矿用液态二氧化碳防灭火技术优点与应用.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2024 年 01 月 11 日 作者简介:张磊(1979),男,工程师,2009 年毕业于辽宁工程技术大学采矿学院,现任大兴煤矿保安区区长。-200-矿用液态二氧化碳防灭火技术优点与应用 张 磊 张洪刚 王 成 铁法煤业(集团)有限责任公司大兴煤矿,辽宁 调兵山 112700 摘要:摘要:在矿井事故中,矿井火灾为五大灾害之一,危险性大,损害程度高。一旦井下发生火灾,受到有限空间和密闭状态限制的影响,井下全部人员的生命安全均会受到严重威胁。所以为了能够降低井下火灾隐患发生概率,提高矿井隐患处置能力,拓宽井下防灭火手段,大兴煤矿积极探索利用新装备、新技术的
2、使用,用来指导井下防灭火工作的进行。通过采用矿用液态二氧化碳防灭火技术的优点,有效降低开放式和封闭式工作面采空区氧气、一氧化碳气体浓度,抑制温度升高与惰化遗煤自燃氧化速度,为易自燃煤层综采工作面回采期间的火灾防治提供了有力的技术支持。实践应用证明:通过对液态二氧化碳的灭火作用机理、灭火优点、安全应用情况进行探讨说明发现,矿用液态二氧化碳防灭火技术与其他防灭火技术方法相比较具有速度快,操作简单,防灭火效果更加显著且经济合理等优点,是一项先进的防灭火技术,甚至可能将不失为当前煤矿井下最佳的防灭火技术措施,同时给煤矿安全生产带来了巨大的社会与安全效益。关键词:关键词:液态二氧化碳;防灭火技术;煤层自
3、燃 中图分类号:中图分类号:TD75 0 引言 大兴煤矿开采的煤层类型主要为高瓦斯、容易产生自燃的煤层,煤种以长焰煤为主,一般发火期为 1-3个月,这为安全开采工作带来了重大的自燃发火风险隐患,特别是在采煤工作面停产检修期间,其自燃风险隐患就更为显著。一直以来,煤矿防灭火技术没有实现里程碑式的突破,始终存在壁垒,使防灭火工作不彻底,缺乏行之有效的措施指导,各类矿井一直依赖传统的填充、封堵和注入氮气置换的方法进行处理,这些措施都可以产生一定的灭火效果,但是存在很大的缺陷。不仅每次治理都需要经历漫长的时间才能起到作用,而且防灭火效率低,治理效果差,经常会出现反复治理的局面,还会对重新恢复生产造成很
4、大困扰,同时不彻底的和反复治理的过程,造成消耗的材料费用、人工和机械费用都成倍地增加,导致了巨大的经济损失。近年来大兴煤矿通过对矿用液态二氧化碳防灭火技术的实践应用,积累了丰富的防灭火经验。并且通过针对开放式工作面和封闭式工作面的不同特点进行研究分析后得出了能够达到了采空区自燃发火隐患治理的最佳效果。此项举措有效地降低了采空区遗煤自燃发火的风险,从而保障了大兴煤矿工作面的安全生产,避免了因自燃发火隐患而造成停工、停产带来的经济损失。1 矿用液态二氧化碳防灭火装置 1.1 矿用液态二氧化碳防灭火装置组成 矿用液态二氧化碳防灭火装置是通过矿用移动式液态二氧化碳罐车,以及流量、压力等监测和控制装置组
5、成。由于液态二氧化碳是一种无腐蚀性的非危险性低温液体,无论是运输和存储都不会受到井上或井下施工环境的影响,更不会对工作人员的安全产生损伤。因此,设计矿用移动式二氧化碳防灭火装置罐体的内罐及其组件能够经受-40到 80的温度即可,此类型材质不会影响贮罐的强度即可。同时根据平板矿车的外形尺寸,进行罐体形态调整,能够满足在井下安全运输的需要。1.2 矿用液态二氧化碳防灭火装置设计参数及其配置(1)装置设计参数:压注方法:采用直接压注方式;流量:2.06.0t/h;输出温度:-30-15;输送距离:500m。(2)装置配置及设备参数:矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置;中国科技期刊数据库 工业 A-20
6、1-型号:CPW-2.0(或 CPW-1.26);容积:2m3;压力:2.6MPa;流量:2.06.0t/h;储罐充装系数:0.95;罐内储存压力:1.32.6MPa;液体放净率:98%;外形尺寸(直径高度):3000mm1400mm1600mm(或 2600mm1250mm1300mm);自增压装置(增压稳压装置):防止液态二氧化碳储罐内形成干冰,并实现液态二氧化碳的远距离输送;矿用平板车。1.3 矿用液态二氧化碳储运及工作流程(1)液态二氧化碳储运系统主要由地面液态二氧化碳罐车、CPW-2.0(或 CPW-1.26)矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置(见图 1)和输送管路构成。其主要功能是储
7、藏和运输液态二氧化碳。图 1 矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置(2)工作流程:液态二氧化碳由地面液态二氧化碳运输罐车运送至矿内,并通过输送管路逐次灌注到 CPW-2.0(或CPW-1.26)矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置内,然后将移动式罐体运送至井下灌注地点,通过连接预埋好的管路,将其注入至工作面采空区或封闭区,来实现防灭火功能。2 矿用液态二氧化碳物理特性(1)二氧化碳常温、常压下是无色略带酸味的窒息气体。二氧化碳不可燃,正常情况下也不助燃。因此,灭火技术中采用二氧化碳此种气体,为首选。(2)大气中二氧化碳的体积分数仅为 0.037%。它在不同的压力、温度条件下有三种形态,即在低温加压下(
8、-20、2Mpa)或高压常温(约 8Mpa、30)下气体可变为液态,液体气化过程中,当温度下降至-78.5后将形成雪花状的固态干冰。(3)二氧化碳熔点为-56.6(0.52Mpa),临界温度为 31.3,临界压力 7.28Mpa,二氧化碳具有升华特性,升华点为-78.5(0.1Mpa)。(4)二氧化碳相对空气密度为 1.529,密度为1.976kg/m3(0、0.1Mpa),液态二氧化碳的密度随温度的变化而变化较大,-20时,其密度是 1.01kg/L,液态二氧化碳汽化和升华时吸热 137kcal/kg,在温度为 15、0.1Mpa 下,1t 液态二氧化碳体积膨胀约 640倍。其气化和升华时吸
9、热并且体积膨胀,也是作为煤矿防灭火措施中不可缺少的优点。3 矿用液态二氧化碳防灭火技术优点 大兴煤矿通过对液态二氧化碳防灭火技术的长期实践应用和防灭火效果的综合评估,证明该技术相比其它传统防灭火技术具有以下优点:(1)液态二氧化碳灌注至封闭区或采空区空间后,因二氧化碳独有的降温和膨胀的物理特性,其体积会由液态瞬间转化为气态,气化过程会吸收大量热量,从而加速降低自燃区域内的温度,并且二氧化碳体积膨胀数倍,有效稀释了氧气浓度,没有了足够氧气地助力,自燃区域无法维持燃烧,其冷却、惰化效果显著;(2)液态二氧化碳具有广泛的应用性,当其吸热气化后能够分散充满各种形状的空间,因而方便使用于矿井采空区深部、
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