注液態二氧化碳在礦井防滅火中的應用

葉 志 汪 虎 許永剛

（陜西彬長胡家河礦業有限公司，陜西 咸陽 713602）

1 礦井概況

胡家河煤礦位于陜西省咸陽市彬長礦區中北部的涇河東側，行政區劃隸屬長武縣管轄。地質儲量884.01 Mt，可采儲量為395.44 Mt，礦井設計生產能力為500萬t/a，井田主要可采煤層為3號煤層和4號煤層。401103綜放工作面是401盤區的第四個工作面，采用走向長壁綜采放頂煤開采，全部垮落法管理頂板，綜合機械化掘進施工工藝。

2 礦井“一通三防”情況

胡家河礦井采用中央并列式式通風，目前礦井主扇排風量18304m3/min，總回風量為17580m3/min，礦井負壓為2660Pa，礦井等積孔為7.04 m2。礦井主采4#煤層，屬于Ⅰ類易自燃煤層，自然發火期為3-5個月，最短發火期35天，煤塵有爆炸危險性，其火焰長度為200mm。礦井采煤工作面采用下隅角封堵、汽霧阻化、采空區注氮氣為主，以黃泥灌漿、煤層注水、注液態CO2為輔，結合人工預警及束管監測的綜合防滅火措施。

3 注液態二氧化碳防滅火技術簡介

3.1 液態二氧化碳概況

二氧化碳工藝已被廣泛應用于各種防滅火工作，它能在較短的時間內治理氣體、液體、固體等各類火災，它具有滅火效果好、使用方便、使用廣泛、對環境不會造成污染等優點。二氧化碳是一種惰性氣體，它在不同的壓力、溫度條件下有三種形態，在氣液固三態均不燃燒，不助燃。二氧化碳分子量為44，比重為空氣的1.53 倍，密度為1.98 kg/m3（0℃，1個大氣壓）。在溫度15°C、1個大氣壓下，液態二氧化碳將迅速轉化為氣態二氧化碳。1噸液態二氧化碳體積可膨脹至640m3（圖1）。

圖1 二氧化碳三相圖

3.2 系統及工藝流程

液態CO2由專用的液態CO2槽車運至礦井副井口南側廣場，并逐次灌注到CPW-2.0 型礦用移動式液態CO2防滅火裝置，然后用5E膠輪車運送至401103進風巷防沖支架外，連接Ф51mm高壓膠管經下隅角Ф108mm注氮管路注入401103工作面采空區。工藝流程如圖2所示。

圖2 401103工作面灌注液態CO2工藝圖

4 注液態二氧化碳防滅火應用情況

4.1 應用背景

2月22日-2月28日，受主井提升設備故障影響，401103工作面推采進度緩慢，具體推采進度如表1所示。

表1 401103工作面推采進統計表

本次采空區CO異常的主要原因為：①自2月份以來，401103工作面處于初采初放階段，采空區遺煤量大，且采空區頂板不能及時垮落，導致漏風帶寬度增加；2春節期間401103工作面停產檢修3天，又受主井提升設備故障影響工作面正常推采7天，先后共計停產10天，采空區遺煤氧化時間增加。

4.2 灌注情況統計

3月2日、3月4日、3月6日，通過401103進風巷下隅角注氮管路（進入采空區82m），分別進行三次灌注液態CO2，灌注情況如表2所示。

表2 灌注液態CO2情況統計表

表3 工作面架后溫度變化情況

4.3 灌注效果分析

4.3.1 灌注前后對401103高抽巷氣體進行取樣分析，CO、CO2氣體變化情況如圖3所示。

圖3 401103高抽巷CO2變化圖

4.3.2 灌注前后，對工作面架后溫度影響如下：

綜上所述，灌注液態CO2的具體效果：①工作面架后溫度下降2-3℃；②高抽巷抽采管路內CO濃度由125ppm下降至20ppm，CO2濃度呈上升趨勢，最高為2.8%。

5 注意事項

5.1 灌注液態二氧化碳時，撤離所有受二氧化碳風流影響區域的無關人員，并設置警戒，直至壓注結束。

5.2 灌注液態二氧化碳時，灌注地點操作人員必須提前檢查自救器并佩帶完好，確保出現緊急情況時正常使用。

6 結論

本次通過下隅角注氮管路灌注液態CO2，液態CO2通過采空區裂隙逐漸擴散至整個采空區，取得了較好的防滅火效果。灌注液態CO2操作簡單、針對性強，對采空區CO的上漲起到很好的抑制作用。注液態二氧化碳比注三相泡沫、凝膠等施工方便，成本低廉，治理效果良好，具有良好的推廣前景。