一種無損治理煤田火區的液氮系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無損治理煤田火區的液氮系統及方法，屬于煤礦安防領域。
【背景技術】
[0002]煤炭是我國的主體能源，能源安全關系到國家穩定和發展的命脈。但中國卻是受煤田火災威脅最大的國家，美國媒體將中國的地火列為“世界5大持續性災難”之一，自燃煤火每年燒掉的煤炭相當于美國全部能源消費的20 %。20世紀60年代內蒙古的地下煤火至今仍困擾著我國，這場煤火每年約消耗2000萬噸煤炭資源，超過德國全年煤炭產出量。而且，煤田火災還會威脅采礦安全、浪費大量的熱能資源、嚴重破壞生態環境。
[0003]國內外主要的煤田火區滅火技術有直接剝離法、注水/漿法、注凝膠/泡沫法等。直接剝離法，就是直接用機械手段剝離、挖出火點，這種方法工程量巨大，耗時耗力，且破壞地表生態環境；灌水/漿滅火是通過鉆孔灌注一定量的泥漿和水，能夠起到隔絕氧氣、降低煤層溫度，從而達到阻止煤炭進一步氧化自燃的目的。但是因為無法準確定位火區高溫點位置，且漿體擴散范圍有限，因此灌水/漿效果不佳；凝膠及泡沫有一定的流動性，對采空區煤炭自燃效果較好，但成本較高，一旦泡沫破滅，防火效果會大打折扣。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種無損治理煤田火區的液氮系統及方法，在避免破壞生態環境的前提下實現對煤田火區的高效防控。
[0005]為達到上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0006]一種無損治理煤田火區的液氮系統，包括空氣過濾器、空氣壓縮機、空氣冷卻器、油水分離器、空氣干燥凈化器、空分塔、液氮貯槽、增壓泵、液氮罐車、地面鉆孔、地熱發電設備和地熱井，所述的空氣過濾器、空氣壓縮機、空氣冷卻器、油水分離器、空氣干燥凈化器、空分塔、液氮貯槽、增壓泵通過管路順序連接，液氮罐車和地面鉆孔的接入端與增壓泵的輸出端連接，所述的底面鉆孔位于煤田火區，所述的地熱井位于煤田火區，地熱發電設備通過地熱井提供的高溫蒸汽發電，所述的地熱發電設備的電力輸出端分別連接空氣壓縮機、空氣冷卻器、油水分離器、空氣干燥凈化器、空分塔、液氮貯槽和增壓泵的電力輸入端。
[0007]進一步的，根據火區不同的地下地理環境和不同的火區特點，所述地面鉆孔的類型包括有垂直鉆孔、傾斜鉆孔和曲線鉆孔。
[0008]進一步的，為了提高增壓效果和設備之間的匹配，所述增壓泵是大流量往復式低溫液體泵，增壓范圍O?1Mpa。
[0009]進一步的，為了避免防控地下火災與地熱能源提取之間的干擾，所述地熱井與地面鉆孔之間的距離大于50米。
[0010]一種無損治理煤田火區的方法，包括以下步驟:
[0011]A.從地熱井取出的高溫蒸汽驅動地熱發電設備，為空氣壓縮機、空氣冷卻器、油水分離器、空氣干燥凈化器、空分塔、液氮貯槽和增壓泵供應電能；
[0012]B.大氣中的空氣經空氣過濾器清除灰塵和機械雜質，然后進入空氣壓縮機壓縮至所需壓力，送入空氣冷卻器降低空氣溫度，再進入油水分離器及空氣干燥凈化器，除去空氣中的水分、二氧化碳、乙炔及其他碳氫化合物，完成空氣的壓縮和凈化；
[0013]C.凈化后的空氣進入空分塔，完成空氣分離，得到液氮，制取的液氮通過液氮輸送管貯存在液氮貯槽中；
[0014]D.液氮貯槽中的液氮經增壓泵增壓后通過低溫絕熱管輸送到指定位置后，通過注液氮管注入煤田火區的地面鉆孔中；
[0015]E.多余的液氮通過低溫絕熱管裝入液氮罐車，運送到煤田使用地點由壓送設備注入火區。
[0016]與現有技術相比，本發明提供的技術方案在干旱惡劣的煤田火區現場，應用液氮的重氣沉降效應、蒸汽霧化效應、膨脹驅氧效應的防滅火特性，將大氣中的空氣經過壓縮凈化、空氣分離制取液氮，直接注入地面鉆孔，或者裝入液氮罐車，進行固定或移動式高效降溫及滅火，避免巨大的開挖剝離工程所造成的大量的人力、物力、財力消耗和生態環境的破壞；液氮擴散范圍大，全淹沒覆蓋，相對灌漿拉溝優勢顯著，液氮制取過程中用水量較少，特別適合干旱或半干旱地區的滅火工程；利用煤田火區產生的廢棄熱能進行地熱發電，減少能源浪費；采用液氮防滅火技術治理煤田火，快速降溫、惰化火區，實現高效滅火的效果，且液氮來源自空氣中的氮氣，重新回到空氣，循環利用制取液氮，既不會造成環境破壞，又實現資源的循環再利用。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的結構示意圖；
[0018]圖中:1、空氣過濾器，2、空氣壓縮機，3、空氣冷卻器，4、油水分離器，5、空氣干燥凈化器，6、空分塔，7、液氮貯槽，8、增壓泵，9、液氮罐車，10、地面鉆孔，11、地熱發電設備，12、地熱井。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0020]如圖1所示，一種無損治理煤田火區的液氮系統，包括空氣過濾器1、空氣壓縮機
2、空氣冷卻器3、油水分離器4、空氣干燥凈化器5、空分塔6、液氮貯槽7、增壓泵8、液氮罐車9、地面鉆孔10、地熱發電設備11和地熱井12，所述的空氣過濾器1、空氣壓縮機2、空氣冷卻器3、油水分離器4、空氣干燥凈化器5、空分塔6、液氮貯槽7、增壓泵8通過管路順序連接，液氮罐車9和地面鉆孔10的接入端與增壓泵的輸出端連接，所述的底面鉆孔10位于煤田火區，所述的地熱井12位于煤田火區，地熱發電設備11通過地熱井12提供的高溫蒸汽發電，所述的地熱發電設備11的電力輸出端分別連接空氣壓縮機2、空氣冷卻器3、油水分離器4、空氣干燥凈化器5、空分塔6、液氮貯槽7和增壓泵8的電力輸入端。所述的地熱發電設備11包括凈化分離器、汽輪機、發電機。從地熱井12取出的高溫蒸汽，經過凈化分離器，脫除井下帶來的各種雜質，清潔的蒸汽推動汽輪機做功，并使發電機發電。
[0021]進一步的，根據火區不同的地下地理環境和不同的火區特點，所述地面鉆孔14的類型包括有垂直鉆孔、傾斜鉆孔和曲線鉆孔。
[0022]進一步的，為了提高增壓效果和設備之間的匹配，所述增壓泵9是大流量往復式低溫液體泵，增壓范圍O?lOMpa。
[0023]進一步的，為了避免防控地下火災與地熱能源提取之間的干擾，所述地熱井12與地面鉆孔10之間的距離大于50米。
[0024]一種無損治理煤田火區的方法，包括以下步驟:
[0025]A.從地熱井12取出的高溫蒸汽驅動地熱發電設備11，為空氣壓縮機2、空氣冷卻器3、油水分離器4、空氣干燥凈化器5、空分塔6、液氮貯槽7和增壓泵8供應電能；
[0026]B.大氣中的空氣經空氣過濾器I清除灰塵和機械雜質，然后進入空氣壓縮機2壓縮至所需壓力，送入空氣冷卻器3降低空氣溫度，再進入油水分離器4及空氣干燥凈化器5，除去空氣中的水分、二氧化碳、乙炔及其他碳氫化合物，完成空氣的壓縮和凈化；
[0027]C.凈化后的空氣進入空分塔6，完成空氣分離，得到液氮，制取的液氮通過液氮輸送管貯存在液氮貯槽7中；
[0028]D.液氮貯槽7中的液氮經增壓泵8增壓后通過低溫絕熱管輸送到指定位置后，通過注液氮管注入煤田火區的地面鉆孔10中；
[0029]E.多余的液氮通過低溫絕熱管裝入液氮罐車9，運送到煤田使用地點由壓送設備注入火區。
[0030]本發明提出的設計方案在惡劣的煤田火區現場，將大氣中的空氣經過壓縮凈化、空氣分離制取液氮，直接注入地面鉆孔，或者裝入液氮罐車，進行固定或移動式高效降溫及滅火，避免巨大的開挖剝離工程所造成的大量的人力、物力、財力消耗和生態環境的破壞；液氮制取過程中用水量較少，特別適合干旱或半干旱地區的滅火工程；利用煤田火區產生的廢棄熱能進行地熱發電，減少能源浪費；采用液氮防滅火技術治理煤田火，快速降溫、惰化火區，實現高效滅火的效果，且液氮來源自空氣中的氮氣，重新回到空氣，循環利用制取液氮，既不會造成環境破壞，又實現資源的循環再利用。
【主權項】
1.一種無損治理煤田火區的液氮系統，其特征在于，包括空氣過濾器(I)、空氣壓縮機(2)、空氣冷卻器(3)、油水分離器(4)、空氣干燥凈化器(5)、空分塔(6)、液氮貯槽(7)、增壓泵(8)、液氮罐車(9)、地面鉆孔(10)、地熱發電設備(11)和地熱井(12)，所述的空氣過濾器(I)、空氣壓縮機(2)、空氣冷卻器(3)、油水分離器(4)、空氣干燥凈化器(5)、空分塔(6)、液氮貯槽(7)、增壓泵(8)通過管路順序連接，液氮罐車(9)和地面鉆孔(10)的接入端與增壓泵⑶的輸出端連接，所述的底面鉆孔(10)位于煤田火區，所述的地熱井(12)位于煤田火區，地熱發電設備(11)通過地熱井(12)提供的高溫蒸汽發電，所述的地熱發電設備(11)的電力輸出端分別連接空氣壓縮機(2)、空氣冷卻器(3)、油水分離器(4)、空氣干燥凈化器(5)、空分塔(6)、液氮貯槽(7)和增壓泵⑶的電力輸入端。2.根據權利要求1所述的一種無損治理煤田火區的液氮系統，其特征在于，所述地面鉆孔(10)的類型包括有垂直鉆孔、傾斜鉆孔和曲線鉆孔。3.根據權利要求1所述的一種無損治理煤田火區的液氮系統，其特征在于，所述增壓泵(8)是大流量往復式低溫液體泵，增壓范圍O?lOMPa。4.根據權利要求1所述的一種無損治理煤田火區的液氮系統，其特征在于，所述地熱井(12)與地面鉆孔(10)之間的距離大于50米。5.一種無損治理煤田火區的方法，其特征在于，包括以下步驟: A.從地熱井(12)取出的高溫蒸汽驅動地熱發電設備(11)，為空氣壓縮機(2)、空氣冷卻器⑶、油水分離器⑷、空氣干燥凈化器(5)、空分塔(6)、液氮貯槽(7)和增壓泵⑶供應電能； B.大氣中的空氣經空氣過濾器(I)清除灰塵和機械雜質，然后進入空氣壓縮機(2)壓縮至所需壓力，送入空氣冷卻器(3)降低空氣溫度，再進入油水分離器(4)及空氣干燥凈化器(5)，除去空氣中的水分、二氧化碳、乙炔及其他碳氫化合物，完成空氣的壓縮和凈化； C.凈化后的空氣進入空分塔(6)，完成空氣分離，得到液氮，制取的液氮通過液氮輸送管貯存在液氮貯槽(7)中； D.液氮貯槽(7)中的液氮經增壓泵(8)增壓后通過低溫絕熱管輸送到指定位置后，通過注液氮管注入煤田火區的地面鉆孔(10)中； E.多余的液氮通過低溫絕熱管裝入液氮罐車(9)，運送到煤田使用地點由壓送設備注入火區。
【專利摘要】一種無損治理煤炭自燃的液氮系統及方法，空氣過濾器(1)、空氣壓縮機(2)、空氣冷卻器(3)、油水分離器(4)、空氣干燥凈化器(5)、空分塔(6)、液氮貯槽(7)、增壓泵(8)通過管路順序連接，液氮罐車(9)和地面鉆孔(10)的接入端與增壓泵(8)的輸出端連接，底面鉆孔(10)和地熱井(12)位于煤田火區，地熱發電設備(11)通過地熱井(12)提供的高溫蒸汽發電供應上述設備。本發明利用煤田火區產生的廢棄熱能進行地熱發電，減少能源浪費；采用液氮防滅火技術治理煤田火，快速降溫、惰化火區，且液氮來源自空氣中的氮氣，重新回到空氣，循環利用制取液氮，既不會造成環境破壞，又實現資源的循環再利用。
【IPC分類】F03G4/00, E21F5/08, A62C3/02
【公開號】CN104912585
【申請號】CN201510262390
【發明人】周福寶, 史波波, 蘇賀濤, 程家驥, 秦雷
【申請人】中國礦業大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月21日