液态CO2防灭火技术在综放面停产期间的应用

液态CO2防灭火技术在综放面停产期间的应用

丁勇

(山东唐口煤业有限公司，山东 济宁 272055)

[摘要]对液态CO2防灭火技术工艺和技术特性进行了研究分析，并成功在唐口煤矿进行了现场防灭火技术实践。唐口煤矿在1304综放工作面停产期间，通过注入液态CO2，有效消除了自然发火隐患，保证了工作面停产期间的安全。

[关键词]液态CO2；防灭火；工作面；停产

[中图分类号]TD753.2[文献标识码]B

[收稿日期]2014-04-17

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.030

[作者简介]丁勇(19-)，男，山东淄博人，助理工程师，从事安全技术培训工作。

Application of Liquid CO2Fire-extinguishment Technology in the Period of Production Halt

[引用格式]丁勇.液态CO2防灭火技术在综放面停产期间的应用[J].煤矿开采，2015，20(1)：102-104.

在容易自燃和自燃煤层矿井中，若采煤工作面因某种原因而停产，则停产期间极易发生自燃隐患，甚至造成自然发火事故。液态 CO2防灭火技术能较好地解决工作面停产期间的防灭火难题，在唐口煤矿的应用取得了良好的成果。

液态CO2防灭火技术与其他防灭火技术相比，具有速度快、操作简单、成本低、防灭火效果显著等特点，是当前煤矿井下防灭火的最佳技术。煤矿井下液态CO2防灭火技术的具体特点有：惰化抑爆性强、冷却降温明显、适用范围广。将液态 CO2用于煤矿防灭火工作，由于其具有易于保证足量、稳定供应的特点，更加有利于煤矿生产现场的实际应用。

1液态CO2防灭火技术工艺

1.1　液态CO 2防灭火工艺流程

液态CO2防灭火系统主要由地面液态CO2槽车、输气管、水液汽化器、流量计等构成。液态CO2由专门的运输设备从化工厂运到矿井，采用在地面将液态CO2直接汽化成CO2气体的方法，经由注浆管路输送到防火地点，选择适合的释放口位置注入到采空区，如图1所示。

图1　注液态CO 2工艺流程示意

该系统在现场的实际应用中充分体现了操作简便、稳定性好、连续可调等优点，能实现大流量压注液态CO2迅速熄灭火区的效果。

1.2　液态CO 2释放方法

首先在地面将液态CO2经水液汽化器汽化成CO2气体，并通过矿井中现有的压风管、供水管、注浆管或井下瓦斯抽放管向井下输送。如果矿井现有管路另有他用不能用于灭火或没有独立的管路时，可以设备用专门管路。这种沿管路输送CO2气体的方法比往井下输送液态CO2方便，可以实现大流量、连续灌注CO2气体。

1.3　液态CO 2的释放口的选择

为达到减少消耗CO2气体量、快速灭火的目的，需根据火区的条件和火源的位置，选择最佳CO2的释放口位置，原则上使CO2气体在火区内用最短的路线到达火点，冲淡火区O2含量，对采空区进行惰化和降温。例如，在唐口煤矿1304综放面的应用中，将CO2释放口布置在工作面进风隅角。

2液态CO2防灭火技术的应用实践

2010年2月液态CO2防灭火技术成功应用在唐口煤矿综放工作面的防灭火工作中，取得了良好的效果。

2.1　工作面概况

根据煤炭科学研究总院抚顺分院的鉴定，1304综放工作面所采3下煤层属自燃煤层，一般自然发火期为3～6个月，最短自然发火期(20±3)d。防治3下煤层自然发火是矿井开采过程中的一项重要工作。根据唐口煤矿对自燃标志气体多年的观测与分析，当采煤工作面采空区回风侧出现C2H4，且CO浓度达到75×10-4%，并有持续升高趋势时，就说明已经明确发生自然发火隐患，煤温已超过134℃

2.2　液态CO 2防灭火技术实施过程

2012年4月7日早班，在对回风隅角进行检测时，发现CO浓度达到42×10-4%，较上一班次有明显升高，随后立即抽取气样并送至地面，经KSS-200束管色谱检测系统分析后，发现气样中出现C2H4(见表1)。由此判断1304工作面采空区存在自然发火隐患。

表1　1304工作面上隅角气体浓度

由于1304工作面为俯采，若实施注浆，易使大量浆液通过架间涌入工作面，淤积在溜头处不易排出而淹没并损坏设备；若进行注胶，因采空区范围大，停采时间长，需在每个支架架间打孔，工作量大，且受孔深不足的条件影响，防火范围有限；采取其他措施直接防火难度也较大。采用惰性气体防灭火，则易于实施并有可能取得预期效果。由于CO2比空气密度大，且煤体对CO2具有较强的吸附作用，很容易替代O2而覆盖煤体燃烧表面，减少煤体燃烧体表面O2的浓度，使O2浓度低于自然发火的临界O2浓度值，从而防止煤的氧化自燃，使已形成的火灾因缺O2而窒息灭火，并能达到比N2更好的防灭火效果。

根据上述考虑，经过系统地研究、分析后决定，对1304工作面采取注液态CO2的防灭火措施。将1304工作面原有的注浆管路临时改造为注CO2气体管路，其埋设在工作面进风巷；由于工作面为下行通风，CO2释放口布置在工作面进风隅角。注液态CO2的具体过程是：用低温槽车将液态CO2运至注浆站外，利用液态CO2压注系统，在地面将液态CO2直接转化成CO2气体，通过注浆管路向1304面采空区隐患地点压注。1304工作面通风系统及注CO2防灭火如图2所示。

图2　1304面通风系统及注CO 2防灭火

2012年4月8日，向1304工作面采空区压注液态CO2共16t，释放后膨胀体积约为10400m3。为保证施工安全和防灭火效果，注液态CO2期间采取了如下安全技术措施：

(1)在1304工作面进风隅角、回风隅角阻燃墙外、回风巷悬挂好甲烷氧气两用仪，位置距顶板不大于300mm，距巷帮不小于200mm，并各安排1名瓦检员和2名救护队员检查本地点的CO2及其他气体浓度，同时做好检查数据记录工作，汇报地面指挥室。

(2)在进风隅角的人员利用红外线测温仪对采空区不同地点的温度进行检测，在回风巷的人员随时检测溢出的各种气体浓度，如CO2浓度超过1.5%或O2低于18%时，应立即通知地面指挥室，由总指挥决策继续注或降低或停止注CO2。

(3)每组人员对1304工作面进风流、回风流、工作面及架后、上下隅角的CO2浓度进行检查，当上述任何一个地点的CO2浓度超过1.5%时，立即撤出工作面全部工作人员，救护人员立即佩戴氧气呼吸器，采取措施进行处理。

(4)救护队员在佩带氧气呼吸器期间要经常观察自己的O2压力，并根据O2压力来确定在工作面的作业时间，每个队员必须节约使用O2，不准任意使用手动补给阀。在回风隅角抽取气样时，必须1人工作1人监护。

(5)在CO2惰性灭火装置与注浆管路连接处悬挂甲烷氧气两用仪，当CO2浓度超过1.5%或O2浓度低于18%时，应停止压注。

(6)压注工作结束时，通知地面注浆站停止注CO2，工作人员向注浆管注水，直至1304工作面进风隅角附近的三通阀门出水停止注水，由救护队检查1304工作面回风巷、进回风隅角的CO2及其他气体变化情况，待气体浓度符合规定后方可撤离现场。

2.3　注液态CO 2防灭火效果分析

为观察整个注液态CO2过程中相关气体浓度的变化情况，检查防灭火效果，利用安全监测系统、束管监测系统、人工采样相结合实时掌握压注过程中火区的气体、温度等参数变化。压注过程中对1304工作面进风隅角、1304工作面胶带巷胶带头、两部胶带大巷胶带头处等地点进行监测。在1304工作面回风隅角处，通过埋入采空区的束管，使用JSG6矿井火灾束管监测系统，对采空区的气体实时监测。压注工作结束后，由救护队员佩带氧气呼吸器进入工作面回风隅角检查CO2及其他气体变化情况，同时使用红外线测温仪通过钻孔测取采空区的温度。压注前后监测结果见表2。

通过分析压注前后1304工作面采空区内的气体变化情况，其温度由29.5℃下降至16.3℃，O2浓度由16.7%下降至8.2%，说明火区得到了抑制，注液态CO2防灭火取得了较为理想的效果。

跟踪检测和分析表明，1304综放工作面回风隅角CO浓度始终稳定在10×10-4%以下，说明该技术措施有效防止了采空区自然发火，保证了综放工作面停产期间的安全。

3结论

实践证明，CO2具有良好的防灭火作用，液态CO2防灭火技术能实现大流量压注液态CO2迅速熄灭火区的效果。唐口煤矿在1304综放工作面停产期间，通过液态CO2防灭火技术的应用，有效消除了自然发火隐患，保证了综放工作面停产期间的安全。同时，注液态CO2防灭火技术的实施过程中应加强火灾标志气体的监测，同步采取有效的安全技术措施，保障施工安全，从而提高防灭火技术效果。

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[责任编辑：邹正立]