KGZD98-3000PSA制氮机在综放工作面防灭火中的应用 -学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

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装备技术
煤炭工程
2011年第7期
KGZD98-3000PSA制氮机在综放工作面
防灭火中的应用
章志湖
(同煤大唐塔山煤矿有限公司,山西大同037003
摘要:文章叙述了大型制氪机在特厚煤层综放工作面防火工作中的成功应用,详细介绍了
变压吸附式制氮设备的构造性能特点以及在实际工作中出现的问题和解决方法,为移动式制氮机
的应用开辟了新的途径。
关键词:制氩杌;综放工作面;防灭火
中图分类号:TD753文献标识码:B文章编号:1671-0959(2011)07-011803
概述
塔山矿综放工作面的开采条件,将防灭火注氮流量确定为
900/h。依据确定的防灭火注氮流量,决定在地面安装
塔山矿为大同煤矿集团公司的新建矿井,矿井瓦斯相对4台300/h制氮机,其中3套运行,1套备用,当采空
涌出量为2.61m/日?t、为低瓦斯矿井;煤尘具有爆炸性,区出现火灾时则4套同时运行。
爆炸指数为37%;煤层属易自燃煤层,经验发火期6-12个3制氮机简介
月,计算发火期为64d。现用采煤方法为一次采全高综采放
顶煤,开采的是3°-5”煤层,属易自燃煤层,煤层厚,放煤3.1制氩原理
量大,工作面推进速度相对较慢,造成采空区氧化带氧化时
变压吸附空分制氮是一种新型的从空气中制取氮气的
?较长,给采空区自燃留下隐患。又因煤体破碎、松散,采技术。变压吸附( PRESSURE SWTNG ADSORPTION,简称
空区遗煤较多,遗留在采空区的浮煤极易氧化蓄热,为了该PSA),是一个近似等温变化的物理过程,它是利用气体介
煤矿的防灭火,决定采用向采空区注氮的防灭火措施。注入质中不同组份在吸附剂上的吸附容量的不同,吸附剂在压
氮气可使防治区域缺氧惰化,迅速灭火,并能为抢险救灾工力升高时进行选择性吸附,在压力降低时得到脱附再生
作提供安全可靠的环境。注氮可造成防治区域正压,能防止变压吸附空分制氮一般采用两只吸附塔,塔内装填碳分子
或杜绝新鲜空气流入,以保持防治区域氮气的惰化度,且具筛吸附剂,当一只吸附塔在进行吸氧产氮时,另一只吸附
有降温作用,易于和空气混合(比重相近),不污染防治区,塔在脱氧再生,如此交替循环连续不断地产出氮气。
无腐蚀或不损坏综采设备等优点。
2制氮机的组成
2注氮防灭火
变压吸附制氮设备由空气压缩机、压缩空气净化组件、
空气储罐组件、氧氮分离组件、氮气缓冲罐组件、氮气储
2.1灭火机理
罐组件、增压机、电气控制系统八大部分组成,PSA制氮
理论和实践表明,当O2含量降低到5%~10%时,可设备展开布置图如图1所示。
抑制煤的氧化自燃,而02含量降低到3%以下时,则可以
1)空气压缩机。空气压缩机是气压发生装置,是将机
使煤炭燃烧熄灭并阻止其复燃。采用适量的氮气注入采空械能转换为气体压力能的转换装置,是整套设备的气源装
区,则能迅速充满采空区氧化带的各个部位,降低采空区置,为其后设备提供稳定合格的压缩空气。
氧含量,惰化采空区,尤其是氮气比空气略轻,更能迅速
空气储罐组件。空气储罐组件的作用是保证系统用
降低采空区上部氧含量,有效抑制顶部浮煤自燃。
气平稳,在系统切换时防止瞬间气流流速过快,影响空气
2.2注氦量确定
净化效果,提高进入吸附器的压缩空气品质,有利于延长
工作面防灭火注氮流量的大小主要取决于采空区的几分子筛的寿命。其组成有空气储罐、安全阀、截止阀、球
何形状、氧化带空间大小、岩石冒落程度、漏风量大小及阀、压力表等。
采空区内气体成分的变化等诸多因素。
氧氮分离组件。氧氮分离系统是制氮设备的主要部
通过计算并依据国内外应用氮气防灭火的经验,结合件,由两个交替工作的吸附塔(塔内装填碳分子筛)和管道
收稿日期:2011-03-14
作者简介:章志湖(1968-),男,山西朔州人,工程师,现在同煤大唐塔山煤矿公司从事大型设备管理工作。
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2011年第7期
煤炭工程
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式气动阀、压紧气缸、蜗轮对夹式硬密封碟阀、调压阀、主要作用是使进增压机氮气压力和流量及纯度平稳。
流量计、消声器、截止阀、对夹式止回阀、粉尘过滤器等
6)增压机可增压至0.8MPa后送井下
组成。
7)电控制系统。包括可编程序控制器PIC、电磁阀、
4)氮气缓冲罐组件。氮气缓冲罐组件主要由缓冲罐、触摸屏、压力传感器、指示灯、蜂鸣器、按钮等。作用是
涡街流量计、压力表、组合式调压阀、球阀、不合格氮气控制设备启停,显示设备运行状态
放空装置、气动蝶阀、止回阀、安全阀、氮气分析仪等组
8)气控制系统。主要由气源二联件、球阀、仪表气
成。其主要作用是使氮气压力和流量及纯度平稳。
罐、压力表、紫铜管等组成。作用是给驱动气动阀开关时
5)氮气储罐组件。氮气储罐组件主要由氮气储罐、压提供气源。
力表、浮动球阀、球阀、安全阀、压力传感器等组成。其
空气压缩机
空气净化组件
空气储罐组件氧氮分离组件缓汕罐组件氮气储罐组件
图1PSA制氮设备展开布置图
4工作面注氮
5制氮机存在的不足及解决方法
4.1注氩工艺
1)原设计无散热装置;制氮机氧气排气消音器加排气
采用埋管注氮工艺。具体做法是在综放工作面的进风管道,出口置于年间外离地面6m以上高度,使排出的高浓
端头沿采空区埋设一超4英寸钢丝缠绕管路,并与进风巷度氧气通过排气管道排出车间外,可靠扩散
主注氮管路对接,在工作面尾部每隔10~15m构筑一道粉
2)进入吸附塔前的压缩空气经5m的滤棉过滤器除
煤灰墙;头部在条件允许的情况下,每隔15m构筑一道粉油,除油效果不理想,出现含油压缩空气进入碳分子筛,
煤灰墙;当管路娌入古塘50m后开始注氮,同时又埋入第油堵塞碳分子筛空间隙,造成碳分子筛中毒;在FSA分
二趟注氮管路(注氮口的移动步距为50m),当第二趟注氮子筛入口前端加独立的除油器,除油器内装活性碳,通过
管路埋入古塘50m后向采空区注氮,同时停止第一趟管路活性碳的吸附过滤功能除去压缩空气中的残余压缩机油
的注氮,并又重新埋设注氮管路,如此循环,直到工作面保证进入PSA分子筛的压编空气质量符合要求,避免了
停采线为止。
PSA分子筛中毒现象的发生。
4.2注规定
3)每套系统为独立系统,没有横向联系,系统中的任
每班分别对注氮管路流量、压力分别作记录,用来考何一设备出现故障,造成全系统停机;通过管路与阀门的
察注氮效果。若增加注氮量后,应加强综放面的O2浓度监选择,进行系统各设备的共用,并实现新旧系统的并网
测,确保安全。
制氮系统与压缩空气系统螺杄机的共用,最大幅度的提高
4.3注意事项
设备的共用率。螺杆空压机出口管路、冷干机出口管路、
1)注氮期间必须加强通风设施管理,防止通风设施变增压机进卩路通过管路与阀门控制实现运行设备和管路
故而造成风流短路。
选择,在增压机进、出口管路间加旁通管路,并加控制阀,
2)注氮期间,由于氮气呈正压状态,不但降低采空区实现增压机与旁路选择。通过阀门控制实现新系统与旧系
的氧气含量,同时也迫使采空区的瓦斯向上隅角聚集,必统的独立运行或并阿。
须制定可靠的防范措施。
6结语
3)氮气在防治区滯留的时间不是太