煤矿用氮气防灭火规范.doc

煤矿用氮气防灭火技术规范
(MT/T701－1997)
前 言
本标准在制定过程中，查阅了大量国内外的有关资料，特别是德国和法国的的氮气防灭火资料和使用氮气的有关规定，以及我国有关科研和应用的报告等，并对其内容进行认真研究分析后，按照《煤矿安全规程》和《矿井防灭火规范（试行）》的相关内容相一致的原则，同时结合我国煤矿应用氮气防灭火所取得的成功经验，确定了本标准的基本内容。
本标准中对氮气来源方式作了原则规定，但供氮能力必须满足最大防火注氮流量的需要，这是氮气防灭火成功与否的关键。注氮工艺和方法是本标准的核心内容，各矿井、各工作面的条件都不一样，因此在应用时需合理选择使用。均压、堵漏和火灾监测是注氮防灭火的配合措施，也是提高氮气防灭火效果的保证，应因地制宜地选择与实施。
本标准是在总结实际经验的基础上，制定出来的首部《煤矿用氮气防灭火规范》，为今后更好地开展氮气防灭火技术提供全煤炭行业的的统一的技术依据。
本标准是一个独立性标准。本标准规定的技术内容均独立于其它标准之外而独立成体，独立执行。
本标准由煤炭工业部科技教育司提出。
本标准由煤炭工业部煤矿安全标准化技术委员会归口。
本标准由煤炭科学研究总院重庆分院起草。
本标准委托煤炭科学研究总院重庆分院负责解释。
1　范　　围
本标准规定了煤矿用氮气防灭火的氮气源设备、注氮防灭火工艺和方法及主要技术参数等。
本标准适用于具有煤炭自然发火而又有条件建立氮气防灭火系统的矿井。
2　引用标准
下列标准所包含的条文，通过本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
《煤矿安全规程》1992－12－22　中华人民共和国能源部
《矿井防灭火规范》（试行）1988－10　中华人民共和国煤炭工业部制定
3　定　　义
本标准采用下列定义。
3.1　注氮防灭火方法method of fire fighting by nitrogen injection
将氮气通过管路输送到需要防灭火的区域，使之降低该区域内空气中的氧气浓度，达到阻止煤炭氧化或窒息火源。
3.2采空区三带three zones of gob
工作面采空区沿走向方向，按其氧气浓度不同而划分的区域，即冷却带、氧化带、窒息带。
3.3　惰化防火指标insertion index for fire prevention
煤的防火临界氧气浓度值。
3.4　惰化灭火指标insertion index for fire extinguishment
彻底扑灭火源并使其不再复燃的临界氧气浓度值。
3.5　惰化抑爆指标insertion index for explosion suppression
氧气浓度降低到瓦斯失去爆炸条件时的临界氧气浓度值。
3.6　开放式注氮open type of nitrogen injection
在需要注氮的区域未封闭的情况下，进行注氮。
3.7　封闭式注氮seal type of nitrogen injection
为控制火情或防止瓦斯爆炸，将发生火灾或积聚瓦斯的区域先封闭后再进行注氮。
3.8安全氧浓度指标safety index for oxygen content
保证人员生命安全所必须的最低氧气浓度值（18.5%）。
3.9安全通风量safe ventilation air quantity
注氮过程中，为防止输氮管路内的氮气全部泄漏到巷道内或工作面，不致造成该处工作人员因缺氧而发生窒息事故所必须的最小通风量。
4　一般要求
4.1　应有完整的矿井开拓、开采图，通风系统主输氮管路系统图。
4.2　新建在矿井应有所有煤层、拟采水平和不同地质构造区域煤的自燃倾鉴定向报告，以及开采同煤系煤层邻近生产矿井的自然发火危险程度等级资料。
4.3　生产矿井有矿井自然发火危险程度等级资料以及新开煤层、新水平和不同地质构造区域煤自燃燃倾向报告。
4.4　生产矿井有历年自然发火资料。
5　注氮防灭火方案
5.1　注氮方案的主要内容
5.1.1　建立氮气防灭火系统
a)现行常规防灭火技术措施的适应性和有效性分析；
b）氮气来源选取的技术经济分析；
c）供氮能力、输氮管路的计算与选取；
d）注氮防灭火工艺和方法；
e）注氮防灭火的效果考察；
f）投资概算与工程进度计划；
g）工程组织领导机构。
5.1.2　建立完善的火灾监测系统。
5.1.3　有可靠的防止向注氮区域内漏风和氮气泄漏的措施。
5.2　注氮方案的实施
5.2.1　制定的注氮防灭火方案必须报矿务局审批后方能实施。
5.2.2　注氮防灭火方案的工程应由基建施工单位（基建矿井）或矿井（生产矿井）负责组织实施。
5.2.3　注氮防灭火方案规定的工程完工后由批准部门负责组织验收。
6　氮气源设备
6.1　氮气源设备可选用地面固定式深冷空分制氮；地面固定式或井上、井下移动式变压吸附制氮装置；井上、井下固定式或移动式膜分离制氮装置。
6.2　井下制氮装置中的电气设备必须取得《防爆检验合格证》。
6.3　地面移动式应制氮装置的外形尺寸应能满足公路和铁路运输的要求。
6.4 井下移动式制氮装置的外形尺寸与矿用平板车、罐笼的允许尺寸相适应。
7　主要技术参数
7.1 供氮能力
制氮设备或装置的供氮能力应按矿井注氮工作面防火注氮需要选取，供氮能力可按式（1）计算（1个工作面注氮量）：

（1）

式中：—采空区氧化带内漏风量，m3/min；
—采空区氧化带内平均氧浓度，%；
—采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度，%；
—注入氮气的氮浓度，%；
K —备用系数，取1.2～1.5。
7.2 氮气纯度
向防火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。而向火区注入氮气纯度应不低于97%。
7.3 供氮压力
地面、井下制氮设备的供氮压力，可按7.4.2条的供氮压力公式计算，其管路末端的绝对压力应不低于0.2MPa。
7.4 输氮管路
7.4.1 管材的选取
从地面供氮时，当供氮压力小于1.6MPa时，输氮管路应选用无缝钢管。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无缝钢管。
7.4.2 输氮管路的直径应满足最大输氮流量和压力的要求。供氮压力能否满足要求，按式（2）进行计算：

（2）

式中：—管路末端的绝对压力，MPa；
—最大输氮流量，m2/h；
—基准管径，150mm；
—实际输氮管径，mm；
—相同直径管路的长度，km；
—基准管径的阻力损失系数，0.026；
—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
管 径Di，mm
70
80
100
150
200
250
300
400
阻力系数λi，
0.032
0.031
0.029
0.026
0.024
0.023
0.022
0.020
7.5 输氮管路的铺设
7.5.1 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，每节软管的吊挂不少于4点，不允许在管路上堆放他物。低洼处可设置放水阀。
7.5.2 输氮管路的分岔处应设置三通和截止阀及压力表。
7.5.3 输氮管路应进行防锈处理，表面涂黄色油漆。
7.5.4 定期对输氮管路进行试压检漏。
8　注氮防灭火工艺和方法
根据矿井具体条件，可采用埋管注氮、拖管注氮、钻孔注氮、插管注氮和密闭注氮等工艺。
8.1 埋管注氮
在工作面的进风侧沿采空区埋设一趟注氮管路。当埋入一定深度后开始注氮，同时又埋入第二趟注氮管路（注氮管口的移动步距通过考察确定）。当第二趟注氮管口埋入采空区氧化带与冷却带的交界部位时向采空区注氮，同时停止第一趟管路的注氮，并有重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。
8.2 拖管注氮
在工作面的进风侧沿采空区埋设一定长度（其值由考察确定）的厚壁钢管作为注氮管路，它的移动主要利用工作面的液压支架，或工作面运输机头、机尾，或工作面进风巷的回柱绞车作牵引。注氮管随着工作面的推进而移动，使其始终埋入采空区内的一定浓度。
8.3　钻孔注氮
在地面或井下，向采空区或火灾隐患的区域打钻孔（全套管）注氮。
8.4　插管注氮
工作面开切眼、停采线和巷道高冒区，可采用向火源直接插管的注氮方法进行注氮。
8.5　密闭注氮
利用密闭墙上预留的注氮管向火区或火灾隐患的区域实施注氮。
8.6　注氮方法
根据对火情的预测情况，可选择连续或间断注氮。
8.7　注氮地点
防灭火注氮地点应尽可能选择在进风侧或靠近火源。工作面采空区注氮防火的注氮管口应处于采空区氧化带内。
8.8　注氮抑制瓦斯爆炸
扑灭瓦斯积聚区的火灾，需建防爆墙。注氮的同时，取样分析灾区气体成分的变化，并用空气－甲烷混合物的爆炸三角形进行失爆性的判定。
9　注氮防灭火惰化指标
9.1　采空区惰化防火氧浓度指标不大于煤自燃氧浓度，其值由气相色谱吸氧法测定。
9.2　惰化灭火氧浓度指标应不大于3%。
9.3　惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标应小于12%。
10　注氮防灭火的效果考察
10.1　为保证注氮防灭火的效果，宜对注氮的区域采取均压措施，并采取严格的堵漏措施以及有效的火灾监测，使防灭火区域的漏风量降到最低限度。
10.2　考察内容：
――注氮前、后采空区三带的变化；
――注氮量、注氮扩散半径、注氮口移动步距等。
11　安全技术措施与管理
11.1　注氮过程中，工作场所的氧气浓度不得低于18.5%，否则应立即停止作业撤除人员，同时降低注氮流量或停止注氮。
11.2　注氮地点及与其相连巷道的安全通风量，按式（3）计算；

（3）
式中：—工作场所的安全通风量，m3/min；
—最大氮气泄漏量，m3/min；
　　　—泄漏氮气中的氮气浓度，%；
　　　—工作面或巷道中原始氮气浓度，一般取20.8%；
　　 —工作场所的安全氧浓度指标，18.5%。
11.3　注氮安全措施与管理
在采空区进行注氮防火或在火区进行注氮灭火时，必须编制相应的安全技术措施，并经矿总工程师审批后，方可实施。
11.4 制氮设备的管理人员和操作人员，必须经培训，考试合格，并取得结业证和上岗证后，方可上岗。
11.5 必须建立制氮设备的操作规程、工种岗位责任制、机电设备维护检修规程、注氮防灭火管理暂行规定等规章制度。
11.6 建立注氮防灭火台帐。
11.7 注氮防火、灭火区的管理、熄灭标准、注销和启封要求以及防火墙的管理，应按《煤矿安全规程》和《矿井防灭火规范》的规定执行。