液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火中的應(yīng)用

汪洋

摘 要：隨著新型技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于礦井工作的安全需求不斷提高，這就要求煤礦行業(yè)提升安全保護(hù)與危險(xiǎn)防治能力，而在煤礦、礦井實(shí)踐工作中，火災(zāi)是最為常見的一種災(zāi)害，它帶來的威脅對(duì)于礦工人員來說是致命的，一旦礦井發(fā)生火災(zāi)，礦井中的工作人員的生命安全與財(cái)產(chǎn)安全都會(huì)受到威脅，甚至造成人員傷亡等不可挽回的嚴(yán)重后果，因此煤礦行業(yè)一定要注意防治火災(zāi)，保障礦工人員的生命安全。為了提升礦井防滅火的能力，本文就以礦井工作為客體，探討液態(tài)二氧化碳在礦井中防滅火的相關(guān)應(yīng)用，以期為礦井的火災(zāi)防治提供參考，保障礦工人員的生命安全。

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

中圖分類號(hào)：TD752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）10-0171-02

1液態(tài)二氧化碳防滅火的性質(zhì)與原理

1.1 二氧化碳的性質(zhì)

二氧化碳化學(xué)性質(zhì)上屬于高價(jià)氧化物，其物理性質(zhì)是無色無味的氣體，密度大于空氣，其化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，常溫下可以溶于水形成碳酸。在火災(zāi)發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)大量使用二氧化碳可以降低氧氣含量，阻斷易燃物的助燃劑，從而達(dá)到滅火的效果。而二氧化碳擁有易液化的性質(zhì)，這個(gè)性質(zhì)使得二氧化碳可以在高壓環(huán)境下被液化儲(chǔ)存在專門用于運(yùn)輸?shù)墓拮觾?nèi)，而當(dāng)液態(tài)化的二氧化碳被釋放出時(shí)，在高溫環(huán)境下會(huì)瞬間蒸發(fā)，從而吸取大量的熱量，達(dá)到降低燃燒物表面溫度的效果，以迅速完成高效滅火任務(wù)。二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，常溫狀態(tài)下不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而正因?yàn)槠鋵儆诓豢扇紵臍怏w，也不助燃，因此常被用作于滅火劑成分當(dāng)中，又因?yàn)槠錈o味無毒，因此比較適合用于滅火工作，但是需要注意的是，二氧化碳在空氣中的含量不能過高，若超過了5%，則容易引起人類呼吸困難，對(duì)人類的生命健康造成損害，如果在滅火過程中含量沒有得到有效控制，再度提升的話，甚至可能引起致人死亡的嚴(yán)重后果，因此在使用二氧化碳進(jìn)行滅火任務(wù)時(shí)，一定要注意其合理使用，控制其在空氣中的含量，或者及時(shí)佩戴并使用氧氣面罩，保證滅火工作的順利進(jìn)行[1]。

1.2 液態(tài)二氧化碳的性質(zhì)

液態(tài)二氧化碳本質(zhì)上就是二氧化碳，化學(xué)性質(zhì)都一樣，但是液態(tài)二氧化碳在物理使用方面擁有某些特性，其密度會(huì)根據(jù)環(huán)境溫度發(fā)生變化，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、常溫條件下，1t液態(tài)二氧化碳可以膨脹至其自身體積的640倍，也正由于這一特性，液態(tài)二氧化碳常被用于煤礦行業(yè)的礦井火災(zāi)防治工作當(dāng)中。

1.3 液態(tài)二氧化碳防滅火的原理

液態(tài)二氧化碳之所以被廣泛運(yùn)用于礦井火災(zāi)防治工作中，除了上文提及的液態(tài)二氧化碳在常態(tài)環(huán)境條件下易于發(fā)生體積膨脹外，還有其他原因。首先，由于液態(tài)二氧化碳的物理性質(zhì)，使其易于附著在煤炭物體的表面，而燃燒反應(yīng)正是首先發(fā)生在煤炭物體表面的，因此會(huì)形成一層隔絕的二氧化碳膜，隔絕煤炭與空氣中氧氣的接觸，從而達(dá)到滅火的效果，另外，由于煤炭本身還擁有吸附氣體的性質(zhì)，因此液態(tài)二氧化碳在高溫環(huán)境下瞬間蒸發(fā)為氣體后，會(huì)迅速被煤炭所吸取，覆蓋在煤炭表面，這一過程的發(fā)生十分迅速，可以高效隔絕氧氣，達(dá)到防治火災(zāi)的良好效果。其次，前文已述，二氧化碳本身的化學(xué)性質(zhì)并不活潑，屬于惰性氣體，其穩(wěn)定性比較強(qiáng)，因此在被用于礦井火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，不易發(fā)生化學(xué)變化，其化學(xué)性質(zhì)不會(huì)改變，如此就可以長(zhǎng)時(shí)間地發(fā)揮其滅火效用，提升滅火工作的效率，降低火災(zāi)防治的成本等。另外，由于在火災(zāi)防治過程中使用的是液態(tài)的二氧化碳，其遇高溫會(huì)發(fā)生蒸發(fā)的物理變化，而這個(gè)變化過程是吸熱的，而且液態(tài)二氧化碳相較于其他用于滅火的材料，其溫度更低，這就使得液態(tài)二氧化碳在高溫環(huán)境下可吸取的熱量更多，降低周邊環(huán)境溫度的速度更快，效果更好，而且，如果火場(chǎng)溫度長(zhǎng)時(shí)間過高無法及時(shí)降下來，那么會(huì)使得其他滅火材料性質(zhì)發(fā)生變化，影響滅火效果，而使用液態(tài)二氧化碳就不必?fù)?dān)心這個(gè)問題，因?yàn)槠錅囟鹊偷奈锢硇再|(zhì)，使得其在被投入使用時(shí)可以起到迅速降低火場(chǎng)溫度的效果，避免火災(zāi)對(duì)礦井造成進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)損失，控制火情抑制火災(zāi)。液態(tài)二氧化碳的滅火原理就是大量注入液態(tài)二氧化碳，使其在高溫環(huán)境下迅速吸收熱量，附著于煤礦表面，大量降低火場(chǎng)周圍空氣中氧氣的含量，使得火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的下部火源缺少氧氣而熄滅，上部火源由于液態(tài)二氧化碳的蒸發(fā)也因逐漸缺少氧氣而熄滅，以期實(shí)現(xiàn)滅火的效果。液態(tài)二氧化碳還可以加速火源的熄滅，防治火場(chǎng)爆炸物例如瓦斯氣體等存在爆炸隱患，保障礦工人員的生命安全。而在對(duì)于礦井中的采空區(qū)進(jìn)行火災(zāi)防治時(shí)，液態(tài)二氧化碳起到增多區(qū)域內(nèi)氣體總含量的效果，從而降低區(qū)域內(nèi)與區(qū)域外的壓力差，使得采空區(qū)的漏風(fēng)狀況得到緩解，進(jìn)而進(jìn)一步形成正壓，防止外部新入空氣流入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，隔絕新的氧氣進(jìn)入，從而高效地達(dá)到防火、滅火的效果[2]。

2液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火中的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

2.1 液態(tài)二氧化碳防治火災(zāi)的優(yōu)點(diǎn)

液態(tài)二氧化碳用于煤礦行業(yè)的火災(zāi)防治，擁有以下優(yōu)點(diǎn)。首先，其滅火速度快，較為直接，因?yàn)橐簯B(tài)二氧化碳吸附在煤炭表面，直接抑制了燃燒物與氧氣的進(jìn)一步接觸，另外液態(tài)二氧化碳還擁有膨脹的特性，這一特性會(huì)阻絕外部新鮮空氣的進(jìn)入，隔絕氧氣進(jìn)入火場(chǎng)，液態(tài)二氧化碳還可以迅速降低火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度，這主要是因?yàn)槠錅囟容^低，蒸發(fā)時(shí)可以大量吸熱所致的。其次，可以防止火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生爆炸，因?yàn)橐簯B(tài)二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)較為不活潑，屬于惰性氣體，因此在進(jìn)行火災(zāi)防治的過程中不會(huì)與其他物體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而避免了火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)例如瓦斯發(fā)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，液態(tài)二氧化碳滅火的成本較低，設(shè)備投入較為簡(jiǎn)單，操作難度低，液態(tài)二氧化碳的制作成本、運(yùn)輸成本、儲(chǔ)存成本都不高，且便于運(yùn)輸，因此成本較低，也無需過于復(fù)雜的設(shè)備，只需液態(tài)二氧化碳的運(yùn)輸罐與管道即可，其投入使用的操作也比較簡(jiǎn)單，通常只需三個(gè)人員共同合作，便可達(dá)到高效使用液態(tài)二氧化碳滅火的效果。使用液態(tài)二氧化碳滅火還擁有恢復(fù)生產(chǎn)快的特點(diǎn)，因?yàn)橐簯B(tài)二氧化碳屬于無毒的氣體，其附著在礦井內(nèi)煤礦、設(shè)備等表面不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，沒有其他滅火材料的特殊化學(xué)性質(zhì)，只需要滅火完成后對(duì)礦井進(jìn)行通風(fēng)即可迅速恢復(fù)生產(chǎn)，較為安全，且方便快捷，恢復(fù)生產(chǎn)速度快[3]。

2.2 液態(tài)二氧化碳防治火災(zāi)的缺點(diǎn)

要想高效地應(yīng)用液態(tài)二氧化碳于礦井防滅火工作中，就要不僅了解其特性與優(yōu)點(diǎn)，還要明晰其缺點(diǎn)與不足，以期正確、高效地使用液態(tài)二氧化碳進(jìn)行火情防治工作，以下是其缺點(diǎn)。首先，液態(tài)二氧化碳具有流失性質(zhì)，這一性質(zhì)導(dǎo)致了液態(tài)二氧化碳的儲(chǔ)存環(huán)境與使用環(huán)境必須嚴(yán)密，如果其儲(chǔ)存罐存在不夠嚴(yán)密的問題，那么由于其流失性，液態(tài)二氧化碳的含量會(huì)降低，其運(yùn)用于滅火的實(shí)際效力也會(huì)大大降低。如果其在使用過程中，礦井的密封墻體嚴(yán)密程度不夠，也會(huì)導(dǎo)致液態(tài)二氧化碳的流失，二氧化碳會(huì)向其含量較低的地方擴(kuò)散，擴(kuò)散至沒有火災(zāi)的地方，如此也會(huì)阻礙液態(tài)二氧化碳的滅火效力，降低其對(duì)于火災(zāi)防治的速度與效果。

其次，液態(tài)二氧化碳的供給量不是很高。液態(tài)二氧化碳由氣態(tài)二氧化碳制成，而后者大多來源于化工廠制造的副產(chǎn)品，因此其供給量不是很高，需要合理使用。此外，二氧化碳會(huì)溶于水，產(chǎn)生碳酸，腐蝕產(chǎn)品。雖然二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)較為不活潑，其與水發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)速率也比較緩慢，但是長(zhǎng)時(shí)間投入滅火使用后，二氧化碳還是會(huì)有部分溶于水形成碳酸，而碳酸屬于酸性，這會(huì)腐蝕礦井中的設(shè)備，造成一定的設(shè)備損壞，從而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失[4]。

3液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

了解了液態(tài)二氧化碳在礦井中防治火災(zāi)的原理與優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)后，我們可以對(duì)液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火的實(shí)行進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)。首先，要對(duì)防滅火的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。液態(tài)二氧化碳在注入礦井時(shí)，所使用的注入管道系統(tǒng)壓力要進(jìn)行調(diào)整，這個(gè)參數(shù)應(yīng)該設(shè)計(jì)在約1.2MPa，以保證液態(tài)二氧化碳的順利注入，而管道的壓力承受能力要控制在不少于40kg/m3，以保證在向礦井大量注入液態(tài)二氧化碳時(shí)管道的正常使用，因此在對(duì)管道進(jìn)行設(shè)計(jì)方案與建造時(shí)，要控制好這兩點(diǎn)相關(guān)參數(shù)，以保障液態(tài)二氧化碳可以高效運(yùn)用于火災(zāi)防治工作當(dāng)中。管道在實(shí)際使用前，要先注入氮?dú)鈱?duì)其進(jìn)行測(cè)試，通過安全測(cè)試的管道才正式投入礦井火災(zāi)防治工作當(dāng)中，以保障管道的強(qiáng)度與耐用性。其次，液態(tài)二氧化碳在進(jìn)行注入時(shí)，要將所用管道深入至礦井的采空區(qū)中，并且對(duì)煤層的承載能力進(jìn)行測(cè)試，保障其大于12MPa，這主要是由于液態(tài)二氧化碳在注入礦井時(shí)，管道中會(huì)同時(shí)存在氣態(tài)、液態(tài)兩種狀態(tài)的二氧化碳，而這會(huì)使得管道口噴發(fā)二氧化碳時(shí)發(fā)生二次汽化，因此要深入采空區(qū)，以防止管道發(fā)生斷裂等現(xiàn)象，以期保障管道中液態(tài)二氧化碳的順利注入。除此之外，在使用液態(tài)二氧化碳進(jìn)行滅火時(shí)，還需要及時(shí)撤出礦井區(qū)域中的所有工作人員，并且通過相關(guān)儀器對(duì)礦井內(nèi)的氣體成本與壓力進(jìn)行分析，形成具體數(shù)據(jù)反饋到火災(zāi)防治中心，以保障對(duì)礦井火災(zāi)情況的掌握，及時(shí)調(diào)整液態(tài)二氧化碳的注入量，達(dá)到更好的防治效果。在進(jìn)行注入的過程中，管道的連接泵也不能斷開，因?yàn)檫@關(guān)系到管道內(nèi)的氣壓，如果氣壓不均會(huì)導(dǎo)致液態(tài)二氧化碳凝固為固體堵住管道，從而阻礙液態(tài)二氧化碳的順利注入，因此對(duì)于管道的連接泵也要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)于礦井內(nèi)火場(chǎng)空氣成分與火場(chǎng)外空氣成本進(jìn)行比較，分析火場(chǎng)內(nèi)實(shí)時(shí)狀況，以做出正確決策。在注入液態(tài)二氧化碳的過程中，還要對(duì)其濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，可以使用檢測(cè)儀器、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人工采樣等方式對(duì)濃度進(jìn)行控制，以其實(shí)時(shí)掌握火場(chǎng)內(nèi)的具體情況與各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)液態(tài)二氧化碳的濃度及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到最高效率的使用。對(duì)液態(tài)二氧化碳的使用設(shè)計(jì)還包括要在管道外側(cè)開設(shè)閥門，這一方案的目的主要是方便使用儀器進(jìn)行火情觀測(cè)與數(shù)據(jù)收集，以及時(shí)獲取檢測(cè)結(jié)果。而對(duì)于煤礦行業(yè)本身，則要重視起防火、滅火的重要性，明晰火災(zāi)對(duì)于礦井帶來的經(jīng)濟(jì)損失與對(duì)礦工的生命安全威脅，建立起一個(gè)科學(xué)高效的防治火災(zāi)體系，構(gòu)建具有詳細(xì)量化考核標(biāo)準(zhǔn)的火災(zāi)防控制度，對(duì)礦井工作進(jìn)行安全考察，排查礦井火災(zāi)隱患，學(xué)習(xí)液態(tài)二氧化碳在礦井滅火中的具體使用方法，以期保障礦井工作人員的生命安全與煤礦業(yè)的健康發(fā)展[5]。

4結(jié)語

總的來說，在煤礦行業(yè)進(jìn)行開采實(shí)踐的過程中，對(duì)于礦井的安全防治一定要做到位，在進(jìn)行火災(zāi)防治時(shí)，可以使用液態(tài)二氧化碳進(jìn)行防火、滅火行動(dòng)，因?yàn)橐簯B(tài)二氧化碳可以防止自燃現(xiàn)象，以達(dá)到迅速滅火、防治火災(zāi)、保障礦工人員生命安全的效果，因此煤礦行業(yè)相關(guān)的安全管理人員應(yīng)該了解液態(tài)二氧化碳的效用并熟練使用，主動(dòng)接觸相關(guān)的火災(zāi)防治知識(shí)，這樣才能最大程度地保障礦工人員的生命安全，一旦遇到火災(zāi)事故，也可以迅速及時(shí)采取具有針對(duì)性的措施，降低火災(zāi)的損害與經(jīng)濟(jì)的損失，從而達(dá)到更好的火災(zāi)防治效果，為我國(guó)液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火中的應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)。

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