液態(tài)co2論文10113doc

1、惰性液態(tài)CO2防滅火工藝探索與實踐摘要：通過研制液態(tài)CO2防滅火工藝系統(tǒng)裝備，可以直接安全利用液態(tài)CO2從事井下防滅火，消除煤礦井下火災(zāi)隱患，控制火災(zāi)人員傷亡，縮減滅火時間，減少煤炭資源和設(shè)備設(shè)施的損失，對煤炭安全生產(chǎn)與煤炭工業(yè)有著重要的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：液態(tài)CO2 防滅火工藝 采空區(qū)一、概況大佛寺煤礦位于陜西彬長礦區(qū)南部邊界，地處彬縣、長武兩縣交接地，主采侏羅紀(jì)4煤層，全井田分布。煤層全厚019.73m，平均11.65m，屬特厚煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層穩(wěn)定，較堅硬。礦井絕對瓦斯涌出量為128.35m3/min，絕對二氧化碳涌出量為8.14m3/min；礦井相對瓦斯涌出量為15.89m3/t，

2、相對二氧化碳涌出量為1.01m3/t。煤層具有自燃發(fā)火性，發(fā)火期一般為3-5個月，最短發(fā)火期為24天，煤層爆炸指數(shù)30.08%，煤層傾角5°。2009年2月24日，大佛寺煤礦在回撤40104綜采工作面中發(fā)生火災(zāi)，進行封閉，現(xiàn)在火區(qū)各項氣體基本穩(wěn)定。二、液態(tài)CO2防滅火機理1）窒息氧作用煤的自然發(fā)火是煤與氧的氧化反應(yīng)過程，氧氣是氧化反應(yīng)的必要條件，沒有氧氣，氧化反應(yīng)就無法進行。試驗結(jié)果證明，氧濃度低于8%時失燃,低于3%時，氧化反應(yīng)徹底被中止，燃燒現(xiàn)象不能持續(xù)進行。向發(fā)火或具有高溫火點的采空區(qū)內(nèi)注入液態(tài)CO2立即會形成大量的高濃度CO2，會使采空區(qū)內(nèi)原有O2濃度相對減小，并且由于CO2

3、比空氣密度大，重于空氣，以及煤體對CO2具有較強吸附作用(吸附量為48L/kg，而煤對氮氣的吸附量為8 L/kg，前者是后者的6倍)等特點 ，很容易替代O2而覆蓋煤體燃燒點表面，減少煤體燃燒體表面O2濃度，使O2濃度低于自然發(fā)火的臨界O2濃度，從而防止煤的氧化自燃，或使已形成的火災(zāi)因缺O(jiān)2而窒息滅火。與此同時，大量的高濃度CO2的擴散會必然會提高采空區(qū)內(nèi)氣體靜壓，進而會降低采空區(qū)的漏風(fēng)量，造成氧化自燃帶供氧不足，進而阻止氧化反應(yīng)的進程。2）冷卻降溫作用煤的燃燒過程實際就是煤的氧化過程,煤的氧化速度,與供氧有關(guān)系,也與溫度有關(guān)系,煤炭自燃,往往經(jīng)歷三個階段:升溫氧化階段(110-130),加速升

4、溫階段(140-190),急速升溫階段(200以上)。如直接噴注液態(tài)CO2時，可使火源明顯降溫，加速熄滅火源。液態(tài)CO2噴入火區(qū)空間會瞬間氣化,體積將膨脹640倍左右,需要吸收大量熱，溫度急劇下降到-78.5。1KG液態(tài)CO2蒸發(fā)氣化需要吸收577.8×103焦耳KG的熱量。加之煤對 CO2極易吸附特點，在吸附過程中將吸附熱轉(zhuǎn)移給CO2氣體，從而會遏止燃燒的鏈鎖反應(yīng)。 同時擴散采空區(qū)內(nèi)的CO2氣體也會吸收氧化反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的熱量，降低周圍介質(zhì)的溫度，以減緩煤的升溫速度，促使煤的氧化反應(yīng)由于聚熱條件的破壞而延緩或終止。3）惰化抑爆作用氣化后的CO2在沖淡可燃?xì)馀c氧的含量過程中，也使火

5、區(qū)空間氣體惰化程度不斷增大，從而使混合氣失去可爆性。CO2 的惰化作用優(yōu)于其他惰性氣體。在以氮氣注入的火區(qū)阻爆臨界氧濃度為12%，火區(qū)內(nèi)明火被熄滅的臨界氧濃度為9.5%；而以CO2注入的火區(qū)阻爆臨界氧濃度為14.6%，火區(qū)內(nèi)明火被熄滅的臨界氧濃度為11.5%。經(jīng)兩者比較，CO2惰氣的阻燃、阻爆性能明顯優(yōu)于氮氣，兩者相差2個百分點以上。 三、液態(tài)CO2防滅火工藝系統(tǒng) （一）工藝系統(tǒng) 液態(tài) CO2一般是有關(guān)化工廠回收的副產(chǎn)品，不少地區(qū)都有這樣廠子。當(dāng)?shù)V井發(fā)火時，煤礦可向有關(guān)化工廠購買，廠子會采用特制的運送槽車（汽車型液態(tài)CO2槽車）將其運送至井口。再由礦井根據(jù)礦井及火區(qū)條件，以適當(dāng)方式送到發(fā)火區(qū)，

6、其方式有： 1當(dāng)火區(qū)接近地表可直接通過地面打的鉆孔向火區(qū)注液態(tài)CO2。 2利用特殊罐車裝置（礦車型液態(tài)CO2槽車），組成礦車串，將液態(tài)CO2運至井下火區(qū)附近，再接較短管路，依近距離將其直接注入火區(qū)。如圖1所示 圖 1 1-制液態(tài)二氧化碳機組;2-固定液態(tài)二氧化碳貯槽;3-汽車型液態(tài)二氧化碳槽車;4-礦車型液態(tài)二氧化碳槽車;5-管路;6-密閉;7-火區(qū)3在不具備將液態(tài)CO2直接注入火區(qū)的情況下，只能通過器化氣器在井上將液態(tài)氣化成氣態(tài)CO2，通過地面到井下火區(qū)附近的管路，長距離輸送到火區(qū)。 如圖2所示 圖 2 1-制液態(tài)二氧化碳機組;2-固定液態(tài)二氧化碳貯槽;3-汽車型液態(tài)二氧化碳槽車;4-汽化器

7、;5-管路;6-密閉;7-火區(qū)（二）工藝系統(tǒng)制造和操作原則1液態(tài)CO2是處于低溫高壓狀態(tài)，不易儲存，需由有低溫高壓資質(zhì)的廠家負(fù)責(zé)制造具備一定壓力的真空低溫儲存罐。2用于運送井下的貯運罐必須能經(jīng)得起一定程度的磕撞。3貯運罐在裝、貯、運、注液態(tài)CO2過程中不得出現(xiàn)任何泄漏問題。4注入火區(qū)過程要保障罐體注后不遺留液體，注入火區(qū)的必須是液態(tài)CO2。5應(yīng)制定有防止井下工作人員和進行注液態(tài)CO2工作人員吸入CO2而窒息或受低溫傷害的安全措施。6井下液態(tài)CO2防滅火系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的操作人員、監(jiān)測人員應(yīng)由救護隊員承擔(dān)。四、液態(tài)CO2防滅火參數(shù)計算1注入量確定確定注液態(tài)CO2量是根據(jù)防滅火區(qū)的空間大小及燃燒程度。

8、通過達到火區(qū)要控制的氧濃度（抑制瓦斯爆炸氧濃度、制止燃燒氧濃度）來計算需要注入的液態(tài)CO2量，或者使火區(qū)要達到的溫度來計算需要注入的液態(tài)CO2量。 2工作壓力液態(tài)CO2有其特殊的規(guī)律，在低于11公斤壓力的狀態(tài)下，就會大量氣化，在氣化過程中由于會大量吸熱，會使管道出現(xiàn)結(jié)冰堵塞。因此，注入口的壓力必須不低于11公斤壓力。3管道的管材、管徑和保溫措施應(yīng)和礦車型液態(tài)CO2槽車罐體相匹配。 四、安全技術(shù)措施 根據(jù)液態(tài)CO2防滅火研究實施方案， 6月初在40104運順閉墻進行液態(tài)CO2灌注，進行防滅火試驗研究，為保證試驗過程順利安全進行，特編制本安全技術(shù)措施。1、罐體充裝安全技術(shù)措施：1）、設(shè)備外套、內(nèi)膽

9、內(nèi)，外表面及所有與內(nèi)膽相連的接管的內(nèi)外表面必須全部進行除銹、除油、脫脂、清洗、干燥處理；2）、安全閥、外套泄放裝置必須配備齊全，鉛封完好；3）、罐體無明顯傷痕，檢查外套泄放裝置，安全閥、壓力表是否按說明書上關(guān)嚴(yán)；閥門開關(guān)可靠，操作靈活，符合設(shè)計要求。2、礦車型液態(tài)CO2貯運罐罐體充裝：1）、罐體充裝作業(yè)必須由專業(yè)人士進行，其他無關(guān)人員禁止靠近工作區(qū)域，在操作區(qū)域200米范圍設(shè)置警戒，懸掛標(biāo)志牌，安全防范措施必須到位；2）、充裝過程中必須放凈液灌空氣。3）、充裝過程中有專人觀察壓力表，檢查自增壓裝置，充裝壓力是必須保持規(guī)定值（-40）時的壓力為2.2Mpa，禁止出現(xiàn)超充裝、欠充裝等不規(guī)范操作現(xiàn)象

10、發(fā)生；4）、充裝時應(yīng)該逐漸開啟充裝閥，使液料慢慢加大流量，以免猛然沖擊發(fā)生意外。5）、充裝完畢后應(yīng)該打開測液口，檢查液面情況，從上、下液面計觀察液位是否充裝到規(guī)定值。檢查液體濃度是否達99%。6）、充裝操作必須嚴(yán)格按照操作流程進行，嚴(yán)禁違章操作；7）、充裝完畢必須經(jīng)過1個小時穩(wěn)定后，方可進行運輸。3、罐體運輸安全技術(shù)措施：1）、罐車充裝完畢后，利用平板車進行運輸，按順序掛車，首尾連接后，用機車牽引到火區(qū)地點，運輸過程中遵照液態(tài)氣體運輸條例，平安運到目的地；2）、利用平板車運輸前，首先檢查平板車的安全可靠，必須將罐體用鋼絞線固定牢固，保持在居中位置，確保無松動，無傾覆可能，車上安全標(biāo)志不能隨意挪

11、位，各閥門按規(guī)定嚴(yán)格關(guān)閉；3）、運輸隊必須安排業(yè)務(wù)素質(zhì)強的司機進行運輸，運輸時輔助運輸大巷嚴(yán)禁行人，且保證專列運輸，運輸過程中必須保證前后路段暢通、平整，不得出現(xiàn)大的顛簸，確保順利安全運輸?shù)轿唬?）、罐體運輸車在經(jīng)過副斜井、8度坡時，必須保證勻速通過，不得出現(xiàn)大的變速，以防罐體內(nèi)液體泄漏；5）、運輸過程中必須有救護隊員進行監(jiān)護；6）、用機車?yán)粱饏^(qū)地點，將單元罐車首尾連接好后，將各進料管的軟管管道及進料閥門連接好，并關(guān)嚴(yán)進料管及各種閥門，以及管道上的壓力表和安全閥，以待備用。4、液態(tài)CO2灌注安全技術(shù)措施：1)、液態(tài)CO2灌注前：A、必須檢查各罐體外觀，內(nèi)膽灌裝液料無泄漏；安全閥、壓力表泄放裝

12、置是否完好，各閥門是否關(guān)閉嚴(yán)實；B、必須將安全警戒設(shè)置到位，無關(guān)工作人員禁止靠近工作區(qū)域；C、必須將防護用具、專用檢修工具和備用配件準(zhǔn)備到位；D、必須將40104運順聯(lián)巷內(nèi)雜物清理干凈，保證人員撤離通道暢通。2）、液態(tài)CO2灌注時必須做到：A、由救護隊員操作并佩帶自救裝置；B、現(xiàn)場操作人員必須攜帶便攜式O2濃度報警儀，O2濃度低于20%時，必須停止操作，關(guān)閉灌注閥門，查明原因進行處理；C、必須保證勞動保護措施齊全，安全措施到位；D、必須按照先后次序進行，嚴(yán)禁違章操作；、液態(tài)CO2灌注前后必須對40104運聯(lián)、回聯(lián)、泄水巷閉墻進行安全檢查，出現(xiàn)問題及時處理；、液態(tài)CO2灌注后必須檢查閉墻前閥門，

13、保證閥門關(guān)閉。、礦井其他地點瓦檢員必須隨時檢查風(fēng)流中的氧氣及二氧化碳濃度。采掘工作面的進風(fēng)流中，氧氣濃度不低于20%，二氧化碳濃度不超過0.5%；風(fēng)流中二氧化碳濃度達到1.5%時，必須停止工作，撤出人員，查明原因，制定措施，進行處理。6月9日上午10：57分至11：20分，在封閉的40104綜采工作面采空區(qū)回風(fēng)側(cè)的向閉墻內(nèi)進行了灌注。共灌注10t液態(tài)C02，釋放后膨脹體積約為 6000 m3。 效果情況見下表：灌注前后封閉側(cè)內(nèi)的氣體濃度、溫度參數(shù)對比（40104運順）項目CO2/%CH4/%N2/%O2/%T/壓注前0.68413.30.3522壓注后1.485.800.213通過對灌注前后采空區(qū)內(nèi)的氣體和溫度的變化情況分析，說明液態(tài)CO2有明顯降溫和惰化可燃性氣體性能。與注氮比較，成本低，液態(tài)CO2出廠成本為600元/噸，每噸可氣化600多立方的氣態(tài)CO2，這比化學(xué)方式獲取的氣態(tài)CO2（每立方7-8元）的成本大大降低，比制氮機產(chǎn)的氮氣成本也明顯降低。4、 結(jié)論1、 研究液態(tài)CO2用于煤礦井下防滅火是切實可行的，并具有速度快，操作簡單，成本低，防滅火效果顯著可靠，是礦井防滅火工作發(fā)展的新的方向。2、研制出的對液態(tài)CO2防滅火系統(tǒng)中自我增壓系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)，可實現(xiàn)控制罐體內(nèi)壓力自我補