液态二氧化碳在矿井防灭火中的应用

黄元金

摘 要：矿井火灾是煤矿五大灾害之一，井下一旦发生矿井火灾，由于空间有限，会威胁到井下所有工作人员的生命安全。为认真贯彻“安全第一，预防为主、综合治理”的安全生产方针，提高本矿的本质安全程度和安全管理水平，必须采取切实可行的防灭火措施。本文通过查询大量的文献，就液态二氧化碳在矿井防灭火中的应用进行浅要分析，希望对防灭火有一定帮助。

关键词：液态二氧化碳；矿井；防灭火；应用分析

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

0 引言

液态二氧化碳具有灭火速度快、灭火范围广、没有第二次污染等优点，被广泛应用在各种火灾治理当中。但是我国液态二氧化碳灭火的起步比较晚，在制备和存储过程中，仍然存在很多问题，这给矿井防灭火造成很大障碍。近年来，我国科学技术迅速发展，液态二氧化碳防灭火技术越来越成熟，在矿井防灭火中得到充分的利用。

1 矿井概述

龙泉井田（以下简称井田）位于山西省中部的娄烦县境内，行政区划属娄烦县静游镇管辖。地理坐标：北纬38°08′50″～38°11′53″，东经111°45′04″～111°50′58″。井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，共含煤11层，编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11，其中山西组3层（1、2、3号），太原组8层（4—11号），可采煤层均发育在本组。煤系地层总厚168.00m，煤层平均总厚22.35m，含煤系数 13.3%，主要可采煤层总厚19.25m，可采含煤系数为11.5%。井田内可采煤层共3层，编号为4、7、9号，均发育在太原组。

2 矿井通风和防灭火系统情况

矿井通风方法为机械抽出式，通风方式为中央并列式。主、副斜井和副立井进风，回风立井回风。矿井主要通风机型号为FBCDZ-10-№36型防爆轴流对旋通风机两台，一台工作，一台备用，电机功率为2×710kW，转速为580r/min。矿井总进风16328m3/min，总回风16567 m3/min，矿井负压为1710Pa。

4201采煤工作面采用两进两回通风方式，4201胶带、4201进风巷为进风，4201辅运、4201回风巷为回风，总配风量4800m3/min。

龙泉煤矿4号煤层属于自燃煤层，煤吸氧量为0.65cm3/g自然发火期72天。4201工作面采用综采放顶煤回采，在4201工作面建立了火灾束管监测系统、阻化剂喷洒防灭火系统、黄泥灌浆防灭火系统。

3 液态二氧化碳防灭火原理

3.1 液态二氧化碳的特性

液态二氧化碳密度随着温度的变化而变化。在-37℃时，液态二氧化碳密度大约是1101kg/m3，汽化吸热量大约在137kcal/kg.当温度在15℃时，在标准大气压下，1吨的液态二氧化碳气化体积大约能膨胀640倍。

3.2 液态二氧化碳能防止煤自燃

（1）液态二氧化碳能吸附在煤表面。煤具有吸附其他气体的特性，比如：甲烷、氮气、二氧化碳等等，其中吸附二氧化碳的能力最强，而且二氧化碳属于惰性气体比较稳定。由于煤对二氧化碳的吸附性比较强，就会减少氧气在煤上的吸附量，大大降低了煤的氧化反应速度。

（2）液态二氧化碳能够吸热降温。液态二氧化碳的温度比较低，在使用过程时需要吸收大量的热量，从而降低周围的空气的温度，很大程度上降低了煤的氧化升温的速度。当把液态二氧化碳注入到火区时，在吸收周围热量的同时还具有惰化火区的能力，从而熄灭火区。

4 液态二氧化碳在矿井防灭火中的应用

煤炭能在常温下吸附空气中的氧而氧化，产生一定的热量。若氧化生成的热量较少并能及时散失，则煤温不会升高；若氧化生成的热量大于向周围散失的热量，煤温将升高。随着煤温的继续升高，氧化急剧加快，从而产生更多的热量，煤温也急剧上升，当煤温达到着火点时，煤即自燃发火。

（1）液态二氧化碳在矿井防灭火参数设计。液态二氧化碳注入管道的系统压力大约在1～1.3MPa之间，管道的承压能量要在40kg/m3以上，所以要保证管道的质量。在注入液态二氧化碳前要先注入氮气进行实验，保证没有问题的情况下才能注入液态二氧化碳。液态二氧化碳在管道中流动时，除了纯液态二氧化碳之外，还有气态液态二氧化碳的存在，在管道口喷出时，会形成干冰，需要第二次汽化。所以在液态二氧化碳灭火过程中，要先把管道深入到采空区中，并在保证煤层的承载力在12MPa以上，防止液态二氧化碳在喷射过程中造成管道断裂[3]。

（2）龙泉煤矿4201工作面回采450米处，由于设备和工作面条件影响，停产了1个月，在停产期间，通过束管监测到采空区CO浓度上升到980PPm。为了防止采空区遗煤自燃，采用往采空区注入液态二氧化碳的防灭火措施。

（3）在4201进风巷靠采空区40～45米保护煤柱侧，向采空区施工钻孔注入液态二氧化碳，孔径的直径大约在95mm，孔间距大约在5m，开孔位置距离底板大约1.5m处进行施工[2]。

（4）工作面在2016年4月18日出现发火征兆，在回风隅角的一氧化碳传感器发生报警，报警时的浓度是73.75PPm。到19日9时一氧化碳的浓度上升到900PPm。针对以上火情，及时选择了注入液态二氧化碳进行防火措施，在4月20日向矿井中注入液态二氧化碳，先后注入6次，每次注入20吨。到21日下午工作面回流中一氧化碳的浓度也下降到20PPm，达到了正常值，避免了一次煤矿火灾的发生。

（5）注意事项。在灌注液态二氧化碳期间要撤离影响区域中的所有人员，每隔一段时间向指挥中心汇报压力和气体成分信息。液态二氧化碳在灌注过程不能断开连接泵，否则会破坏管道中的压力均衡，会形成固体二氧化碳，堵塞管道。在使用液态二氧化碳进行灭火之前，需要先对矿井火区空气涌出的途径进行预测和估计，并对该区域进行持续监测。

5 结束语

综上所述，液态二氧化碳对矿井防灭火有非常重要的作用。在实际应用过程中要根据具体的情况制定相关的灭火方案。在降低灭火损失成本的前提下，提高灭火的效率。希望通过本文的分析，对液态二氧化碳灭火技术在矿井灭火中的应用有一定帮助。

参考文献：

[1]易千.液态二氧化碳灭火技术在矿井灭火中的应用[J].煤炭与化工，2015（09）：82-83+85.

[2]刘岷学，陈足章，王洪涛.注液态二氧化碳技术在矿井防灭火中的应用[J].中国高新技术企业，2014（27）：49-50.