xt q u t e u pz u p } a p f G e q f e f Ae f p xye G D x n r z D e v p q u p x b _ ‘e f p u i r p x q n u h p x l f g e f p p u e f g * H H H * F P * N N a * K _ 王德明矿井防灭火新技术三相泡沫 b _ 煤矿安 全 * H H K B N L F P ’ a ’ “ |mj k p a Ae f g | f p y G p h D f q r q g sq tG D u p p a z D i x p t q i A t q uAe f pt e u ph q f G u q r b _ { i t p G se fQ q i r ‘e f p * H H K B N L F P ’ a ’ “ ’ H _ 周福宝税晓云章永久等地面钻孔大流量注三相 泡沫技术及其应用 |_ 付建华P煤矿瓦斯灾害防治 理论研究与工程实践 Q _ 徐州P中国矿业大学出版 社 * H H N P * L a * “ B 责任编辑 陈其泰F K’ 中国矿业大学学报第B N卷 万方数据