C02灭火技术在矿井灭火中的作用-高压二氧化碳气体灭火网

　　从防灭火理念上讲，煤矿井下防灭火离不开控制三要素：可燃物的存在、热源（温度）、具有一定浓度氧的空气供给。按照煤的自然发火的规律，其发火的起因实质是是煤与氧的氧化反应过程结果，氧气是氧化反应的必要条件，没有氧气，氯化反应就无法进行。试验结果证明，氧浓度低于8%时失燃，低于3%时，氧化反应彻底被中止，燃烧现象不能持续进行。同时，要认识到，能控制温度，也可控制氧化速度，从而控制煤的自燃发生。

　　这说明，只要能够控制住至少其中一个因素就会实现防治自然发火目的。而能够将煤氧化浓度和生热温度同时控制住，就是控制自然发火的最有效办法。按照这个理念，国内外已研究探索形成了一系列成熟的煤矿矿井防灭火技术，包括火灾气体的监测监控、高温点、火点的探测确定；打钻、注胶、注沙、堵漏；均压；惰化防灭火等。无论哪种技术，核心都是在控制遗留煤、浮煤的氧化和温度上升从而达到控制氧化速度上采取措施。从各种方法比较中可以看到，都有一定成效上做文章的。但很多技术实施存在受条件限制。如采取黄泥、凝胶隔绝法，这要有地质条件保障，很难保障遗煤全覆盖。结合5141工作面发火危险源现状，应把降低采空区氧浓度、同时降低所有遗煤氧化温度作为防灭火关键技术来落实。经过反复调研论证，认当前采用液态二氯化碳防灭火技术为主的措施是最佳选择。较氮气防灭火更有优势。

　　CO性能机理：

　　（1）CO2的火区抑爆性机理

　　Co2气体具有良好的抑爆性，效果好于N3。其原理是在可爆气体中混入C0，惰性气体，可以阻碍活化中心的形成，当CO，达到一定浓度时，它大量吸收可爆气体初期氧化反应所生成的热量，同时不断护大氧分子与可燃气体分子接触的阻碍作用，从而使可爆气体显示惰爆性。随着CO，浓度的增加，混合可爆气体的下限微有增加，而爆炸上限则迅速减少。当CO2：气体与可爆气体混合比例达一定值时，即CO.浓度达到23%，混合可爆气体的爆炸上限与下限重合，可爆气体失去爆炸性。同时，随着CO2：浓度升高0。浓度相应的地降低，当0。

　　浓度降至14.6%以后，火区进入失爆状态。当火区惰化并处于失爆状态下，即使瓦斯浓度达到爆炸界限范围内也不会发生瓦斯爆炸现象。

　　（2）CO2的火区灭火机理

　　Co，灭火主要有2种作用：1）窒熄灭火。火区内灌注C02后，随着CO，浓度升高，0，浓度相应的地降低，当0。浓度〈11.5%时，明火即可扑灭，同时火区因缺氧而窒息灭火。在火区内，由于着火点温度很高，周围气体通过辐射吸热，造成局部气体密度变小，形成气体对流，灌注C01后，因CO-密度大在对流作用下向着火点流动，使得火区周围CO2，浓度变大，加快灭火。2）吸附阻燃。井下空气如N、CO2、02、CH、C0等气体成分中，燃烧的煤炭对CO，的吸附能力最强，优先吸附CO2气体，从而隔断了氧气的供给途径，有效地阻止煤炭继续燃烧，其阻燃效果特别明显。

　　（3）C0。惰气灭火特点

　　1）C0.灭火适应于内、外因火灾，即可扑灭由人为或其它事故引起的火灾，又可扑灭由自燃引起的火灾，特别是适用扑灭采空区隐蔽火灾。以灌浆灭火方法扑灭采空区火灾时，因灌浆恐难以达到火源位置，所以该法灭火往往失效，C0，等惰气灭火就不会存在以上问题。

　　2）C0，灭火的无污染性。用C0，，灭火特别适用于电器设备和精密、昂贵仪器的火灾，灭火后不会对仪器设备造成污染性的损失。

　　3防灭火方案：

　　在5141回风巷与4143保护煤柱之间施工一条工艺巷来达到钻孔布设合适灌注点目的。有关工艺巷施工方案如下：工艺巷从5141回风密闭外6.5米处向北施工7.2米后，顺煤柱方向向西施工131米，掘进至5141采空区30米位置。工艺巷采用炮据施工，锚网支护，净宽2.2米，净高2.5米，矩形断面，在施工钻孔位置巷道净宽调整为3.0米，扩宽长度为3米，以保证钻机正常施工。该巷道与5141回风顺槽水平距离为5米，与4143一分层进风顺槽水平距离为4.5米。工艺巷南北方向为水平施工，拐向东西方向后，先以3°上坡找到5141回风顺槽顶板以上5.5米层位后，沿5141回风顺槽走向坡度向西施工。工艺巷布置于该层位时，工艺巷底板与5141回风顺槽顶板的垂直高差平均为3米，顶板与4143一分层进风顺槽的垂直高差为4米。该巷道施工完毕后采用全断面锚喷以封堵与5141及4143顺槽之间的裂隙，防止向两个工作面漏风。以5141工作面尾梁处为起始位置，每隔10米施工一个防灭火钻孔，共计施工5个钻孔；钻孔开孔位置距工艺巷巷道底板往上1.5米处的层位，孔底位置在5141上隅角老塘顶板。

　　利用液态二氧化碳直注设备在井下通过防灭火钻孔向5141老塘内灌注液态二氧化碳。

　　4注入二氧化碳后效果分析

　　2010年7月9日10：00开始通过钻孔向5141工作面采空区注入CO2。气体，至7月10日18：00结束，累计注入。CO?约5000m?。随着CO2。的注入，5141回风巷斜下密闭墙观测孔内CO浓度由0.8243%降至0.0056%，02浓度由6.5%降至1.2%，CH和C地。均降为0，随后停止了注CO2：，加强日常对火区的观测。随着时间的推移，观测孔内C0气体呈逐渐下降趋势，4月25日CO浓度降为0.0005%，火势得到了完全控制并趋于熄灭。

　　5结论

　　Co2，灌注系统简单、不需接电、无机械运转，设备的安全性和可靠性高；CO2：对煤炭氧化自燃有良好的惰化、抑制作用，灭火速度快；Co2.注入前，要查明火区的漏风情况并封堵漏风通道，保证CO2的灭火效果。