氮氣作為一種典型的惰性氣體,因其自身的不活躍特性而被廣泛應用在井下火災防治工程中,作用的實質是藉助其惰性特質,在注入採空區後,隨著自身的擴散,充滯到破碎煤體周邊,構成氣固相互交叉的混合體,從而降低破碎煤體四周的氧氣濃度,降低煤炭的氧化速率。此外,注入氮氣還能夠起到良好的熱吸附效果,對控制範圍內的煤體溫度起到降低效果。
1、氮氣防滅火方式的選擇
氮氣防滅火方式主要有單純注氮滅火、以防火為主的連續注氮和有發火徵兆的間歇注氮三種。
(1)單純滅火注氮由於平時不注氮,可節省大量氮氣,費用低,但這種方式僅適用於發火次數少的礦井。
(2)連續注氮防火效果可靠性大,適用於火區下採煤和發火特別嚴重的工作面,但所需氮氣量大,注氮成本高。
(3)有發火徵兆時,間歇注氮這種方式防、滅兼顧,平時不注氮,當工作面有發火徵兆時才開始注氮,採用間歇注氮,既可以保證工作面安全回採,又可以節省大量的費用,設備投資少,注氮成本低,但它要求火災監測及預報系統必須可靠。
2、氮氣防滅火系統的選擇
目前國內煤礦氮氣防滅火系統主要有三種方式:地面集中式、地面移動式和井下移動式。
(1)對於自燃發火頻繁,且火災範圍大的礦井,可根據地表與火區的距離遠近採取地面固定式制氮裝置,管道或者直接從地表打鑽輸送氮氣的工藝系統;
(2)對於礦區範圍大,火災頻繁,地表與井下工作面距離近的礦井,可採取地面移動式制氮裝置,管道輸送氮氣的工藝系統;
(3)對於井田範圍大,風井多,井口距離火區較遠,且火區多而分散,輸氮管路長的礦井,可採取井下移動式制氮裝置的工藝系統。
3、滅火注氮量
撲滅採空區火災和巷道火災所需氮氣量的多少,主要取決於發火區域的幾何形狀、空間大小、漏風量、火源範圍和燃燒時間的長短等諸多因素。
(1)撲滅巷道火災
巷道火災絕大部分是外因火災,火勢發展快,危險性大,易釀成惡性事故,因此必須採取有效措施迅速撲滅。對於巷道火災,可按巷道空間量及漏風量計算,根據國內經驗,撲滅巷道火災所需氮氣量為巷道空間量的1.33~3倍,用氮氣滅火抑爆的實際氮氣用量為火區封閉空間的3倍。
(2)撲滅採空區火災
撲滅採空區火災在滅火工藝上要比撲滅巷道火災複雜得多,且所需的氮氣量也較大。如果按火區體積的3倍計算注氮量,則在短時間內要向採空區注入大量的氮氣,就目前我國空分設備的制氮能力和經濟承受能力是難以接受的。目前普遍採用的方法為:注氮的同時,必須加強均壓和堵漏,控制火區漏風,並探明火源位置,向火源點範圍連續注入一定量的氮氣,使氮氣長時間流經火源點,造成火源點缺氧而窒息。
礦井火災治理通常根據現場實際情況一般都是結合多種防滅火技術一起應用,徐州吉安研發的普瑞特防滅火材料既能有效地防治煤炭自燃,又能封堵煤體孔隙,防止瓦斯向外釋放。普瑞特防滅火材料具有流體的流動性及膏體的覆蓋與封堵性,膠凝反應之前屬於泡沫流體的一種,具有較好的流動性及堆積性,膠凝之後則屬於膏體。普瑞特防滅火材料被注入到防滅火區域,凝膠以泡沫為載體沿浮煤的裂隙呈立體狀擴散,擴散過程中固結後的凝膠能對其中的裂隙進行有效地封堵,隔斷漏風通道。並且普瑞特防滅火材料能固結90%以上的水分,大幅度提高漿水在防滅火區域裡的滯留率。普瑞特防滅火材料被注入到防滅火區域後,通過大面積擴散覆蓋、固水降溫、封堵漏風的原理防治煤炭自燃。