作者簡(jiǎn)介：李正平（1985— ），男，漢族，河北磁縣人，本科，助理工程師，研究方向：礦井瓦斯抽采。

摘要：隨著礦業(yè)的快速發(fā)展，礦井火災(zāi)頻發(fā)，給礦工生命安全和礦山設(shè)備帶來(lái)極大威脅。傳統(tǒng)的滅火方法常常由于不夠迅速和有效，難以滿足現(xiàn)代礦井的安全需求。液態(tài)二氧化碳因其優(yōu)越的滅火特性，如不易燃燒、迅速降低溫度和隔絕氧氣等，逐漸成為礦井防滅火的重要手段。本文簡(jiǎn)要分析了液態(tài)二氧化碳的特點(diǎn)和滅火原理，并從液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)出發(fā)，提出了液態(tài)二氧化碳的具體應(yīng)用措施。

關(guān)鍵詞：液態(tài)二氧化碳；礦井；防滅火；實(shí)踐應(yīng)用

引言

礦井火災(zāi)是一種極為危險(xiǎn)的災(zāi)害，不僅會(huì)威脅礦工的生命安全，還會(huì)造成礦山設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，影響礦井的正常運(yùn)營(yíng)和資源的有效開(kāi)采。雖然各國(guó)在礦井火災(zāi)防控方面已采取了一系列措施，但其火災(zāi)原因復(fù)雜多變，導(dǎo)致防控工作面臨不少挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括礦井內(nèi)環(huán)境復(fù)雜、可燃物多、火源難以預(yù)知等。此類火災(zāi)往往突發(fā)、難以控制，傳統(tǒng)的滅火手段在礦井高溫、高壓、低氧的環(huán)境中效果有限。因此，亟須尋找一種新型滅火材料和方法，以保證礦井及人員安全。

一、液態(tài)二氧化碳的特點(diǎn)及滅火原理

與很多滅火劑相比，液態(tài)二氧化碳的穩(wěn)定性使其可以安全地被運(yùn)輸和存儲(chǔ)，對(duì)電氣設(shè)備沒(méi)有損害，從而可以有效避免因滅火而造成的額外損失。液態(tài)二氧化碳的顯著優(yōu)點(diǎn)在于其快速揮發(fā)性，一旦被釋放至火災(zāi)區(qū)域，液態(tài)二氧化碳會(huì)迅速蒸發(fā)并進(jìn)入氣態(tài)，幾乎不留下任何殘?jiān)?，從而避免了二次污染的可能。許多礦井火災(zāi)中存在一些有毒或?qū)Νh(huán)境有害的殘留物，對(duì)礦井生態(tài)與礦工健康造成了威脅，而液態(tài)二氧化碳有效解決了這一問(wèn)題，無(wú)毒性特點(diǎn)使其成為一種安全的選擇。液態(tài)二氧化碳的滅火原理主要分為窒息和降溫兩種?；馂?zāi)需要氧氣、燃料和高溫三者的共同作用，才能持續(xù)燃燒，當(dāng)液態(tài)二氧化碳釋放到火區(qū)時(shí)，它會(huì)迅速蒸發(fā)并吸收大量熱量，從而降低火區(qū)溫度，使得火焰無(wú)法維持，進(jìn)而被撲滅^[1]。同時(shí)，液態(tài)二氧化碳的密度大于空氣，當(dāng)它成為氣體后，會(huì)在火場(chǎng)上方形成一層“毯狀”的氣體，阻止氧氣與可燃物的接觸，從而有效抑制火勢(shì)發(fā)展。此外，液態(tài)二氧化碳的滅火機(jī)制還涉及對(duì)火焰的直接影響，當(dāng)液態(tài)二氧化碳?xì)怏w充滿火災(zāi)區(qū)域時(shí)，其中的二氧化碳分子會(huì)迅速分散，并與火焰中的氧氣分子相互作用，降低氧氣的濃度，進(jìn)一步加速窒息滅火的進(jìn)程，使火焰迅速熄滅。

二、液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）降低礦井溫度以抑制火災(zāi)

在長(zhǎng)時(shí)間的采礦過(guò)程中，礦井機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，這會(huì)導(dǎo)致礦井內(nèi)溫度攀升而成為一大安全隱患。液態(tài)二氧化碳的物理特性使其成為一種理想的冷卻介質(zhì)，當(dāng)液態(tài)二氧化碳被釋放到高溫區(qū)域時(shí)，由于其蒸發(fā)潛熱大，會(huì)迅速吸收該區(qū)域的熱量，導(dǎo)致周圍溫度顯著下降，防止因高溫引發(fā)的設(shè)備損壞和人員傷害。液態(tài)二氧化碳具有良好的滲透性，這意味著液態(tài)二氧化碳在礦井中可以快速擴(kuò)散到需要降溫的區(qū)域，確保溫度均勻降低，這種快速滲透的特性是保證礦井內(nèi)不同區(qū)域溫度得到有效控制的關(guān)鍵因素。在起火時(shí)，液態(tài)二氧化碳的釋放能迅速與火焰中的氧氣反應(yīng)，使空間內(nèi)氧氣濃度下降，迅速吸收火焰釋放的熱量，有效減緩火勢(shì)，因此特別適用于礦井的火災(zāi)防控中。

（二）冷卻設(shè)備

在現(xiàn)代礦業(yè)作業(yè)中，設(shè)備的正常運(yùn)行對(duì)保障生產(chǎn)效率和安全性至關(guān)重要。然而，礦井環(huán)境的高溫會(huì)給設(shè)備帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)，如會(huì)影響其性能和使用壽命。與傳統(tǒng)的冷卻方法相比，液態(tài)二氧化碳的蒸發(fā)潛熱極高，當(dāng)其接觸到設(shè)備表面時(shí)，可以迅速吸收熱量并轉(zhuǎn)化為氣體，有效降低設(shè)備溫度，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成濕冷的負(fù)面影響，保持設(shè)備的良好運(yùn)行狀態(tài)。液態(tài)二氧化碳在冷卻過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生額外的水分，這對(duì)于在礦井環(huán)境中運(yùn)作的設(shè)備來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。因?yàn)樗挚赡軐?dǎo)致電氣元件短路、腐蝕等問(wèn)題，影響設(shè)備的可靠性；液態(tài)二氧化碳的蒸發(fā)只生成氣體，不會(huì)在設(shè)備表面形成水膜，從而有效減少意外故障的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，液態(tài)二氧化碳冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，使其在應(yīng)用中具有靈活性，可以通過(guò)管道或噴嘴直接將液態(tài)二氧化碳引入需要冷卻的設(shè)備周圍，無(wú)須復(fù)雜的設(shè)備和系統(tǒng)，可有效降低安裝和維護(hù)成本，提升系統(tǒng)的適應(yīng)性。此外，與某些傳統(tǒng)制冷劑相比，二氧化碳在環(huán)境中的溫室氣體潛力較低，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)，使得液態(tài)二氧化碳成為一種可持續(xù)的冷卻解決方案，符合當(dāng)前綠色礦業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的理念^[2]。在具體應(yīng)用方面，液態(tài)二氧化碳冷卻系統(tǒng)可以用于重型設(shè)備、傳動(dòng)裝置或其他發(fā)熱元件的冷卻。這種次數(shù)可調(diào)的冷卻系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度，并根據(jù)需求調(diào)節(jié)二氧化碳的流量，以確保設(shè)備始終處于最佳的工作溫度范圍。

（三）滅火后清理

液態(tài)二氧化碳在火災(zāi)應(yīng)對(duì)和礦井清理中的應(yīng)用，展現(xiàn)了多重優(yōu)勢(shì)。由于其高密度和低溫屬性，液態(tài)二氧化碳通過(guò)迅速擴(kuò)散、置換氧氣，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效滅火。這一過(guò)程無(wú)須使用水或泡沫滅火劑，從而避免了因水淹或殘留化學(xué)品對(duì)設(shè)備和環(huán)境造成的二次污染。經(jīng)過(guò)滅火的礦井環(huán)境往往會(huì)留下大量的煙霧、灰塵和有害氣體，這不僅對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，還對(duì)礦工的健康和安全構(gòu)成威脅。在清理過(guò)程中，液態(tài)二氧化碳表現(xiàn)出了無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，它的高滲透性使其能夠迅速到達(dá)礦井的每個(gè)角落，包括狹小的縫隙和難以觸及的區(qū)域。在液態(tài)二氧化碳的作用下，污染物與其表面發(fā)生吸附和凝聚，從而有效降低污染物濃度。此外，液態(tài)二氧化碳的排放方式也相對(duì)靈活，可以通過(guò)高速噴射或者均勻噴灑等形式進(jìn)行操作，這為礦井清理提供了可行的解決方案。通過(guò)不斷地噴射和擴(kuò)散，液態(tài)二氧化碳可以在短時(shí)間內(nèi)形成一種有效的清潔環(huán)境，快速去除水分、灰塵及有害物質(zhì)。在清理結(jié)束后，礦井內(nèi)的空氣質(zhì)量明顯提高，為礦工的安全和健康提供了保障，還能降低二次污染^[3]。

三、液態(tài)二氧化碳在礦井防滅火中的應(yīng)用策略

（一）提高液態(tài)二氧化碳的使用效率

液態(tài)二氧化碳作為一種有效的滅火劑，在礦井防滅火中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。為了提高其使用效率、降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，必須加強(qiáng)對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估工作，以明確礦井防護(hù)的重點(diǎn)范圍，對(duì)火災(zāi)發(fā)生的可能性及影響進(jìn)行詳盡分析，找出液態(tài)二氧化碳應(yīng)用的重點(diǎn)部位，使整個(gè)災(zāi)情防控體系能得到合理布局，提高滅火效率。同時(shí)，定期檢查系統(tǒng)的密封性和壓力狀態(tài)，能有效減少泄漏和浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生，積極運(yùn)用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存量和壓力變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及早發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，確保系統(tǒng)在任何時(shí)候都能處于最佳狀態(tài)。除了液態(tài)二氧化碳系統(tǒng)本身，礦井的防滅火策略還可與其他滅火手段相結(jié)合，以提高總體的滅火能力。通過(guò)配置噴淋系統(tǒng)和自動(dòng)滅火裝置，從而提高火災(zāi)處理效率。噴淋系統(tǒng)可以在火災(zāi)初起時(shí)，適時(shí)噴灑滅火劑，產(chǎn)生冷卻和阻隔的效果，減緩火勢(shì)蔓延；自動(dòng)滅火裝置可以快速探測(cè)火災(zāi)，并立即啟動(dòng)滅火程序，顯著縮短人工干預(yù)的時(shí)間，為保護(hù)礦井和人員安全打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，液態(tài)二氧化碳在滅火過(guò)程中，除了具備迅速撲滅火災(zāi)的優(yōu)勢(shì)外，還能在減少火災(zāi)對(duì)設(shè)備和環(huán)境造成破壞的情況下，降低潛在的經(jīng)濟(jì)損失。煤礦可以根據(jù)具體的井下環(huán)境和要求，制定相應(yīng)的液態(tài)二氧化碳使用方案，從而更為高效地利用這一滅火介質(zhì)，確保礦井安全運(yùn)行^[4]。

（二）加強(qiáng)液態(tài)二氧化碳使用的安全管理

液態(tài)二氧化碳在常溫、常壓下易揮發(fā)，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)后密度較高，相較于空氣容易積聚在低洼處，這種特性在礦井環(huán)境中尤為突出。然而，一旦出現(xiàn)泄漏，高濃度的二氧化碳?xì)怏w會(huì)嚴(yán)重影響空氣中的氧氣含量，對(duì)工人生命安全構(gòu)成威脅。因此，在液態(tài)二氧化碳的使用中，必須采取一系列安全管理措施，以降低任何安全隱患造成的傷害。同時(shí)，當(dāng)液態(tài)二氧化碳發(fā)生泄漏時(shí)，企業(yè)要迅速、有效地應(yīng)對(duì)，確保外部人員安全撤離。在制定應(yīng)急預(yù)案時(shí)，要明確職責(zé)和分工，配備必要的救援設(shè)備和個(gè)人防護(hù)用品，培訓(xùn)員工進(jìn)行緊急避險(xiǎn)和初步救援，定期開(kāi)展應(yīng)急演練，通過(guò)模擬事故場(chǎng)景，檢驗(yàn)應(yīng)急預(yù)案的可行性和有效性，確保員工在緊急情況下能迅速應(yīng)對(duì)。此外，企業(yè)可在關(guān)鍵位置安裝氣體檢測(cè)儀器，一旦監(jiān)測(cè)到氣體濃度超標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒工作人員及時(shí)采取措施，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

（三）尋找替代或混合氣體方案

在礦井防滅火領(lǐng)域，隨著對(duì)安全和環(huán)境要求的不斷提高，尋找替代或混合氣體方案已成為一項(xiàng)重要的發(fā)展方向。液態(tài)二氧化碳因其在滅火過(guò)程中的效果和應(yīng)用便捷性，一直以來(lái)備受青睞。然而，液態(tài)二氧化碳高壓儲(chǔ)存、運(yùn)輸成本高，都限制了其在礦井防滅火中的推廣。因此，探索更靈活、經(jīng)濟(jì)、有效的替代氣體方案變得尤為重要。氮?dú)庾鳛橐环N無(wú)色、無(wú)味、惰性的氣體，展現(xiàn)出了良好的防火性能，可以擠出燃燒所需的氧氣，從而抑制火焰?zhèn)鞑ァ５獨(dú)獾某杀鞠鄬?duì)較低，儲(chǔ)運(yùn)方式也較為簡(jiǎn)便，因此其成為替代液態(tài)二氧化碳切實(shí)可行的備選方案。在礦井防滅火時(shí)，可以考慮將液態(tài)二氧化碳與氮?dú)膺M(jìn)行混合，在提高滅火效果的同時(shí)降低成本，并根據(jù)實(shí)際火災(zāi)情況及滅火需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，達(dá)到更優(yōu)的滅火效果。除了氮?dú)庖酝?，惰性氣體如氬氣和氦氣也是值得關(guān)注的替代方案，這些氣體同樣具有抑制火災(zāi)的特性，使用安全，環(huán)境影響較小^[5]。因此，在礦井防滅火策略中，還可以將液態(tài)二氧化碳與惰性氣體進(jìn)行混合，在增強(qiáng)滅火效果的同時(shí)，降低潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少因火災(zāi)導(dǎo)致的人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。在尋求氣體替代的過(guò)程中，煤礦可以考慮引入新的滅火劑或新興滅火技術(shù)，如氣霧劑和超細(xì)干粉。氣霧劑因其良好的擴(kuò)散性，能在復(fù)雜的礦井環(huán)境中達(dá)到迅速覆蓋燃燒表面的效果；超細(xì)干粉因其高效的滅火機(jī)制，能有效減緩火焰蔓延，滿足不同礦井環(huán)境及滅火需求。這些新型滅火劑的應(yīng)用，不僅能提高滅火效率，同時(shí)也能夠在環(huán)境保護(hù)上起到積極作用。

（四）研究和開(kāi)發(fā)環(huán)保型液態(tài)二氧化碳生產(chǎn)技術(shù)

隨著全球環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，礦井防滅火的技術(shù)應(yīng)用也亟待更新和升級(jí)。傳統(tǒng)液態(tài)二氧化碳生產(chǎn)工藝的高能耗及其引發(fā)的二氧化碳排放問(wèn)題，成為礦業(yè)環(huán)境保護(hù)的難題。因此，研發(fā)環(huán)保型液態(tài)二氧化碳生產(chǎn)技術(shù)，將為礦井防滅火提供更為可持續(xù)和高效的解決策略。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝往往依賴于化石燃料，從而導(dǎo)致大量的二氧化碳及其他有害氣體的排放，而將太陽(yáng)能、風(fēng)能和水能等清潔能源應(yīng)用于液態(tài)二氧化碳的生產(chǎn)，可顯著減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴。例如，利用太陽(yáng)能熱能進(jìn)行二氧化碳的凈化與轉(zhuǎn)化，既能實(shí)現(xiàn)能量的高效利用，又能減少生產(chǎn)過(guò)程中二氧化碳排放，減少對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)礦井運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益也將形成正向促進(jìn)，提升礦井的可持續(xù)發(fā)展能力。同時(shí)，二氧化碳捕集與利用技術(shù)的研究與發(fā)展，也是促進(jìn)液態(tài)二氧化碳環(huán)保型生產(chǎn)的重要方向。礦井在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)釋放出大量二氧化碳，若能通過(guò)先進(jìn)的捕集技術(shù)，將這些常規(guī)廢氣有效捕獲，并轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的產(chǎn)品，將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生積極影響。例如，將捕集的二氧化碳用于合成燃料的生產(chǎn)，能夠替代部分化石燃料，從而降低整體能源消耗或利用化學(xué)反應(yīng)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)品或建筑材料等，不僅可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，降低對(duì)新資源的依賴，還可以減少二氧化碳的匯聚，降低大氣負(fù)擔(dān)。此外，在利用液態(tài)二氧化碳進(jìn)行礦井防滅火過(guò)程中，必須確保其安全有效運(yùn)輸和儲(chǔ)存。要積極對(duì)儲(chǔ)存容器進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)其密封性和抗壓能力，進(jìn)一步提高二氧化碳儲(chǔ)存的安全性，以避免液態(tài)二氧化碳在運(yùn)輸過(guò)程中泄漏，從而防止對(duì)周圍環(huán)境的污染。

結(jié)語(yǔ)

液態(tài)二氧化碳作為礦井防滅火的一種新型技術(shù)，展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用潛力。在多次的實(shí)驗(yàn)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，其快速的滅火響應(yīng)和較低的環(huán)境影響贏得了廣大礦業(yè)專家和從業(yè)者的認(rèn)可。液態(tài)二氧化碳具有多重滅火機(jī)制，能有效減少火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)無(wú)毒性、不易腐蝕的特性也使其在礦井環(huán)境中頗具優(yōu)勢(shì)。然而，液態(tài)二氧化碳的應(yīng)用也受限于儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本、設(shè)備投資以及對(duì)礦井內(nèi)其他技術(shù)干擾的適應(yīng)性等問(wèn)題，如何提高液態(tài)二氧化碳滅火系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性，仍需進(jìn)行持續(xù)研究和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更全面的火災(zāi)預(yù)警和控制。

參考文獻(xiàn)

[1]張旭東.液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)在開(kāi)采自燃煤層礦井的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)， 2013（7）：2.

[2]張春華，王繼仁，張子明，等.液態(tài)二氧化碳防滅火裝備及其工程應(yīng)用[J].科技導(dǎo)報(bào)， 2013， 31（18）：5.

[3]袁天明.液態(tài)二氧化碳濃度對(duì)礦井防滅火效果的影響研究[J].內(nèi)蒙古石油化工， 2021（011）：047.

[4]張長(zhǎng)山，張辛亥.罐裝液態(tài)二氧化碳直接防滅火技術(shù)[J].煤礦安全， 2016， 47（9）：3.

[5]楊寶鋒，曹濤，蔡世權(quán). 焦坪礦區(qū)液態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)的應(yīng)用[J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（27）.