液态二氧化碳在矿井防灭火中的应用

汪洋

摘 要：随着新型技术的不断发展，人们对于矿井工作的安全需求不断提高，这就要求煤矿行业提升安全保护与危险防治能力，而在煤矿、矿井实践工作中，火灾是最为常见的一种灾害，它带来的威胁对于矿工人员来说是致命的，一旦矿井发生火灾，矿井中的工作人员的生命安全与财产安全都会受到威胁，甚至造成人员伤亡等不可挽回的严重后果，因此煤矿行业一定要注意防治火灾，保障矿工人员的生命安全。为了提升矿井防灭火的能力，本文就以矿井工作为客体，探讨液态二氧化碳在矿井中防灭火的相关应用，以期为矿井的火灾防治提供参考，保障矿工人员的生命安全。

关键词：液态;二氧化碳;矿井;防灭火;应用

中图分类号：TD752 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0171-02

1液态二氧化碳防灭火的性质与原理

1.1 二氧化碳的性质

二氧化碳化学性质上属于高价氧化物，其物理性质是无色无味的气体，密度大于空气，其化学性质较为稳定，常温下可以溶于水形成碳酸。在火灾发生现场大量使用二氧化碳可以降低氧气含量，阻断易燃物的助燃剂，从而达到灭火的效果。而二氧化碳拥有易液化的性质，这个性质使得二氧化碳可以在高压环境下被液化储存在专门用于运输的罐子内，而当液态化的二氧化碳被释放出时，在高温环境下会瞬间蒸发，从而吸取大量的热量，达到降低燃烧物表面温度的效果，以迅速完成高效灭火任务。二氧化碳的化学性质比较稳定，常温状态下不易发生化学反应，而正因为其属于不可燃烧的气体，也不助燃，因此常被用作于灭火剂成分当中，又因为其无味无毒，因此比較适合用于灭火工作，但是需要注意的是，二氧化碳在空气中的含量不能过高，若超过了5%，则容易引起人类呼吸困难，对人类的生命健康造成损害，如果在灭火过程中含量没有得到有效控制，再度提升的话，甚至可能引起致人死亡的严重后果，因此在使用二氧化碳进行灭火任务时，一定要注意其合理使用，控制其在空气中的含量，或者及时佩戴并使用氧气面罩，保证灭火工作的顺利进行[1]。

1.2 液态二氧化碳的性质

液态二氧化碳本质上就是二氧化碳，化学性质都一样，但是液态二氧化碳在物理使用方面拥有某些特性，其密度会根据环境温度发生变化，在一个标准大气压、常温条件下，1t液态二氧化碳可以膨胀至其自身体积的640倍，也正由于这一特性，液态二氧化碳常被用于煤矿行业的矿井火灾防治工作当中。

1.3 液态二氧化碳防灭火的原理

液态二氧化碳之所以被广泛运用于矿井火灾防治工作中，除了上文提及的液态二氧化碳在常态环境条件下易于发生体积膨胀外，还有其他原因。首先，由于液态二氧化碳的物理性质，使其易于附着在煤炭物体的表面，而燃烧反应正是首先发生在煤炭物体表面的，因此会形成一层隔绝的二氧化碳膜，隔绝煤炭与空气中氧气的接触，从而达到灭火的效果，另外，由于煤炭本身还拥有吸附气体的性质，因此液态二氧化碳在高温环境下瞬间蒸发为气体后，会迅速被煤炭所吸取，覆盖在煤炭表面，这一过程的发生十分迅速，可以高效隔绝氧气，达到防治火灾的良好效果。其次，前文已述，二氧化碳本身的化学性质并不活泼，属于惰性气体，其稳定性比较强，因此在被用于矿井火灾现场时，不易发生化学变化，其化学性质不会改变，如此就可以长时间地发挥其灭火效用，提升灭火工作的效率，降低火灾防治的成本等。另外，由于在火灾防治过程中使用的是液态的二氧化碳，其遇高温会发生蒸发的物理变化，而这个变化过程是吸热的，而且液态二氧化碳相较于其他用于灭火的材料，其温度更低，这就使得液态二氧化碳在高温环境下可吸取的热量更多，降低周边环境温度的速度更快，效果更好，而且，如果火场温度长时间过高无法及时降下来，那么会使得其他灭火材料性质发生变化，影响灭火效果，而使用液态二氧化碳就不必担心这个问题，因为其温度低的物理性质，使得其在被投入使用时可以起到迅速降低火场温度的效果，避免火灾对矿井造成进一步的经济损失，控制火情抑制火灾。液态二氧化碳的灭火原理就是大量注入液态二氧化碳，使其在高温环境下迅速吸收热量，附着于煤矿表面，大量降低火场周围空气中氧气的含量，使得火灾现场的下部火源缺少氧气而熄灭，上部火源由于液态二氧化碳的蒸发也因逐渐缺少氧气而熄灭，以期实现灭火的效果。液态二氧化碳还可以加速火源的熄灭，防治火场爆炸物例如瓦斯气体等存在爆炸隐患，保障矿工人员的生命安全。而在对于矿井中的采空区进行火灾防治时，液态二氧化碳起到增多区域内气体总含量的效果，从而降低区域内与区域外的压力差，使得采空区的漏风状况得到缓解，进而进一步形成正压，防止外部新入空气流入火灾现场，隔绝新的氧气进入，从而高效地达到防火、灭火的效果[2]。

2液态二氧化碳在矿井防灭火中的优点与缺点

2.1 液态二氧化碳防治火灾的优点

液态二氧化碳用于煤矿行业的火灾防治，拥有以下优点。首先，其灭火速度快，较为直接，因为液态二氧化碳吸附在煤炭表面，直接抑制了燃烧物与氧气的进一步接触，另外液态二氧化碳还拥有膨胀的特性，这一特性会阻绝外部新鲜空气的进入，隔绝氧气进入火场，液态二氧化碳还可以迅速降低火灾现场温度，这主要是因为其温度较低，蒸发时可以大量吸热所致的。其次，可以防止火灾现场发生爆炸，因为液态二氧化碳的化学性质较为不活泼，属于惰性气体，因此在进行火灾防治的过程中不会与其他物体发生化学反应，从而避免了火灾现场例如瓦斯发生爆炸的风险。除此之外，液态二氧化碳灭火的成本较低，设备投入较为简单，操作难度低，液态二氧化碳的制作成本、运输成本、储存成本都不高，且便于运输，因此成本较低，也无需过于复杂的设备，只需液态二氧化碳的运输罐与管道即可，其投入使用的操作也比较简单，通常只需三个人员共同合作，便可达到高效使用液态二氧化碳灭火的效果。使用液态二氧化碳灭火还拥有恢复生产快的特点，因为液态二氧化碳属于无毒的气体，其附着在矿井内煤矿、设备等表面不会发生危险，没有其他灭火材料的特殊化学性质，只需要灭火完成后对矿井进行通风即可迅速恢复生产，较为安全，且方便快捷，恢复生产速度快[3]。

2.2 液态二氧化碳防治火灾的缺点

要想高效地应用液态二氧化碳于矿井防灭火工作中，就要不仅了解其特性与优点，还要明晰其缺点与不足，以期正确、高效地使用液态二氧化碳进行火情防治工作，以下是其缺点。首先，液态二氧化碳具有流失性质，这一性质导致了液态二氧化碳的储存环境与使用环境必须严密，如果其储存罐存在不够严密的问题，那么由于其流失性，液态二氧化碳的含量会降低，其运用于灭火的实际效力也会大大降低。如果其在使用过程中，矿井的密封墙体严密程度不够，也会导致液态二氧化碳的流失，二氧化碳会向其含量较低的地方扩散，扩散至没有火灾的地方，如此也会阻碍液态二氧化碳的灭火效力，降低其对于火灾防治的速度与效果。

其次，液态二氧化碳的供给量不是很高。液态二氧化碳由气态二氧化碳制成，而后者大多来源于化工厂制造的副产品，因此其供给量不是很高，需要合理使用。此外，二氧化碳会溶于水，产生碳酸，腐蚀产品。虽然二氧化碳的化学性质较为不活泼，其与水发生的化学反应速率也比较缓慢，但是长时间投入灭火使用后，二氧化碳还是会有部分溶于水形成碳酸，而碳酸属于酸性，这会腐蚀矿井中的设备，造成一定的设备损坏，从而导致经济损失[4]。

3液态二氧化碳在矿井防灭火中的应用设计

了解了液态二氧化碳在矿井中防治火灾的原理与优点缺点后，我们可以对液态二氧化碳在矿井防灭火的实行進行应用设计。首先，要对防灭火的参数数据进行设计。液态二氧化碳在注入矿井时，所使用的注入管道系统压力要进行调整，这个参数应该设计在约1.2MPa，以保证液态二氧化碳的顺利注入，而管道的压力承受能力要控制在不少于40kg/m3，以保证在向矿井大量注入液态二氧化碳时管道的正常使用，因此在对管道进行设计方案与建造时，要控制好这两点相关参数，以保障液态二氧化碳可以高效运用于火灾防治工作当中。管道在实际使用前，要先注入氮气对其进行测试，通过安全测试的管道才正式投入矿井火灾防治工作当中，以保障管道的强度与耐用性。其次，液态二氧化碳在进行注入时，要将所用管道深入至矿井的采空区中，并且对煤层的承载能力进行测试，保障其大于12MPa，这主要是由于液态二氧化碳在注入矿井时，管道中会同时存在气态、液态两种状态的二氧化碳，而这会使得管道口喷发二氧化碳时发生二次汽化，因此要深入采空区，以防止管道发生断裂等现象，以期保障管道中液态二氧化碳的顺利注入。除此之外，在使用液态二氧化碳进行灭火时，还需要及时撤出矿井区域中的所有工作人员，并且通过相关仪器对矿井内的气体成本与压力进行分析，形成具体数据反馈到火灾防治中心，以保障对矿井火灾情况的掌握，及时调整液态二氧化碳的注入量，达到更好的防治效果。在进行注入的过程中，管道的连接泵也不能断开，因为这关系到管道内的气压，如果气压不均会导致液态二氧化碳凝固为固体堵住管道，从而阻碍液态二氧化碳的顺利注入，因此对于管道的连接泵也要进行实时监测，同时对于矿井内火场空气成分与火场外空气成本进行比较，分析火场内实时状况，以做出正确决策。在注入液态二氧化碳的过程中，还要对其浓度进行实时检测，可以使用检测仪器、监测系统、人工采样等方式对浓度进行控制，以其实时掌握火场内的具体情况与各项参数，对液态二氧化碳的浓度及时进行调整，达到最高效率的使用。对液态二氧化碳的使用设计还包括要在管道外侧开设阀门，这一方案的目的主要是方便使用仪器进行火情观测与数据收集，以及时获取检测结果。而对于煤矿行业本身，则要重视起防火、灭火的重要性，明晰火灾对于矿井带来的经济损失与对矿工的生命安全威胁，建立起一个科学高效的防治火灾体系，构建具有详细量化考核标准的火灾防控制度，对矿井工作进行安全考察，排查矿井火灾隐患，学习液态二氧化碳在矿井灭火中的具体使用方法，以期保障矿井工作人员的生命安全与煤矿业的健康发展[5]。

4结语

总的来说，在煤矿行业进行开采实践的过程中，对于矿井的安全防治一定要做到位，在进行火灾防治时，可以使用液态二氧化碳进行防火、灭火行动，因为液态二氧化碳可以防止自燃现象，以达到迅速灭火、防治火灾、保障矿工人员生命安全的效果，因此煤矿行业相关的安全管理人员应该了解液态二氧化碳的效用并熟练使用，主动接触相关的火灾防治知识，这样才能最大程度地保障矿工人员的生命安全，一旦遇到火灾事故，也可以迅速及时采取具有针对性的措施，降低火灾的损害与经济的损失，从而达到更好的火灾防治效果，为我国液态二氧化碳在矿井防灭火中的应用提供经验。

参考文献

[1] 尹常锋.灌注液态二氧化碳技术在鑫发矿井防灭火中的应用[J].煤炭与化工，2019，42（4）：98-100+103.

[2] 黄元金.液态二氧化碳在矿井防灭火中的应用[J].山东工业技术，2017（1）：102.

[3] 梁运涛，侯贤军，罗海珠，等.我国煤矿火灾防治现状及发展对策[J].煤炭科学技术，2016，44（6）：1-6.

[4] 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（9）：82-83+85.

[5] 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.