液態(tài)CO2直接灌注防滅火技術(shù)研究及應(yīng)用

李雄

摘 要：本文采用理論分析和井下現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的對(duì)策，對(duì)小型的液態(tài)CO2儲(chǔ)存槽的研究與制造、在深井中直接施放液狀CO2的具體工藝及其直接釋放安全技術(shù)措施，形成了一套較為完善的預(yù)防和處理煤層自燃發(fā)火的應(yīng)急技術(shù)和措施。

關(guān)鍵詞：直接釋放工藝；煤層自燃發(fā)火；措施

CO2液體具有化學(xué)性質(zhì)十分懶惰，物理性質(zhì)方面溫度十分的低，如果能夠安全可靠的將CO2氣體直接施放，那么會(huì)對(duì)深井中的火情控制十分的有利。所以我們十分有必要對(duì)CO2液體直接灌注防滅火技術(shù)研究及應(yīng)用。

1 液態(tài)CO2專(zhuān)用礦車(chē)貯槽的研制

由于液態(tài)的CO2所具有的性質(zhì)，其在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中必須使用特制的儲(chǔ)藏裝置，并且這種設(shè)備通常為類(lèi)似暖水瓶一樣的保溫容器。現(xiàn)在市場(chǎng)上所流通的器型來(lái)看，其可分為固定式、移動(dòng)式和車(chē)輛運(yùn)輸式。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)存裝置的分析和實(shí)驗(yàn)得到了其在存儲(chǔ)CO2時(shí)的一些技術(shù)特性，南方礦井巷道斷面小，運(yùn)輸線(xiàn)路長(zhǎng)，用量少等困難，需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一種專(zhuān)用礦車(chē)儲(chǔ)存裝置。

2 CO2液體的井下直接釋工藝

2.1 液態(tài)CO2釋放方法的選擇

根據(jù)實(shí)際的情況分析來(lái)看，在針對(duì)井下火災(zāi)的情況下，需要將液態(tài)的CO2儲(chǔ)存設(shè)備移到井下，并用一根特制的管道接入到起火點(diǎn)，然后才可以進(jìn)行滅火作業(yè)。該管管路必須使用承受壓力4MPa以上，管徑為50～70mm，在管外加纏絕熱保護(hù)層以保持低溫，可以承受-45℃低溫的高壓乳化液膠管或法蘭盤(pán)接頭的高壓硬質(zhì)鐵管均可用，灌注管線(xiàn)距離越短效果越好，但必須是在風(fēng)流的逆向側(cè)，最長(zhǎng)距離不宜超過(guò)300m。

2.2 液態(tài)CO2的釋放口的選擇

在井下的滅火過(guò)程中需要考慮到CO2的消耗量，所以在滅火器案需要考慮到著火點(diǎn)所在的位置，以及周邊的環(huán)境狀況，最終能夠使CO2在最短的距離內(nèi)接近于著火點(diǎn)，完成滅火作業(yè)。而經(jīng)過(guò)回采區(qū)向開(kāi)采區(qū)輸送CO2的措施通常有以下兩種：

開(kāi)區(qū)預(yù)防性灌注和閉區(qū)直接滅火性灌注，預(yù)防性一般是在工作面開(kāi)采過(guò)程中，為了控制減低采空內(nèi)氧含量和冷卻采空區(qū)煤體，主要用埋管注液態(tài)CO2，將輸送CO2管路預(yù)埋在工作面進(jìn)風(fēng)口或者其他靠近火區(qū)的區(qū)域，釋放口可布置在工作面下隅角以里5～10m內(nèi)，或沿工作面傾向在液壓支架間間距每10～15m埋管，向采空區(qū)內(nèi)埋管5～10m。閉區(qū)灌注主要是工作面封閉后，若對(duì)采空區(qū)的高溫點(diǎn)，能大體分析預(yù)計(jì)確定范圍，則可通過(guò)打鉆孔，直接灌注到達(dá)高溫點(diǎn)，進(jìn)行直接滅火。從底板道或機(jī)巷打鉆孔，并下套管進(jìn)行灌注打鉆孔注CO2，這種方法通常會(huì)用于回采區(qū)向采空區(qū)輸入液態(tài)CO2的滅火方式，盡量讓CO2在采空去區(qū)滯留時(shí)間長(zhǎng)點(diǎn)兒。經(jīng)過(guò)鉆孔向采空區(qū)輸入足夠的CO2時(shí)，應(yīng)當(dāng)密切的留意采空區(qū)CO2的流動(dòng)方向，一定要通過(guò)控制達(dá)到最佳的滅火效果。

2.3 液態(tài)CO2注入量確定

確定在滅火過(guò)程中的CO2使用量是要根據(jù)火點(diǎn)的具體情況來(lái)進(jìn)行的。一般會(huì)利用火區(qū)要控制的氧濃度來(lái)計(jì)算需要注入的液態(tài)CO2量，或利用火區(qū)要的溫度來(lái)計(jì)算需要注入的液態(tài)CO2量。一般運(yùn)用公式為：C02注入量≥V×23%。其中，23%為C02抑爆、滅火濃度；V為火區(qū)空間預(yù)測(cè)體積。

3 液態(tài)CO2直接釋放安全技術(shù)措施

（1）灌注前準(zhǔn)備工作：正常運(yùn)行下的檢查

①閥門(mén)是否處于規(guī)定的狀態(tài)；

②各類(lèi)儀表的工作是否正常，讀數(shù)是否精確可靠；

③儲(chǔ)存設(shè)備的各類(lèi)管線(xiàn)是否暢通無(wú)阻，并且能夠反映設(shè)備的不正常運(yùn)行狀態(tài)與故障。

（2）每次灌注前必須用氮?dú)鈱?duì)乳化管進(jìn)行試壓，并吹出管內(nèi)雜物和水；灌注完畢后也必須用氮?dú)鈱?duì)管內(nèi)殘留的液態(tài)CO2進(jìn)行吹除。

（3）每次灌注液態(tài)CO2前，由救護(hù)隊(duì)員撤出警戒區(qū)內(nèi)所有非灌注CO2作業(yè)人員，斷開(kāi)警戒區(qū)域內(nèi)動(dòng)力電源，布置崗哨，回風(fēng)區(qū)域內(nèi)不得有人員，待停電、撤人、布崗?fù)戤吅?，?qǐng)示調(diào)度室經(jīng)同意后方可進(jìn)行灌注工作。

（4）每次灌注CO2之前，由救護(hù)隊(duì)員檢查操作箱各個(gè)閥門(mén)是否靈活可靠，管路是否有破損，漏氣、漏液等，發(fā)現(xiàn)異常必須先處理后方可進(jìn)行灌注作業(yè)。

（5）灌注液態(tài)CO2時(shí)由一名救護(hù)隊(duì)員操作防滅火裝置閥門(mén)，兩名救護(hù)隊(duì)員在旁邊待機(jī)檢查；另由兩名救護(hù)隊(duì)員戴機(jī)巡回檢查管路情況，若發(fā)現(xiàn)液態(tài)CO2泄漏，必須立即停止灌注，關(guān)閉管路閥門(mén)，人員撤離到崗哨外，并向調(diào)度室匯報(bào)。

（6）灌注液態(tài)CO2時(shí)不得將罐體內(nèi)的液體完全排凈，必須留存不少于100kg的液體，且內(nèi)罐氣相壓力不低于1.0MPa，如果內(nèi)罐氣相壓力低于1.0MPa，就有可能導(dǎo)致CO2固化，可能會(huì)損壞罐體。

（7）嚴(yán)禁敲打和磕撞液體貯罐，以免絕熱層受到損傷，影響保溫效果。

（8）液態(tài)CO2儲(chǔ)氣罐運(yùn)輸全程必須由專(zhuān)人專(zhuān)車(chē)護(hù)送。罐體上部必須覆蓋一層耐磨絕緣材料，列車(chē)的行駛速度不得超過(guò)2m/s。

4 項(xiàng)目研究成果

（1）提出了礦井液態(tài)CO2直接釋放工藝，從設(shè)計(jì)滅火用量、管道流量、管道內(nèi)徑、長(zhǎng)度、壓力的分布等進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠滿(mǎn)足其滅火要求。

（2）系統(tǒng)掌握了直接施放CO2液體的安全保障措施，并且能夠掌握CO2在液態(tài)的流動(dòng)特點(diǎn)、各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的壓力與溫度的分布，提出了合理的初始參數(shù)，并且制定了液態(tài)CO2專(zhuān)用礦車(chē)儲(chǔ)存設(shè)備的運(yùn)輸、檢修與維護(hù)及其操作人員的安全技術(shù)措施，能夠在極大的程度上防止液態(tài)CO2凝結(jié)產(chǎn)生干冰造成管線(xiàn)阻塞或者變窄，確保了滅火過(guò)程的安全、可靠。

（3）考察了液態(tài)CO2直接釋放降溫效果，建立起液態(tài)CO2流動(dòng)過(guò)程的溫度分布規(guī)律表達(dá)式，確定合理注入速度。選擇珙泉礦2283工作面作為試驗(yàn)點(diǎn)，實(shí)踐證明：液態(tài)CO2用于井下滅火能夠十分可靠的控制井下的火情，在降溫與隔離氧氣方面有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚宏章，劉貴成，董旗，等.液態(tài)CO2惰性滅火裝置的研制與應(yīng)用[J].中州煤炭，2010，（3）：17-18.

[2]郝福坤，孫維民，郭春山.利用注入液態(tài)CO2技術(shù)實(shí)現(xiàn)采空區(qū)快速滅火[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2009，36（z1）：97-98.