注液態(tài)二氧化碳技術(shù)在礦井防滅火中的應(yīng)用

劉岷學(xué)　陳足章　王洪濤

摘要：二氧化碳已被廣泛應(yīng)用于各種火災(zāi)的治理，它能在較短的時(shí)間內(nèi)控制和撲滅氣體、液體、固體和電氣火災(zāi)，它具有滅火能力強(qiáng)、速度快、使用范圍廣、對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染等特點(diǎn)。文章介紹了采用注液態(tài)二氧化碳新技術(shù)，并通過亭南煤業(yè)205工作面在停采期間進(jìn)行防滅火的應(yīng)用實(shí)踐證明，該技術(shù)有較好的防滅火效果和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：液態(tài)二氧化碳；防滅火；礦井火災(zāi)

中圖分類號(hào)：O741 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）27-0049-02

1 礦井概況

亭南礦井位于陜西省咸陽市長武縣境內(nèi)、彬長礦區(qū)中部。礦井地質(zhì)儲(chǔ)量3.91億噸，可采儲(chǔ)量0.91億噸，主采侏羅系4號(hào)煤層，易自燃煤層。礦井生產(chǎn)能力300萬

噸/年，瓦斯等級(jí)鑒定為高瓦斯礦井。205采煤工作面是二盤區(qū)第三個(gè)工作面，是第二個(gè)采用大采高采煤工藝的工作面，工作面采用傾斜長壁綜合機(jī)械化后退式采煤法回采，全部垮落法管理頂板，一次采全高6m。

2 礦井通風(fēng)及防火情況

礦井采用中央分列抽出式通風(fēng)，目前礦井需要風(fēng)量為15188m3/min，實(shí)際總進(jìn)風(fēng)量為16235m3/min；礦井總回風(fēng)量為17481m3/min，有效風(fēng)量為14818m3/min，礦井有效風(fēng)量率為91.3%；礦井負(fù)壓為2150Pa，礦井等積孔為7.3m2。

煤炭自燃傾向性鑒定為自燃煤層，最短自然發(fā)火期為39～46天；煤塵爆炸指數(shù)33.86%～35.62%，4#煤層煤塵具有爆炸性。礦井防滅火系統(tǒng)有井下移動(dòng)注氮系統(tǒng)、黃泥灌漿系統(tǒng)、煤礦自燃火災(zāi)束管檢測系統(tǒng)。另外，還配備了注液態(tài)二氧化碳系統(tǒng)。煤礦自燃火災(zāi)采用束管循環(huán)監(jiān)測和人工取樣相結(jié)合的方式進(jìn)行監(jiān)測，能夠同時(shí)分析檢測八種氣體的濃度，依此分析判定各地點(diǎn)的氣體濃度變化情況。

3 注液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)簡介

注液態(tài)二氧化碳防滅火是應(yīng)用二氧化碳惰化采空區(qū)或火區(qū)，抑制煤的氧化自燃、熄滅火點(diǎn)；另外，它還可以快速降溫達(dá)到防火、滅火的目的。

3.1 液態(tài)二氧化碳特性

液態(tài)二氧化碳密度隨溫度變化而改變，-37℃時(shí)的密度約為1101kg/m3，汽化熱為137kcal/kg，在溫度15℃和1個(gè)大氣壓下，1噸液態(tài)二氧化碳體積膨脹約640倍。

3.2 液態(tài)二氧化碳防治煤自燃機(jī)理

3.2.1 吸附阻氧。各煤種在低溫階段吸氧過程中都伴隨著耗氧過程而釋放CO2、CO等氣體，煤級(jí)越低，開始釋放CO2越早。煤對(duì)氣體吸附強(qiáng)弱順序?yàn)镃O2>CH4>N2。煤吸附CO2能力很強(qiáng)，屬于物理吸附，CO2在煤表面的吸附較穩(wěn)定；煤對(duì)CO2優(yōu)先吸附，且隨著壓力升高，其選擇性吸附能力增加。由于煤對(duì)CO2的吸附性強(qiáng)，它的存在必定會(huì)對(duì)煤低溫吸附O2過程有重要影響，CO2的加入導(dǎo)致氧吸附量會(huì)減少，影響煤的氧化反應(yīng)速率。

3.2.2 吸熱降溫。液態(tài)二氧化碳溫度低，在直接壓注液態(tài)二氧化碳時(shí)會(huì)瞬間氣化，體積迅速膨脹，需要吸收大量熱量，火區(qū)溫度急劇下降，降低了煤的氧化升溫速度，促使煤的氧化反應(yīng)由于聚熱條件的破壞而延緩或終止。注入高溫火區(qū)的二氧化碳?xì)怏w溫度低，不僅具有對(duì)火區(qū)惰化和抑爆的能力，而且可以吸收大量的熱，從而降低火區(qū)溫度，加快火區(qū)的熄滅。

3.2.3 惰化降氧。液態(tài)二氧化碳充注到火區(qū)并氣化后，使得火區(qū)氧濃度下降，削弱了煤氧復(fù)合的一個(gè)重要條件，使火區(qū)因缺氧而窒息。同時(shí)，一定程度上抑制了CO等氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生，隨著CO2濃度增加，耗氧速率減小，煤樣表現(xiàn)活化能提高，從宏觀上抑制了煤氧化

自燃。

液態(tài)二氧化碳內(nèi)沒有氧氣，向高溫火區(qū)灌注時(shí)，可完全避免帶入氧氣而造成的不利影響；而且，二氧化碳比空氣密度大，泄漏流失量小，可快速沉入底部而擠出氧氣，并在火區(qū)內(nèi)擴(kuò)散充滿其空間，使火區(qū)內(nèi)氧氣濃度急速下降。

4 注液態(tài)二氧化碳防滅火應(yīng)用情況

205采煤工作面是二盤區(qū)第三個(gè)采煤面，在2014年春節(jié)放假期間，采用了向采空區(qū)壓注液態(tài)二氧化碳的防火措施，既確保了放假停面期間的防火安全問題，又節(jié)約了防火費(fèi)用。

提前在205灌漿巷內(nèi)，距205工作面以里40m和45m處，向205采空區(qū)方向分別施工注液態(tài)二氧化碳高位鉆孔，孔徑為Ф94mm，高位孔間距為5m。施工鉆孔時(shí)距底板1.5m處進(jìn)行施工，鉆孔的終孔位置距工作面頂板垂距5m，鉆孔的水平方向垂直205面運(yùn)輸順槽，并且與采空區(qū)相透。

在205運(yùn)輸順槽2#聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)敷設(shè)一條Ф108mm管路，將205運(yùn)輸順槽的注漿管路與205灌漿巷的防塵管路相連，并加設(shè)1#、2#、3#閥門。再將兩個(gè)高位孔與205灌漿巷防塵管路相連。

利用移動(dòng)式二氧化碳灌注時(shí)，用Ф25mm高壓膠管與1#、2#高位孔連接注入，如圖1所示：

12天期間共向205面后部采空區(qū)注液態(tài)二氧化碳20噸，注入結(jié)束后，從采空區(qū)采氣樣利用色譜儀分析，一氧化碳濃度一直穩(wěn)定在3～21ppm范圍內(nèi)，與以往的利用注高分子膠體防火措施相比，縮短了施工時(shí)間，節(jié)約了成本。

5 注意事項(xiàng)

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置應(yīng)在允許的工作壓力范圍內(nèi)進(jìn)行操作，安全泄壓裝置能在壓力過剩的情況下對(duì)礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置起到保護(hù)作用。

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置嚴(yán)禁超裝（本礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置充裝系數(shù)≤0.95）。

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置的充裝、卸液等人員必須進(jìn)行相關(guān)操作的業(yè)務(wù)知識(shí)培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后，方能上崗。

在拆卸任何零件或擰松接頭之前，要排空盛有液體的礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置，并用安全方式釋放揮發(fā)氣體的壓力，外部閥門和接頭會(huì)變得非常冷，如未加以正確防護(hù)，會(huì)造成人員受傷。任何時(shí)候如要拆卸零件或擰松接頭，必須戴上皮制式棉布防護(hù)手套和防護(hù)面罩，以免低溫對(duì)人員的冷凍傷害。只有在確認(rèn)安全的前提下，方可對(duì)礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置進(jìn)行修理。

如不小心使皮膚或眼睛接觸到液態(tài)二氧化碳會(huì)導(dǎo)致類似燒傷的冷灼傷，搬運(yùn)液體要注意不要使其濺落或溢出。要對(duì)眼睛、皮膚等易與液體接觸的部位進(jìn)行保護(hù)，如產(chǎn)生液體噴射、飛濺或者冷凍氣體會(huì)從設(shè)備內(nèi)強(qiáng)烈噴出，要戴上防護(hù)鏡或面套，建議戴上易于脫下的防護(hù)手套和長套袖，保護(hù)胳膊；要穿上無箍口長褲，褲管要蓋住鞋子，以擋住溢出的液體。

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置的吊裝要按照有關(guān)吊裝規(guī)定進(jìn)行操作，如不遵守這些規(guī)定，可能會(huì)導(dǎo)致礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置嚴(yán)重?fù)p壞。

6 結(jié)語

采用壓注液體二氧化碳防火技術(shù)，操作簡單、易于施工、購買來之后直接灌注到采空區(qū)，不需要其他輔助電氣設(shè)備。

利用注液態(tài)二氧化碳防火，能夠達(dá)到快速降溫、快速汽化膨脹充填采空區(qū)隔離氧氣的效果。

采用注液態(tài)二氧化碳成本低，原有的注高分子膠體防火費(fèi)用高，每噸高分子膠體在30000元左右，而一噸液態(tài)二氧化碳在1500元左右。而且注液態(tài)二氧化碳比注高分子膠體施工速度快、降溫迅速，能快速達(dá)到治理效果，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫海平.采空區(qū)瓦斯抽放方法研究與實(shí)踐[J].煤礦導(dǎo)報(bào)，2009，（12）.

[2] 孫要組，何春生.高瓦斯礦井主動(dòng)瓦斯防治技術(shù)[J].山西煤炭，2009，（7）.

作者簡介：劉岷學(xué)（1962-），男，陜西合陽人，陜西長武亭南煤業(yè)有限責(zé)任公司采礦工程師，研究方向：煤礦開采。

摘要：二氧化碳已被廣泛應(yīng)用于各種火災(zāi)的治理，它能在較短的時(shí)間內(nèi)控制和撲滅氣體、液體、固體和電氣火災(zāi)，它具有滅火能力強(qiáng)、速度快、使用范圍廣、對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染等特點(diǎn)。文章介紹了采用注液態(tài)二氧化碳新技術(shù)，并通過亭南煤業(yè)205工作面在停采期間進(jìn)行防滅火的應(yīng)用實(shí)踐證明，該技術(shù)有較好的防滅火效果和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：液態(tài)二氧化碳；防滅火；礦井火災(zāi)

中圖分類號(hào)：O741 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）27-0049-02

1 礦井概況

亭南礦井位于陜西省咸陽市長武縣境內(nèi)、彬長礦區(qū)中部。礦井地質(zhì)儲(chǔ)量3.91億噸，可采儲(chǔ)量0.91億噸，主采侏羅系4號(hào)煤層，易自燃煤層。礦井生產(chǎn)能力300萬

噸/年，瓦斯等級(jí)鑒定為高瓦斯礦井。205采煤工作面是二盤區(qū)第三個(gè)工作面，是第二個(gè)采用大采高采煤工藝的工作面，工作面采用傾斜長壁綜合機(jī)械化后退式采煤法回采，全部垮落法管理頂板，一次采全高6m。

2 礦井通風(fēng)及防火情況

礦井采用中央分列抽出式通風(fēng)，目前礦井需要風(fēng)量為15188m3/min，實(shí)際總進(jìn)風(fēng)量為16235m3/min；礦井總回風(fēng)量為17481m3/min，有效風(fēng)量為14818m3/min，礦井有效風(fēng)量率為91.3%；礦井負(fù)壓為2150Pa，礦井等積孔為7.3m2。

煤炭自燃傾向性鑒定為自燃煤層，最短自然發(fā)火期為39～46天；煤塵爆炸指數(shù)33.86%～35.62%，4#煤層煤塵具有爆炸性。礦井防滅火系統(tǒng)有井下移動(dòng)注氮系統(tǒng)、黃泥灌漿系統(tǒng)、煤礦自燃火災(zāi)束管檢測系統(tǒng)。另外，還配備了注液態(tài)二氧化碳系統(tǒng)。煤礦自燃火災(zāi)采用束管循環(huán)監(jiān)測和人工取樣相結(jié)合的方式進(jìn)行監(jiān)測，能夠同時(shí)分析檢測八種氣體的濃度，依此分析判定各地點(diǎn)的氣體濃度變化情況。

3 注液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)簡介

注液態(tài)二氧化碳防滅火是應(yīng)用二氧化碳惰化采空區(qū)或火區(qū)，抑制煤的氧化自燃、熄滅火點(diǎn)；另外，它還可以快速降溫達(dá)到防火、滅火的目的。

3.1 液態(tài)二氧化碳特性

液態(tài)二氧化碳密度隨溫度變化而改變，-37℃時(shí)的密度約為1101kg/m3，汽化熱為137kcal/kg，在溫度15℃和1個(gè)大氣壓下，1噸液態(tài)二氧化碳體積膨脹約640倍。

3.2 液態(tài)二氧化碳防治煤自燃機(jī)理

3.2.1 吸附阻氧。各煤種在低溫階段吸氧過程中都伴隨著耗氧過程而釋放CO2、CO等氣體，煤級(jí)越低，開始釋放CO2越早。煤對(duì)氣體吸附強(qiáng)弱順序?yàn)镃O2>CH4>N2。煤吸附CO2能力很強(qiáng)，屬于物理吸附，CO2在煤表面的吸附較穩(wěn)定；煤對(duì)CO2優(yōu)先吸附，且隨著壓力升高，其選擇性吸附能力增加。由于煤對(duì)CO2的吸附性強(qiáng)，它的存在必定會(huì)對(duì)煤低溫吸附O2過程有重要影響，CO2的加入導(dǎo)致氧吸附量會(huì)減少，影響煤的氧化反應(yīng)速率。

3.2.2 吸熱降溫。液態(tài)二氧化碳溫度低，在直接壓注液態(tài)二氧化碳時(shí)會(huì)瞬間氣化，體積迅速膨脹，需要吸收大量熱量，火區(qū)溫度急劇下降，降低了煤的氧化升溫速度，促使煤的氧化反應(yīng)由于聚熱條件的破壞而延緩或終止。注入高溫火區(qū)的二氧化碳?xì)怏w溫度低，不僅具有對(duì)火區(qū)惰化和抑爆的能力，而且可以吸收大量的熱，從而降低火區(qū)溫度，加快火區(qū)的熄滅。

3.2.3 惰化降氧。液態(tài)二氧化碳充注到火區(qū)并氣化后，使得火區(qū)氧濃度下降，削弱了煤氧復(fù)合的一個(gè)重要條件，使火區(qū)因缺氧而窒息。同時(shí)，一定程度上抑制了CO等氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生，隨著CO2濃度增加，耗氧速率減小，煤樣表現(xiàn)活化能提高，從宏觀上抑制了煤氧化

自燃。

液態(tài)二氧化碳內(nèi)沒有氧氣，向高溫火區(qū)灌注時(shí)，可完全避免帶入氧氣而造成的不利影響；而且，二氧化碳比空氣密度大，泄漏流失量小，可快速沉入底部而擠出氧氣，并在火區(qū)內(nèi)擴(kuò)散充滿其空間，使火區(qū)內(nèi)氧氣濃度急速下降。

4 注液態(tài)二氧化碳防滅火應(yīng)用情況

205采煤工作面是二盤區(qū)第三個(gè)采煤面，在2014年春節(jié)放假期間，采用了向采空區(qū)壓注液態(tài)二氧化碳的防火措施，既確保了放假停面期間的防火安全問題，又節(jié)約了防火費(fèi)用。

提前在205灌漿巷內(nèi)，距205工作面以里40m和45m處，向205采空區(qū)方向分別施工注液態(tài)二氧化碳高位鉆孔，孔徑為Ф94mm，高位孔間距為5m。施工鉆孔時(shí)距底板1.5m處進(jìn)行施工，鉆孔的終孔位置距工作面頂板垂距5m，鉆孔的水平方向垂直205面運(yùn)輸順槽，并且與采空區(qū)相透。

在205運(yùn)輸順槽2#聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)敷設(shè)一條Ф108mm管路，將205運(yùn)輸順槽的注漿管路與205灌漿巷的防塵管路相連，并加設(shè)1#、2#、3#閥門。再將兩個(gè)高位孔與205灌漿巷防塵管路相連。

利用移動(dòng)式二氧化碳灌注時(shí)，用Ф25mm高壓膠管與1#、2#高位孔連接注入，如圖1所示：

12天期間共向205面后部采空區(qū)注液態(tài)二氧化碳20噸，注入結(jié)束后，從采空區(qū)采氣樣利用色譜儀分析，一氧化碳濃度一直穩(wěn)定在3～21ppm范圍內(nèi)，與以往的利用注高分子膠體防火措施相比，縮短了施工時(shí)間，節(jié)約了成本。

5 注意事項(xiàng)

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置應(yīng)在允許的工作壓力范圍內(nèi)進(jìn)行操作，安全泄壓裝置能在壓力過剩的情況下對(duì)礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置起到保護(hù)作用。

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置嚴(yán)禁超裝（本礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置充裝系數(shù)≤0.95）。

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置的充裝、卸液等人員必須進(jìn)行相關(guān)操作的業(yè)務(wù)知識(shí)培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后，方能上崗。

在拆卸任何零件或擰松接頭之前，要排空盛有液體的礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置，并用安全方式釋放揮發(fā)氣體的壓力，外部閥門和接頭會(huì)變得非常冷，如未加以正確防護(hù)，會(huì)造成人員受傷。任何時(shí)候如要拆卸零件或擰松接頭，必須戴上皮制式棉布防護(hù)手套和防護(hù)面罩，以免低溫對(duì)人員的冷凍傷害。只有在確認(rèn)安全的前提下，方可對(duì)礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置進(jìn)行修理。

如不小心使皮膚或眼睛接觸到液態(tài)二氧化碳會(huì)導(dǎo)致類似燒傷的冷灼傷，搬運(yùn)液體要注意不要使其濺落或溢出。要對(duì)眼睛、皮膚等易與液體接觸的部位進(jìn)行保護(hù)，如產(chǎn)生液體噴射、飛濺或者冷凍氣體會(huì)從設(shè)備內(nèi)強(qiáng)烈噴出，要戴上防護(hù)鏡或面套，建議戴上易于脫下的防護(hù)手套和長套袖，保護(hù)胳膊；要穿上無箍口長褲，褲管要蓋住鞋子，以擋住溢出的液體。

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置的吊裝要按照有關(guān)吊裝規(guī)定進(jìn)行操作，如不遵守這些規(guī)定，可能會(huì)導(dǎo)致礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置嚴(yán)重?fù)p壞。

6 結(jié)語

采用壓注液體二氧化碳防火技術(shù)，操作簡單、易于施工、購買來之后直接灌注到采空區(qū)，不需要其他輔助電氣設(shè)備。

利用注液態(tài)二氧化碳防火，能夠達(dá)到快速降溫、快速汽化膨脹充填采空區(qū)隔離氧氣的效果。

采用注液態(tài)二氧化碳成本低，原有的注高分子膠體防火費(fèi)用高，每噸高分子膠體在30000元左右，而一噸液態(tài)二氧化碳在1500元左右。而且注液態(tài)二氧化碳比注高分子膠體施工速度快、降溫迅速，能快速達(dá)到治理效果，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫海平.采空區(qū)瓦斯抽放方法研究與實(shí)踐[J].煤礦導(dǎo)報(bào)，2009，（12）.

[2] 孫要組，何春生.高瓦斯礦井主動(dòng)瓦斯防治技術(shù)[J].山西煤炭，2009，（7）.

作者簡介：劉岷學(xué)（1962-），男，陜西合陽人，陜西長武亭南煤業(yè)有限責(zé)任公司采礦工程師，研究方向：煤礦開采。

摘要：二氧化碳已被廣泛應(yīng)用于各種火災(zāi)的治理，它能在較短的時(shí)間內(nèi)控制和撲滅氣體、液體、固體和電氣火災(zāi)，它具有滅火能力強(qiáng)、速度快、使用范圍廣、對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染等特點(diǎn)。文章介紹了采用注液態(tài)二氧化碳新技術(shù)，并通過亭南煤業(yè)205工作面在停采期間進(jìn)行防滅火的應(yīng)用實(shí)踐證明，該技術(shù)有較好的防滅火效果和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：液態(tài)二氧化碳；防滅火；礦井火災(zāi)

中圖分類號(hào)：O741 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）27-0049-02

1 礦井概況

亭南礦井位于陜西省咸陽市長武縣境內(nèi)、彬長礦區(qū)中部。礦井地質(zhì)儲(chǔ)量3.91億噸，可采儲(chǔ)量0.91億噸，主采侏羅系4號(hào)煤層，易自燃煤層。礦井生產(chǎn)能力300萬

噸/年，瓦斯等級(jí)鑒定為高瓦斯礦井。205采煤工作面是二盤區(qū)第三個(gè)工作面，是第二個(gè)采用大采高采煤工藝的工作面，工作面采用傾斜長壁綜合機(jī)械化后退式采煤法回采，全部垮落法管理頂板，一次采全高6m。

2 礦井通風(fēng)及防火情況

礦井采用中央分列抽出式通風(fēng)，目前礦井需要風(fēng)量為15188m3/min，實(shí)際總進(jìn)風(fēng)量為16235m3/min；礦井總回風(fēng)量為17481m3/min，有效風(fēng)量為14818m3/min，礦井有效風(fēng)量率為91.3%；礦井負(fù)壓為2150Pa，礦井等積孔為7.3m2。

煤炭自燃傾向性鑒定為自燃煤層，最短自然發(fā)火期為39～46天；煤塵爆炸指數(shù)33.86%～35.62%，4#煤層煤塵具有爆炸性。礦井防滅火系統(tǒng)有井下移動(dòng)注氮系統(tǒng)、黃泥灌漿系統(tǒng)、煤礦自燃火災(zāi)束管檢測系統(tǒng)。另外，還配備了注液態(tài)二氧化碳系統(tǒng)。煤礦自燃火災(zāi)采用束管循環(huán)監(jiān)測和人工取樣相結(jié)合的方式進(jìn)行監(jiān)測，能夠同時(shí)分析檢測八種氣體的濃度，依此分析判定各地點(diǎn)的氣體濃度變化情況。

3 注液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)簡介

注液態(tài)二氧化碳防滅火是應(yīng)用二氧化碳惰化采空區(qū)或火區(qū)，抑制煤的氧化自燃、熄滅火點(diǎn)；另外，它還可以快速降溫達(dá)到防火、滅火的目的。

3.1 液態(tài)二氧化碳特性

液態(tài)二氧化碳密度隨溫度變化而改變，-37℃時(shí)的密度約為1101kg/m3，汽化熱為137kcal/kg，在溫度15℃和1個(gè)大氣壓下，1噸液態(tài)二氧化碳體積膨脹約640倍。

3.2 液態(tài)二氧化碳防治煤自燃機(jī)理

3.2.1 吸附阻氧。各煤種在低溫階段吸氧過程中都伴隨著耗氧過程而釋放CO2、CO等氣體，煤級(jí)越低，開始釋放CO2越早。煤對(duì)氣體吸附強(qiáng)弱順序?yàn)镃O2>CH4>N2。煤吸附CO2能力很強(qiáng)，屬于物理吸附，CO2在煤表面的吸附較穩(wěn)定；煤對(duì)CO2優(yōu)先吸附，且隨著壓力升高，其選擇性吸附能力增加。由于煤對(duì)CO2的吸附性強(qiáng)，它的存在必定會(huì)對(duì)煤低溫吸附O2過程有重要影響，CO2的加入導(dǎo)致氧吸附量會(huì)減少，影響煤的氧化反應(yīng)速率。

3.2.2 吸熱降溫。液態(tài)二氧化碳溫度低，在直接壓注液態(tài)二氧化碳時(shí)會(huì)瞬間氣化，體積迅速膨脹，需要吸收大量熱量，火區(qū)溫度急劇下降，降低了煤的氧化升溫速度，促使煤的氧化反應(yīng)由于聚熱條件的破壞而延緩或終止。注入高溫火區(qū)的二氧化碳?xì)怏w溫度低，不僅具有對(duì)火區(qū)惰化和抑爆的能力，而且可以吸收大量的熱，從而降低火區(qū)溫度，加快火區(qū)的熄滅。

3.2.3 惰化降氧。液態(tài)二氧化碳充注到火區(qū)并氣化后，使得火區(qū)氧濃度下降，削弱了煤氧復(fù)合的一個(gè)重要條件，使火區(qū)因缺氧而窒息。同時(shí)，一定程度上抑制了CO等氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生，隨著CO2濃度增加，耗氧速率減小，煤樣表現(xiàn)活化能提高，從宏觀上抑制了煤氧化

自燃。

液態(tài)二氧化碳內(nèi)沒有氧氣，向高溫火區(qū)灌注時(shí)，可完全避免帶入氧氣而造成的不利影響；而且，二氧化碳比空氣密度大，泄漏流失量小，可快速沉入底部而擠出氧氣，并在火區(qū)內(nèi)擴(kuò)散充滿其空間，使火區(qū)內(nèi)氧氣濃度急速下降。

4 注液態(tài)二氧化碳防滅火應(yīng)用情況

205采煤工作面是二盤區(qū)第三個(gè)采煤面，在2014年春節(jié)放假期間，采用了向采空區(qū)壓注液態(tài)二氧化碳的防火措施，既確保了放假停面期間的防火安全問題，又節(jié)約了防火費(fèi)用。

提前在205灌漿巷內(nèi)，距205工作面以里40m和45m處，向205采空區(qū)方向分別施工注液態(tài)二氧化碳高位鉆孔，孔徑為Ф94mm，高位孔間距為5m。施工鉆孔時(shí)距底板1.5m處進(jìn)行施工，鉆孔的終孔位置距工作面頂板垂距5m，鉆孔的水平方向垂直205面運(yùn)輸順槽，并且與采空區(qū)相透。

在205運(yùn)輸順槽2#聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)敷設(shè)一條Ф108mm管路，將205運(yùn)輸順槽的注漿管路與205灌漿巷的防塵管路相連，并加設(shè)1#、2#、3#閥門。再將兩個(gè)高位孔與205灌漿巷防塵管路相連。

利用移動(dòng)式二氧化碳灌注時(shí)，用Ф25mm高壓膠管與1#、2#高位孔連接注入，如圖1所示：

12天期間共向205面后部采空區(qū)注液態(tài)二氧化碳20噸，注入結(jié)束后，從采空區(qū)采氣樣利用色譜儀分析，一氧化碳濃度一直穩(wěn)定在3～21ppm范圍內(nèi)，與以往的利用注高分子膠體防火措施相比，縮短了施工時(shí)間，節(jié)約了成本。

5 注意事項(xiàng)

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置應(yīng)在允許的工作壓力范圍內(nèi)進(jìn)行操作，安全泄壓裝置能在壓力過剩的情況下對(duì)礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置起到保護(hù)作用。

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置嚴(yán)禁超裝（本礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置充裝系數(shù)≤0.95）。

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置的充裝、卸液等人員必須進(jìn)行相關(guān)操作的業(yè)務(wù)知識(shí)培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后，方能上崗。

在拆卸任何零件或擰松接頭之前，要排空盛有液體的礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置，并用安全方式釋放揮發(fā)氣體的壓力，外部閥門和接頭會(huì)變得非常冷，如未加以正確防護(hù)，會(huì)造成人員受傷。任何時(shí)候如要拆卸零件或擰松接頭，必須戴上皮制式棉布防護(hù)手套和防護(hù)面罩，以免低溫對(duì)人員的冷凍傷害。只有在確認(rèn)安全的前提下，方可對(duì)礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置進(jìn)行修理。

如不小心使皮膚或眼睛接觸到液態(tài)二氧化碳會(huì)導(dǎo)致類似燒傷的冷灼傷，搬運(yùn)液體要注意不要使其濺落或溢出。要對(duì)眼睛、皮膚等易與液體接觸的部位進(jìn)行保護(hù)，如產(chǎn)生液體噴射、飛濺或者冷凍氣體會(huì)從設(shè)備內(nèi)強(qiáng)烈噴出，要戴上防護(hù)鏡或面套，建議戴上易于脫下的防護(hù)手套和長套袖，保護(hù)胳膊；要穿上無箍口長褲，褲管要蓋住鞋子，以擋住溢出的液體。

礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置的吊裝要按照有關(guān)吊裝規(guī)定進(jìn)行操作，如不遵守這些規(guī)定，可能會(huì)導(dǎo)致礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置嚴(yán)重?fù)p壞。

6 結(jié)語

采用壓注液體二氧化碳防火技術(shù)，操作簡單、易于施工、購買來之后直接灌注到采空區(qū)，不需要其他輔助電氣設(shè)備。

利用注液態(tài)二氧化碳防火，能夠達(dá)到快速降溫、快速汽化膨脹充填采空區(qū)隔離氧氣的效果。

采用注液態(tài)二氧化碳成本低，原有的注高分子膠體防火費(fèi)用高，每噸高分子膠體在30000元左右，而一噸液態(tài)二氧化碳在1500元左右。而且注液態(tài)二氧化碳比注高分子膠體施工速度快、降溫迅速，能快速達(dá)到治理效果，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：劉岷學(xué)（1962-），男，陜西合陽人，陜西長武亭南煤業(yè)有限責(zé)任公司采礦工程師，研究方向：煤礦開采。