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2）液態(tài)CO2防滅火的機(jī)理及效果分析 CO2的物理性質(zhì) 1．CO2 常溫、常壓下是無色略帶酸味的窒息氣體。CO2 不可燃，正常情況下 也不助燃。 2．CO2 在大氣中的體積分?jǐn)?shù)僅為 0.037%。它在不同的壓力、溫度條件下有 三種形態(tài)，即在低溫加壓下（-20、2MPa）或高壓常溫（約8MPa、30）下氣 體可變?yōu)橐簯B(tài)，液體氣化過程中，當(dāng)溫度降到-78.5后將形成雪花狀的固態(tài)干 冰（固體碳酸）。 3．CO2 熔點(diǎn)為-56.6(0.52MPa)，臨界溫度為31.3汽油報(bào)警器，臨界壓力7.28 MPa， CO2 具有升華特性，升華點(diǎn)為-78.5(0.1 MPa)。 4．CO2 相對空氣密度為1.529，密度為1.976kg/m (0、0.1MPa)，液態(tài)CO2 的密度隨溫度的變化而變化較大，-20時(shí)，其密度是1.01kg/L，在溫度為15、 0.1 MPa 下，1t 液態(tài)CO2 體積膨脹約640 液態(tài)CO2防滅火機(jī)理分析 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(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果證明，氧濃度低于 8%時(shí)失燃,低于 3%時(shí)，氧化反應(yīng)徹底被中止可燃?xì)怏w檢測儀，燃燒現(xiàn)象不能持續(xù)進(jìn)行。

向發(fā)火或具有高溫火點(diǎn)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 比空氣密度大，重于空氣， 以及煤體對CO2 具有較強(qiáng)吸附作用（吸附量為48L/kg，而煤對氮?dú)獾奈搅繛? L/kg，前者是后者的6 倍）等特點(diǎn) ，很容易替代O2 而覆蓋煤體燃燒點(diǎn)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 O2 而窒息滅火。與此同時(shí)，大量的高濃度 CO2 的擴(kuò)散會必然會提高采空區(qū)內(nèi)氣體靜壓，進(jìn)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(jìn)而阻止氧化反應(yīng)的進(jìn)程。 2．冷卻降溫作用 煤的燃燒過程實(shí)際就是煤的氧化過程，其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(gè)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)。如直接噴注液態(tài)CO2 時(shí)，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 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 焦耳／KG的熱量。

加之煤對 CO2 極易吸附特點(diǎn)，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(shí)擴(kuò)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。 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?dú)庾⑷氲幕饏^(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 11.5%。經(jīng)兩者比較，CO2惰氣的阻燃、阻爆性能明顯優(yōu)于氮?dú)?，兩者相?研制液態(tài)CO2防滅火工藝系統(tǒng)裝備的實(shí)際意義 通過表1 對國內(nèi)外常規(guī)防滅火技術(shù)和材料的優(yōu)缺點(diǎn)比較，以及結(jié)合國內(nèi)個(gè)別 煤礦試驗(yàn)將液態(tài) CO2 用于煤礦礦井防滅火的應(yīng)用實(shí)踐，如兗州南屯礦 2003 年11 月曾利用在地面將液態(tài) CO2 氣化成氣態(tài) CO2 通過管路輸入井下火區(qū)實(shí)施滅火，取 得明顯滅火效果；鶴崗礦區(qū)在去年曾經(jīng)試驗(yàn)過將液態(tài)CO2 直接從地面利用通往井 下火區(qū)管道向火區(qū)灌注智慧二氧化碳，也取得滅火明顯效果。

我們總結(jié)分析，相比其它常規(guī)防 滅火技術(shù)，液態(tài)CO2 防滅火技術(shù)存在以下優(yōu)點(diǎn)： （1）液態(tài) CO2 灌注入火區(qū)空間會瞬間體積膨脹氣化，并吸收大量熱，使得 火區(qū)溫度和氧氣濃度降低加快，降溫效果明顯。 （2）適用范圍廣智慧二氧化碳，液態(tài) CO2 經(jīng)過吸收熱量氣化后，可充擴(kuò)散充滿任何形狀 的燃燒空間，因而便于對礦井采空區(qū)深部、高冒窩等人們不便接近的地點(diǎn)進(jìn)行滅 （3）液態(tài)CO2 灌注火區(qū)后，能有效降低煤氧復(fù)合速度，迅速抑制燃燒，更 有利于防止瓦斯、煤塵爆炸。 （4）負(fù)面損失少，不會損壞設(shè)備和井巷設(shè)施，因而滅火后恢復(fù)工作量少且 容易。 （5）輸送便利。 （6）滅火用材成本低于其他滅火成本。 通過對液態(tài) CO2 防滅火作用和機(jī)理研究，以及國內(nèi)外防滅火技術(shù)比較分析， 我們認(rèn)為利用液態(tài)CO2 防滅火技術(shù)思路是沒問題的，正好充分體現(xiàn)通過控制煤礦 礦井火災(zāi)三要素（可燃物的存在、熱源、具有一定濃度氧的空氣供給）之一的防 滅火理念智慧二氧化碳，而且利用其防滅火與其他防滅火技術(shù)方法比較具有速度快，操作簡單， 成本低，防滅火效果顯著可靠等特點(diǎn)，是一項(xiàng)先進(jìn)的防滅火技術(shù)，甚至可能將不 失為當(dāng)前煤礦井下防滅火最佳技術(shù)措施。但是要想將這項(xiàng)技術(shù)措施推開，必須解 決高壓低溫下防止管道爆裂及保障CO2 以液態(tài)形式注入火區(qū)等工藝安全問題，研 究開發(fā)出適宜于液態(tài) CO2 特性及煤礦井下特點(diǎn)的液態(tài) CO2 防滅火工藝系統(tǒng)裝備， 并制訂和落實(shí)相關(guān)安全保障措施。

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