煤矿液氮防灭火技术分析

煤矿液氮防灭火技术分析

宋旭光

青海省消防救援总队训练与战勤保障支队教学训练科 青海，互助 810500

摘要：在煤炭火灾事故中，液氮技术是主要的一种防灭火手段，具有强大的综合防灭火功能。本文主要针对液氮防灭火技术在煤矿中的应用，对该技术进行详细介绍，并对使用液氮防灭火技术过程中需要注意的问题进行分析，以保证液氮防灭技术在煤矿火灾中的效果，进一步保证煤矿生产安全。

关键词：煤矿；液氮防灭火技术；应用分析

引言：煤炭是我国能源体系中的核心，因此保障煤矿生产安全具有重要意义。在开采煤炭的过程中，通常会面临巨大的安全隐患，如火灾、爆炸、坍塌等，特别是在瓦斯浓度较高的区域，极易发生火灾和爆炸事故，严重威胁着生产人员的生命、财产安全。实践表明，在发生煤矿火灾的时候，凝胶、灌浆等防灭火技术，在煤矿防灭火工程中起到了重要的作用，不过这些技术的应用还存在一定局限性。在此背景下，液氮防灭火技术的出现，给煤矿防灭火工作的开展起到了一定推动作用，有效降低了煤矿火灾对人员生命、财产造成的影响，因此该技术在国际上受到了广泛关注^[1]。

1. 煤矿液氮防灭火技术的作用

1. 隔绝氧气

在煤矿火灾中应用液氮防灭火技术，需向着火区域注入大量液氮。液氮在高温下会迅速汽化膨胀，进而增大着火区域压力。在高压作用下，空气会经过通风管道排出，避免与火源接触，在着火区域氧气浓度逐渐下降的情况下，可以有效遏制火势蔓延，起到防灭火的效果。

2. 降低温度

由于液氮具有低沸点的特点，将液氮注入着火区域，可快速冷却燃烧物，在燃烧物冷凝过程中会产生大量水蒸气，和采空区隐蔽热源产生的热风压发生特交换反应，会降低隐蔽热源的温度直至着火点以下。

（三）防止爆炸

液氮汽化后涌向着火区域，会降低火区内气体中的含氧量，并且具有稀释可燃气体浓度的作用，如瓦斯，最大程度上避免了爆炸的危险。同时在注入液氮的过程中，液氮还可以吹熄部分火焰。

2. 液氮防灭火技术应用现状

液氮防灭火技术在我国的应用，主要针对的是井下大型火灾事故，在预防和治理煤矿火灾事故的过程中，体现出了良好的效果，并且该技术的应用对矿区影响较小，降低了灾后恢复工作的难度。我国当前正加大对液氮防灭火技术的研究力度，并取得了一定进展。通常情况下，在煤矿火灾事故中，如液氮的灌注环境不同，则需采用不同的灌注方式，通常情况下，液氮的灌注方式可分为以下几种。

1. 开放式灌注液氮

即确定采空区位置并向区域内灌注液氮。采用该灌注方法主要目的是为了降低采空区内氧气含量，氧气浓度需控制在10%以下，才可以起到良好的灭火效果，在采空区灌注液氮时，还需避免因回流氮气使工作面的氧气浓度降低值超过1%，而采取的一种最佳的灌注方式。

2. 封闭式灌注液氮

即向封闭区域灌注液氮，具有良好的防灭火效果。与开放式灌注液氮的方式相比，封闭注氮的方式可节省大量液氮和灭火时间，并且在降温上有更好的效果。

3. 目标式灌注液氮

此法的应用频率较低，适用于规模较小的煤矿火灾。灌注液氮之前，需准确找出并到达起火源头，向火源灌注液氮，降低火源周围含氧量和温度，进而达到灭火的效果。在液氮灌注形态不同的情况下，还可以分为直接式灌注、汽化式灌注和控温式灌注几种，每一种灌注方式都尤其优缺点，且适用范围不同，所以在具体灌注液氮之前，必须清楚掌握火场的情况，提高煤矿防灭火的效率和质量^[2]。

三、应用煤矿液氮防灭火技术需注意的问题

（一）液氮灌注量

在煤矿火灾中，液氮灌注量的大小，主要由液氮出口温度、火区地质条件、火区煤岩体积大小等因素决定，尤其是在煤岩缝隙的大小及其漏风情况，对火势的影响较大，是直接影响液氮灌注量的因素。所以在使用液氮防灭火技术之前，一定要做好火场的调查工作，尤其是对空气中气体成分、含量等情况进行检测，避免瓦斯浓度过大发生爆炸，也为了更好的控制液氮灌注量，在节省液氮的同时起到良好的防灭火效果。

（二）灌注管路的压力损失

在注入液氮的过程中，为了起到更好的防灭火作用，必须保证输氮管出口位置的压力。液氮关注压力和注氮管路的局部损失、沿程损失、外部压力有很大的关系。虽然液氮的黏度很小，不过其蒸发潜热也小，不到水的1/11，所以通过管道输送液氮的时候，管道内部液氮在高温的情况下会发生汽化反应，出现不稳定的气液两相流，故而出现气塞现象，该压降比单向流压降更大，这可能会影响注氮管道出口的压力，最终影响液氮防灭火技术的效果^[3]。

（三）人员管理

在煤矿火灾中使用液氮防灭火技术，实施对空气成分及其浓度进行检测，不仅是为了检测易燃易爆气体的浓度，也为了检测空气中氧气的含量。在防灭火过程中，如空气中氧气含量低于18%，则应禁止人员进入，避免氧气浓度过低对人员造成伤害。做好对防灭火人员的管理，要求防灭火人员必须做好防护工作，避免在防灭火过程中与液氮接触，如灭火人员被液氮冻伤、则需及时将伤员送往医院治疗。

四、煤矿液氮防灭火技术未来发展趋势

1. 加强应用基础研究

和发达国家相比，我国研究并应用液氮防灭火技术的时间较短，在基础理论的研究方面还较为薄弱，因此还需加强应用基础研究，为后期煤矿液氮防灭火技术的应用奠定良好基础。加大液氮降温防灭火基础规律、采空区传热传质机理、低温氮气的扩散规律等方面的研究力度。是直接提升我国煤矿液氮防灭火技术应用效果的关键。

2. 提高煤矿液氮防灭火系统的安全性

向着火区域灌注大量液氮，液氮在高温条件下发生汽化反应，会处于爆发沸腾的状态，这个过程可能会对人员造成伤害。人员直接与氮气接触会被灼伤，而在氮气浓度较高区域作业，可能会使人窒息。所以在未来还需对煤矿液氮防灭火系统进行合理规划，进一步提高液氮防灭火系统的稳定性与安全性，有效保障防灭火期间人员的安全。

结语：综上所述，在煤矿发生火灾的时候，液氮防灭火技术的应用具有良好的效果。液氮具有隔绝氧气、降低温度的效果，能遏制火势的快速蔓延，同时能稀释空气中易燃气体的含量，有效避免煤矿爆炸事故的发生。在灌注液氮的过程中，需提前做好对火场的调查工作，选择合适的灌注方式，有效提高液氮防灭火技术的应用成效。

参考文献

[1]张国强,李毕.液氮防灭火技术在易燃厚煤层综放工作面回撤期间的应用研究[J].煤炭技术,2020,39(11):102-104.

[2]刘宇.煤矿液氮防灭火技术[J].当代化工研究,2020(12):36-37.

[3]黄永军.煤矿液氮防灭火技术及发展趋势研究[J].工程技术研究,2020,5(06):124-125.