液態(tài)CO2防滅火技術(shù)在綜放面停產(chǎn)期間的應(yīng)用

丁勇

(山東唐口煤業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 272055)

[摘要]對(duì)液態(tài)CO2防滅火技術(shù)工藝和技術(shù)特性進(jìn)行了研究分析，并成功在唐口煤礦進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)防滅火技術(shù)實(shí)踐。唐口煤礦在1304綜放工作面停產(chǎn)期間，通過(guò)注入液態(tài)CO2，有效消除了自然發(fā)火隱患，保證了工作面停產(chǎn)期間的安全。

[關(guān)鍵詞]液態(tài)CO2；防滅火；工作面；停產(chǎn)

[中圖分類號(hào)]TD753.2[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[收稿日期]2014-04-17

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

[作者簡(jiǎn)介]丁勇(19-)，男，山東淄博人，助理工程師，從事安全技術(shù)培訓(xùn)工作。

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

[引用格式]丁勇.液態(tài)CO2防滅火技術(shù)在綜放面停產(chǎn)期間的應(yīng)用[J].煤礦開采，2015，20(1)：102-104.

在容易自燃和自燃煤層礦井中，若采煤工作面因某種原因而停產(chǎn)，則停產(chǎn)期間極易發(fā)生自燃隱患，甚至造成自然發(fā)火事故。液態(tài) CO2防滅火技術(shù)能較好地解決工作面停產(chǎn)期間的防滅火難題，在唐口煤礦的應(yīng)用取得了良好的成果。

液態(tài)CO2防滅火技術(shù)與其他防滅火技術(shù)相比，具有速度快、操作簡(jiǎn)單、成本低、防滅火效果顯著等特點(diǎn)，是當(dāng)前煤礦井下防滅火的最佳技術(shù)。煤礦井下液態(tài)CO2防滅火技術(shù)的具體特點(diǎn)有：惰化抑爆性強(qiáng)、冷卻降溫明顯、適用范圍廣。將液態(tài) CO2用于煤礦防滅火工作，由于其具有易于保證足量、穩(wěn)定供應(yīng)的特點(diǎn)，更加有利于煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用。

1液態(tài)CO2防滅火技術(shù)工藝

1.1　液態(tài)CO 2防滅火工藝流程

液態(tài)CO2防滅火系統(tǒng)主要由地面液態(tài)CO2槽車、輸氣管、水液汽化器、流量計(jì)等構(gòu)成。液態(tài)CO2由專門的運(yùn)輸設(shè)備從化工廠運(yùn)到礦井，采用在地面將液態(tài)CO2直接汽化成CO2氣體的方法，經(jīng)由注漿管路輸送到防火地點(diǎn)，選擇適合的釋放口位置注入到采空區(qū)，如圖1所示。

圖1　注液態(tài)CO 2工藝流程示意

該系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用中充分體現(xiàn)了操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性好、連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)大流量壓注液態(tài)CO2迅速熄滅火區(qū)的效果。

1.2　液態(tài)CO 2釋放方法

首先在地面將液態(tài)CO2經(jīng)水液汽化器汽化成CO2氣體，并通過(guò)礦井中現(xiàn)有的壓風(fēng)管、供水管、注漿管或井下瓦斯抽放管向井下輸送。如果礦井現(xiàn)有管路另有他用不能用于滅火或沒有獨(dú)立的管路時(shí)，可以設(shè)備用專門管路。這種沿管路輸送CO2氣體的方法比往井下輸送液態(tài)CO2方便，可以實(shí)現(xiàn)大流量、連續(xù)灌注CO2氣體。

1.3　液態(tài)CO 2的釋放口的選擇

為達(dá)到減少消耗CO2氣體量、快速滅火的目的，需根據(jù)火區(qū)的條件和火源的位置，選擇最佳CO2的釋放口位置，原則上使CO2氣體在火區(qū)內(nèi)用最短的路線到達(dá)火點(diǎn)，沖淡火區(qū)O2含量，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行惰化和降溫。例如，在唐口煤礦1304綜放面的應(yīng)用中，將CO2釋放口布置在工作面進(jìn)風(fēng)隅角。

2液態(tài)CO2防滅火技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

2010年2月液態(tài)CO2防滅火技術(shù)成功應(yīng)用在唐口煤礦綜放工作面的防滅火工作中，取得了良好的效果。

2.1　工作面概況

根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順分院的鑒定，1304綜放工作面所采3下煤層屬自燃煤層，一般自然發(fā)火期為3～6個(gè)月，最短自然發(fā)火期(20±3)d。防治3下煤層自然發(fā)火是礦井開采過(guò)程中的一項(xiàng)重要工作。根據(jù)唐口煤礦對(duì)自燃標(biāo)志氣體多年的觀測(cè)與分析，當(dāng)采煤工作面采空區(qū)回風(fēng)側(cè)出現(xiàn)C2H4，且CO濃度達(dá)到75×10-4%，并有持續(xù)升高趨勢(shì)時(shí)，就說(shuō)明已經(jīng)明確發(fā)生自然發(fā)火隱患，煤溫已超過(guò)134℃

2.2　液態(tài)CO 2防滅火技術(shù)實(shí)施過(guò)程

2012年4月7日早班，在對(duì)回風(fēng)隅角進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)CO濃度達(dá)到42×10-4%，較上一班次有明顯升高，隨后立即抽取氣樣并送至地面，經(jīng)KSS-200束管色譜檢測(cè)系統(tǒng)分析后，發(fā)現(xiàn)氣樣中出現(xiàn)C2H4(見表1)。由此判斷1304工作面采空區(qū)存在自然發(fā)火隱患。

表1　1304工作面上隅角氣體濃度

由于1304工作面為俯采，若實(shí)施注漿，易使大量漿液通過(guò)架間涌入工作面，淤積在溜頭處不易排出而淹沒并損壞設(shè)備；若進(jìn)行注膠，因采空區(qū)范圍大，停采時(shí)間長(zhǎng)，需在每個(gè)支架架間打孔，工作量大，且受孔深不足的條件影響，防火范圍有限；采取其他措施直接防火難度也較大。采用惰性氣體防滅火，則易于實(shí)施并有可能取得預(yù)期效果。由于CO2比空氣密度大，且煤體對(duì)CO2具有較強(qiáng)的吸附作用，很容易替代O2而覆蓋煤體燃燒表面，減少煤體燃燒體表面O2的濃度，使O2濃度低于自然發(fā)火的臨界O2濃度值，從而防止煤的氧化自燃，使已形成的火災(zāi)因缺O(jiān)2而窒息滅火，并能達(dá)到比N2更好的防滅火效果。

根據(jù)上述考慮，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)地研究、分析后決定，對(duì)1304工作面采取注液態(tài)CO2的防滅火措施。將1304工作面原有的注漿管路臨時(shí)改造為注CO2氣體管路，其埋設(shè)在工作面進(jìn)風(fēng)巷；由于工作面為下行通風(fēng)，CO2釋放口布置在工作面進(jìn)風(fēng)隅角。注液態(tài)CO2的具體過(guò)程是：用低溫槽車將液態(tài)CO2運(yùn)至注漿站外，利用液態(tài)CO2壓注系統(tǒng)，在地面將液態(tài)CO2直接轉(zhuǎn)化成CO2氣體，通過(guò)注漿管路向1304面采空區(qū)隱患地點(diǎn)壓注。1304工作面通風(fēng)系統(tǒng)及注CO2防滅火如圖2所示。

圖2　1304面通風(fēng)系統(tǒng)及注CO 2防滅火

2012年4月8日，向1304工作面采空區(qū)壓注液態(tài)CO2共16t，釋放后膨脹體積約為10400m3。為保證施工安全和防滅火效果，注液態(tài)CO2期間采取了如下安全技術(shù)措施：

(1)在1304工作面進(jìn)風(fēng)隅角、回風(fēng)隅角阻燃?jí)ν?、回風(fēng)巷懸掛好甲烷氧氣兩用儀，位置距頂板不大于300mm，距巷幫不小于200mm，并各安排1名瓦檢員和2名救護(hù)隊(duì)員檢查本地點(diǎn)的CO2及其他氣體濃度，同時(shí)做好檢查數(shù)據(jù)記錄工作，匯報(bào)地面指揮室。

(2)在進(jìn)風(fēng)隅角的人員利用紅外線測(cè)溫儀對(duì)采空區(qū)不同地點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測(cè)，在回風(fēng)巷的人員隨時(shí)檢測(cè)溢出的各種氣體濃度，如CO2濃度超過(guò)1.5%或O2低于18%時(shí)，應(yīng)立即通知地面指揮室，由總指揮決策繼續(xù)注或降低或停止注CO2。

(3)每組人員對(duì)1304工作面進(jìn)風(fēng)流、回風(fēng)流、工作面及架后、上下隅角的CO2濃度進(jìn)行檢查，當(dāng)上述任何一個(gè)地點(diǎn)的CO2濃度超過(guò)1.5%時(shí)，立即撤出工作面全部工作人員，救護(hù)人員立即佩戴氧氣呼吸器，采取措施進(jìn)行處理。

(4)救護(hù)隊(duì)員在佩帶氧氣呼吸器期間要經(jīng)常觀察自己的O2壓力，并根據(jù)O2壓力來(lái)確定在工作面的作業(yè)時(shí)間，每個(gè)隊(duì)員必須節(jié)約使用O2，不準(zhǔn)任意使用手動(dòng)補(bǔ)給閥。在回風(fēng)隅角抽取氣樣時(shí)，必須1人工作1人監(jiān)護(hù)。

(5)在CO2惰性滅火裝置與注漿管路連接處懸掛甲烷氧氣兩用儀，當(dāng)CO2濃度超過(guò)1.5%或O2濃度低于18%時(shí)，應(yīng)停止壓注。

(6)壓注工作結(jié)束時(shí)，通知地面注漿站停止注CO2，工作人員向注漿管注水，直至1304工作面進(jìn)風(fēng)隅角附近的三通閥門出水停止注水，由救護(hù)隊(duì)檢查1304工作面回風(fēng)巷、進(jìn)回風(fēng)隅角的CO2及其他氣體變化情況，待氣體濃度符合規(guī)定后方可撤離現(xiàn)場(chǎng)。

2.3　注液態(tài)CO 2防滅火效果分析

為觀察整個(gè)注液態(tài)CO2過(guò)程中相關(guān)氣體濃度的變化情況，檢查防滅火效果，利用安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人工采樣相結(jié)合實(shí)時(shí)掌握壓注過(guò)程中火區(qū)的氣體、溫度等參數(shù)變化。壓注過(guò)程中對(duì)1304工作面進(jìn)風(fēng)隅角、1304工作面膠帶巷膠帶頭、兩部膠帶大巷膠帶頭處等地點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在1304工作面回風(fēng)隅角處，通過(guò)埋入采空區(qū)的束管，使用JSG6礦井火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)采空區(qū)的氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。壓注工作結(jié)束后，由救護(hù)隊(duì)員佩帶氧氣呼吸器進(jìn)入工作面回風(fēng)隅角檢查CO2及其他氣體變化情況，同時(shí)使用紅外線測(cè)溫儀通過(guò)鉆孔測(cè)取采空區(qū)的溫度。壓注前后監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

通過(guò)分析壓注前后1304工作面采空區(qū)內(nèi)的氣體變化情況，其溫度由29.5℃下降至16.3℃，O2濃度由16.7%下降至8.2%，說(shuō)明火區(qū)得到了抑制，注液態(tài)CO2防滅火取得了較為理想的效果。

跟蹤檢測(cè)和分析表明，1304綜放工作面回風(fēng)隅角CO濃度始終穩(wěn)定在10×10-4%以下，說(shuō)明該技術(shù)措施有效防止了采空區(qū)自然發(fā)火，保證了綜放工作面停產(chǎn)期間的安全。

3結(jié)論

實(shí)踐證明，CO2具有良好的防滅火作用，液態(tài)CO2防滅火技術(shù)能實(shí)現(xiàn)大流量壓注液態(tài)CO2迅速熄滅火區(qū)的效果。唐口煤礦在1304綜放工作面停產(chǎn)期間，通過(guò)液態(tài)CO2防滅火技術(shù)的應(yīng)用，有效消除了自然發(fā)火隱患，保證了綜放工作面停產(chǎn)期間的安全。同時(shí)，注液態(tài)CO2防滅火技術(shù)的實(shí)施過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)火災(zāi)標(biāo)志氣體的監(jiān)測(cè)，同步采取有效的安全技術(shù)措施，保障施工安全，從而提高防滅火技術(shù)效果。

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[責(zé)任編輯：鄒正立]