李雄

摘 要：本文采用理論分析和井下現(xiàn)場應(yīng)用的對策，對小型的液態(tài)CO2儲存槽的研究與制造、在深井中直接施放液狀CO2的具體工藝及其直接釋放安全技術(shù)措施，形成了一套較為完善的預(yù)防和處理煤層自燃發(fā)火的應(yīng)急技術(shù)和措施。

關(guān)鍵詞：直接釋放工藝；煤層自燃發(fā)火；措施

CO2液體具有化學(xué)性質(zhì)十分懶惰，物理性質(zhì)方面溫度十分的低，如果能夠安全可靠的將CO2氣體直接施放，那么會對深井中的火情控制十分的有利。所以我們十分有必要對CO2液體直接灌注防滅火技術(shù)研究及應(yīng)用。

1 液態(tài)CO2專用礦車貯槽的研制

由于液態(tài)的CO2所具有的性質(zhì)，其在運輸?shù)倪^程中必須使用特制的儲藏裝置，并且這種設(shè)備通常為類似暖水瓶一樣的保溫容器?，F(xiàn)在市場上所流通的器型來看，其可分為固定式、移動式和車輛運輸式。通過對儲存裝置的分析和實驗得到了其在存儲CO2時的一些技術(shù)特性，南方礦井巷道斷面小，運輸線路長，用量少等困難，需要專門設(shè)計一種專用礦車儲存裝置。

2 CO2液體的井下直接釋工藝

2.1 液態(tài)CO2釋放方法的選擇

根據(jù)實際的情況分析來看，在針對井下火災(zāi)的情況下，需要將液態(tài)的CO2儲存設(shè)備移到井下，并用一根特制的管道接入到起火點，然后才可以進行滅火作業(yè)。該管管路必須使用承受壓力4MPa以上，管徑為50～70mm，在管外加纏絕熱保護層以保持低溫，可以承受-45℃低溫的高壓乳化液膠管或法蘭盤接頭的高壓硬質(zhì)鐵管均可用，灌注管線距離越短效果越好，但必須是在風(fēng)流的逆向側(cè)，最長距離不宜超過300m。

2.2 液態(tài)CO2的釋放口的選擇

在井下的滅火過程中需要考慮到CO2的消耗量，所以在滅火器案需要考慮到著火點所在的位置，以及周邊的環(huán)境狀況，最終能夠使CO2在最短的距離內(nèi)接近于著火點，完成滅火作業(yè)。而經(jīng)過回采區(qū)向開采區(qū)輸送CO2的措施通常有以下兩種：

開區(qū)預(yù)防性灌注和閉區(qū)直接滅火性灌注，預(yù)防性一般是在工作面開采過程中，為了控制減低采空內(nèi)氧含量和冷卻采空區(qū)煤體，主要用埋管注液態(tài)CO2，將輸送CO2管路預(yù)埋在工作面進風(fēng)口或者其他靠近火區(qū)的區(qū)域，釋放口可布置在工作面下隅角以里5～10m內(nèi)，或沿工作面傾向在液壓支架間間距每10～15m埋管，向采空區(qū)內(nèi)埋管5～10m。閉區(qū)灌注主要是工作面封閉后，若對采空區(qū)的高溫點，能大體分析預(yù)計確定范圍，則可通過打鉆孔，直接灌注到達(dá)高溫點，進行直接滅火。從底板道或機巷打鉆孔，并下套管進行灌注打鉆孔注CO2，這種方法通常會用于回采區(qū)向采空區(qū)輸入液態(tài)CO2的滅火方式，盡量讓CO2在采空去區(qū)滯留時間長點兒。經(jīng)過鉆孔向采空區(qū)輸入足夠的CO2時，應(yīng)當(dāng)密切的留意采空區(qū)CO2的流動方向，一定要通過控制達(dá)到最佳的滅火效果。

2.3 液態(tài)CO2注入量確定

確定在滅火過程中的CO2使用量是要根據(jù)火點的具體情況來進行的。一般會利用火區(qū)要控制的氧濃度來計算需要注入的液態(tài)CO2量，或利用火區(qū)要的溫度來計算需要注入的液態(tài)CO2量。一般運用公式為：C02注入量≥V×23%。其中，23%為C02抑爆、滅火濃度；V為火區(qū)空間預(yù)測體積。

3 液態(tài)CO2直接釋放安全技術(shù)措施

（1）灌注前準(zhǔn)備工作：正常運行下的檢查

①閥門是否處于規(guī)定的狀態(tài)；

②各類儀表的工作是否正常，讀數(shù)是否精確可靠；

③儲存設(shè)備的各類管線是否暢通無阻，并且能夠反映設(shè)備的不正常運行狀態(tài)與故障。

（2）每次灌注前必須用氮氣對乳化管進行試壓，并吹出管內(nèi)雜物和水；灌注完畢后也必須用氮氣對管內(nèi)殘留的液態(tài)CO2進行吹除。

（3）每次灌注液態(tài)CO2前，由救護隊員撤出警戒區(qū)內(nèi)所有非灌注CO2作業(yè)人員，斷開警戒區(qū)域內(nèi)動力電源，布置崗哨，回風(fēng)區(qū)域內(nèi)不得有人員，待停電、撤人、布崗?fù)戤吅?，請示調(diào)度室經(jīng)同意后方可進行灌注工作。

（4）每次灌注CO2之前，由救護隊員檢查操作箱各個閥門是否靈活可靠，管路是否有破損，漏氣、漏液等，發(fā)現(xiàn)異常必須先處理后方可進行灌注作業(yè)。

（5）灌注液態(tài)CO2時由一名救護隊員操作防滅火裝置閥門，兩名救護隊員在旁邊待機檢查；另由兩名救護隊員戴機巡回檢查管路情況，若發(fā)現(xiàn)液態(tài)CO2泄漏，必須立即停止灌注，關(guān)閉管路閥門，人員撤離到崗哨外，并向調(diào)度室匯報。

（6）灌注液態(tài)CO2時不得將罐體內(nèi)的液體完全排凈，必須留存不少于100kg的液體，且內(nèi)罐氣相壓力不低于1.0MPa，如果內(nèi)罐氣相壓力低于1.0MPa，就有可能導(dǎo)致CO2固化，可能會損壞罐體。

（7）嚴(yán)禁敲打和磕撞液體貯罐，以免絕熱層受到損傷，影響保溫效果。

（8）液態(tài)CO2儲氣罐運輸全程必須由專人專車護送。罐體上部必須覆蓋一層耐磨絕緣材料，列車的行駛速度不得超過2m/s。

4 項目研究成果

（1）提出了礦井液態(tài)CO2直接釋放工藝，從設(shè)計滅火用量、管道流量、管道內(nèi)徑、長度、壓力的分布等進行設(shè)計，能夠滿足其滅火要求。

（2）系統(tǒng)掌握了直接施放CO2液體的安全保障措施，并且能夠掌握CO2在液態(tài)的流動特點、各個關(guān)鍵節(jié)點的壓力與溫度的分布，提出了合理的初始參數(shù)，并且制定了液態(tài)CO2專用礦車儲存設(shè)備的運輸、檢修與維護及其操作人員的安全技術(shù)措施，能夠在極大的程度上防止液態(tài)CO2凝結(jié)產(chǎn)生干冰造成管線阻塞或者變窄，確保了滅火過程的安全、可靠。

（3）考察了液態(tài)CO2直接釋放降溫效果，建立起液態(tài)CO2流動過程的溫度分布規(guī)律表達(dá)式，確定合理注入速度。選擇珙泉礦2283工作面作為試驗點，實踐證明：液態(tài)CO2用于井下滅火能夠十分可靠的控制井下的火情，在降溫與隔離氧氣方面有著十分明顯的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

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