煤矿采空区干冰防灭火技术机理

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煤矿采空区干冰防灭火技术机理

随着采空区遗煤温度升高,产生的CO与CH4等可燃可爆气体混合,会降低其爆炸浓度下限;在供氧充足的情况下易引发爆炸,严重威胁矿井生产安全。因此,急需控制火灾的进一步发展。但依据目前的技术能力还很难精确的判断采空区火源位置及范围。对高温点位置不确定但具备相关条件的情况,可采取施工钻孔注入液态惰化气体,并利用其吸热降温、高扩散性、抑爆阻燃等性能进行灭火。但是,采用液态惰化气体直注防灭火技术需要施工多个钻孔,耗时较长,无法及时将火灾消除于萌芽初期。

干冰灭火技术机理

1)冷却降温作用。在常温常压下,干冰通过吸收周围的热量直接升华;1kg干冰升华成气态CO2时,至少需要吸收573.6kJ的热量,其体积会增大约为原来的750倍。堆置在采空区进风侧的干冰将迅速气化,吸收流动空气中大量的热,同时气态CO2向采空区深部运移过程中也会吸热,降低采空区遗煤温度,促使煤的氧化反应因燃烧条件的破坏而终止。

2)窒息效果好。干冰升华成气态CO2后进入采空区深部,可快速降低高温点范围内的原有氧气的浓度,促使煤的氧化反应因持续供氧条件的破坏而终止。

3)抑爆阻燃性强。相对于N2来说,CO2抑爆的临界氧气浓度(14.6%)要高,且火区熄灭的临界氧气浓度(11.5%)也要高。这表明CO2的抑爆、阻燃性能明显优于N2。气态CO2进入采空区高温点后,不但会不断降低可燃可爆气体和氧气浓度的同时,还不断增加该空间内混合气体的惰性,从而使采空区气体失去可爆性、可燃性。

4)成本低廉,易于操作。与CO2直注技术相比,无需配套钻机、注液系统,成本较低。同时,干冰具有运输方便安全,工艺简单,成本低廉等优点。

对于已经发生煤炭自燃的采空区,可以采用徐州吉安研发的普瑞特防灭火技术,该技术集凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂的防灭火优点于一体,特别是继承了泡沫的扩散性能和凝胶良好的固水特性。一方面,水浆生成泡沫之后,缓慢形成凝胶,能把大量的水固结在凝胶体内,避免了浆液中大量水流失或者溃浆的缺点,大幅度提高了浆水在采空区里的滞留率;另一方面,形成的凝胶能以泡沫为载体对采空区的高、中、低位火源或浮煤大范围全方位的覆盖,且能固结90%以上水分并形成凝胶层,防火时能持久保持煤体湿润并隔绝氧气,灭火时能长久地吸热降温,防止火区复燃。