二氧化碳在煤礦防火中的優(yōu)勢(shì)分析

陳杰

摘 要：本文圍繞二氧化碳在煤礦防火中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了研究和探討，文章首先對(duì)二氧化碳的氣體性質(zhì)進(jìn)行了分析，然后概述了二氧化碳的滅火機(jī)理，最后對(duì)二氧化碳在煤礦采空區(qū)防火的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析論述，旨在不斷提高我國(guó)煤礦生產(chǎn)安全技術(shù)管理水平的提升，更好地保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，提高企業(yè)的社會(huì)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；煤礦生產(chǎn)；采空區(qū)；安全防火

1 引言

煤礦生產(chǎn)過程中安全管理至關(guān)重要，井下作業(yè)環(huán)節(jié)，有毒或易燃易爆氣體對(duì)于生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境以及人員有著極大的威脅，為此必須加強(qiáng)對(duì)這些氣體的安全管理，通過采取科學(xué)高效的防控技術(shù)來降低危險(xiǎn)等級(jí)，提高井下作業(yè)的安全性和高效性。本文主要對(duì)二氧化碳在井下施工防火中的應(yīng)用進(jìn)行了論述，希望給業(yè)內(nèi)人士帶來思路和啟發(fā)。

2 二氧化碳性質(zhì)分析

二氧化碳是一種十分廉價(jià)和常見的氣體，來源廣泛，污染小。其分子量為44kg/moL，常態(tài)下，該物質(zhì)呈現(xiàn)氣體形式，在低溫加壓的條件下，或者在常溫高壓的條件下，該物質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。當(dāng)溫度降低到-78.5℃后，液態(tài)的二氧化碳會(huì)轉(zhuǎn)變成固態(tài)，又稱干冰。由于二氧化碳?xì)怏w具有良好的惰性，因而在煤礦防火工程中有著很大的潛在價(jià)值。

3 二氧化碳的滅火機(jī)理

二氧化碳的滅火機(jī)理主要是基于該物質(zhì)的著火點(diǎn)高，而且氣態(tài)的二氧化碳能夠在滅火后極快的散逸，對(duì)作業(yè)環(huán)境的污染小，所需要的設(shè)備少，性價(jià)比較高。

在具體的滅火過程中，二氧化碳所起到的作用有以下兩方面：一方面是起到環(huán)境惰化作用。當(dāng)井下采空區(qū)注入二氧化碳之后，不僅可以直接對(duì)井下空間內(nèi)的氧氣或易燃易爆氣體進(jìn)行稀釋，而且還可以形成大量的惰化氣體區(qū)域，這些區(qū)域可以有效覆蓋到井下的煤帶，形成良好的的隔離區(qū)，防止煤炭燃燒。另一方面是起到降溫冷卻的作用。井下煤帶的氧化燃燒需要經(jīng)歷一個(gè)過程，該過程與氧氣的量有著十分緊密的關(guān)系。當(dāng)供氧量充足時(shí)，煤帶燃燒劇烈，會(huì)迅速放熱并積聚越來越多的熱量，造成井下環(huán)境的極大威脅。當(dāng)注入二氧化碳后，液態(tài)的二氧化碳在高溫條件下瞬間氣化，因此可以伴隨溫度的降低，繼而吸收掉環(huán)境中大量的熱，減緩煤帶升溫速度，繼而切斷或阻隔反應(yīng)條件。

4 二氧化碳在煤礦防火中的優(yōu)勢(shì)分析

二氧化碳防火具有多種優(yōu)勢(shì)：首先，相對(duì)于氮?dú)夥阑?，二氧化碳的相?duì)密度更大，因此在滅火過程中可以進(jìn)一步下沉，形成底部空間的惰性隔離層。其次，二氧化碳的純度更易于控制，目前工業(yè)產(chǎn)的二氧化碳純度打到100%較為容易，而想要打到100%純度的氮?dú)獠⒉蝗菀?，這樣也會(huì)造成兩種氣體原料價(jià)格差異，二氧化碳的性價(jià)比更高。其三，注入二氧化碳的氧氣濃度降低速度比注入氮?dú)夂笱鯕鉂舛冉档退俣雀?，?duì)于節(jié)省時(shí)間，提高生產(chǎn)效率更有幫助。其四，二氧化碳的抑爆效果更優(yōu)。在瓦斯環(huán)境中，注入二氧化碳后能夠提高甲烷等混合氣體爆炸濃度的限度值，這樣就降低了瓦斯氣體爆炸幾率，提高了作業(yè)環(huán)境的安全性。其五，二氧化碳防火所需要的設(shè)備設(shè)施少，對(duì)環(huán)境的污染小。其六，二氧化碳防火工藝難度不高，操作簡(jiǎn)單，設(shè)備維護(hù)容易。

5 二氧化碳在煤礦防火中的實(shí)際應(yīng)用

對(duì)界溝煤礦1022采空區(qū)CO進(jìn)行取樣分析，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)CO濃度多次超過45ppm，詳見表1 采空區(qū)CO濃度.

依據(jù)界溝煤礦10 煤層自燃發(fā)火標(biāo)志性氣體測(cè)試結(jié)論：CO濃度達(dá)到10ppm，則溫度在70℃～80℃左右；進(jìn)一步升溫達(dá)到80℃～93℃區(qū)間后，CO生成量快速增加，很快會(huì)達(dá)到24ppm的指標(biāo)值；即現(xiàn)場(chǎng)一旦監(jiān)測(cè)到CO濃度達(dá)到24 ppm，則說明可能存在80C°～93C°的高溫點(diǎn)。此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)10煤連續(xù)檢測(cè)到CO濃度大于24ppm，且增加到45ppm，并繼續(xù)增加的趨勢(shì)，此時(shí)應(yīng)采取滅火措施。

采取措施如下：

加強(qiáng)1022采空區(qū)取樣分析。提高取樣頻率，增加為每天三班取樣分析。保證采空區(qū)取樣分析的連續(xù)性。及時(shí)將采空區(qū)取樣分析的數(shù)據(jù)和圖表上報(bào)分管領(lǐng)導(dǎo)和礦長(zhǎng)、書記、總工程師。在3月14日夜班分析發(fā)現(xiàn)采空區(qū)CO濃度超過50ppm，達(dá)到51ppm。3月15日將采空區(qū)CO濃度情況向集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)請(qǐng)示，接到指令后準(zhǔn)備采空區(qū)注碳工作。

3月15日按照礦生產(chǎn)調(diào)度安排對(duì)采空區(qū)進(jìn)行注碳工作。注碳期間通風(fēng)區(qū)安排專人現(xiàn)場(chǎng)跟班參與整個(gè)施工過程，并及時(shí)對(duì)注碳后的采空區(qū)及時(shí)取樣分析，并將數(shù)據(jù)制成表格。（詳見表2 采空區(qū)注碳記錄）。

6 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)地區(qū)的煤炭開采作業(yè)指導(dǎo)規(guī)范：當(dāng)采倔工作面風(fēng)流中CO濃度達(dá)到24ppm（確定為放炮原因的除外）；煤柱內(nèi)，高冒處、采空區(qū)等地面CO濃度達(dá)到50ppm或者出現(xiàn)發(fā)火預(yù)兆（煤壁掛汗、有煤焦油味、汽油味等）、發(fā)生發(fā)火事故，礦調(diào)度必須立即向上級(jí)調(diào)度匯報(bào)。得到上級(jí)指令后采取相應(yīng)防火措施。通過采取二氧化碳注入措施，有效降低了CO濃度和瓦斯?jié)舛?，確保了作業(yè)環(huán)境的安全性，是一種十分有效的防火策略，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：宿州煤電集團(tuán)有限公司界溝煤礦通風(fēng)區(qū)）