液態CO2防滅火技術在綜放面停產期間的應用

液態CO2防滅火技術在綜放面停產期間的應用

丁勇

(山東唐口煤業有限公司，山東 濟寧 272055)

[摘要]對液態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CO2，有效消除了自然發火隱患，保證了工作面停產期間的安全。

[關鍵詞]液態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，則停產期間極易發生自燃隱患，甚至造成自然發火事故。液態 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 CO2用于煤礦防滅火工作，由于其具有易于保證足量、穩定供應的特點，更加有利于煤礦生產現場的實際應用。

1液態CO2防滅火技術工藝

1.1　液態CO 2防滅火工藝流程

液態CO2防滅火系統主要由地面液態CO2槽車、輸氣管、水液汽化器、流量計等構成。液態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，如圖1所示。

圖1　注液態CO 2工藝流程示意

該系統在現場的實際應用中充分體現了操作簡便、穩定性好、連續可調等優點，能實現大流量壓注液態CO2迅速熄滅火區的效果。

1.2　液態CO 2釋放方法

首先在地面將液態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CO2方便，可以實現大流量、連續灌注CO2氣體。

1.3　液態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氣體在火區內用最短的路線到達火點，沖淡火區O2含量，對采空區進行惰化和降溫。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CO2防滅火技術的應用實踐

2010年2月液態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，一般自然發火期為3～6個月，最短自然發火期(20±3)d。防治3下煤層自然發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回風側出現C2H4，且CO濃度達到75×10-4%，并有持續升高趨勢時，就說明已經明確發生自然發火隱患，煤溫已超過134℃

2.2　液態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束管色譜檢測系統分析后，發現氣樣中出現C2H4(見表1)。由此判斷1304工作面采空區存在自然發火隱患。

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O2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，經過系統地研究、分析后決定，對1304工作面采取注液態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CO2的具體過程是：用低溫槽車將液態CO2運至注漿站外，利用液態CO2壓注系統，在地面將液態CO2直接轉化成CO2氣體，通過注漿管路向1304面采空區隱患地點壓注。1304工作面通風系統及注CO2防滅火如圖2所示。

圖2　1304面通風系統及注CO 2防滅火

2012年4月8日，向1304工作面采空區壓注液態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時間，每個隊員必須節約使用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，待氣體濃度符合規定后方可撤離現場。

2.3　注液態CO 2防滅火效果分析

為觀察整個注液態CO2過程中相關氣體濃度的變化情況，檢查防滅火效果，利用安全監測系統、束管監測系統、人工采樣相結合實時掌握壓注過程中火區的氣體、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測。在1304工作面回風隅角處，通過埋入采空區的束管，使用JSG6礦井火災束管監測系統，對采空區的氣體實時監測。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的溫度。壓注前后監測結果見表2。

通過分析壓注前后1304工作面采空區內的氣體變化情況，其溫度由29.5℃下降至16.3℃，O2濃度由16.7%下降至8.2%，說明火區得到了抑制，注液態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濃度始終穩定在10×10-4%以下，說明該技術措施有效防止了采空區自然發火，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CO2防滅火技術能實現大流量壓注液態CO2迅速熄滅火區的效果。唐口煤礦在1304綜放工作面停產期間，通過液態CO2防滅火技術的應用，有效消除了自然發火隱患，保證了綜放工作面停產期間的安全。同時，注液態CO2防滅火技術的實施過程中應加強火災標志氣體的監測，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]