液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火中的應(yīng)用

黃元金

摘 要：礦井火災(zāi)是煤礦五大災(zāi)害之一，井下一旦發(fā)生礦井火災(zāi)，由于空間有限，會(huì)威脅到井下所有工作人員的生命安全。為認(rèn)真貫徹“安全第一，預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針，提高本礦的本質(zhì)安全程度和安全管理水平，必須采取切實(shí)可行的防滅火措施。本文通過(guò)查詢(xún)大量的文獻(xiàn)，就液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火中的應(yīng)用進(jìn)行淺要分析，希望對(duì)防滅火有一定幫助。

關(guān)鍵詞：液態(tài)二氧化碳；礦井；防滅火；應(yīng)用分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.087

0 引言

液態(tài)二氧化碳具有滅火速度快、滅火范圍廣、沒(méi)有第二次污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各種火災(zāi)治理當(dāng)中。但是我國(guó)液態(tài)二氧化碳滅火的起步比較晚，在制備和存儲(chǔ)過(guò)程中，仍然存在很多問(wèn)題，這給礦井防滅火造成很大障礙。近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)越來(lái)越成熟，在礦井防滅火中得到充分的利用。

1 礦井概述

龍泉井田（以下簡(jiǎn)稱(chēng)井田）位于山西省中部的婁煩縣境內(nèi)，行政區(qū)劃屬婁煩縣靜游鎮(zhèn)管轄。地理坐標(biāo)：北緯38°08′50″～38°11′53″，東經(jīng)111°45′04″～111°50′58″。井田內(nèi)主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，共含煤11層，編號(hào)為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11，其中山西組3層（1、2、3號(hào)），太原組8層（4—11號(hào)），可采煤層均發(fā)育在本組。煤系地層總厚168.00m，煤層平均總厚22.35m，含煤系數(shù) 13.3%，主要可采煤層總厚19.25m，可采含煤系數(shù)為11.5%。井田內(nèi)可采煤層共3層，編號(hào)為4、7、9號(hào)，均發(fā)育在太原組。

2 礦井通風(fēng)和防滅火系統(tǒng)情況

礦井通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，通風(fēng)方式為中央并列式。主、副斜井和副立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)。礦井主要通風(fēng)機(jī)型號(hào)為FBCDZ-10-№36型防爆軸流對(duì)旋通風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，電機(jī)功率為2×710kW，轉(zhuǎn)速為580r/min。礦井總進(jìn)風(fēng)16328m3/min，總回風(fēng)16567 m3/min，礦井負(fù)壓為1710Pa。

4201采煤工作面采用兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式，4201膠帶、4201進(jìn)風(fēng)巷為進(jìn)風(fēng)，4201輔運(yùn)、4201回風(fēng)巷為回風(fēng)，總配風(fēng)量4800m3/min。

龍泉煤礦4號(hào)煤層屬于自燃煤層，煤吸氧量為0.65cm3/g自然發(fā)火期72天。4201工作面采用綜采放頂煤回采，在4201工作面建立了火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、阻化劑噴灑防滅火系統(tǒng)、黃泥灌漿防滅火系統(tǒng)。

3 液態(tài)二氧化碳防滅火原理

3.1 液態(tài)二氧化碳的特性

液態(tài)二氧化碳密度隨著溫度的變化而變化。在-37℃時(shí)，液態(tài)二氧化碳密度大約是1101kg/m3，汽化吸熱量大約在137kcal/kg.當(dāng)溫度在15℃時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，1噸的液態(tài)二氧化碳?xì)饣w積大約能膨脹640倍。

3.2 液態(tài)二氧化碳能防止煤自燃

（1）液態(tài)二氧化碳能吸附在煤表面。煤具有吸附其他氣體的特性，比如：甲烷、氮?dú)?、二氧化碳等等，其中吸附二氧化碳的能力最?qiáng)，而且二氧化碳屬于惰性氣體比較穩(wěn)定。由于煤對(duì)二氧化碳的吸附性比較強(qiáng)，就會(huì)減少氧氣在煤上的吸附量，大大降低了煤的氧化反應(yīng)速度。

（2）液態(tài)二氧化碳能夠吸熱降溫。液態(tài)二氧化碳的溫度比較低，在使用過(guò)程時(shí)需要吸收大量的熱量，從而降低周?chē)目諝獾臏囟?，很大程度上降低了煤的氧化升溫的速度。?dāng)把液態(tài)二氧化碳注入到火區(qū)時(shí)，在吸收周?chē)鸁崃康耐瑫r(shí)還具有惰化火區(qū)的能力，從而熄滅火區(qū)。

4 液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火中的應(yīng)用

煤炭能在常溫下吸附空氣中的氧而氧化，產(chǎn)生一定的熱量。若氧化生成的熱量較少并能及時(shí)散失，則煤溫不會(huì)升高；若氧化生成的熱量大于向周?chē)⑹У臒崃?，煤溫將升高。隨著煤溫的繼續(xù)升高，氧化急劇加快，從而產(chǎn)生更多的熱量，煤溫也急劇上升，當(dāng)煤溫達(dá)到著火點(diǎn)時(shí)，煤即自燃發(fā)火。

（1）液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火參數(shù)設(shè)計(jì)。液態(tài)二氧化碳注入管道的系統(tǒng)壓力大約在1～1.3MPa之間，管道的承壓能量要在40kg/m3以上，所以要保證管道的質(zhì)量。在注入液態(tài)二氧化碳前要先注入氮?dú)膺M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，保證沒(méi)有問(wèn)題的情況下才能注入液態(tài)二氧化碳。液態(tài)二氧化碳在管道中流動(dòng)時(shí)，除了純液態(tài)二氧化碳之外，還有氣態(tài)液態(tài)二氧化碳的存在，在管道口噴出時(shí)，會(huì)形成干冰，需要第二次汽化。所以在液態(tài)二氧化碳滅火過(guò)程中，要先把管道深入到采空區(qū)中，并在保證煤層的承載力在12MPa以上，防止液態(tài)二氧化碳在噴射過(guò)程中造成管道斷裂[3]。

（2）龍泉煤礦4201工作面回采450米處，由于設(shè)備和工作面條件影響，停產(chǎn)了1個(gè)月，在停產(chǎn)期間，通過(guò)束管監(jiān)測(cè)到采空區(qū)CO濃度上升到980PPm。為了防止采空區(qū)遺煤自燃，采用往采空區(qū)注入液態(tài)二氧化碳的防滅火措施。

（3）在4201進(jìn)風(fēng)巷靠采空區(qū)40～45米保護(hù)煤柱側(cè)，向采空區(qū)施工鉆孔注入液態(tài)二氧化碳，孔徑的直徑大約在95mm，孔間距大約在5m，開(kāi)孔位置距離底板大約1.5m處進(jìn)行施工[2]。

（4）工作面在2016年4月18日出現(xiàn)發(fā)火征兆，在回風(fēng)隅角的一氧化碳傳感器發(fā)生報(bào)警，報(bào)警時(shí)的濃度是73.75PPm。到19日9時(shí)一氧化碳的濃度上升到900PPm。針對(duì)以上火情，及時(shí)選擇了注入液態(tài)二氧化碳進(jìn)行防火措施，在4月20日向礦井中注入液態(tài)二氧化碳，先后注入6次，每次注入20噸。到21日下午工作面回流中一氧化碳的濃度也下降到20PPm，達(dá)到了正常值，避免了一次煤礦火災(zāi)的發(fā)生。

（5）注意事項(xiàng)。在灌注液態(tài)二氧化碳期間要撤離影響區(qū)域中的所有人員，每隔一段時(shí)間向指揮中心匯報(bào)壓力和氣體成分信息。液態(tài)二氧化碳在灌注過(guò)程不能斷開(kāi)連接泵，否則會(huì)破壞管道中的壓力均衡，會(huì)形成固體二氧化碳，堵塞管道。在使用液態(tài)二氧化碳進(jìn)行滅火之前，需要先對(duì)礦井火區(qū)空氣涌出的途徑進(jìn)行預(yù)測(cè)和估計(jì)，并對(duì)該區(qū)域進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，液態(tài)二氧化碳對(duì)礦井防滅火有非常重要的作用。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中要根據(jù)具體的情況制定相關(guān)的滅火方案。在降低滅火損失成本的前提下，提高滅火的效率。希望通過(guò)本文的分析，對(duì)液態(tài)二氧化碳滅火技術(shù)在礦井滅火中的應(yīng)用有一定幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]易千.液態(tài)二氧化碳滅火技術(shù)在礦井滅火中的應(yīng)用[J].煤炭與化工，2015（09）：82-83+85.

[2]劉岷學(xué)，陳足章，王洪濤.注液態(tài)二氧化碳技術(shù)在礦井防滅火中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014（27）：49-50.