CO2滅火技術在開灤集團公司的應用實踐
周鳳增
(開灤集團公司,河北唐山063000)
摘 要:介紹了CO2滅火機理及其在開灤集團公司某礦2937工作麵滅火過程中的應用實踐,並闡述了其有效性和不足之處。
關鍵詞:CO2;滅火;實踐
中圖分類號:TD75+3.3 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)
開灤(集團)有限責任公司是國有特大型煤炭企業,企業始建於1878年,至今已有120多年的開采曆史。開灤(集團)公司所屬礦區,地質構造複雜,各礦之間瓦斯分布差別較大,目前所屬11個礦業公司中,唐山、趙各莊礦業公司為高瓦斯和瓦斯突出礦井,林西、呂家坨礦業公司深部為高瓦斯區域,範各莊、荊各莊、林南倉、錢家營、東歡坨礦業公司存在局部瓦斯湧出異常區;各礦井煤塵均具有爆炸危險性或較強爆炸危險性;各礦井開采煤層均有煤層自然發火傾向。
多年來,由於采取了多種綜合性的防範措施,開灤集團公司的安全形勢趨於好轉並穩定在較好水平。“一通三防”工作也取得令人矚目的成績。在防治自燃火災方麵,由於采取灌漿、均壓、灌注凝膠以及高分子材料等技術手段,2000年以來的自燃火災次數與“九五”相比明顯減少。但是,不容忽視的事實是,由於管理漏洞造成的自燃火災間或有之。
2005年先後有兩個礦發生火災02manbetx.com 。由於采取滅火措施得當,方化險為夷。不斷引進和使用的滅火新技術,使我們受益匪淺,使用二氧化碳發生器滅火就是一例。
1 CO2性能機理
(1)CO2的火區抑爆性機理。CO2氣體具有良好的抑爆性,效果好於N2。其原理是在可爆氣體中混入CO2惰性氣體,可以阻礙活化中心的形成,當CO2達到一定濃度時,它大量吸收可爆氣體初期氧化反應所生成的熱量,同時不斷擴大氧分子與可燃氣體分子接觸的阻礙作用,從而使可爆氣體顯示惰爆性。
隨著CO2濃度的增加,混合可爆氣體的下限微有增加,而爆炸上限則迅速減少。當CO2氣體與可爆氣體混合比例達一定值時,即CO2濃度達到23% ,混合可爆氣體的爆炸上限與下限重合,可爆氣體失去爆炸性。
同時,隨著CO2濃度升高O2濃度相應的地降低,當O2濃度降至14.6%以後,火區進入失爆狀態。當火區惰化並處於失爆狀態下,即使瓦斯濃度達到爆炸界限範圍內也不會發生瓦斯爆炸現象。
(2)CO2的火區滅火機理。CO2滅火主要有2種作用:①窒熄滅火。火區內灌注CO2後,隨著CO2濃度升高,O2濃度相應的地降低,當O2濃度<11.5%時,明火即可撲滅,同時火區因缺氧而窒息滅火。在火區內,由於著火點溫度很高,周圍氣體通過輻射吸熱,造成局部氣體密度變小,形成氣體對流,灌注CO2後,因CO2密度大在對流作用下向著火點流動,使得火區周圍CO2濃度變大,加快滅火;②吸附阻燃。井下空氣如N2、CO2、O2、CH4、CO等氣體成分中,燃燒的煤炭對CO2的吸附能力最強,優先吸附CO2氣體,從而隔斷了氧氣的供給途徑,有效地阻止煤炭繼續燃燒,其阻燃效果特別明顯。
(3)CO2惰氣滅火特點。①CO2滅火適應於內、外因火災,即可撲滅由人為或其它02manbetx.com 引起的火災,又可撲滅由自燃引起的火災,特別是適用撲滅采空區隱蔽火災。以灌漿滅火方法撲滅采空區火災時,因灌漿恐難以達到火源位置,所以該法滅火往往失效,CO2等惰氣滅火就不會存在以上問題;②CO2滅火的無汙染性。用CO2滅火特別適用於電器設備和精密、昂貴儀器的火災,滅火後不會對儀器設備造成汙染性的損失。
2 CO2發生裝置
濃硫酸和碳酸氫銨反應能產生大量的、純淨的CO2。CO2發生器是使上述2種化學物品充分混合並使其發生反應產生的CO2氣體具備一定的壓力,而後可控釋放的壓力裝置。圖1為MKY-360型CO2發生器示意圖,其構成包括反應器、控製閥、壓力平衡管、安全閥、壓力表等。
主要性能指標:CO2濃度不低於98%;溫度不高於
3 滅火實踐
開灤集團公司某礦2937工作麵采空區於
2937工作麵煤炭自燃情況:2937東一麵於
隨著火勢的發展,老空區內發生的自燃火災逐漸地向漏風通道的逆風流方向發展和蔓延,而火災氣體則向漏風通道的順風流方向泄漏。由於漏風流逆方向O2濃度較高,必然會使火勢逐漸向供風源頭方向發展,於是
通過對火區內火災態勢及瓦斯爆炸危險性03manbetx ,確定用CO2發生器滅火,並在保證安全的前提下合理安排其它滅火工作。
3.1 火區內火災態勢
火區回風側采樣點設在2937采區12#煤層上石門西正硐臨時密閉內。自
由表1、表2數據可以看出,所檢測的標誌性火災氣體CO、C2H4、C2H6濃度均緩慢上升,同時,火災氣體溫度亦不斷地增高,說明火區內火災態勢正在繼續發展和蔓延。
3.2 火區爆炸危險性03manbetx
該礦火區氣體的方法有2種:一種是常規的人工檢測方法,另一種是氣相色譜儀03manbetx
方法,2種方法同時采用,以確保檢測工作的萬無一失。自
3.3 CO2用量和H2SO4及(NH4)HCO3的用量計算(1)C02用量計算。根據C02的抑爆、滅火機理,C02注入量≥V×23%。其中,23%為C02抑爆、滅火濃度;V為火區空間預測體積,m。
(2)H2SO4及(NH4)HCO3的用量計算(在不考慮漏風的情況下)。
根據化學反應方程式:
2(NH4)HCO3+H2SO4=(NH4)2SO4+2H20+2CO2↑
估算V=
H2SO4用量: Y=98×0.23×400/(22.4×2)=
(NH4)HCO2: X=186×0.23×400/(22.4×2)=
考慮漏風和其它因素影響,實際準備量應留有富餘係數。
4 注入CO2後的效果分析
注入CO2由
CO濃度於
通過以上分析,我們感到火區已得到抑爆,而且從C2H4濃度的變化上可以明顯看出火勢已得到抑製並趨於好轉。因此,決定從回風石門(原來擔心爆炸不敢進入)實施灌漿進一步滅火。
5 幾點體會
(1)氣體檢測和化驗是關鍵。一是檢測火區內災害氣體參數的儀器儀表要選好;二是取樣位置和取樣的方式方法要正確。這次火災采用2種數據對比使用。用便攜式儀器儀表檢測數據方便快捷,但數據可能受空氣高溫、煙塵和濕度的影響誤差較大,可臨時參考;用色譜儀化驗氣樣雖然慢一些但數據準確,可信度高。
(2)各種氣樣檢測中,CH4是關鍵指標,但用便攜式測試結果要比色譜儀化驗結果大的多,而且進入爆炸範圍。這在當時引起恐慌,也叫人費解,到底什麼原因?兩者有沒有比例關係或其它關係?還需要進一步分析探討。
(3)雖然用這種方式方法滅火獲得成功,但其工藝亟待完善。重點應在發生器操作的自動化方麵做工作,減少員工體力消耗,同時保證CO2產生和輸送的連續性。另外在產氣量上,有待進一步提高,力爭從設計上達到500~1
(4)在發生器的結構、材質、體積和質量上應進一步優化設計,做到方便運輸、便於操作。
(5)保證濃硫酸和碳酸氫銨的質量非常重要。這次滅火中使用的藥品質量不穩定在一定程度上影響了滅火效果。
(6)在輸送管路管徑的選擇確定及其現場連接等方麵,要科學計算,要保證質量。否則,不僅影響
效果而且存在安全隱患。輸送管路管徑盡量要大一些。
(7)盡管CO2滅火優點很多,但其遇高溫產生CO的問題不能小視。
作者簡介:周鳳增(1963-),1988年7月中國礦業大學通風與安全專業畢業,2001年10月中國礦業大學北京校區碩士研究生畢業,現任開灤集團公司安全副總工程師,曾發表論文多篇。
(收稿日期: