本站原创一、概况
下石节煤矿井田位于长庆油田边缘浸染带，属高瓦斯矿井。开采瓦斯油气共生的、易自燃厚煤层，煤尘具有爆炸性。主采煤层4—2＃为易自燃煤层，自然发火期3-6个月，最短28天。建矿至今，共发生矿井火灾60余起，矿井防灭火一直是制约矿井安全发展的重要因素之一。
矿井采用综采放顶煤采煤工艺，高抽巷治理瓦斯，采空区遗煤多，高抽巷抽放导致采空区漏风增大，漏风范围扩大，工作面防灭火难度增加。矿井现阶段回采工作面218工作面从2010年12月开始，由于高抽巷布置在煤层以上15米得粗砂岩中，围岩性质较为稳定，长时间未垮落，滞后距离较远，导致漏风带范围扩大，造成煤自燃标志性气体CO一直处于高位运行状态，但由于工作面的正常推进速度以及采取了综合防灭火措施，使工作面的CO基本处于高位稳定状态。
液态二氧化碳防灭火技术是一种新型高效适用的防灭火技术和手段。利用二氧化碳防治煤层自然发火，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，利用CO2的防灭火性能对火区进行降温和惰化。
二、综放面压注液态CO2实施防灭火方案
(一)液态CO2防灭火机理
1.窒息氧作用煤的自然发火是煤与氧的氧化反应过程。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。
向发火或具有高温火点的采空区内注入液态CO2立即会形成大量的高浓度CO2，会使采空区内原有O2浓度相对减小，并且由于CO2比空气密度大，重于空气，以及煤体对CO2具有较强吸附作用(吸附量为48L/kg，而煤对氮气的吸附量为8 L/kg，前者是后者的6倍，很容易替代O2而覆盖煤体燃烧点表面，减少煤体燃烧体表面O2浓度，使O2浓度低于自然发火的临界O2浓度，从而防止煤的氧化自燃，或使已形成的火灾因缺O2而窒息灭火。与此同时，大量的高浓度CO2的扩散会必然会提高采空区内气体静压，进而会降低采空区的漏风量，造成氧化自燃带供氧不足，进而阻止氧化反应的进程。
2.冷却降温作用
直接压注液态CO2时，可使火源明显降温，加速熄灭火源。液态CO2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，温度急剧下降到-78.5℃。1KG液态CO2蒸发气化需要吸收577.8×103焦耳／KG的热量。加之煤对 CO2极易吸附特点，从而会遏止燃烧的链锁反应。 同时扩散采空区内的CO2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，促使煤的氧化反应由于聚热条件的破坏而延缓或终止。
3. 惰化抑爆作用
气化后的CO2在冲淡可燃气与氧的含量过程中，使火区空间气体惰化程度不断增大。CO2 的惰化作用优于其他惰性气体。在以氮气注入的火区阻爆临界氧浓度为12%，火区内明火被熄灭的临界氧浓度为9.5%；而以CO2注入的火区阻爆临界氧浓度为14.6%，火区内明火被熄灭的临界氧浓度为11.5%。经两者比较，CO2惰气的阻燃、阻爆性能明显优于氮气，两者相差2个百分点以上。
(二)液态CO2防灭火参数计算
1．二氧化碳一次注入量确定确定注液态CO2量是根据防灭火区域的空间大小及燃烧程度。通过达到火区要控制的氧浓度（抑制瓦斯爆炸氧浓度、制止燃烧氧浓度）来计算需要注入的液态CO2量，或者使火区要达到的温度来计算需要注入的液态CO2量。
2．工作压力
液态CO2有其特殊的规律，在低于11公斤压力的状态下，就会大量气化，在气化过程中由于会大量吸热，会使管道出现结冰堵塞。因此，注入口的压力必须不低于11公斤压力。
(三)液态二氧化碳防灭火系统设备及系统主要参数
我矿液态二氧化碳设备位于二广场，距付斜井井口约100m，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、压力、温度）和输气管道等构成。输送管路利用注氮管路，利用阀门相互切换控制，主管路Ф150mm（3000米）经副斜井、208车场、暗皮带井、铺设Ф100mm支管路到218运顺、218灌浆巷。液态二氧化碳由附近的化工厂用地面液态CO2槽车运送至矿井，在地面将液态CO2直接汽化成CO2气体（或气液两相流），经管路输送到使用地点，选择适合的释放口位置释放。
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单台水式汽化器容积：3m3；
⑤水式汽化器最大耐压：2.5Mpa；
⑥储气罐最大耐压：1.2Mpa；
⑦单台储气罐出口流量：600～1500m3/h；
⑧储气罐出口温度：0～-30℃；
⑨输送距离：>5km；
(四)液态二氧化碳系统工作流程
系统工作流程如图1所示：从运送二氧化碳槽车上压出的液体经过压力调节、流量控制后进入汽化器，汽化器置入水箱内，水箱内的水由电加热，汽化器吸收热量以后，将其管内流动的液体变成气体，经过储气罐和流量、压力、温度源于：普通论文格式范文www.808so.com等控制装置通过注氮管路送到采空区。
地面
井下
图1.液态二氧化碳系统工艺流程图
(五)218工作面压注液态二氧化碳释放口的位置
工作面目前的三带划分如图2所示，释放口可以有以下三种选择：图2.采空区三带分布及CO2释放口位置示意图
1、将CO2释放口设置于218运顺前落山伸入采空区55m处。
2、将灌浆巷-3#注浆孔设置为CO2释放口，距采空区距离约为65m。
三、218综放面压注液态CO2防灭火效果分析
1、由于218综放面高抽巷布置在煤层以上15米的粗砂岩中，围岩性质较为稳定，老顶长时间未垮落，滞后采空区距离较远，造成漏风带半径加宽，导致高抽巷采样分析CO一直处于0.0080%的高位运行状态，为防止遗煤自燃发火，利用运顺注氮埋管及灌浆巷灌浆钻孔向218工作面采空区分段连续压注液态二氧化碳累计量139.68吨（约8.94万m3）。2、通过高抽巷及采空区束管连续采样气相色谱分析，压注液态二氧化碳后采空区CO含量下降明显：
通过采样化验数据对比可以看出，压注后采空区气体中一氧化碳含量由0.0085%下降到0.0050%，效果明显。
3、液态二氧化碳具有良好的降温效果，经过汽化器水浴加热气化后，气体二氧化碳的入口温度低于零下40℃，经过长距离管路输送，进入采空区前气体温度仍低于7℃。连续压注后，在工作面风量等其他条件未变化的情况下，工作面温度由原来的23℃下降到19℃，起到了良好的降温效果。
四、结论
1、液态二氧化碳防灭火技术是一项新型高效的防灭火技术和手段。适用范围广，气化后的CO2可充满任何形状的燃烧空间，因而便于煤矿采空区深部、高冒区等不便接近的地点进行灭火，液态二氧化碳具有良好的窒息氧、冷却降温及惰化抑爆作用，可以广泛应用于封闭火区及采空区火灾的防治。
2、采用液态二氧化碳防灭火技术时，要合理选择二氧化碳释放口。向火区注二氧化碳气体时，为减少耗二氧化碳气体量，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的位置。选择的原则是使二氧化碳气体在火区内用最短的路线到达火点，冲淡火区氧气的含量，对火区进行惰化降温。
3、压注液态二氧化碳用于处理回采工作面采空区自燃发火时，要认真封堵其可能的漏风点，通过施工钻孔向采空区注二氧化碳时，应注意观察采空区的二氧化碳的浓度及流向，工作面配风能够冲淡二氧化碳的浓度，防止二氧化碳浓度超限。
4、液态二氧化碳防灭火技术是一项可以广泛适用、新型高效、经济廉价的防灭火技术手段，今后将广泛应用于矿井防灭火工作中。
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