Die Selbstentzündung in Kohleabbaugebieten stellt nach wie vor ein anhaltendes und ernstes Sicherheitsrisiko im Kohlebergbau dar. Mit zunehmender Abbautiefe und zunehmender Förderintensität wird die inhärente Neigung von Kohleflözen zur Selbstentzündung ausgeprägter. Unter den verschiedenen verfügbaren Brandschutztechnologien hat die Stickstoffinjektion aufgrund ihrer effektiven Inertisierungsleistung und überschaubaren Betriebskosten breite Akzeptanz gefunden. Die Verlagerung von Geräten zur Stickstofferzeugung von der Oberfläche an unterirdische Standorte-insbesondere der Einsatz mobiler Stickstoffgeneratoren in Kohlebergwerken-wird zunehmend von Betrieben übernommen, die auf der Suche nach reaktionsschnelleren Lösungen sind.
Ein unterirdischer mobiler Stickstoffgenerator ist ein eigenständiges System, das in der Lage ist, Stickstoff aus der Druckluft zu trennen und hochreinen Stickstoff direkt an den Einsatzort zu liefern. Die meisten mobilen Einheiten, die derzeit die Explosionsschutzanforderungen von Kohlebergwerken erfüllen, nutzen die Druckwechseladsorption (PSA) mit Kohlenstoffmolekularsieben. Der zugrunde liegende Mechanismus ist unkompliziert: Unter erhöhtem Druck adsorbiert das Molekularsiebmaterial Sauerstoffmoleküle schneller als Stickstoff. Durch abwechselnde Druckbeaufschlagung (Adsorption) und Druckentlastung (Desorption) produziert das System kontinuierlich Stickstoff mit gleichbleibender Reinheit.
Eine komplette Anlage besteht typischerweise aus drei Kernkomponenten: einem explosionsgeschützten Luftkompressor für den Bergbau-Einsatz-, einer Druckluftvorbehandlungseinheit und dem Stickstofferzeugungsmodul. Diese sind auf Tieflader-Minenwagen montiert, so dass die gesamte Baugruppe über unterirdische Straßen geschleppt werden kann. Diese Konfiguration ermöglicht die Platzierung in unmittelbarer Nähe des Goafs oder der Zielinertisierungszone, wodurch die Entfernung der Stickstoffzufuhr von der Quelle erheblich verkürzt wird.
Warum sollten Sie sich für die unterirdische mobile Stickstofferzeugung entscheiden?
Der herkömmliche Ansatz,{{0}bei dem Stickstoff an der Oberfläche erzeugt und durch lange Bohrlöcher oder Schächte geleitet wird-liefert große Mengen, bringt jedoch erhebliche Nachteile mit sich: hohe Investitionsausgaben für Pipelinenetze, erheblicher Wartungsaufwand und unvermeidliche Druckverluste oder Leckagen entlang ausgedehnter Strecken. Wenn Abbauflächen schnell voranschreiten oder Abbautafeln häufig wechseln, fehlt es festinstallierten Oberflächensystemen häufig an der Agilität, um Schritt zu halten.
Mobile Untergrundsysteme begegnen diesen Einschränkungen mit deutlichen Vorteilen:
- Schnelle Inertisierungsreaktion: Wenn der Generator in der Nähe positioniert ist, erreicht der Stickstoff fast unmittelbar nach der Produktion den Kern, was eine rechtzeitige Inertisierung ermöglicht{0}}besonders wertvoll für Kohleflöze mit kurzen Selbstentzündungszeiten.
- Eliminierung spezieller Stickstoffleitungen: Das System kann vorhandene Minen-Druckluftleitungen oder kurze temporäre Verbindungen nutzen und so die Infrastrukturkosten senken.
- Flexibler Standortwechsel: Die Ausrüstung kann mit dem Fortschreiten der Ortsbrust mitgeschleppt werden, so dass eine einzelne Einheit während ihrer Nutzungsdauer mehrere Ortsbrusten bedienen kann, wodurch die Kapitalausnutzung verbessert wird.
Wichtige technische Überlegungen für die Feldanwendung
Die Wirksamkeit der stickstoffbasierten Brandverhütung hängt davon ab, dass die Sauerstoffkonzentration in der Goaf-Oxidationszone konstant unter dem kritischen Wert für die Selbsterhitzung der Kohle gehalten wird. Chinas Sicherheitsbestimmungen für Kohlengruben schreiben eine Stickstoffreinheit von mindestens 97 % für die Injektion vor. In der Praxis erfordern mehrere betriebliche Faktoren sorgfältige Aufmerksamkeit:
- Injektionsmodus: Zur aktiven Brandbekämpfung wird eine kontinuierliche Stickstoffinjektion empfohlen, um schnell eine inerte Atmosphäre herzustellen. Für den routinemäßigen Brandschutz ist eine intermittierende Injektion oft praktischer.-Der Fluss wird unterbrochen, sobald der Sauerstoffgehalt unter den Sicherheitsschwellenwert fällt, und wieder aufgenommen, wenn er wieder auf den Warnwert ansteigt. Dieser Ansatz gleicht Schutzwirkung und Energieverbrauch aus.
- Platzierung des Injektionspunkts: Der Stickstoffaustrittsauslass sollte auf der Einlassseite des Goafs positioniert und in geplanten Abständen schrittweise eingegraben werden, während die Ortsbrust voranschreitet, um sicherzustellen, dass der Stickstoffstrom die Oxidationszone effektiv abdeckt. Der Abstand zwischen den Injektionspunkten sollte auf der Grundlage von Überwachungsdaten aus „drei-Zonen“ (der Wärmeableitungszone, der Oxidationszone und der Erstickungszone) bestimmt werden.
- Durchflussrate und Sicherheitsüberprüfung: Die erforderliche Stickstoffinjektionsrate muss unter Berücksichtigung der Restluftleckage und der anfänglichen Sauerstoffkonzentration berechnet werden. Ebenso wichtig ist, dass sichergestellt werden muss, dass der Sauerstoffgehalt im Rückluftweg über 19 % bleibt-eine grundlegende Sicherheitsanforderung für das in diesem Bereich arbeitende Personal.
Richtlinien zur Ausrüstungsauswahl
Der technische Standard „Technische Spezifikationen für die Stickstoff-Brandverhütung in Kohlebergwerken“ schreibt vor, dass unterirdische mobile Stickstoffeinheiten über Abmessungen verfügen müssen, die mit Minenkäfigen und Tiefladern kompatibel sind, und dass alle elektrischen Komponenten zertifizierte Explosionsschutzklassen aufweisen müssen. Derzeit verfügbare Systeme bieten Stickstoffproduktionskapazitäten von 200 bis 2.000 m³/h und decken den Bedarf verschiedener Gesichtsgrößen ab. Bei der Auswahl der Ausrüstung sollten die Betriebssicherheit in der heißen, feuchten und staubigen Untergrundumgebung sowie der Automatisierungsgrad und die Schnittstellenfähigkeit des Systems mit bergbauweiten Überwachungsnetzwerken im Vordergrund stehen. Shenger Gas konzentriert sich seit langem auf die Gastrennungstechnologie für industrielle Sicherheitsanwendungen und bietet weiterhin zuverlässige technische Unterstützung für den Kohlebergbausektor.
Unterirdische mobile Stickstoffgeneratoren verlagern die Stickstoffquelle direkt an den Verbrauchsort und bieten so eine flexible und zeitnahe technische Lösung zur Vorbeugung und Bekämpfung von Großbränden. Mit einem angemessenen Kapitalaufwand schaffen sie ein effektives Gleichgewicht zwischen Stickstoffversorgungskapazität und -Anpassbarkeit vor Ort-, was besonders bei komplexen Extraktionsbedingungen von Vorteil ist. Da sich die Ausrüstung immer weiter in Richtung höherer Durchflussraten, größerer Reinheit und intelligenter Steuerung weiterentwickelt, wird ihre Rolle im umfassenderen Brandschutzrahmen von Kohlebergwerken immer wichtiger.
