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摘 要：向采空区连续注入氮气，防治浮煤自燃，已被主要产煤国家公认为是一种行之有效的防火技术措施。本文结合新疆和丰鲁能煤电化开发有限公司沙吉海矿井防灭火现状，对其注氮系统进行了设计，以供同行交流与借鉴。
关键词：注氮系统 管路设计 选型
一、引言
本着预防为主的方针，向采空区连续注入氮气，防治浮煤自燃，已被主要产煤国家公认为是一种行之有效的防火技术措施。根据《煤矿安全规程》的要求，对煤层自然发火进行综合防治，将拖管、间歇式注氮系统作为矿井防灭火的一种重要措施。注氮系统管路设计时，根据《矿井工程设计手册》氮气管路管径参考矿井抽放瓦斯管径公式或按经验预选管径，按《煤矿用氮气防灭火技术规范》输氮管路直径应满足最大输氮流量和压力要求，校核预选管路管径。但实际设计过程中发现氮气管路管径用矿井抽放瓦斯管径公式计算时管径总是偏大问题。以下通过对《新疆和丰鲁能煤电化开发有限公司沙吉海矿井》注氮系统设计，对注氮系统管路设计做一探讨。
二、设计选型
新疆和丰鲁能煤电化开发有限公司沙吉海矿井设计生产能力5.0Mt/a，矿井采用主斜井、副斜井开拓方式。主斜井采用带式输送机运输，副斜井采用矿车串车提升。主斜井井口标高+826.750m，井底标高+515.237m，斜长1130.155m，倾角16°矿井达产时设置2个工作面，注氮管路从地面制氮站沿主斜井井筒、井底车场及工作面运输顺槽敷设至采空区。注氮管路从地面制氮站至运输顺槽敷入口约1800m， 运输顺槽至采空区约1000m。
矿井达产时设置2个工作面，需防灭火注氮总量为3850m3/h。
设计注氮设备选用2套KDG—2000Nm3/97地面固定式碳分子筛制氮设备， 每套制氮设备主要技术参数如下：
产气量：2000Nm3/h；
氮气纯度：97%；
输出压力： 0.65MPa；
电机功率：530kW；
空气耗量：83.3m3/min；
冷却方式：风冷；
制氮设备配套的空气压缩机选用空冷机组。电控随主机配套供货。
三、输氮管路计算校核
1.管径（按《矿井工程设计手册》推荐公式）：
式中：D—氮气管内径，m；
V—管道中气体的经济流速，m/s，一般取V=5～15m/s；
Q—管内气体流量，m3/min。
根据上述计算，注氮管路从地面制氮站地面、主斜井井筒、井底车场注氮主管需选用Φ325×10无缝钢管，工作面运输顺槽敷设至采空区干管选用Φ219×8无缝钢管。
2.输送压力验算（按《煤矿用氮气防灭火技术规范》校核）：
=0.26MPa<0.65Mpa
式中 P1——管路初端的绝对压力，MPa；
P2——管路末端的绝对压力，MPa；
Qmax——最大输氮流量，m3/h；
D0——基准管径，150mm；
Di——相同直径的输氮管径，mm；
Li——相同直径管路的长度，km；
λ0——基准管径的阻力损失系数，0.026；
λi——实际输氮管径的阻力损失系数，Di=300mm时λi=0.022；Di=200mm时λi=0.024。
根据输送压力验算公式校验，管路初端压力0.26MPa即可满足最大输氮流量和压力要求，选用设备最大输出压力0.65MPa，说明选用管路直径富裕量偏大。经与制氮设备生产厂家多次沟通交流、现场实际调研，发现造成预选管路直径偏大原因是气体压力对气体容积影响造成的。制氮设备出口氮气温度一般稍高，氮气在地面及及井下输送时可看做等温状态，但氮气管路入口与出口压力相差较大。根据气体等温状态下气体压力与体积关系：
由此可知注氮管路主、干管路运行压力较大应考虑压力对体积影响的折算系数。根据上述结论对上述矿井注氮注氮管路重新计算校核如下：
3.氮气输送管路管径：
注氮管路从地面制氮站地面、主斜井井筒、井底车场注氮主管选用Φ219×8无缝钢管，工作面运输顺槽敷设至采空区干管选用Φ133×4无缝钢管。
4.输送压力验算：
=0.57MPa<0.65Mpa
λi——实际输氮管径的阻力损失系数，Di=200mm时λi=0.024；Di=125mm时λi=0.029。
带入体积折算系数计算结果，氮气输送管路直径预选，最大输氮流量和压力校核均满足设计要求。
四、结语
新疆和丰鲁能煤电化开发有限公司沙吉海矿井2014底已通过生产试运行，注氮系统运行正常，满足设计要求已通过系统验收。对于注氮管路设计时应考虑注氮管路压力变化对体积影响的折算系数，合理选择管径，降低管路系统工程造价。
参考文献：
[1]张荣立，何国纬，李铎.采矿设计手册，煤炭工业出版社，2003.
[2]MT/T701-1997 ，煤矿用氮气防灭火技术规范.
作者簡介：叶武（1966—），男，1987年毕业于西安矿业学院，现就职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司矿山所，高级工程师，主要从事煤矿机械设计和研究工作。
关键词：注氮系统 管路设计 选型
一、引言
本着预防为主的方针，向采空区连续注入氮气，防治浮煤自燃，已被主要产煤国家公认为是一种行之有效的防火技术措施。根据《煤矿安全规程》的要求，对煤层自然发火进行综合防治，将拖管、间歇式注氮系统作为矿井防灭火的一种重要措施。注氮系统管路设计时，根据《矿井工程设计手册》氮气管路管径参考矿井抽放瓦斯管径公式或按经验预选管径，按《煤矿用氮气防灭火技术规范》输氮管路直径应满足最大输氮流量和压力要求，校核预选管路管径。但实际设计过程中发现氮气管路管径用矿井抽放瓦斯管径公式计算时管径总是偏大问题。以下通过对《新疆和丰鲁能煤电化开发有限公司沙吉海矿井》注氮系统设计，对注氮系统管路设计做一探讨。
二、设计选型
新疆和丰鲁能煤电化开发有限公司沙吉海矿井设计生产能力5.0Mt/a，矿井采用主斜井、副斜井开拓方式。主斜井采用带式输送机运输，副斜井采用矿车串车提升。主斜井井口标高+826.750m，井底标高+515.237m，斜长1130.155m，倾角16°矿井达产时设置2个工作面，注氮管路从地面制氮站沿主斜井井筒、井底车场及工作面运输顺槽敷设至采空区。注氮管路从地面制氮站至运输顺槽敷入口约1800m， 运输顺槽至采空区约1000m。
矿井达产时设置2个工作面，需防灭火注氮总量为3850m3/h。
设计注氮设备选用2套KDG—2000Nm3/97地面固定式碳分子筛制氮设备， 每套制氮设备主要技术参数如下：
产气量：2000Nm3/h；
氮气纯度：97%；
输出压力： 0.65MPa；
电机功率：530kW；
空气耗量：83.3m3/min；
冷却方式：风冷；
制氮设备配套的空气压缩机选用空冷机组。电控随主机配套供货。
三、输氮管路计算校核
1.管径（按《矿井工程设计手册》推荐公式）：
式中：D—氮气管内径，m；
V—管道中气体的经济流速，m/s，一般取V=5～15m/s；
Q—管内气体流量，m3/min。
根据上述计算，注氮管路从地面制氮站地面、主斜井井筒、井底车场注氮主管需选用Φ325×10无缝钢管，工作面运输顺槽敷设至采空区干管选用Φ219×8无缝钢管。
2.输送压力验算（按《煤矿用氮气防灭火技术规范》校核）：
=0.26MPa<0.65Mpa
式中 P1——管路初端的绝对压力，MPa；
P2——管路末端的绝对压力，MPa；
Qmax——最大输氮流量，m3/h；
D0——基准管径，150mm；
Di——相同直径的输氮管径，mm；
Li——相同直径管路的长度，km；
λ0——基准管径的阻力损失系数，0.026；
λi——实际输氮管径的阻力损失系数，Di=300mm时λi=0.022；Di=200mm时λi=0.024。
根据输送压力验算公式校验，管路初端压力0.26MPa即可满足最大输氮流量和压力要求，选用设备最大输出压力0.65MPa，说明选用管路直径富裕量偏大。经与制氮设备生产厂家多次沟通交流、现场实际调研，发现造成预选管路直径偏大原因是气体压力对气体容积影响造成的。制氮设备出口氮气温度一般稍高，氮气在地面及及井下输送时可看做等温状态，但氮气管路入口与出口压力相差较大。根据气体等温状态下气体压力与体积关系：
由此可知注氮管路主、干管路运行压力较大应考虑压力对体积影响的折算系数。根据上述结论对上述矿井注氮注氮管路重新计算校核如下：
3.氮气输送管路管径：
注氮管路从地面制氮站地面、主斜井井筒、井底车场注氮主管选用Φ219×8无缝钢管，工作面运输顺槽敷设至采空区干管选用Φ133×4无缝钢管。
4.输送压力验算：
=0.57MPa<0.65Mpa
λi——实际输氮管径的阻力损失系数，Di=200mm时λi=0.024；Di=125mm时λi=0.029。
带入体积折算系数计算结果，氮气输送管路直径预选，最大输氮流量和压力校核均满足设计要求。
四、结语
新疆和丰鲁能煤电化开发有限公司沙吉海矿井2014底已通过生产试运行，注氮系统运行正常，满足设计要求已通过系统验收。对于注氮管路设计时应考虑注氮管路压力变化对体积影响的折算系数，合理选择管径，降低管路系统工程造价。
参考文献：
[1]张荣立，何国纬，李铎.采矿设计手册，煤炭工业出版社，2003.
[2]MT/T701-1997 ，煤矿用氮气防灭火技术规范.
作者簡介：叶武（1966—），男，1987年毕业于西安矿业学院，现就职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司矿山所，高级工程师，主要从事煤矿机械设计和研究工作。