专利名称：利用坑口电厂烟道气体的煤矿防灭火方法
技术领域：
本发明涉及煤矿安全生产技术领域，具体而言，是一种煤矿防灭火方法。
背景技术：
我国具有自然发火危险的煤矿分布广泛，几乎在所有的产煤矿区都存在。兖州、神东、平顶山、开滦、新汶、义马、大同、抚顺、阜新、铁法、徐州、铜川等矿区自然发火危险严重。还有12处露天矿属于自然发火危险矿。在我国国有重点煤矿中，存在煤炭自燃的矿井占矿井总数的56%，煤炭自燃引起的火灾占矿井火灾总数的90% 94%。在新疆、宁夏、内蒙古、甘肃、青海、陕西、山西等7个省自治区，煤田火区燃烧面积累计达720 km2，每年烧毁煤炭1000 1360万吨，间接呆滞优质煤炭有2亿吨，据初步估算，煤田自燃每年至少造成200亿元的经济损失。煤炭在储存与运输过程中也易发生自燃，煤炭自然发火事故已造成严重的资源和经济损失。而且煤炭自燃灾害不仅烧毁了宝贵资源，产生大量的有毒有害气体，危害作业人员的健康和生命，污染环境，而且还是诱发瓦斯煤尘爆炸事故的主要火源，严重影响煤矿安全生产。煤自然发火仍是我国煤矿安全开采面临的重大灾害之一。注氮防灭火方法已经在煤矿中得到了广泛应用，但是制氮成本高，也会消耗掉大量能源。煤电生产对环境污染也越来越受到重视，据统计，目前全球二氧化碳排放总量的41%来自电力行业，而在全世界所有的火电厂中，煤电就占了 72%。而燃煤电厂烟气的任意排放带来的不止是烟雾、光化学烟雾和酸雨等的危害，CO2浓度的升高带来全球气候变化已被确认为不争的事实，人类的生存和发展面临严峻挑战。
发明内容
本发明要解决的持术问题是提供一种利用坑口电厂烟道气体的煤矿灭火方法，该方法可代替传统的注氮系统，达到有效防灾、保护环境的目的。为解决以上问题，本发明采用的技术方案是
利用坑口电厂烟道气体的煤矿防灭火方法，从煤矿坑口电厂的脱硫塔出口处取烟道气体，烟道气体经过烟气预处理系统进行脱硝、除湿、降温、除尘处理后进入输送及注烟气系统，经过注烟气系统加压后将烟道气体注入井下。
按煤炭氧化自燃的观点，采空区气体组分中除氧气外，氮气、二氧化碳等均可视为惰性气体，对煤炭的氧化起抑制作用。氧气是煤炭自燃的助燃剂，注烟气后采空区氧化带内氧气浓度的高低反映出注烟气效果的好坏，因此，把氧含量临界值作为惰化指标是合理的。根据国内外实验研究表明当空气中氧含量降到7% 10%时煤就不易被氧化。烟气防灭火技术的实质是将烟气送入拟处理区，使该区域空气惰化，氧气浓度降低到煤自然发火的临界浓度。该注气系统与注氮系统相似。注氮原理是惰化采空区，使采空区氧浓度下降到7 10%，而烟气中的氧气含量为4. 5%，同样可以达到相同的效果，故可以通过井下注烟气代替注氮系统。
将坑口电厂烟道气体通过管路直接注入井下采空区，由于其为燃烧产物，氧气含量低，能够达到有效预防和控制煤炭自燃火灾的目的。烟道气体又属于工业废弃物，相比传统的制氮技术成本低廉，节约由于制氮造成的能源浪费，为企业节省大量资金，且烟道气体中含有许多空气的主要污染物，有国家严格限制排放的二氧化硫、氮氧化物，尤其含有能够造成温室效应的二氧化碳，煤对二氧化碳气体的吸附量比煤对氧气及氮气的吸附量大2 3倍左右，电厂烟道气体注入采煤工作面和采空区之后，煤会先吸附二氧化碳气体，从而阻止煤与氧气的接触，有效的阻止煤的氧化自燃。由于煤对二氧化碳吸附量较大，因此可以封存部分二氧化碳气体，减少其在空气中的排放。
图1是本发明所述的防灭火方法的流程图。图2是烟气预处理系统的示意图。图3是采空区防火注气示意图。图中，1-脱硫塔，2-烟气预处理系统，3-喷淋塔，4-碱液循环系统，5-碱液冷却系统，6-烟气冷却系统,7-引风机,8-输送引风机,9-输送系统,10-注气管路。
具体实施例方式本发明所述的利用坑口电厂烟道气体的煤矿防灭火方法，如图1所示，从煤矿坑口电厂的脱硫塔I出口处取烟道气体，烟道气体经过烟气预处理系统2进行脱硝、除湿、降温、除尘处理后进入输送及注烟气系统，经过注烟气系统加压后将烟道气体注入井下。由于直接从电厂排出的烟气中含有部分有害污染物质，为了确保烟气注入井下的安全和管道输送的安全，注入井下的这部分烟气需要脱硝、除湿、降温、除尘，以达到注烟气条件。经过预处理后的烟气需要加压管道输送到井下。以下以同煤集团大唐塔`山煤矿为例，对本发明做详细说明。一，基本情况
首先，同煤塔山煤矿3 5#煤层自燃倾向性属容易自燃等级，二是煤层厚度大，平均煤厚17m，局部最厚达到23m，工作面推进速度慢。三是顶板比较坚硬，不易冒落，形成的采空区空间大，一旦出现大面积冒顶，采空区积聚大量的瓦斯容易被压出，一旦有火源存在，极易发生瓦斯爆炸；四是三条主要运输巷道均布置在煤层，既不沿底板，又不沿顶板，设计服务年限长达140年，受采动影响，很容易发生自燃；五是塔山煤矿采用区段前进式开采，首采区及首采工作面位于井底1070大巷附近，一旦发火会影响整个矿井安全生产。塔山矿拥有坑口电站，燃用塔山矿井生产的石炭二叠系煤炭，属于高挥发分、中热值、中高灰分、低水分、中硫分烟煤。电站日耗煤量12592t，日产烟气量2X106Nm3，烟气成分如表1-1。烟气中氧气含量低，能够抑制井下采空区煤炭自燃的发生，是很好的防火材料，并且成本低廉。表1-1
主要气体 |n2 Io2 Ico2 Iso2 Ino2 Ico |烟尘 体积分数％ |79|4.5 |l6.4 |o. 0046 |o. 019 |o. 023 丨39. 5mg/m3
二，工艺步骤
(一)取气1.取气量计算由于每个矿井的地质条件、煤层开采条件及外围因素各不相同，因此，确定防灭火注烟气流量就成为一下比较棘手的问题，从理论上讲，注烟气量越大，防火的效果就越好，反之就越差，甚至不起作用。在设计时着重考虑以下几个指标。(I)采空区防火惰性指标
预防综放面采空区内煤炭自然发火，重点是将采空区氧化带进行惰化，使氧含量降到阻止煤炭氧化自燃的临界值以下，从而达到使氧化带内的煤炭处于不氧化或减缓氧化的状态。按煤炭氧化自燃的观点，采空区气体组分中除氧气外，氮气、二氧化碳等均可视为惰性气体，对煤炭的氧化起抑制作用。氧气是煤炭自燃的助燃剂，注烟气后采空区氧化带内氧气浓度的高低反映出注烟气效果的好坏，因此把氧含量临界值作为惰化指标是合理的。根据国内外实验研究表明当空气中氧含量降到7% 10%时煤就不易被氧化，因此将采空区防火惰化指标定为7%是合理的，并将其指标作为设计依据。(2)防火注烟气流量的计算
正在生产的工作面按照注氮方法进行计算。工作面防火注氮流量的大小主要取决于采空区的几何形状、氧化带空间大小、岩石冒落程度、漏风量大小及区内气体成分的变化等诸多因素。MT/T701-1997标准中推荐的计算方法为按采空区氧化带氧含量计算。此法计算的实质是将采空区氧化带内的原始氧含量降到防火惰化指标以下，按下式计算注烟气流量。
权利要求
1.利用坑口电厂烟道气体的煤矿防灭火方法，其特征在于从煤矿坑口电厂的脱硫塔(I)出口处取烟道气体，烟道气体经过烟气预处理系统(2)进行脱硝、除湿、降温、除尘处理后进入输送及注烟气系统，经过注烟气系统加压后将烟道气体注入井下。
2.根据权利要求1所述的防灭火方法，其特征在于脱硫塔出口处的烟道气体的温度为 4(T50°C。
3.根据权利要求1或2所述的防灭火方法，其特征在于所述的烟气预处理系统，包括喷淋塔(3)、碱液循环系统(4)、碱液冷却系统(5)和烟气冷却系统(6),烟气进口设置在喷淋塔(3)中部，烟气出口设置在喷淋塔(3)的顶部并与烟气冷却系统(6)连接，碱液循环系统(4)和碱液冷却系统(5)分别与喷淋塔(3)连接。
全文摘要
本发明公开了一种利用坑口电厂烟道气体的煤矿防灭火方法，从煤矿坑口电厂的脱硫塔出口处取烟道气体，烟道气体经过烟气预处理系统进行脱硝、除湿、降温、除尘处理后进入输送及注烟气系统，经过注烟气系统加压后将烟道气体注入井下。将坑口电厂烟道气体通过管路直接注入井下采空区，由于其为燃烧产物，氧气含量低，能够达到有效预防和控制煤炭自燃火灾的目的。烟道气体又属于工业废弃物，相比传统的制氮技术成本低廉，节约由于制氮造成的能源浪费，为企业节省大量资金，且由于煤对二氧化碳吸附量较大，因此可以封存部分二氧化碳气体，减少其在空气中的排放。
文档编号E21F5/00GK103061795SQ20121053800
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者于斌, 王立兵, 邓存宝, 杨智文, 王爱国, 孟凡龙, 宋金旺, 乔建军, 赵君, 景珂宁 申请人:大同煤矿集团有限责任公司