液態(tài)CO2防滅火技術在綜放面停產期間的應用

液態(tài)CO2防滅火技術在綜放面停產期間的應用

丁勇

(山東唐口煤業(yè)有限公司，山東 濟寧 272055)

[摘要]對液態(tài)CO2防滅火技術工藝和技術特性進行了研究分析，并成功在唐口煤礦進行了現場防滅火技術實踐。唐口煤礦在1304綜放工作面停產期間，通過注入液態(tài)CO2，有效消除了自然發(fā)火隱患，保證了工作面停產期間的安全。

[關鍵詞]液態(tài)CO2；防滅火；工作面；停產

[中圖分類號]TD753.2[文獻標識碼]B

[收稿日期]2014-04-17

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.030

[作者簡介]丁勇(19-)，男，山東淄博人，助理工程師，從事安全技術培訓工作。

Application of Liquid CO2Fire-extinguishment Technology in the Period of Production Halt

[引用格式]丁勇.液態(tài)CO2防滅火技術在綜放面停產期間的應用[J].煤礦開采，2015，20(1)：102-104.

在容易自燃和自燃煤層礦井中，若采煤工作面因某種原因而停產，則停產期間極易發(fā)生自燃隱患，甚至造成自然發(fā)火事故。液態(tài) CO2防滅火技術能較好地解決工作面停產期間的防滅火難題，在唐口煤礦的應用取得了良好的成果。

液態(tài)CO2防滅火技術與其他防滅火技術相比，具有速度快、操作簡單、成本低、防滅火效果顯著等特點，是當前煤礦井下防滅火的最佳技術。煤礦井下液態(tài)CO2防滅火技術的具體特點有：惰化抑爆性強、冷卻降溫明顯、適用范圍廣。將液態(tài) CO2用于煤礦防滅火工作，由于其具有易于保證足量、穩(wěn)定供應的特點，更加有利于煤礦生產現場的實際應用。

1液態(tài)CO2防滅火技術工藝

1.1　液態(tài)CO 2防滅火工藝流程

液態(tài)CO2防滅火系統(tǒng)主要由地面液態(tài)CO2槽車、輸氣管、水液汽化器、流量計等構成。液態(tài)CO2由專門的運輸設備從化工廠運到礦井，采用在地面將液態(tài)CO2直接汽化成CO2氣體的方法，經由注漿管路輸送到防火地點，選擇適合的釋放口位置注入到采空區(qū)，如圖1所示。

圖1　注液態(tài)CO 2工藝流程示意

該系統(tǒng)在現場的實際應用中充分體現了操作簡便、穩(wěn)定性好、連續(xù)可調等優(yōu)點，能實現大流量壓注液態(tài)CO2迅速熄滅火區(qū)的效果。

1.2　液態(tài)CO 2釋放方法

首先在地面將液態(tài)CO2經水液汽化器汽化成CO2氣體，并通過礦井中現有的壓風管、供水管、注漿管或井下瓦斯抽放管向井下輸送。如果礦井現有管路另有他用不能用于滅火或沒有獨立的管路時，可以設備用專門管路。這種沿管路輸送CO2氣體的方法比往井下輸送液態(tài)CO2方便，可以實現大流量、連續(xù)灌注CO2氣體。

1.3　液態(tài)CO 2的釋放口的選擇

為達到減少消耗CO2氣體量、快速滅火的目的，需根據火區(qū)的條件和火源的位置，選擇最佳CO2的釋放口位置，原則上使CO2氣體在火區(qū)內用最短的路線到達火點，沖淡火區(qū)O2含量，對采空區(qū)進行惰化和降溫。例如，在唐口煤礦1304綜放面的應用中，將CO2釋放口布置在工作面進風隅角。

2液態(tài)CO2防滅火技術的應用實踐

2010年2月液態(tài)CO2防滅火技術成功應用在唐口煤礦綜放工作面的防滅火工作中，取得了良好的效果。

2.1　工作面概況

根據煤炭科學研究總院撫順分院的鑒定，1304綜放工作面所采3下煤層屬自燃煤層，一般自然發(fā)火期為3～6個月，最短自然發(fā)火期(20±3)d。防治3下煤層自然發(fā)火是礦井開采過程中的一項重要工作。根據唐口煤礦對自燃標志氣體多年的觀測與分析，當采煤工作面采空區(qū)回風側出現C2H4，且CO濃度達到75×10-4%，并有持續(xù)升高趨勢時，就說明已經明確發(fā)生自然發(fā)火隱患，煤溫已超過134℃

2.2　液態(tài)CO 2防滅火技術實施過程

2012年4月7日早班，在對回風隅角進行檢測時，發(fā)現CO濃度達到42×10-4%，較上一班次有明顯升高，隨后立即抽取氣樣并送至地面，經KSS-200束管色譜檢測系統(tǒng)分析后，發(fā)現氣樣中出現C2H4(見表1)。由此判斷1304工作面采空區(qū)存在自然發(fā)火隱患。

表1　1304工作面上隅角氣體濃度

由于1304工作面為俯采，若實施注漿，易使大量漿液通過架間涌入工作面，淤積在溜頭處不易排出而淹沒并損壞設備；若進行注膠，因采空區(qū)范圍大，停采時間長，需在每個支架架間打孔，工作量大，且受孔深不足的條件影響，防火范圍有限；采取其他措施直接防火難度也較大。采用惰性氣體防滅火，則易于實施并有可能取得預期效果。由于CO2比空氣密度大，且煤體對CO2具有較強的吸附作用，很容易替代O2而覆蓋煤體燃燒表面，減少煤體燃燒體表面O2的濃度，使O2濃度低于自然發(fā)火的臨界O2濃度值，從而防止煤的氧化自燃，使已形成的火災因缺O(jiān)2而窒息滅火，并能達到比N2更好的防滅火效果。

根據上述考慮，經過系統(tǒng)地研究、分析后決定，對1304工作面采取注液態(tài)CO2的防滅火措施。將1304工作面原有的注漿管路臨時改造為注CO2氣體管路，其埋設在工作面進風巷；由于工作面為下行通風，CO2釋放口布置在工作面進風隅角。注液態(tài)CO2的具體過程是：用低溫槽車將液態(tài)CO2運至注漿站外，利用液態(tài)CO2壓注系統(tǒng)，在地面將液態(tài)CO2直接轉化成CO2氣體，通過注漿管路向1304面采空區(qū)隱患地點壓注。1304工作面通風系統(tǒng)及注CO2防滅火如圖2所示。

圖2　1304面通風系統(tǒng)及注CO 2防滅火

2012年4月8日，向1304工作面采空區(qū)壓注液態(tài)CO2共16t，釋放后膨脹體積約為10400m3。為保證施工安全和防滅火效果，注液態(tài)CO2期間采取了如下安全技術措施：

(1)在1304工作面進風隅角、回風隅角阻燃墻外、回風巷懸掛好甲烷氧氣兩用儀，位置距頂板不大于300mm，距巷幫不小于200mm，并各安排1名瓦檢員和2名救護隊員檢查本地點的CO2及其他氣體濃度，同時做好檢查數據記錄工作，匯報地面指揮室。

(2)在進風隅角的人員利用紅外線測溫儀對采空區(qū)不同地點的溫度進行檢測，在回風巷的人員隨時檢測溢出的各種氣體濃度，如CO2濃度超過1.5%或O2低于18%時，應立即通知地面指揮室，由總指揮決策繼續(xù)注或降低或停止注CO2。

(3)每組人員對1304工作面進風流、回風流、工作面及架后、上下隅角的CO2濃度進行檢查，當上述任何一個地點的CO2濃度超過1.5%時，立即撤出工作面全部工作人員，救護人員立即佩戴氧氣呼吸器，采取措施進行處理。

(4)救護隊員在佩帶氧氣呼吸器期間要經常觀察自己的O2壓力，并根據O2壓力來確定在工作面的作業(yè)時間，每個隊員必須節(jié)約使用O2，不準任意使用手動補給閥。在回風隅角抽取氣樣時，必須1人工作1人監(jiān)護。

(5)在CO2惰性滅火裝置與注漿管路連接處懸掛甲烷氧氣兩用儀，當CO2濃度超過1.5%或O2濃度低于18%時，應停止壓注。

(6)壓注工作結束時，通知地面注漿站停止注CO2，工作人員向注漿管注水，直至1304工作面進風隅角附近的三通閥門出水停止注水，由救護隊檢查1304工作面回風巷、進回風隅角的CO2及其他氣體變化情況，待氣體濃度符合規(guī)定后方可撤離現場。

2.3　注液態(tài)CO 2防滅火效果分析

為觀察整個注液態(tài)CO2過程中相關氣體濃度的變化情況，檢查防滅火效果，利用安全監(jiān)測系統(tǒng)、束管監(jiān)測系統(tǒng)、人工采樣相結合實時掌握壓注過程中火區(qū)的氣體、溫度等參數變化。壓注過程中對1304工作面進風隅角、1304工作面膠帶巷膠帶頭、兩部膠帶大巷膠帶頭處等地點進行監(jiān)測。在1304工作面回風隅角處，通過埋入采空區(qū)的束管，使用JSG6礦井火災束管監(jiān)測系統(tǒng)，對采空區(qū)的氣體實時監(jiān)測。壓注工作結束后，由救護隊員佩帶氧氣呼吸器進入工作面回風隅角檢查CO2及其他氣體變化情況，同時使用紅外線測溫儀通過鉆孔測取采空區(qū)的溫度。壓注前后監(jiān)測結果見表2。

通過分析壓注前后1304工作面采空區(qū)內的氣體變化情況，其溫度由29.5℃下降至16.3℃，O2濃度由16.7%下降至8.2%，說明火區(qū)得到了抑制，注液態(tài)CO2防滅火取得了較為理想的效果。

跟蹤檢測和分析表明，1304綜放工作面回風隅角CO濃度始終穩(wěn)定在10×10-4%以下，說明該技術措施有效防止了采空區(qū)自然發(fā)火，保證了綜放工作面停產期間的安全。

3結論

實踐證明，CO2具有良好的防滅火作用，液態(tài)CO2防滅火技術能實現大流量壓注液態(tài)CO2迅速熄滅火區(qū)的效果。唐口煤礦在1304綜放工作面停產期間，通過液態(tài)CO2防滅火技術的應用，有效消除了自然發(fā)火隱患，保證了綜放工作面停產期間的安全。同時，注液態(tài)CO2防滅火技術的實施過程中應加強火災標志氣體的監(jiān)測，同步采取有效的安全技術措施，保障施工安全，從而提高防滅火技術效果。

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[責任編輯：鄒正立]