关于采用液态CO2实施矿井防灭火工程服务能力的介绍

1、关于采用液态CO2实施矿井防灭火工程服务能力状况的介绍 （辽阳正阳机械制造有限公司） 得悉神东煤炭集团公司所属煤矿，正在积极寻求有效控制自然发火的技术、手段以及相应服务队伍，以保障煤炭生产高效稳定安全健康发展，我公司十分愿意参与相关服务选择，渴望能够尽一臂之力，为你公司所属煤矿实施防灭火安全工程做出贡献。为了便于择优选择，下面交流一下我们对防治自然发火技术的一些理念上浅显看法及我公司可提供的相关服务能力情况，以供参考。 一、 对贵公司煤矿当前存在的自然发火主要危险源分析看法及应着力采取的防治自然发火技术措施建议（一）主要危险源分析看法影响煤矿自然发火因素，按全国煤矿一般常规分析有煤层自身存在自

2、然发火倾向性因素，还有开采方式、通风供氧因素、浮煤厚度及聚热环境等外部因素。从发火的难易的观点分析，厚煤层较之其他煤层易发火；分层开采的下分层较上分层易发火；放顶煤开采方法较之其他方法易发火；长工作面比短工作面更容易发火。结合贵公司煤矿情况，上述因素都是存在的，防治煤炭自然发火任务十分艰巨。贵公司煤矿产量这么大，正在开采的工作面，一旦发生自然发火，进行停产灭火，少则也得一两个月，必将带来巨大的经济损失，尤其是产生的有害气体极易造成人员伤亡，带来的影响更为严重，必须高度重视日常防灭火措施落实，舍得投入，把有关措施落实纳入安全生产的重大内容之一。从我们区外分析，认为贵公司煤矿当前直接影响自然发火的

3、危险源因素主要有以下几点： 1目前多数矿井开采的煤层都属于自然发火煤层，有的发火期为几个月，有的最短仅为一个月，这是自然发火改变不了的客观因素。2由于采取长工作面、长走向、高采高、无煤柱开采、综采放顶煤工艺等，必然易造成两巷、两线和采空区遗留煤、浮煤难以控制，这是自然发火已形成的一个主管客观因素，也不好改变。3. 矿井煤层距地表普遍比较浅，采空区未实行充填，时间长了采空区顶板必然会出现大跨度、高冒落现象，由此必然会造成地面由过去的缓慢沉降变为较大的瞬间断裂、开缝，从而使老采空区甚至新采空区直接和地面构通，形成漏风，有漏风就有氧供给，有氧不断供给就很难控制遗留煤不自燃发火。 4.双巷通风系统联络

4、巷多、两巷尾端和停采线用于工作面搬家开口处闭墙多，如封堵质量保证不了，都极易造成均压失衡、漏风等现象发生。5工作面后方采空区的氧化带破碎遗煤随着工作面的推进逐步进入窒息带，这期间如出现开采推进速度缓慢、停采撤出设备时间过长都易引起采空区氧化带或工作面超过发火期，导致部分遗煤自燃。6、有没有瓦斯爆炸问题、煤尘爆炸问题以及其他气体爆炸问题，我们不掌握资料，有这个特性，控制火的问题就更其重要。（二）重点管理、治理事项的建议 上述分析的所有隐患，建议都应采取相应的措施，并且措施必须和生产同步或超前落实，有些设计不能从源头就留下隐患，必须立足于以防为主。针对当前存在自然发火危险源，建议应重点抓好以下管理

5、和治理：（1）强化已发火区的管理和治理，有火就是事故源，严防次生事故，及早将火点治理掉。据分析，所属煤矿为无煤柱开采，加之矿压作用、联络巷密封不严、均压失衡等问题，相连采空区沟通问题较严重。一旦一处着点，对周围都会造成威胁。同时要分析到，上部煤层采空区火区不灭或得到控制，极易会对下部煤层采空区引起次生危害。因此，对采空区的防治火要引起高度重视，（2）严防临近采空区自然发火致使有害气体波及现采综放工作面通风系统或邻近行人巷道，而引发事故。正在开采的综放或综采工作面，有大量人员工作，临近采空区有自然发火，将会带来直接威胁，因此，必须严防临近采空区有火点而导致的一氧化碳通过邻接闭墙渗透到正在开采的综

6、放工作面回风系统。（3）严防综放工作面在推进过程中采空区氧化带自然发火煤层自燃发火一般多发生在采空区氧化带底部。采用放顶煤开采工艺，采空区立体空间一般都很大，从自燃发火角度看，通常划分为三代，即非自燃带、自燃带、窒息带。大约距工作面煤壁20多米至60多米处为自燃带（各矿不同），是易发火的区域。氧化自燃带立体空间很大，该空间内漏风流速非常缓慢，一般为0.2mmin以下，处于漏风流中的各种气体一般按其密度大小处于层流状态，密度大的处于下部，密度小的在上部，中等密度的置于中部，形成立体空间三带。氧的密度为1.43kgm3，密度较大，处在下部较多，遗煤也主要在下部，下部热量又不易散发。这就形成自燃的基

7、本条件。只要有煤有氧存在，不论氧浓度大小，煤氧相互作用都存在，氧化就存在放热效应，温度越高，氧化越快，往往经历三个阶段:升温氧化阶段(110-130)，加速升温阶段(140-190)，急速升温阶段(200以上)。氧化和温度互相促进，不可避免地会不断释放出热量和有毒有害气体，放出的热量又加快煤氧相互作用，放出更多的热量，达到临界火温度后形成自燃发火。 （三）重点采取的防治自然发火技术措施建议从理念上讲，煤矿井下防灭火包括防治自然发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

8、，没有氧气，氧化反应就无法进行。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灭火目的。能够将煤氧化浓度和生热温度同时控制住，就是更有效地控制住自然发火办法。这也是采取防灭火措施应考虑的基本理念。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，无论哪种技术，核心都是在控制遗留煤、浮煤的氧化和降温从而控制氧化速度上采取措施。按照以上理论，我们建议应切实落实好以下技术目标：1、解决好采空区堵漏和均压问题，地面要及时回填堵

9、裂，井下联络巷要封实，所有闭墙要确保质量不漏风，平时要确保采空区的氧浓度控制在8%以下，使采空区经常处于缺氧惰化状态。2、确保综放或综采工作面正常的正常推进速度，推进速度必须确保氧化带在达到发火期之前及时推到窒息带，以控制住氧化带遗煤自燃。3、综放或综采工作面推进速度出现非正常情况，难以保障氧化带在发火期之前推到窒息带，必须实施针对性措施，有效控制氧化带遗煤氧化浓度和温度，抑制氧化带遗留煤发火期，保障推进异常期间，氧化带煤不会自然发火。实现上述目标，应坚持综合防灭火措施，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。目前贵公司煤矿防治自然发火主要有

10、向采空区注浆、注凝胶、注氮气、注三相泡沫、对工作面上下隅角打墙喷洒防灭火材料艾格劳尼、工作面实施洒灭火剂、埋管注MEA防灭火材料、建立均压束管监测、加快工作面推进速度等。应该肯定，上述各项措施在一定条件下，都是有一定成效的。但是必须认识到有很多技术实施受条件限制较多。如采取黄泥、凝胶隔绝法，这要有地质条件保障，工作面倾角不宜过大或过小，还有对于发火期短，遇到工作面推进速度难以正常保障，以及工作面长，支架数量多，工作面停采搬家时间长等情况，很难解决与发火期短的矛盾问题，因此原因控制自然发火难度很大。这也是当前全国煤矿普遍存在的技术难题。根据对各种主要防灭火技术的分析比较，我们极力推荐，贵公司可坚

11、定不移地采用液态二氧化碳防灭火技术解决自然发火问题。这不仅因为贵公司具有较便利液态二氧化碳资源，实施成本较低，更主要是液态二氧化碳防灭火具有同时控制温度和氧浓度两个因素的效果，并有利于促使有关企业积极回收向大气扩散的CO2变害为利、控制环保，因此较其它防灭火技术更具有相对发展优势。为什么推荐该技术，谈以下看法：目前有很多企业都积极选择采用惰气覆盖，通过惰化氧，控制氧化带或采空区煤氧化速度，这种做法不受地质条件限制，采用的比较广泛。但是选择何种惰气更好，实践越来越表明，二氧化碳特别是液态二氧化碳防灭火技术较氮气更有其技术优势。多年来，煤矿防灭火采用惰气技术，主要是以氮气为主。不能否认氮气防灭火发

12、挥了很大作用，但也发现，虽有其防灭火优点，也存在一定不足之处。比如，由于氮气比空气轻，对于中上部高温点或火点控制效果好，而对于底部高温点或火点控制效果就差。这是因为N2密度1.25kgm3，小于O2，所以注入的N2和漏风流所含的N2一般占据中部以上，漏风流中的O2一般占据氧化自燃带的底部空间，虽然在注入N2的惰化作用下O2 浓度有所降低，但是还能够继续给氧化反应提供氧气，使氧化反应持续下去。但是，在注入二氧化碳或液态二氧化碳的条件下，氧化自燃带立体空间情况则完全不同，被气化的二氧化碳以质量大的优势优先占据底部，并完全覆盖底部易自燃的浮煤，起到煤与氧气的隔离作用，进而阻止氧化反应。特别是采用液态

13、二氧化碳，在气化过程中大量吸热，不仅起到阻止氧化反应的作用，还起到降温作用。从惰化性能等方面CO2较N2优越性具体表现如下几点： 吸附性对比煤可视为吸附剂，而二氧化碳、氮气视为吸附质。在煤对惰性气体的吸附过程中，将吸附热转移给惰性气体，从而遏止了燃烧的链锁反应，同时提高了惰性气体的惰化效果和阻燃、阻爆效果。实验结果表明，煤对二氧化碳的吸附量为48kg ，而煤对氮气的吸附量仅为8Lkg，前者是后者的6倍，由此看出，二氧化碳的惰化阻燃效果特别明显。火区惰化覆盖率对比 以放顶煤综采面氧化自然带为例，其立体空间体积都很大，但要求火区空间内惰气浓度均匀分布，才能取得最佳的惰化阻燃效果。氮气的相对密度为0

14、.98 ，由于比空气轻，注入于火区内的氮气容易向火区顶部放顶煤裂隙带扩散，致使火区惰化覆盖率较差，进而影响氮气的惰化防火效果；而二氧化碳的相对密度为1.53 ，重于空气，由于火灾的重点防范区域位于放顶煤采场氧化自然带底部，因而容易被二氧化碳惰化带所覆盖，而且其覆盖率很高，对氧化自然带防火特别奏效。氧含量对比目前，便于在井下使用的制氮机有DM系列膜式制氮装置和变压吸附（PSA）装置两种。无论采用膜分离还是吸附分离技术，不可能将氧气全部分离出去，少量的氧气必然会掺入到氮气里，这是无可置疑的。据DM系列膜式制氮机产品说明书记载，氮气浓度为9599% ，其浓度取决于产气量，产气越大，其浓度就越低；反之

15、，就越高。据测定，目前国内膜式制氮机和变压吸附式制氮机产气量中所含的最大氧量为3%左右，这对氧化自然带防火十分不利。据调查，产自化工厂副厂品液态二氧化碳中所含的氧浓度几乎为0 %，这对氧化自然带惰化防火却十分有利。阻燃、阻爆临界氧浓度对比 在以氮气惰化的条件下，火区内明火被熄灭的临界氧浓度为9.5% ，与失爆点相应的阻爆临界浓度为11.5% ；而在以二氧化碳惰化的条件下，明火被熄灭的临界氧浓度为12.0% ，与失爆点相应的阻爆临界氧浓度为14.6% 。从上列数据看出，二氧化碳与氮气的阻燃、阻爆临界氧浓度均相差2个百分点以上，二氧化碳的惰化效果显然优于氮气。另外，液态二氧化碳冷却降温明显。如直接

16、喷注液态二氧化碳时，可使高温点或火点明显降温，加速熄灭火源。液态二氧化碳喷入火区空间会瞬间气化，体积将膨胀640倍左右，需要吸收大量热，温度急剧下降，在有限空间内，最低可降到-78.5。据有关文献记载，1KG液态二氧化碳蒸发气化需要吸热量为332KJ/kg 。加之煤对 二氧化碳极易吸附特点，在吸附过程中将吸附热转移给二氧化碳气体，从而会遏止燃烧的链锁反应。同时扩散采空区内的二氧化碳气体也会吸收氧化反应过程中所产生的热量，降低周围介质的温度，以减缓煤的升温速度，促使煤的氧化反应由于聚热条件的破坏而延缓或终止。二、我公司可提供液态CO2防灭火技术工程服务能力状况介绍采用液态二氧化碳防治自然发火是一

17、个好技术，但因属于高压低温资源，实施过程中，必须有相应的装备手段、专家队伍、操作队伍予以保障。面对贵公司大面积自然发火威胁严重问题，如选择采用该技术，我公司有能力承担此任。1、我公司具有一支从事研究和比较熟悉液态二氧化碳防灭火技术的专家团队：成员有院校教授，有研究单位退休研究员，也有政府退休有关安全技术退休干部。2、我公司具有集设计、制造、销售、现场服务为一体的液态二氧化碳防灭火装备系统服务机制；3、我公司在液态二氧化碳防灭火装备系统技术和质量方面是经专家认定处于国内领先地位，这方面的技术和装备比较完善配套，适合煤矿各种现场条件下防灭火，包括井上靠钻孔进行，引管道从井口下去进行、直接在井下进行

18、。装备系统已取得技术专利防灭火系统专利号：ZL201120028916.X系统装备型号：MKD-LZ-3000C。目前我公司可生产制造的液态二氧化碳防灭火的装备系统有两种类型：一种是矿用液态二氧化碳防灭火装备系统（分井上液转气装置系统、井下直注装置系统、井上井下兼用组合式装备系统）；一种是矿用惰液惰气防灭火装备系统，该系统可以用液态二氧化碳也可以用液氮防灭火，该系统亦有三种系统组成（井上液转气装置系统、井下直注装置系统、井上井下兼用组合式装备系统），使用范围比较宽。 4、我公司采用液态二氧化碳防灭火装备系统已成功处理四起煤矿火灾事故，效果非常显著，不仅用于灭火毋庸置疑，而且用于边生产边防治自然发火。 二、 我们的整体服务思路如果同意我们承担贵公司的液态CO2矿井防灭火技术工程服务服务我们的工作思路是：1、在体制上希望能够间接归贵公司通风主管部门直接管理，起到一个下属的工程服务部门作用，可参与通风部信息检测、安全评价、日常管理分析等； 2、主要任务是受任具体液态二氧化碳液态CO2矿井防灭火技术工程项目，需要投入专家投入专家、需要投入队伍操作投入队伍操作，因为实施每个项目是和矿上打交道，需要公司通风部应给予协调配合，使矿上能够密切配合。如果安排实施其他防灭火任务，只要力所能及，也将尽