碳分子筛制氮机在煤矿灭火中的运用研究

于文海 池澄 杨珎伶 李海清

大同科工安全仪器有限公司 037000

摘要：碳分子筛制氮机作为煤矿常见的制氮设备，其对于煤矿防火有着非常重要价值，能够使煤矿这种火灾风险较高地区得到有效维护，降低煤矿火灾风险隐患。本文主要以碳分子制氮机为切入点，来对碳分子制氮机优点、工作原理展开分析，从各个角度探索制氮机在煤矿灭火中实际运用路径和措施。

关键词：碳分子；筛制氮机；煤矿灭火；运用

引言：煤炭其属于可燃度较高的物质，在燃烧时会产生大量对人体和环境有害毒气，使得煤矿矿井工作人员安全受到威胁，阻碍和破坏煤矿开采进度，给煤矿企业和社会带来的损失无法估量。再加上矿井性质特殊，煤矿自燃风险较高，扑救难度大，特别是封闭处理不够严格的采空区，火灾发生概率非常大。因此，必须要合理应用碳分子筛制氮机这种灭火方式，将其推广和运用到煤矿开采当中，有效降低煤矿自燃概率，提高矿井灭火效率和速度。并针对碳分子制氮机运用现状，来了解和探索提高制氮机应用效率的方法，为煤矿行业发展提供助力。

1. 碳分子筛制氮机运用优点和原理指标

1. 碳分子筛制氮机优点

分子筛制氮机其应用的主要原料为空气，会将碳分子筛当做重要吸附剂，利用分别吸附的方法吸附空气中氧和氮。与传统的制氮技术相对比，这种分子制氮方式有着重要特征，工艺流程更加简便、可自动化制氮、产气非常快在20分钟左右、能耗相对较低、用户在使用制氮机时可根据需求来对产品纯度与浓度进行较大范围调整、操作与维护方便、运行成本不高、装置适应性好，并在不断强化和改进中，这些特征使得碳分子制氮机被充分应用到煤矿当中，成为灭火重要设施^[1]。

2. 制氮机原理指标

氮气其属于一种无毒、无害的气体，化学性质在常温环境当中相对较为稳定，既不会与其他化学物质产生严重反应，还具有灭火功能，可将其当作灭火气体来有效应用。分子筛制氮其是利用变压吸附的原理，结合碳分子来选择性的吸附氮气和氧气，并产生大量氮气，利用氮气来迅速扑灭煤矿火灾，进行防火，不会损坏设备。在使用时可用低温将氮气液化，以此来运输和存储，将其注入到煤矿工作面内部，会对矿井内部采空区产生惰化作用，使煤炭自燃速度降低，提高煤矿矿井内气体压力和压强。同时，在注入氮气之后，煤矿内部瓦斯和氧气含量会随之降低，从而削弱火灾风险和影响范围。

二、碳分子筛制氮机在煤矿灭火中的实际运用措施和方法

（一）碳分子筛制氮机注氮量的确定

在煤矿灭火中运用制氮机时，需要正确了解煤矿矿井采矿情况和采空区情况，结合各项数据和实际情况来确定输入注氮量，保证注氮量能够符合矿井灭火需求。此外，在考虑注氮量时，还要分析和掌握注氮经济性、注氮效率，避免出现注氮不及时、成本过高的情况。可根据有关标准，针对矿井氧气含量来计算注氮量，达到有效防火标准^[2]。并按照国内和国外高效、先进的注氮灭火经验，来调整注氮强弱，在前期要提高注氮强度，后期可逐渐将强度降低，以此来保障矿井采矿区具有高效防火性能。需要注意的是，如果采用注氮形式为开放式，则要不断增加注氮量，确保能够满足煤矿防火指标要求。

（二）碳分子制氮机线路和管道规划

煤矿矿井内部输送氮气的线路对于碳分子制氮机效率、灭火能力等有着重要影响，会导致流量和压降出现问题，造成制氮机作用得不到全面发挥。因此，需要合理对碳分子制氮机所得到的氮气进行输送，根据实际需求和采矿区工作情况来决定输送氮气线路，通常输送线路为，制氮机、井筒、辅运大巷、联络与检修巷、胶带大巷、顺槽、第一煤矿生产现场。

此外，针对输送氮气的管道要合理选择，可根据碳分子筛制氮机性能和工作情况，来决定的管道规格、长度以及制氮机输送压力，管道尽量选择无缝钢管，长度可符合煤矿需求。同时，在铺设输送管道的同时，要避免出现过多弯道，尽量让管道可以具有平、直、稳的特征，接头处需要与管道紧密连接。可将管道铺设在煤矿矿井内部工作场地底板当中，也可将其吊挂，位置为巷道边缘，避免管道受到损害或者挤压^[3]。针对需要分岔的输送管路，可在管道当中配置三通以及截止阀，及时检查管道输送状况，确保管道可以一直高质量运输

3. 制氮机实际灭火工艺以及氮气防漏方式

在运用制氮机时需要结合煤矿内部情况来选择注氮工艺，常见的注氮工艺有迈步式埋管注氮。具体操作为，埋管步长结合情况确定，在顶煤出现垮落情况后就可及时、高效开展氮气管路预埋工作。第一步输送氮气管路埋入之后，立即埋设第二步管路，并让第一步管路保持正常、稳定的氮气输入，在第二步注氮管路埋设结束后，停止第一步管路注氮，并重新开始注氮管路埋设工作，循环进行直至煤矿采空区空气为正常就可以停止。同时，碳分子制氮机所产生的氮气在注入采空区后，能够滞留的时间和煤矿漏风情况有一定关系，漏风量过大就会造成氮气滞留时间缩短，导致制氮机性能和氮气灭火效果削弱。因此，可使用端头封堵这种方法来辅助注氮机，封堵漏风口降低漏风。具体施工方式就是在煤矿采空区的首端、末端构建粉煤灰墙，厚度一般在1m左右，间隔在10m左右，材料可使用袋装的煤杆末，这一过程需要根据煤矿实际需求进行，确保能够封堵墙可以发挥作用

^[4]。

4. 碳分子制氮机安全灭火要求以及运用效果提升方法

（1）定期对制氮机进行维修、实时监测制氮机情况。制氮机其作为煤矿矿区重要灭火、防火设施，对于碳分子制氮机要严格管控，不得随意将其移动、破坏或者拆除，如果遇到突发问题，则需向煤矿指挥中心汇报，并获得批准。准备足够数量制氮原料，设置和使用专业制氮运行、维护人员，定期对制氮机展开保养、维修和检查。在制氮机工作时，矿区内部要有专职检测瓦斯含量的工作人员，实时测量氮气泄露情况以及氧气含量，一旦氧气浓度比例超出规定数值，则需要发出警报，调整和处理制氮机与管道。严禁出现随意降低或者升高注氮量的情况，要结合煤矿内部需求来动态调整、避免制氮机制氮效率和防火功能受到影响，维护煤矿工作面员工生命安全。

（2）管控好制氮机各个运行环节，并配置完善的基础设施。在制氮机运行时，需要为制氮机配置2名左右操作人员，一名操作人员控制和操作制氮机，另一名操作人员监视注氮情况，并将注氮情况及时汇报给制氮机操作人员和管理人员，确保制氮机运行各个环节可以稳定、正常进行。此外，对煤矿矿区内每一套系统都要配置完善基础装备，例如：配置消防沙箱、干粉灭火器，并针对制氮机操作人员展开培训，让操作人员可以高效开展碳分子制氮机操作。

结束语：综上所述，现今随着科技发展和进步，碳分子制氮机性能和成熟度都逐渐上升，将其应用到煤矿生产当中，向采空区注入氮气，可有效降低煤矿内部氧气含量，使气体有效惰化，降低火灾出现的概率，维护煤矿内部工作人员安全和煤矿开采经济效益，推动煤矿产业发展，解决矿区火灾风险较高问题。

参考文献：

[1]张慧芳.碳分子筛制氮机在煤矿灭火中的应用[J].机械管理开发,2020,35(10):12-13+16.

[2]赖寒.标准化制氮机冷量制取方式的研究分析[J].低温与特气,2019,37(04):14-17.

[3]邬晓璐.矿用分子筛制氮机系统触屏控制器的应用研究[J].机械管理开发,2019,34(05):226-227.

[4]毛娜,朱继宣.对分子筛变压吸附制氮最适宜条件的初步探究[J].合成材料老化与应用,2017,46(01):63-66.