Dans le système de production sécurisé des mines de charbon, les incendies, les explosions de gaz et la combustion spontanée des veines de charbon ont toujours été des problèmes à haut risque. D'autant plus que la profondeur d'exploitation de la mine augmente, les risques tels que les fuites d'air dans les zones exploitées, l'oxydation du charbon et l'échauffement spontané du charbon augmentent considérablement. Les méthodes traditionnelles de ventilation et d’extinction des incendies sont devenues inadéquates pour répondre aux exigences modernes de gestion de la sécurité des mines de charbon.
Dans ce contexte, "générateur d'azote de mine de charbon" est progressivement devenu un élément important du système de sécurité des mines.
En générant sur place de l'azote de haute pureté et en l'injectant continuellement dans le sous-sol, il peut réduire efficacement la concentration d'oxygène et établir un environnement inerte, obtenant ainsi :
- Prévention des incendies dans les zones minées
- Prévention des explosions de gaz
- Protection par inertisation des zones incendie
- Prévention des explosions dans les systèmes de transport de charbon
- Inhibition de l'oxydation du charbon
À l'heure actuelle, la plupart des grandes mines de charbon ont construit des stations centralisées de production d'azote et les ont intégrées au système d'exploitation de sécurité à long terme de la mine.
Cet article analysera systématiquement le principe de fonctionnement, la composition du système, les paramètres de base, la logique de sélection et les tendances de développement futures des générateurs d’azote des mines de charbon d’un point de vue technique de l’industrie.
I. Principaux problèmes de sécurité rencontrés par l'industrie minière du charbon
1. Combustion spontanée sévère des veines de charbon
Le charbon est une substance facilement oxydable.
Lorsque la couche de charbon est exposée à l’air, elle subit lentement des réactions d’oxydation avec l’oxygène et libère continuellement de la chaleur.
Si la chaleur ne peut pas être évacuée à temps, cela entraînera :
- Fumant
- Température locale élevée
- Combustion spontanée du gisement de charbon
- Propagation du feu
Le risque de combustion spontanée est plus élevé dans les zones exploitées, les zones scellées et les zones où il reste du charbon dans les tunnels.
2. Risque élevé d’explosion d’une mine à gaz
Une explosion de gaz nécessite trois conditions :
- Gaz inflammable
- Oxygène
- Source d'allumage
Parmi eux, la concentration en oxygène est un facteur clé.
En injectant de l'azote dans le sous-sol, la teneur en oxygène peut être efficacement réduite, réduisant ainsi le risque d'explosion.
Par conséquent, l’inertisation à l’azote est devenue une mesure de sécurité importante pour les mines à haute teneur en gaz.
3. Les limites des méthodes traditionnelles d’extinction d’incendie sont évidentes
L'extinction traditionnelle des incendies dans les mines de charbon comprend principalement :
- Boucher avec du coulis
- Pulvérisation d'eau
- Extinction chimique d'incendie
- Isolation et étanchéité
Ces méthodes présentent cependant les inconvénients suivants :
- Zone de couverture limitée
- Cycle d'extinction d'incendie long
- Risque élevé de réinflammation secondaire
- Construction complexe
Alors que l'extinction d'incendie à l'azote appartient à la « prévention et extinction des incendies par inertage par gaz », elle présente les avantages d'une large couverture et d'une forte persistance.
4. Risques accrus dus à l’exploitation minière en profondeur
À mesure que la profondeur de la mine augmente :
- La température du sol augmente
- Augmentation des fuites d’air
- Changements dans la pression des veines de charbon
- Augmentation du débit de gaz
Ces facteurs augmenteront le risque d’incendies et d’explosions dans les mines de charbon.
Par conséquent, les mines modernes s’appuient de plus en plus sur des systèmes d’approvisionnement continu en azote à grande échelle.
II. Qu'est-ce qu'un générateur d'azote pour mine de charbon ?
Un générateur d’azote pour mine de charbon est un équipement industriel qui extrait en continu l’azote de l’air à l’aide d’une technologie de séparation de l’air.
Son objectif principal est :
Fournir une source de gaz inerte protecteur pour la mine grâce à une production continue et stable d’azote de haute pureté.
L'air contient environ 78 % d'azote, le générateur d'azote n'a donc besoin que de séparer l'oxygène, l'humidité et les impuretés pour obtenir l'azote requis.
Actuellement, l’industrie charbonnière utilise principalement :
1. Générateur d'azote PSA (Pressure Swing Adsorption)
La solution la plus courante.
Caractéristiques:
- Haute pureté de l'azote
- Fonctionnement stable
- Forte capacité d’approvisionnement continu
- Convient aux grandes mines de charbon
2. Générateur d'azote par séparation membranaire
Convient pour :
- Faible débit
- Mobile
- Scénarios de faible pureté
Sa caractéristique est une structure simple, mais la pureté est relativement faible.
Actuellement, les grandes mines de charbon utilisent encore principalement la technologie PSA.
III. Principe de fonctionnement du générateur d'azote des mines de charbon
1. Principe de génération d'azote PSA
Le PSA (Pressure Swing Adsorption) est un processus d’adsorption modulée en pression.
Le principe de base est le suivant :
Utilisation de tamis moléculaires en carbone pour réaliser la séparation de l'air en raison de différentes vitesses d'adsorption de l'oxygène et de l'azote.
2. Processus de travail
Étape 1 : Compression de l'air
Le compresseur d'air comprime l'air pour :
Ensuite, il entre dans le système de purification.
Étape 2 : Purification de l'air
À travers:
- Sécheur cryogénique
- Filtre de précision
- Système d'élimination de l'huile
Retirer:
Pour éviter de contaminer le tamis moléculaire en carbone.
Étape 3 : Séparation par adsorption
L'air comprimé entre dans la tour d'adsorption :
Les tamis moléculaires en carbone adsorbent préférentiellement l'oxygène, le dioxyde de carbone et certaines impuretés.
L'azote est retenu et émis.
Étape 4 : Régénération par réduction de pression
Après saturation, la tour d'adsorption se dépressurise rapidement.
L'oxygène adsorbé est libéré et évacué.
Le tamis moléculaire en carbone retrouve sa capacité d'adsorption.
Étape 5 : Fonctionnement du cycle à double tour
Deux tours d'adsorption fonctionnent en alternance :
- Une tour absorbe
- Une tour se régénère
Obtenant ainsi un approvisionnement continu et stable en azote.
IV. Composition du système d'azote des mines de charbon
Une station complète d’azote pour mine de charbon se compose généralement des éléments suivants :
1. Système de compresseur
Fonction:
Fournir de l'air comprimé stable.
Configurations courantes :
- Compresseur de liposuccion
- Compresseur à fréquence variable à aimant permanent
2. Système de purification de l'air
Y compris:
- Sécheur refroidissant
- Sécheuse
- Filtre de précision
- Dissolvant d'huile
Sa fonction est de protéger le tamis moléculaire.
3. Unité de production d'azote PSA
Équipement de base.
Il se compose principalement de :
- Tour d'adsorption
- Tamis moléculaire en carbone
- Vanne pneumatique
- Amortisseur
4. Réservoir tampon d'azote
Utilisé pour :
- Pression stabilisatrice
- Débit d’équilibrage
- Atténuer les fluctuations
5. Système de contrôle automatique PLC
Réalise :
- Commutation automatique
- Surveillance de la pureté
- Contrôle de pression
- Alarme de défaut
- Surveillance à distance
6. Système de transport par injection d'azote
Y compris:
- Pipeline
- Système de pressurisation
- Forage d'injection d'azote
Responsable du transport souterrain.
V. Paramètres techniques de base du générateur d'azote des mines de charbon
Lors de la sélection d’un système de génération d’azote pour une mine de charbon, les paramètres suivants sont principalement pris en compte.
1. Débit d’azote
Unité : Nm³/h
Gamme commune :
Pour les grandes mines de charbon, ce chiffre peut être encore plus élevé.
2. Pureté de l'azote
Exigences communes :
| Scénario |
Pourcentage |
| Prévention et extinction générales des incendies |
95% - 97% |
| Mines à haute teneur en gaz |
98% - 99% |
| Inertage spécial |
≥99,5% |
3. Teneur en oxygène
Généralement contrôlé :
En fonction des conditions de travail.
4. Exigences en matière de point de rosée
Un point de rosée bas peut éviter :
- Condensation des canalisations
- Accumulation d'eau souterraine
- Corrosion des équipements
Exigences communes :
5. Pression de travail
La pression à la sortie du système de génération d’azote est généralement :
Six, principaux scénarios d'application des générateurs d'azote des mines de charbon
1. Injection d'azote dans les zones exploitées pour la prévention et l'extinction des incendies
L'application principale.
Par injection continue d'azote :
- Réduisez la concentration d’oxygène.
- Inhibe l'oxydation du charbon.
2. Inertage et colmatage des zones incendie
- Empêcher le réallumage.
- Maintenir un environnement d'inertage stable à long terme.
3. Prévention des explosions dans les zones à haute teneur en gaz
- Réduisez le risque de limites d’explosion.
4. Prévention de la poussière dans les systèmes de transport de charbon
Utilisé pour :
- Stockage de poudre de charbon
- Bande transporteuse de charbon
- Espace poussière
5. Système de traitement chimique du charbon
Certaines entreprises chimiques du charbon adoptent un approvisionnement centralisé en azote.
Septièmement, analyse de cas de l'industrie des générateurs d'azote dans les mines de charbon
Premier cas : système d’injection d’azote pour les zones exploitées dans une grande mine de charbon souterraine
Cette grande mine de charbon adopte :
- Système de génération d'azote PSA 2000 Nm³/h
- Pureté de l'azote 98 %
Utilisé pour l’injection d’azote à long terme dans les zones exploitées.
Après le fonctionnement du système :
- La concentration de CO a considérablement diminué
- Température stable dans la zone d'incendie
- Risque d'auto-inflammation réduit
Deuxième cas : projet d’inertage dans une mine à haute teneur en gaz
Cette mine à haute teneur en gaz adopte :
- Système de génération d'azote double redondant
Atteindre:
- Alimentation continue en azote
- Commutation automatique
- Surveillance à distance
Améliorer efficacement le niveau de sécurité des mines.
Huit points clés pour la sélection des équipements des générateurs d'azote des mines de charbon
1. Sélectionnez en fonction du volume d'injection d'azote
Le noyau n’est pas la taille de l’équipement.
Mais la consommation réelle d'azote.
Il faut calculer :
- Volume de fuite
- Volume de la zone d'oxydation
- Durée d'injection d'azote
2. Sélectionnez en fonction des exigences de pureté
Une pureté plus élevée signifie :
- Augmentation de la consommation d’énergie
- Augmentation de la consommation d'air
Pas nécessairement, plus c’est élevé, mieux c’est.
3. Capacité de fonctionnement continu
L'équipement des mines de charbon nécessite généralement :
- Fonctionnement 24 heures sur 24
- Fonctionnement continu annuel de plus de 8 000 heures
4. Niveau de protection contre les explosions
Les mines de charbon appartiennent à des environnements particuliers.
Doit rencontrer :
- Commande électrique antidéflagrante
- Moteur antidéflagrant
- Règles de sécurité dans les mines
5. Niveau d'automatisation
Les mines modernes mettent davantage l’accent sur :
- Opération sans surveillance
- Télécommande
- Mise en réseau de données
Neuf, analyse de la consommation d'énergie des générateurs d'azote des mines de charbon
La plus grande source de consommation d’énergie du système de production d’azote des mines de charbon est :
Consommation électrique des compresseurs d'air
Représente généralement plus de 70 % de la consommation totale d’énergie
Facteurs affectant la consommation d'énergie, notamment :
- Pureté de l'azote
- Pression de compression
- Humidité de l'air
- Efficacité du tamis moléculaire
- Efficacité de commutation des vannes
Comment réduire la consommation d’énergie ?
1. Utilisez un compresseur d'air à fréquence variable à aimant permanent
- Pour réduire les pertes à charge partielle.
2. Contrôler raisonnablement la pureté
- Une pureté excessive augmentera considérablement la consommation d'énergie.
3. Réduire les fuites d'air
- Les fuites entraîneront un énorme gaspillage d’énergie.
4. Optimiser le système de pipelines
- Réduisez la chute de pression.
X. Entretien du générateur d'azote des mines de charbon
1. Inspectez régulièrement les filtres
Le blocage entraînera :
- Augmentation de la chute de pression
- Augmentation de la consommation d’énergie
2. Vérifiez l'état du tamis moléculaire en carbone
Une défaillance du tamis moléculaire entraînera :
- Pureté diminuée
- Teneur excessive en oxygène
3. Entretien des vannes
Les vannes pneumatiques sont des composants fonctionnant à haute fréquence.
Ils nécessitent un entretien particulier.
4. Entretien du compresseur d'air
Y compris:
- Changer l'huile lubrifiante
- Vérifier les roulements
- Vérifier le système de refroidissement
5. Calibrer l'analyseur d'oxygène
- Assurer l'exactitude de la détection de la pureté.
XIV. Problèmes courants du générateur d’azote des mines de charbon
1. Qu’est-ce qui cause la diminution de la pureté de l’azote ?
Raisons courantes :
- Vieillissement des tamis moléculaires
- Fuite de la vanne
- Teneur excessive en humidité de l'air
- Pression instable
2. Pourquoi les fluctuations de pression affectent-elles la pureté ?
La production d’azote PSA repose sur une pression d’adsorption stable.
Après des chutes de pression :
- La capacité d'adsorption de l'oxygène diminue.
- La pureté fluctuera immédiatement.
3. Pourquoi le générateur d’azote doit-il se dépressuriser rapidement ?
Une dépressurisation rapide est bénéfique pour :
- Régénération du tamis moléculaire
- Améliorer l’efficacité de l’adsorption
4. Pourquoi le générateur d'azote ne peut-il pas être démarré et arrêté fréquemment ?
Des démarrages et arrêts fréquents :
- Augmenter l'usure des soupapes
- Affecte la durée de vie des tamis moléculaires
- Parce que la pureté est instable
XII. Normes et spécifications industrielles pour la production d’azote dans les mines de charbon
Les équipements de production d’azote des mines de charbon doivent généralement être conformes :
Normes de sécurité dans les mines de charbon, notamment :
- Réglementation antidéflagrante
- Règlementation électrique des mines
- Règlements de surveillance de la sécurité
Règlementation sur les appareils à pression
Impliquant :
- Réservoirs de stockage de gaz
- Conduites sous pression
Normes de test de pureté du gaz
Assurer:
- La teneur en oxygène répond aux normes
- La stabilité du gaz répond aux normes
Treizièmement, tendances de développement du marché des machines de production d’azote dans les mines de charbon
1. Systèmes d’approvisionnement centralisés en azote à grande échelle
À l’avenir, les mines de charbon auront tendance à :
- Disposer de stations de production d'azote centralisées.
2. Contrôle intelligent
Y compris:
- Prédiction des défauts de l'IA
- Maintenance à distance
- Mise en réseau de données
3. Technologie de génération d'azote économe en énergie
- Réduisez la consommation d’électricité par unité d’azote.
4. Équipement d'assemblage intégré
- Raccourcissez la période d'installation.
5. Système sans surveillance haute fiabilité
- Réduisez l’intervention humaine.
Le générateur d’azote des mines de charbon n’est plus un simple équipement à gaz ; il est devenu un élément important du système moderne de sécurité des mines de charbon.
Sa fonction principale réside dans :
En injectant de l'azote de manière continue et stable, un environnement inerte est établi, réduisant la concentration d'oxygène, supprimant ainsi efficacement :
- Combustion spontanée des couches de charbon
- Explosion de gaz
- Rallumage des zones d'incendie
Avec l’avancement de la construction de mines intelligentes, le système de production d’azote des mines de charbon évolue également vers : L’intelligentisation
- Économies d'énergie
- Centralisation
- Automation
Développement continu de la direction.
À l'avenir, les systèmes de production d'azote des mines de charbon à haute stabilité, haute automatisation et haute efficacité deviendront l'infrastructure clé de la production sûre des mines.
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