液态二氧化碳防灭火技术在潘一矿的应用

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1、概述

潘一矿2141（3）面为大采高一次采全高工作面，走向长1382m，倾斜长175m，煤层平均厚度5.54m，倾角5～13°，上风巷断面11m2，运输顺槽断面14m2。

该面于2010年6月开始回采，至10月2日着火封闭，上风巷回采155m，顺槽回采148m，采空区面积约2.65万m2。工作面封闭位置如图1所示。

2、火区状况及前期防灭火工作效果分析

针对潘一矿2141（3）工作面实际开采条件和煤层赋存情况，考虑到矿井的实际情况和火区治理的紧迫性，建议采用降温效果好、现场操作简单、速度快的液态二氧化碳防灭火技术对2141（3）工作面火区进行快速降温和惰化，以实现控制并降低工作面温度和增加2141（3）工作面惰性气体惰化的作用。

利用二氧化碳防治煤层发火，就是借助液态CO2汽化后产生的压力通过管路和钻孔将其注入防灭火区域，将液态CO2防灭火应用于矿井防灭火中有着氮气、烟气等惰性气体无法比拟的优点，在经济上节省，运输上方便、灭火性能好等特点，因此是一种新型高效适用的防灭火技术和手段。

3、液态二氧化碳应用工艺及系统装备

1.1系统构成

液态CO2系统主要由地面液态CO2槽车、水式汽化器、储气罐、电控柜、参数监测仪表（流量、灌力、温度）和输气管道等构成。

工作流程：液态CO2由专门的运输设备从化工厂运至矿井，在地面将液态CO2灌注到地面固定储气罐（10m3），由固定储气罐灌入井下移动式液态CO2装置（2m3），再经注氮管路或压风管输送到使用地点。

1.2 系统主要参数

①运输：地面低温运输槽车每车最大可储运20吨液态CO2；

②槽车液态CO2出口压力：0.8～2.0Mpa；

③槽车液态CO2出口流量：0.5～1.8t/h；

④储气罐最大耐压：3Mpa；

⑤单台储气罐出口流量：600～1500m3/h；

⑥储气罐出口温度：0～-30℃；

⑦输送距离：>5km；

4、液态二氧化碳释放口的位置选择

灌注CO2气体时，为减少耗CO2气体量，快速灭火，要根据火区的条件、火源的位置，选择最佳二氧化碳释放口位置，选择原则是使CO2气体在火区内用最短的路线到达火点，冲淡火区氧气含量，对火区进行惰化和降温。

根据潘一矿2141（3）工作面火区现场情况，释放位置为顺槽外口密闭外位置，利用现有注氮管路或压风管进行注入施工。

5、注液态二氧化碳安全技术措施

5.1 液态二氧化碳储罐充灌作业要求

在气密性检查完毕和去除潮湿空气后，进行阀门仪表的检查：阀门是否处于正确位置，仪表是否灵活可靠。阀门操作状态列入表中，液面计、压力表的指针是否在零位。检查压力表、液面计的接管是否畅通无阻。

1）充灌前充装单位应进行检查，发现下列情况，不得充装：

a）储罐未按规定要求进行定期检验。

b）防护用具、服装、专门检修工具没有携带。

c）首次投入使用或检修后使用的储罐，如对槽内介质有置换要求的，不能提供置换合格分析报告或证明文件。

d）余压低于1.0MPa 时。

e）罐体安全附件或阀门等有异常。

2）按指定位置停放固定，储罐连接充灌输液管前，储罐必须处于止动状态，防止滚动，在斜坡处应设挡块。

3）储罐充灌时，操作人员必须在现场，充灌操作应按程序进行，防止低温液体外溢。

4）装卸完毕后，填写装卸记录并妥善保存。

5.2 充灌注意事项

1）槽车只有得到有关人员同意后，方可进入充灌场所进行充灌； 充灌时，操作人员必须在现场。充灌操作应按操作规程进行，防止低温液体外溢。

2） 设立20m警戒区，并组织除施工人员外的其他人员向逆风方向疏散。

3）槽车在连接充灌输液管前，必须处于制动状态，防止移动； 在斜坡处应设置防滑块。

4）槽车在充灌装卸作业时，汽车发动机必须关闭。

5.3 设备的安全使用

1）容器和槽车容器的充满率不得大于0.95，压力不得超过2.2kpa，严禁过量充装，装卸、搬运时应做到轻装、轻卸。

2）容器投入使用前， 应按《压力容器安全技术监察规程》的规定监察各种阀门、仪表、安全装置是否齐全有效、灵敏可靠，以保证安全使用。

3）所用压力表必须是禁油压力表；安全阀、防爆装置的材质应选用不锈钢、铜或铝，并必须脱脂去油。

4）容器、管路系统在使用前，应用无油干燥空气或氮气， 吹除水分或潮湿气。

5）容器在初次充灌时，开始应缓慢充灌（阀门应缓慢打开），然后逐渐加快，以减少对容器的热冲击破坏和减少液体蒸发。

6）当设备上的阀门和仪表、管道连接接头等处被冻结时， 严禁用铁锤敲打或明火加热。宜用70-80℃干净无油的热空气、热氮气或温水进行融化解冻。

5.4 人员安全防护

1）操作人员在充灌或处理低温液体时，应戴上干净易脱的皮革、 凡布或棉手套。若有产生液体喷射或飞溅可能，应戴上护目镜或面罩。

2）操作人员的皮肤因接触低温液体或低温气体而被冻伤时，应及时将受伤部位放入温水中浸泡或冲洗，切勿干加热。严重的冻伤应迅速到医院治疗。

5.5 事故处理

1）槽车容器管路系统有微小泄漏时，应及时检修处理；有严重泄漏时，必须将槽车开到人稀、空旷安全处，逐渐排放，并应严格监护；排放时，人、车应处在上风向。

2）容器附近发生火灾，若环境温度有可能加速液体汽化时，可使用冷却水喷射到容器外壳上进行降温

6、注液态二氧化碳后取得的效果

截至10月23日，火区封闭20天，共注入氮气80多万m3，从10月14日至今与封闭区域相连的4组闭墙均稳定处于出风状态，封闭区内惰化效果明显，O2浓度小于5%，氧化气体、CO浓度大幅度下降，无乙烯和乙炔，为工作面启封创造了条件。