一种有限空间防火用注氮量的计算方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。使注氮量达到有限空间防火的实际需求。使注氮量达到有限空间防火的实际需求。

【技术实现步骤摘要】
一种有限空间防火用注氮量的计算方法


[0001]本专利技术涉及防火工程的
，特别是一种有限空间防火用注氮量的计算方法。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术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。
[0004]本专利技术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：
[0005]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；
[0006]步骤2：计算氮气体积变化率；
[0007]步骤3：计算氮气体积分数达到阈值所用注氮时间；
[0008]步骤4：计算有限空间内的注氮量。
[0009]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：
[0010]ΔV＝Q
N
Δt+C0Q0Δt
‑
C(Q
N
+Q0)Δt
[0011]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。
[0012]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：
[0013][0014]其中，V
c
为有限空间的体积。
[0015]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：
[0016][0017]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，
[0018][0019]在上述任一方案中优选的是，要使所述Δt的公式中的积分函数在积分域上可积，积分函数必须是单调函数，即一阶导数要大于零，则有：
[0020][0021]即：
[0022](Q
N
+Q0)C
‑
(Q
N
+C0Q0)>0。
[0023]在上述任一方案中优选的是，将所述Δt的公式积分，得到氮气体积分数达到阈值所用注氮时间的方程式：
[0024][0025]在上述任一方案中优选的是，所述步骤4包括分别计算注氮过程和漏风过程对氮气体积分数的影响。
[0026]在上述任一方案中优选的是，所述注氮对氮气体积分数的影响的情况为：单纯因注氮过程导致空气中氧气体积分数下降(同时氮气体积分数上升)，令其中Q0＝0，即有限空间无漏风导致的换气，则得到特定注氮量条件下所需注氮时间公式：
[0027][0028]其中，C1为注氮前有限空间内氮气体积分数，C2为氧气浓度下降到防火指标时对应的氮气体积分数。
[0029]在上述任一方案中优选的是，所述漏风对有限空间中氮气体积分数的影响的情况为：在氧气浓度下降后，漏风会补足氧气的亏欠，假设该过程不注入氮气，仅漏风导致的换气起作用，令q＝0，则得到公式：
[0030][0031]其中，t
′1为漏风换气的起始时间，t
′2为漏风换气的终末时间，C
′1为该过程初始状态有限空间的氮气体积分数，C
′2为该过程氧气浓度回升后有限空间中氮气体积分数。
[0032]在上述任一方案中优选的是，所述步骤4还包括计算注氮和漏风两个因素对氧气体积分数的影响相互抵消时分别所需时间，通过对比时间的长短来判定注氮是否达到有限空间的防火效果。当两过程用时相等时，氮气的水平将处于一定水平保持不变，此时注氮和漏风对氮气浓度来说达到了平衡状态。
[0033]在上述任一方案中优选的是，所述步骤4还包括计算抵消漏风升氧作用所需要的注氮量，公式为：
[0034][0035]本专利技术提出了一种有限空间防火用注氮量的计算方法，本方法提高了注氮量计算的科学性，使用该公式能更准确地计算防火用注氮量，可降低因使用现有简易公式计算不准确而导致有限空间内易燃物自燃及火灾风险，从而避免对有限空间造成经济损失。
附图说明
[0036]图1为按照本专利技术的有限空间防火用注氮量的计算方法的一优选实施例的流程图。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步的阐述。
[0038]实施例一
[0039]如图1所示，执行步骤100，获取有限空间内的氧气含量值。
[0040]执行步骤110，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，继续执行步骤100。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120。
[0041]执行步骤120，计算氮气体积变化率。
[0042]设定经历时间Δt，氮气体积分数从C0降低到C，氮气的体积变化为ΔV，根据体积守恒定律得到如下公式：
[0043]ΔV＝Q
N
Δt+C0Q0Δt
‑
C(Q
N
+Q0)Δt
[0044]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，即有限空间向外漏出的流量。
[0045]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：
[0046][0047]其中，V
c
为有限空间的体积。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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：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。2.如权利要求1所述的有限空间防火用注氮量的计算方法，其特征在于，所述步骤2还设定经历时间Δt，氮气体积分数从C0增加到C，氮气的体积变化为ΔV，根据体积守恒定律得到如下方程式：ΔV＝Q
N
Δt+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为漏风过程中新进入有限空间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。3.如权利要求2所述的有限空间防火用注氮量的计算方法，其特征在于，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，得到有限空间内氮气的体积变化率的方程式：其中，V
c
为有限空间的体积。4.如权利要求3所述的有限空间防火用注氮量的计算方法，其特征在于，所述氮气体积分数变化率的计算式为由此推导得到如下方程式：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，5.如权利要求4所述的有限空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷德山，张英喆，赵军，郑瑞臣，李树芳，张晴，
申请(专利权)人：中国安全生产科学研究院，
类型：发明
国别省市：