液態二氧化碳在礦井防滅火中的應用

汪洋

摘 要：隨著新型技術的不斷發展，人們對于礦井工作的安全需求不斷提高，這就要求煤礦行業提升安全保護與危險防治能力，而在煤礦、礦井實踐工作中，火災是最為常見的一種災害，它帶來的威脅對于礦工人員來說是致命的，一旦礦井發生火災，礦井中的工作人員的生命安全與財產安全都會受到威脅，甚至造成人員傷亡等不可挽回的嚴重后果，因此煤礦行業一定要注意防治火災，保障礦工人員的生命安全。為了提升礦井防滅火的能力，本文就以礦井工作為客體，探討液態二氧化碳在礦井中防滅火的相關應用，以期為礦井的火災防治提供參考，保障礦工人員的生命安全。

關鍵詞：液態;二氧化碳;礦井;防滅火;應用

中圖分類號：TD752 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0171-02

1液態二氧化碳防滅火的性質與原理

1.1 二氧化碳的性質

二氧化碳化學性質上屬于高價氧化物，其物理性質是無色無味的氣體，密度大于空氣，其化學性質較為穩定，常溫下可以溶于水形成碳酸。在火災發生現場大量使用二氧化碳可以降低氧氣含量，阻斷易燃物的助燃劑，從而達到滅火的效果。而二氧化碳擁有易液化的性質，這個性質使得二氧化碳可以在高壓環境下被液化儲存在專門用于運輸的罐子內，而當液態化的二氧化碳被釋放出時，在高溫環境下會瞬間蒸發，從而吸取大量的熱量，達到降低燃燒物表面溫度的效果，以迅速完成高效滅火任務。二氧化碳的化學性質比較穩定，常溫狀態下不易發生化學反應，而正因為其屬于不可燃燒的氣體，也不助燃，因此常被用作于滅火劑成分當中，又因為其無味無毒，因此比較適合用于滅火工作，但是需要注意的是，二氧化碳在空氣中的含量不能過高，若超過了5%，則容易引起人類呼吸困難，對人類的生命健康造成損害，如果在滅火過程中含量沒有得到有效控制，再度提升的話，甚至可能引起致人死亡的嚴重后果，因此在使用二氧化碳進行滅火任務時，一定要注意其合理使用，控制其在空氣中的含量，或者及時佩戴并使用氧氣面罩，保證滅火工作的順利進行[1]。

1.2 液態二氧化碳的性質

液態二氧化碳本質上就是二氧化碳，化學性質都一樣，但是液態二氧化碳在物理使用方面擁有某些特性，其密度會根據環境溫度發生變化，在一個標準大氣壓、常溫條件下，1t液態二氧化碳可以膨脹至其自身體積的640倍，也正由于這一特性，液態二氧化碳常被用于煤礦行業的礦井火災防治工作當中。

1.3 液態二氧化碳防滅火的原理

液態二氧化碳之所以被廣泛運用于礦井火災防治工作中，除了上文提及的液態二氧化碳在常態環境條件下易于發生體積膨脹外，還有其他原因。首先，由于液態二氧化碳的物理性質，使其易于附著在煤炭物體的表面，而燃燒反應正是首先發生在煤炭物體表面的，因此會形成一層隔絕的二氧化碳膜，隔絕煤炭與空氣中氧氣的接觸，從而達到滅火的效果，另外，由于煤炭本身還擁有吸附氣體的性質，因此液態二氧化碳在高溫環境下瞬間蒸發為氣體后，會迅速被煤炭所吸取，覆蓋在煤炭表面，這一過程的發生十分迅速，可以高效隔絕氧氣，達到防治火災的良好效果。其次，前文已述，二氧化碳本身的化學性質并不活潑，屬于惰性氣體，其穩定性比較強，因此在被用于礦井火災現場時，不易發生化學變化，其化學性質不會改變，如此就可以長時間地發揮其滅火效用，提升滅火工作的效率，降低火災防治的成本等。另外，由于在火災防治過程中使用的是液態的二氧化碳，其遇高溫會發生蒸發的物理變化，而這個變化過程是吸熱的，而且液態二氧化碳相較于其他用于滅火的材料，其溫度更低，這就使得液態二氧化碳在高溫環境下可吸取的熱量更多，降低周邊環境溫度的速度更快，效果更好，而且，如果火場溫度長時間過高無法及時降下來，那么會使得其他滅火材料性質發生變化，影響滅火效果，而使用液態二氧化碳就不必擔心這個問題，因為其溫度低的物理性質，使得其在被投入使用時可以起到迅速降低火場溫度的效果，避免火災對礦井造成進一步的經濟損失，控制火情抑制火災。液態二氧化碳的滅火原理就是大量注入液態二氧化碳，使其在高溫環境下迅速吸收熱量，附著于煤礦表面，大量降低火場周圍空氣中氧氣的含量，使得火災現場的下部火源缺少氧氣而熄滅，上部火源由于液態二氧化碳的蒸發也因逐漸缺少氧氣而熄滅，以期實現滅火的效果。液態二氧化碳還可以加速火源的熄滅，防治火場爆炸物例如瓦斯氣體等存在爆炸隱患，保障礦工人員的生命安全。而在對于礦井中的采空區進行火災防治時，液態二氧化碳起到增多區域內氣體總含量的效果，從而降低區域內與區域外的壓力差，使得采空區的漏風狀況得到緩解，進而進一步形成正壓，防止外部新入空氣流入火災現場，隔絕新的氧氣進入，從而高效地達到防火、滅火的效果[2]。

2液態二氧化碳在礦井防滅火中的優點與缺點

2.1 液態二氧化碳防治火災的優點

液態二氧化碳用于煤礦行業的火災防治，擁有以下優點。首先，其滅火速度快，較為直接，因為液態二氧化碳吸附在煤炭表面，直接抑制了燃燒物與氧氣的進一步接觸，另外液態二氧化碳還擁有膨脹的特性，這一特性會阻絕外部新鮮空氣的進入，隔絕氧氣進入火場，液態二氧化碳還可以迅速降低火災現場溫度，這主要是因為其溫度較低，蒸發時可以大量吸熱所致的。其次，可以防止火災現場發生爆炸，因為液態二氧化碳的化學性質較為不活潑，屬于惰性氣體，因此在進行火災防治的過程中不會與其他物體發生化學反應，從而避免了火災現場例如瓦斯發生爆炸的風險。除此之外，液態二氧化碳滅火的成本較低，設備投入較為簡單，操作難度低，液態二氧化碳的制作成本、運輸成本、儲存成本都不高，且便于運輸，因此成本較低，也無需過于復雜的設備，只需液態二氧化碳的運輸罐與管道即可，其投入使用的操作也比較簡單，通常只需三個人員共同合作，便可達到高效使用液態二氧化碳滅火的效果。使用液態二氧化碳滅火還擁有恢復生產快的特點，因為液態二氧化碳屬于無毒的氣體，其附著在礦井內煤礦、設備等表面不會發生危險，沒有其他滅火材料的特殊化學性質，只需要滅火完成后對礦井進行通風即可迅速恢復生產，較為安全，且方便快捷，恢復生產速度快[3]。

2.2 液態二氧化碳防治火災的缺點

要想高效地應用液態二氧化碳于礦井防滅火工作中，就要不僅了解其特性與優點，還要明晰其缺點與不足，以期正確、高效地使用液態二氧化碳進行火情防治工作，以下是其缺點。首先，液態二氧化碳具有流失性質，這一性質導致了液態二氧化碳的儲存環境與使用環境必須嚴密，如果其儲存罐存在不夠嚴密的問題，那么由于其流失性，液態二氧化碳的含量會降低，其運用于滅火的實際效力也會大大降低。如果其在使用過程中，礦井的密封墻體嚴密程度不夠，也會導致液態二氧化碳的流失，二氧化碳會向其含量較低的地方擴散，擴散至沒有火災的地方，如此也會阻礙液態二氧化碳的滅火效力，降低其對于火災防治的速度與效果。

其次，液態二氧化碳的供給量不是很高。液態二氧化碳由氣態二氧化碳制成，而后者大多來源于化工廠制造的副產品，因此其供給量不是很高，需要合理使用。此外，二氧化碳會溶于水，產生碳酸，腐蝕產品。雖然二氧化碳的化學性質較為不活潑，其與水發生的化學反應速率也比較緩慢，但是長時間投入滅火使用后，二氧化碳還是會有部分溶于水形成碳酸，而碳酸屬于酸性，這會腐蝕礦井中的設備，造成一定的設備損壞，從而導致經濟損失[4]。

3液態二氧化碳在礦井防滅火中的應用設計

了解了液態二氧化碳在礦井中防治火災的原理與優點缺點后，我們可以對液態二氧化碳在礦井防滅火的實行進行應用設計。首先，要對防滅火的參數數據進行設計。液態二氧化碳在注入礦井時，所使用的注入管道系統壓力要進行調整，這個參數應該設計在約1.2MPa，以保證液態二氧化碳的順利注入，而管道的壓力承受能力要控制在不少于40kg/m3，以保證在向礦井大量注入液態二氧化碳時管道的正常使用，因此在對管道進行設計方案與建造時，要控制好這兩點相關參數，以保障液態二氧化碳可以高效運用于火災防治工作當中。管道在實際使用前，要先注入氮氣對其進行測試，通過安全測試的管道才正式投入礦井火災防治工作當中，以保障管道的強度與耐用性。其次，液態二氧化碳在進行注入時，要將所用管道深入至礦井的采空區中，并且對煤層的承載能力進行測試，保障其大于12MPa，這主要是由于液態二氧化碳在注入礦井時，管道中會同時存在氣態、液態兩種狀態的二氧化碳，而這會使得管道口噴發二氧化碳時發生二次汽化，因此要深入采空區，以防止管道發生斷裂等現象，以期保障管道中液態二氧化碳的順利注入。除此之外，在使用液態二氧化碳進行滅火時，還需要及時撤出礦井區域中的所有工作人員，并且通過相關儀器對礦井內的氣體成本與壓力進行分析，形成具體數據反饋到火災防治中心，以保障對礦井火災情況的掌握，及時調整液態二氧化碳的注入量，達到更好的防治效果。在進行注入的過程中，管道的連接泵也不能斷開，因為這關系到管道內的氣壓，如果氣壓不均會導致液態二氧化碳凝固為固體堵住管道，從而阻礙液態二氧化碳的順利注入，因此對于管道的連接泵也要進行實時監測，同時對于礦井內火場空氣成分與火場外空氣成本進行比較，分析火場內實時狀況，以做出正確決策。在注入液態二氧化碳的過程中，還要對其濃度進行實時檢測，可以使用檢測儀器、監測系統、人工采樣等方式對濃度進行控制，以其實時掌握火場內的具體情況與各項參數，對液態二氧化碳的濃度及時進行調整，達到最高效率的使用。對液態二氧化碳的使用設計還包括要在管道外側開設閥門，這一方案的目的主要是方便使用儀器進行火情觀測與數據收集，以及時獲取檢測結果。而對于煤礦行業本身，則要重視起防火、滅火的重要性，明晰火災對于礦井帶來的經濟損失與對礦工的生命安全威脅，建立起一個科學高效的防治火災體系，構建具有詳細量化考核標準的火災防控制度，對礦井工作進行安全考察，排查礦井火災隱患，學習液態二氧化碳在礦井滅火中的具體使用方法，以期保障礦井工作人員的生命安全與煤礦業的健康發展[5]。

4結語

總的來說，在煤礦行業進行開采實踐的過程中，對于礦井的安全防治一定要做到位，在進行火災防治時，可以使用液態二氧化碳進行防火、滅火行動，因為液態二氧化碳可以防止自燃現象，以達到迅速滅火、防治火災、保障礦工人員生命安全的效果，因此煤礦行業相關的安全管理人員應該了解液態二氧化碳的效用并熟練使用，主動接觸相關的火災防治知識，這樣才能最大程度地保障礦工人員的生命安全，一旦遇到火災事故，也可以迅速及時采取具有針對性的措施，降低火災的損害與經濟的損失，從而達到更好的火災防治效果，為我國液態二氧化碳在礦井防滅火中的應用提供經驗。

參考文獻

[1] 尹常鋒.灌注液態二氧化碳技術在鑫發礦井防滅火中的應用[J].煤炭與化工，2019，42（4）：98-100+103.

[2] 黃元金.液態二氧化碳在礦井防滅火中的應用[J].山東工業技術，2017（1）：102.

[3] 梁運濤，侯賢軍，羅海珠，等.我國煤礦火災防治現狀及發展對策[J].煤炭科學技術，2016，44（6）：1-6.

[4] 易千.液態二氧化碳滅火技術在礦井滅火中的應用[J].煤炭與化工，2015（9）：82-83+85.

[5] 劉岷學，陳足章，王洪濤.注液態二氧化碳技術在礦井防滅火中的應用[J].中國高新技術企業，2014（27）：49-50.