[发明专利]一种有限空间防火用注氮量的计算方法

说明书

本发明提供一种有限空间防火用注氮量的计算方法，包括，获取有限空间内的氧气含量值，其特征在于，还包括以下步骤：判断所述有限空间内的氧气含量值是否大于阈值，如果所述有限空间内的氧气含量值小于阈值，继续进行监控；如果所述有限空间内的氧气含量值大于等于阈值执行下一步骤；计算氮气体积变化率；计算氮气体积分数达到阈值所用注氮时间；计算有限空间内的注氮量。本发明提出的一种有限空间防火用注氮量的计算方法，综合考虑了注氮和漏风导致的氮气盈亏模式，计算得到的注氮量更加准确，使注氮量达到有限空间防火的实际需求。

技术领域

本发明涉及防火工程的技术领域，特别是一种有限空间防火用注氮量的计算方法。

背景技术

火灾是地下煤矿的主要灾害之一。采空区遗留的浮煤在漏风供氧条件下与氧气发生缓慢氧化反应，持续一定时间则发生自燃，导致工作面有毒有害气体超标，严重影响生产安全。针对采空区自燃的预防和控制措施包括注氮措施、注浆措施、阻化剂防灭火技术。相比而言，氮气防灭火技术因具有抑爆、工艺可靠、对井下设备无腐蚀、防灭火效果显著等优势，而被广泛采用。而注氮防火效果与注氮量、注氮位置和采空区漏风量均有关。目前注氮量的确定有两种方法：一种是用标准《煤矿用氮气防灭火技术规范》中的公式直接计算，另一种是采用数值方法，主要通过设定不同注氮量和注氮位置进行模拟解算得出不同工况下的氧气浓度分布，比较优劣后确定。但无论采用哪种方法，初定注氮量的主要依据均为《煤矿用氮气防灭火技术规范》中的注氮量公式。因此，注氮量公式的准确性对于注氮防灭火具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种有限空间防火用注氮量的计算方法，综合考虑了注氮过程和漏风过程导致的氮气盈亏条件，使计算得到的注氮量更加准确，以满足注氮量的实际需求。

本发明的目的是提供一种有限空间防火用注氮量的计算方法，包括获取有限空间内的氧气含量值，还包括以下步骤：

步骤1：判断所述有限空间内的氧气含量值是否大于阈值，如果所述有限空间内的氧气含量值小于阈值，继续进行监控；如果所述有限空间内的氧气含量值大于等于阈值执行步骤2；

步骤2：计算氮气体积变化率；

步骤3：计算氮气体积分数达到阈值所用注氮时间；

步骤4：计算有限空间内的注氮量。

优选的是，所述步骤2还设定经历时间Δt，氮气体积分数从C₀升高到C，氮气的体积变化为ΔV，根据体积守恒定律得到如下公式：

ΔV＝Q_NΔt+C₀Q₀Δt-C(Q_N+Q₀)Δt

其中，ΔV为Δt时间内氮气体积变化量，Q_N为注氮量，Q₀为有限空间漏风量，C₀为漏风中新进入有限空间的气体中氮气体积分数，C为注氮过程中有限空间任意时刻氮气的体积分数，(Q_N+Q₀)为有限空间在漏风换气时向外界排放的流量。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤2还包括设定有限空间内温度、气压与外界相同，两边分别除以有限空间的体积，得到方程式：

其中，V_c为有限空间的体积。

在上述任一方案中优选的是，所述氮气体积分数变化率的计算公式为由此推导得到如下方程式：

在上述任一方案中优选的是，假设整个过程经历了从t₁时刻到t₂时刻，氮气体积分数也从C₁升高到C₂，将所述Δt的计算公式变为定积分的形式的方程式，