液態二氧化碳在礦井防滅火中的應用

黃元金

摘 要：礦井火災是煤礦五大災害之一，井下一旦發生礦井火災，由于空間有限，會威脅到井下所有工作人員的生命安全。為認真貫徹“安全第一，預防為主、綜合治理”的安全生產方針，提高本礦的本質安全程度和安全管理水平，必須采取切實可行的防滅火措施。本文通過查詢大量的文獻，就液態二氧化碳在礦井防滅火中的應用進行淺要分析，希望對防滅火有一定幫助。

關鍵詞：液態二氧化碳；礦井；防滅火；應用分析

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

0 引言

液態二氧化碳具有滅火速度快、滅火范圍廣、沒有第二次污染等優點，被廣泛應用在各種火災治理當中。但是我國液態二氧化碳滅火的起步比較晚，在制備和存儲過程中，仍然存在很多問題，這給礦井防滅火造成很大障礙。近年來，我國科學技術迅速發展，液態二氧化碳防滅火技術越來越成熟，在礦井防滅火中得到充分的利用。

1 礦井概述

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

2 礦井通風和防滅火系統情況

礦井通風方法為機械抽出式，通風方式為中央并列式。主、副斜井和副立井進風，回風立井回風。礦井主要通風機型號為FBCDZ-10-№36型防爆軸流對旋通風機兩臺，一臺工作，一臺備用，電機功率為2×710kW，轉速為580r/min。礦井總進風16328m3/min，總回風16567 m3/min，礦井負壓為1710Pa。

4201采煤工作面采用兩進兩回通風方式，4201膠帶、4201進風巷為進風，4201輔運、4201回風巷為回風，總配風量4800m3/min。

龍泉煤礦4號煤層屬于自燃煤層，煤吸氧量為0.65cm3/g自然發火期72天。4201工作面采用綜采放頂煤回采，在4201工作面建立了火災束管監測系統、阻化劑噴灑防滅火系統、黃泥灌漿防滅火系統。

3 液態二氧化碳防滅火原理

3.1 液態二氧化碳的特性

液態二氧化碳密度隨著溫度的變化而變化。在-37℃時，液態二氧化碳密度大約是1101kg/m3，汽化吸熱量大約在137kcal/kg.當溫度在15℃時，在標準大氣壓下，1噸的液態二氧化碳氣化體積大約能膨脹640倍。

3.2 液態二氧化碳能防止煤自燃

（1）液態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、氮氣、二氧化碳等等，其中吸附二氧化碳的能力最強，而且二氧化碳屬于惰性氣體比較穩定。由于煤對二氧化碳的吸附性比較強，就會減少氧氣在煤上的吸附量，大大降低了煤的氧化反應速度。

（2）液態二氧化碳能夠吸熱降溫。液態二氧化碳的溫度比較低，在使用過程時需要吸收大量的熱量，從而降低周圍的空氣的溫度，很大程度上降低了煤的氧化升溫的速度。當把液態二氧化碳注入到火區時，在吸收周圍熱量的同時還具有惰化火區的能力，從而熄滅火區。

4 液態二氧化碳在礦井防滅火中的應用

煤炭能在常溫下吸附空氣中的氧而氧化，產生一定的熱量。若氧化生成的熱量較少并能及時散失，則煤溫不會升高；若氧化生成的熱量大于向周圍散失的熱量，煤溫將升高。隨著煤溫的繼續升高，氧化急劇加快，從而產生更多的熱量，煤溫也急劇上升，當煤溫達到著火點時，煤即自燃發火。

（1）液態二氧化碳在礦井防滅火參數設計。液態二氧化碳注入管道的系統壓力大約在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量。在注入液態二氧化碳前要先注入氮氣進行實驗，保證沒有問題的情況下才能注入液態二氧化碳。液態二氧化碳在管道中流動時，除了純液態二氧化碳之外，還有氣態液態二氧化碳的存在，在管道口噴出時，會形成干冰，需要第二次汽化。所以在液態二氧化碳滅火過程中，要先把管道深入到采空區中，并在保證煤層的承載力在12MPa以上，防止液態二氧化碳在噴射過程中造成管道斷裂[3]。

（2）龍泉煤礦4201工作面回采450米處，由于設備和工作面條件影響，停產了1個月，在停產期間，通過束管監測到采空區CO濃度上升到980PPm。為了防止采空區遺煤自燃，采用往采空區注入液態二氧化碳的防滅火措施。

（3）在4201進風巷靠采空區40～45米保護煤柱側，向采空區施工鉆孔注入液態二氧化碳，孔徑的直徑大約在95mm，孔間距大約在5m，開孔位置距離底板大約1.5m處進行施工[2]。

（4）工作面在2016年4月18日出現發火征兆，在回風隅角的一氧化碳傳感器發生報警，報警時的濃度是73.75PPm。到19日9時一氧化碳的濃度上升到900PPm。針對以上火情，及時選擇了注入液態二氧化碳進行防火措施，在4月20日向礦井中注入液態二氧化碳，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，達到了正常值，避免了一次煤礦火災的發生。

（5）注意事項。在灌注液態二氧化碳期間要撤離影響區域中的所有人員，每隔一段時間向指揮中心匯報壓力和氣體成分信息。液態二氧化碳在灌注過程不能斷開連接泵，否則會破壞管道中的壓力均衡，會形成固體二氧化碳，堵塞管道。在使用液態二氧化碳進行滅火之前，需要先對礦井火區空氣涌出的途徑進行預測和估計，并對該區域進行持續監測。

5 結束語

綜上所述，液態二氧化碳對礦井防滅火有非常重要的作用。在實際應用過程中要根據具體的情況制定相關的滅火方案。在降低滅火損失成本的前提下，提高滅火的效率。希望通過本文的分析，對液態二氧化碳滅火技術在礦井滅火中的應用有一定幫助。

參考文獻：

[1]易千.液態二氧化碳滅火技術在礦井滅火中的應用[J].煤炭與化工，2015（09）：82-83+85.

[2]劉岷學，陳足章，王洪濤.注液態二氧化碳技術在礦井防滅火中的應用[J].中國高新技術企業，2014（27）：49-50.