液態CO2直接灌注防滅火技術研究及應用

李雄

摘 要：本文采用理論分析和井下現場應用的對策，對小型的液態CO2儲存槽的研究與制造、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措施，形成了一套較為完善的預防和處理煤層自燃發火的應急技術和措施。

關鍵詞：直接釋放工藝；煤層自燃發火；措施

CO2液體具有化學性質十分懶惰，物理性質方面溫度十分的低，如果能夠安全可靠的將CO2氣體直接施放，那么會對深井中的火情控制十分的有利。所以我們十分有必要對CO2液體直接灌注防滅火技術研究及應用。

1 液態CO2專用礦車貯槽的研制

由于液態的CO2所具有的性質，其在運輸的過程中必須使用特制的儲藏裝置，并且這種設備通常為類似暖水瓶一樣的保溫容器?，F在市場上所流通的器型來看，其可分為固定式、移動式和車輛運輸式。通過對儲存裝置的分析和實驗得到了其在存儲CO2時的一些技術特性，南方礦井巷道斷面小，運輸線路長，用量少等困難，需要專門設計一種專用礦車儲存裝置。

2 CO2液體的井下直接釋工藝

2.1 液態CO2釋放方法的選擇

根據實際的情況分析來看，在針對井下火災的情況下，需要將液態的CO2儲存設備移到井下，并用一根特制的管道接入到起火點，然后才可以進行滅火作業。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接頭的高壓硬質鐵管均可用，灌注管線距離越短效果越好，但必須是在風流的逆向側，最長距離不宜超過300m。

2.2 液態CO2的釋放口的選擇

在井下的滅火過程中需要考慮到CO2的消耗量，所以在滅火器案需要考慮到著火點所在的位置，以及周邊的環境狀況，最終能夠使CO2在最短的距離內接近于著火點，完成滅火作業。而經過回采區向開采區輸送CO2的措施通常有以下兩種：

開區預防性灌注和閉區直接滅火性灌注，預防性一般是在工作面開采過程中，為了控制減低采空內氧含量和冷卻采空區煤體，主要用埋管注液態CO2，將輸送CO2管路預埋在工作面進風口或者其他靠近火區的區域，釋放口可布置在工作面下隅角以里5～10m內，或沿工作面傾向在液壓支架間間距每10～15m埋管，向采空區內埋管5～10m。閉區灌注主要是工作面封閉后，若對采空區的高溫點，能大體分析預計確定范圍，則可通過打鉆孔，直接灌注到達高溫點，進行直接滅火。從底板道或機巷打鉆孔，并下套管進行灌注打鉆孔注CO2，這種方法通常會用于回采區向采空區輸入液態CO2的滅火方式，盡量讓CO2在采空去區滯留時間長點兒。經過鉆孔向采空區輸入足夠的CO2時，應當密切的留意采空區CO2的流動方向，一定要通過控制達到最佳的滅火效果。

2.3 液態CO2注入量確定

確定在滅火過程中的CO2使用量是要根據火點的具體情況來進行的。一般會利用火區要控制的氧濃度來計算需要注入的液態CO2量，或利用火區要的溫度來計算需要注入的液態CO2量。一般運用公式為：C02注入量≥V×23%。其中，23%為C02抑爆、滅火濃度；V為火區空間預測體積。

3 液態CO2直接釋放安全技術措施

（1）灌注前準備工作：正常運行下的檢查

①閥門是否處于規定的狀態；

②各類儀表的工作是否正常，讀數是否精確可靠；

③儲存設備的各類管線是否暢通無阻，并且能夠反映設備的不正常運行狀態與故障。

（2）每次灌注前必須用氮氣對乳化管進行試壓，并吹出管內雜物和水；灌注完畢后也必須用氮氣對管內殘留的液態CO2進行吹除。

（3）每次灌注液態CO2前，由救護隊員撤出警戒區內所有非灌注CO2作業人員，斷開警戒區域內動力電源，布置崗哨，回風區域內不得有人員，待停電、撤人、布崗完畢后，請示調度室經同意后方可進行灌注工作。

（4）每次灌注CO2之前，由救護隊員檢查操作箱各個閥門是否靈活可靠，管路是否有破損，漏氣、漏液等，發現異常必須先處理后方可進行灌注作業。

（5）灌注液態CO2時由一名救護隊員操作防滅火裝置閥門，兩名救護隊員在旁邊待機檢查；另由兩名救護隊員戴機巡回檢查管路情況，若發現液態CO2泄漏，必須立即停止灌注，關閉管路閥門，人員撤離到崗哨外，并向調度室匯報。

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

（7）嚴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CO2儲氣罐運輸全程必須由專人專車護送。罐體上部必須覆蓋一層耐磨絕緣材料，列車的行駛速度不得超過2m/s。

4 項目研究成果

（1）提出了礦井液態CO2直接釋放工藝，從設計滅火用量、管道流量、管道內徑、長度、壓力的分布等進行設計，能夠滿足其滅火要求。

（2）系統掌握了直接施放CO2液體的安全保障措施，并且能夠掌握CO2在液態的流動特點、各個關鍵節點的壓力與溫度的分布，提出了合理的初始參數，并且制定了液態CO2專用礦車儲存設備的運輸、檢修與維護及其操作人員的安全技術措施，能夠在極大的程度上防止液態CO2凝結產生干冰造成管線阻塞或者變窄，確保了滅火過程的安全、可靠。

（3）考察了液態CO2直接釋放降溫效果，建立起液態CO2流動過程的溫度分布規律表達式，確定合理注入速度。選擇珙泉礦2283工作面作為試驗點，實踐證明：液態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勢。

參考文獻

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[2]郝福坤，孫維民，郭春山.利用注入液態CO2技術實現采空區快速滅火[J].礦業安全與環保，2009，36（z1）：97-98.