關于采用液態(tài)CO2實施礦井防滅火工程服務能力的介紹

1、關于采用液態(tài)CO2實施礦井防滅火工程服務能力狀況的介紹 （遼陽正陽機械制造有限公司） 得悉神東煤炭集團公司所屬煤礦，正在積極尋求有效控制自然發(fā)火的技術、手段以及相應服務隊伍，以保障煤炭生產(chǎn)高效穩(wěn)定安全健康發(fā)展，我公司十分愿意參與相關服務選擇，渴望能夠盡一臂之力，為你公司所屬煤礦實施防滅火安全工程做出貢獻。為了便于擇優(yōu)選擇，下面交流一下我們對防治自然發(fā)火技術的一些理念上淺顯看法及我公司可提供的相關服務能力情況，以供參考。 一、 對貴公司煤礦當前存在的自然發(fā)火主要危險源分析看法及應著力采取的防治自然發(fā)火技術措施建議（一）主要危險源分析看法影響煤礦自然發(fā)火因素，按全國煤礦一般常規(guī)分析有煤層自身存在自

2、然發(fā)火傾向性因素，還有開采方式、通風供氧因素、浮煤厚度及聚熱環(huán)境等外部因素。從發(fā)火的難易的觀點分析，厚煤層較之其他煤層易發(fā)火；分層開采的下分層較上分層易發(fā)火；放頂煤開采方法較之其他方法易發(fā)火；長工作面比短工作面更容易發(fā)火。結合貴公司煤礦情況，上述因素都是存在的，防治煤炭自然發(fā)火任務十分艱巨。貴公司煤礦產(chǎn)量這么大，正在開采的工作面，一旦發(fā)生自然發(fā)火，進行停產(chǎn)滅火，少則也得一兩個月，必將帶來巨大的經(jīng)濟損失，尤其是產(chǎn)生的有害氣體極易造成人員傷亡，帶來的影響更為嚴重，必須高度重視日常防滅火措施落實，舍得投入，把有關措施落實納入安全生產(chǎn)的重大內容之一。從我們區(qū)外分析，認為貴公司煤礦當前直接影響自然發(fā)火的

3、危險源因素主要有以下幾點： 1目前多數(shù)礦井開采的煤層都屬于自然發(fā)火煤層，有的發(fā)火期為幾個月，有的最短僅為一個月，這是自然發(fā)火改變不了的客觀因素。2由于采取長工作面、長走向、高采高、無煤柱開采、綜采放頂煤工藝等，必然易造成兩巷、兩線和采空區(qū)遺留煤、浮煤難以控制，這是自然發(fā)火已形成的一個主管客觀因素，也不好改變。3. 礦井煤層距地表普遍比較淺，采空區(qū)未實行充填，時間長了采空區(qū)頂板必然會出現(xiàn)大跨度、高冒落現(xiàn)象，由此必然會造成地面由過去的緩慢沉降變?yōu)檩^大的瞬間斷裂、開縫，從而使老采空區(qū)甚至新采空區(qū)直接和地面構通，形成漏風，有漏風就有氧供給，有氧不斷供給就很難控制遺留煤不自燃發(fā)火。 4.雙巷通風系統(tǒng)聯(lián)絡

4、巷多、兩巷尾端和停采線用于工作面搬家開口處閉墻多，如封堵質量保證不了，都極易造成均壓失衡、漏風等現(xiàn)象發(fā)生。5工作面后方采空區(qū)的氧化帶破碎遺煤隨著工作面的推進逐步進入窒息帶，這期間如出現(xiàn)開采推進速度緩慢、停采撤出設備時間過長都易引起采空區(qū)氧化帶或工作面超過發(fā)火期，導致部分遺煤自燃。6、有沒有瓦斯爆炸問題、煤塵爆炸問題以及其他氣體爆炸問題，我們不掌握資料，有這個特性，控制火的問題就更其重要。（二）重點管理、治理事項的建議 上述分析的所有隱患，建議都應采取相應的措施，并且措施必須和生產(chǎn)同步或超前落實，有些設計不能從源頭就留下隱患，必須立足于以防為主。針對當前存在自然發(fā)火危險源，建議應重點抓好以下管理

5、和治理：（1）強化已發(fā)火區(qū)的管理和治理，有火就是事故源，嚴防次生事故，及早將火點治理掉。據(jù)分析，所屬煤礦為無煤柱開采，加之礦壓作用、聯(lián)絡巷密封不嚴、均壓失衡等問題，相連采空區(qū)溝通問題較嚴重。一旦一處著點，對周圍都會造成威脅。同時要分析到，上部煤層采空區(qū)火區(qū)不滅或得到控制，極易會對下部煤層采空區(qū)引起次生危害。因此，對采空區(qū)的防治火要引起高度重視，（2）嚴防臨近采空區(qū)自然發(fā)火致使有害氣體波及現(xiàn)采綜放工作面通風系統(tǒng)或鄰近行人巷道，而引發(fā)事故。正在開采的綜放或綜采工作面，有大量人員工作，臨近采空區(qū)有自然發(fā)火，將會帶來直接威脅，因此，必須嚴防臨近采空區(qū)有火點而導致的一氧化碳通過鄰接閉墻滲透到正在開采的綜

6、放工作面回風系統(tǒng)。（3）嚴防綜放工作面在推進過程中采空區(qū)氧化帶自然發(fā)火煤層自燃發(fā)火一般多發(fā)生在采空區(qū)氧化帶底部。采用放頂煤開采工藝，采空區(qū)立體空間一般都很大，從自燃發(fā)火角度看，通常劃分為三代，即非自燃帶、自燃帶、窒息帶。大約距工作面煤壁20多米至60多米處為自燃帶（各礦不同），是易發(fā)火的區(qū)域。氧化自燃帶立體空間很大，該空間內漏風流速非常緩慢，一般為0.2mmin以下，處于漏風流中的各種氣體一般按其密度大小處于層流狀態(tài)，密度大的處于下部，密度小的在上部，中等密度的置于中部，形成立體空間三帶。氧的密度為1.43kgm3，密度較大，處在下部較多，遺煤也主要在下部，下部熱量又不易散發(fā)。這就形成自燃的基

7、本條件。只要有煤有氧存在，不論氧濃度大小，煤氧相互作用都存在，氧化就存在放熱效應，溫度越高，氧化越快，往往經(jīng)歷三個階段:升溫氧化階段(110-130)，加速升溫階段(140-190)，急速升溫階段(200以上)。氧化和溫度互相促進，不可避免地會不斷釋放出熱量和有毒有害氣體，放出的熱量又加快煤氧相互作用，放出更多的熱量，達到臨界火溫度后形成自燃發(fā)火。 （三）重點采取的防治自然發(fā)火技術措施建議從理念上講，煤礦井下防滅火包括防治自然發(fā)火離不開控制三要素:可燃物的存在、熱源（溫度）、具有一定濃度氧的空氣供給。按照煤的自然發(fā)火的規(guī)律，其發(fā)火的起因實質是是煤與氧的氧化反應過程結果，氧氣是氧化反應的必要條件

8、，沒有氧氣，氧化反應就無法進行。試驗結果證明，氧濃度低于8%時失燃,低于3%時，氧化反應徹底被中止，燃燒現(xiàn)象不能持續(xù)進行。同時，要認識到，能控制溫度，也可控制氧化速度，從而控制煤的自燃發(fā)生。這說明，只要能夠控制住至少其中一個因素就會實現(xiàn)防滅火目的。能夠將煤氧化濃度和生熱溫度同時控制住，就是更有效地控制住自然發(fā)火辦法。這也是采取防滅火措施應考慮的基本理念。按照這個理念，國內外已研究探索形成了一系列成熟的煤礦礦井防滅火技術，無論哪種技術，核心都是在控制遺留煤、浮煤的氧化和降溫從而控制氧化速度上采取措施。按照以上理論，我們建議應切實落實好以下技術目標：1、解決好采空區(qū)堵漏和均壓問題，地面要及時回填堵

9、裂，井下聯(lián)絡巷要封實，所有閉墻要確保質量不漏風，平時要確保采空區(qū)的氧濃度控制在8%以下，使采空區(qū)經(jīng)常處于缺氧惰化狀態(tài)。2、確保綜放或綜采工作面正常的正常推進速度，推進速度必須確保氧化帶在達到發(fā)火期之前及時推到窒息帶，以控制住氧化帶遺煤自燃。3、綜放或綜采工作面推進速度出現(xiàn)非正常情況，難以保障氧化帶在發(fā)火期之前推到窒息帶，必須實施針對性措施，有效控制氧化帶遺煤氧化濃度和溫度，抑制氧化帶遺留煤發(fā)火期，保障推進異常期間，氧化帶煤不會自然發(fā)火。實現(xiàn)上述目標，應堅持綜合防滅火措施，包括火災氣體的監(jiān)測監(jiān)控、高溫點、火點的探測確定；打鉆、注膠、注沙、堵漏；均壓；惰化防滅火等。目前貴公司煤礦防治自然發(fā)火主要有

10、向采空區(qū)注漿、注凝膠、注氮氣、注三相泡沫、對工作面上下隅角打墻噴灑防滅火材料艾格勞尼、工作面實施灑滅火劑、埋管注MEA防滅火材料、建立均壓束管監(jiān)測、加快工作面推進速度等。應該肯定，上述各項措施在一定條件下，都是有一定成效的。但是必須認識到有很多技術實施受條件限制較多。如采取黃泥、凝膠隔絕法，這要有地質條件保障，工作面傾角不宜過大或過小，還有對于發(fā)火期短，遇到工作面推進速度難以正常保障，以及工作面長，支架數(shù)量多，工作面停采搬家時間長等情況，很難解決與發(fā)火期短的矛盾問題，因此原因控制自然發(fā)火難度很大。這也是當前全國煤礦普遍存在的技術難題。根據(jù)對各種主要防滅火技術的分析比較，我們極力推薦，貴公司可堅

11、定不移地采用液態(tài)二氧化碳防滅火技術解決自然發(fā)火問題。這不僅因為貴公司具有較便利液態(tài)二氧化碳資源，實施成本較低，更主要是液態(tài)二氧化碳防滅火具有同時控制溫度和氧濃度兩個因素的效果，并有利于促使有關企業(yè)積極回收向大氣擴散的CO2變害為利、控制環(huán)保，因此較其它防滅火技術更具有相對發(fā)展優(yōu)勢。為什么推薦該技術，談以下看法：目前有很多企業(yè)都積極選擇采用惰氣覆蓋，通過惰化氧，控制氧化帶或采空區(qū)煤氧化速度，這種做法不受地質條件限制，采用的比較廣泛。但是選擇何種惰氣更好，實踐越來越表明，二氧化碳特別是液態(tài)二氧化碳防滅火技術較氮氣更有其技術優(yōu)勢。多年來，煤礦防滅火采用惰氣技術，主要是以氮氣為主。不能否認氮氣防滅火發(fā)

12、揮了很大作用，但也發(fā)現(xiàn)，雖有其防滅火優(yōu)點，也存在一定不足之處。比如，由于氮氣比空氣輕，對于中上部高溫點或火點控制效果好，而對于底部高溫點或火點控制效果就差。這是因為N2密度1.25kgm3，小于O2，所以注入的N2和漏風流所含的N2一般占據(jù)中部以上，漏風流中的O2一般占據(jù)氧化自燃帶的底部空間，雖然在注入N2的惰化作用下O2 濃度有所降低，但是還能夠繼續(xù)給氧化反應提供氧氣，使氧化反應持續(xù)下去。但是，在注入二氧化碳或液態(tài)二氧化碳的條件下，氧化自燃帶立體空間情況則完全不同，被氣化的二氧化碳以質量大的優(yōu)勢優(yōu)先占據(jù)底部，并完全覆蓋底部易自燃的浮煤，起到煤與氧氣的隔離作用，進而阻止氧化反應。特別是采用液態(tài)

13、二氧化碳，在氣化過程中大量吸熱，不僅起到阻止氧化反應的作用，還起到降溫作用。從惰化性能等方面CO2較N2優(yōu)越性具體表現(xiàn)如下幾點： 吸附性對比煤可視為吸附劑，而二氧化碳、氮氣視為吸附質。在煤對惰性氣體的吸附過程中，將吸附熱轉移給惰性氣體，從而遏止了燃燒的鏈鎖反應，同時提高了惰性氣體的惰化效果和阻燃、阻爆效果。實驗結果表明，煤對二氧化碳的吸附量為48kg ，而煤對氮氣的吸附量僅為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別明顯?；饏^(qū)惰化覆蓋率對比 以放頂煤綜采面氧化自然帶為例，其立體空間體積都很大，但要求火區(qū)空間內惰氣濃度均勻分布，才能取得最佳的惰化阻燃效果。氮氣的相對密度為0

14、.98 ，由于比空氣輕，注入于火區(qū)內的氮氣容易向火區(qū)頂部放頂煤裂隙帶擴散，致使火區(qū)惰化覆蓋率較差，進而影響氮氣的惰化防火效果；而二氧化碳的相對密度為1.53 ，重于空氣，由于火災的重點防范區(qū)域位于放頂煤采場氧化自然帶底部，因而容易被二氧化碳惰化帶所覆蓋，而且其覆蓋率很高，對氧化自然帶防火特別奏效。氧含量對比目前，便于在井下使用的制氮機有DM系列膜式制氮裝置和變壓吸附（PSA）裝置兩種。無論采用膜分離還是吸附分離技術，不可能將氧氣全部分離出去，少量的氧氣必然會摻入到氮氣里，這是無可置疑的。據(jù)DM系列膜式制氮機產(chǎn)品說明書記載，氮氣濃度為9599% ，其濃度取決于產(chǎn)氣量，產(chǎn)氣越大，其濃度就越低；反之

15、，就越高。據(jù)測定，目前國內膜式制氮機和變壓吸附式制氮機產(chǎn)氣量中所含的最大氧量為3%左右，這對氧化自然帶防火十分不利。據(jù)調查，產(chǎn)自化工廠副廠品液態(tài)二氧化碳中所含的氧濃度幾乎為0 %，這對氧化自然帶惰化防火卻十分有利。阻燃、阻爆臨界氧濃度對比 在以氮氣惰化的條件下，火區(qū)內明火被熄滅的臨界氧濃度為9.5% ，與失爆點相應的阻爆臨界濃度為11.5% ；而在以二氧化碳惰化的條件下，明火被熄滅的臨界氧濃度為12.0% ，與失爆點相應的阻爆臨界氧濃度為14.6% 。從上列數(shù)據(jù)看出，二氧化碳與氮氣的阻燃、阻爆臨界氧濃度均相差2個百分點以上，二氧化碳的惰化效果顯然優(yōu)于氮氣。另外，液態(tài)二氧化碳冷卻降溫明顯。如直接

16、噴注液態(tài)二氧化碳時，可使高溫點或火點明顯降溫，加速熄滅火源。液態(tài)二氧化碳噴入火區(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，在有限空間內，最低可降到-78.5。據(jù)有關文獻記載，1KG液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)氣化需要吸熱量為332KJ/kg 。加之煤對 二氧化碳極易吸附特點，在吸附過程中將吸附熱轉移給二氧化碳氣體，從而會遏止燃燒的鏈鎖反應。同時擴散采空區(qū)內的二氧化碳氣體也會吸收氧化反應過程中所產(chǎn)生的熱量，降低周圍介質的溫度，以減緩煤的升溫速度，促使煤的氧化反應由于聚熱條件的破壞而延緩或終止。二、我公司可提供液態(tài)CO2防滅火技術工程服務能力狀況介紹采用液態(tài)二氧化碳防治自然發(fā)火是一

17、個好技術，但因屬于高壓低溫資源，實施過程中，必須有相應的裝備手段、專家隊伍、操作隊伍予以保障。面對貴公司大面積自然發(fā)火威脅嚴重問題，如選擇采用該技術，我公司有能力承擔此任。1、我公司具有一支從事研究和比較熟悉液態(tài)二氧化碳防滅火技術的專家團隊：成員有院校教授，有研究單位退休研究員，也有政府退休有關安全技術退休干部。2、我公司具有集設計、制造、銷售、現(xiàn)場服務為一體的液態(tài)二氧化碳防滅火裝備系統(tǒng)服務機制；3、我公司在液態(tài)二氧化碳防滅火裝備系統(tǒng)技術和質量方面是經(jīng)專家認定處于國內領先地位，這方面的技術和裝備比較完善配套，適合煤礦各種現(xiàn)場條件下防滅火，包括井上靠鉆孔進行，引管道從井口下去進行、直接在井下進行

18、。裝備系統(tǒng)已取得技術專利防滅火系統(tǒng)專利號：ZL201120028916.X系統(tǒng)裝備型號：MKD-LZ-3000C。目前我公司可生產(chǎn)制造的液態(tài)二氧化碳防滅火的裝備系統(tǒng)有兩種類型：一種是礦用液態(tài)二氧化碳防滅火裝備系統(tǒng)（分井上液轉氣裝置系統(tǒng)、井下直注裝置系統(tǒng)、井上井下兼用組合式裝備系統(tǒng)）；一種是礦用惰液惰氣防滅火裝備系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用液態(tài)二氧化碳也可以用液氮防滅火，該系統(tǒng)亦有三種系統(tǒng)組成（井上液轉氣裝置系統(tǒng)、井下直注裝置系統(tǒng)、井上井下兼用組合式裝備系統(tǒng)），使用范圍比較寬。 4、我公司采用液態(tài)二氧化碳防滅火裝備系統(tǒng)已成功處理四起煤礦火災事故，效果非常顯著，不僅用于滅火毋庸置疑，而且用于邊生產(chǎn)邊防治自然發(fā)火。 二、 我們的整體服務思路如果同意我們承擔貴公司的液態(tài)CO2礦井防滅火技術工程服務服務我們的工作思路是：1、在體制上希望能夠間接歸貴公司通風主管部門直接管理，起到一個下屬的工程服務部門作用，可參與通風部信息檢測、安全評價、日常管理分析等； 2、主要任務是受任具體液態(tài)二氧化碳液態(tài)CO2礦井防滅火技術工程項目，需要投入專家投入專家、需要投入隊伍操作投入隊伍操作，因為實施每個項目是和礦上打交道，需要公司通風部應給予協(xié)調配合，使礦上能夠密切配合。如果安排實施其他防滅火任務，只要力所能及，也將盡