煤礦安全技術防範
采空區滯留幹冰防止遺煤自燃技術簡介
一、采空區滯留幹冰防止遺煤自燃機理
幹冰是二氧化碳的固相狀態，不透明的塊狀結晶，呈雪白色，無光澤。在一個大氣壓下，幹冰的溫度為-78.9℃；常溫下，幹冰直接升華為二氧化碳氣體，而不會變為液體。幹冰的密度約為1500~1700kg/m3，由不同的加工方式決定。
幹冰降溫作為一種有效的降溫冷卻方法，能夠比其他方法更快的降低周圍溫度，效果明顯，可靠度高。幹冰已被廣泛的用於食品冷藏、人工降雨、生物製藥、消防滅火等行業中。
由於幹冰自身的物理化學性質，以及二氧化碳氣體對煤物理吸附氧過程的抑製作用，應用幹冰進行遺煤自燃的防治，具有特殊的優勢。幹冰防止遺煤自燃的機理主要體現在冷卻、覆蓋隔氧、吸附惰化三個方麵。
1、幹冰冷卻機理
幹冰在常壓的溫度為-78.9℃，其汽化潛熱為573kJ/kg。幹冰具有很大的吸熱能力，是一種優秀的冷卻劑。幹冰的吸熱能力是水冰的2倍，且遠大於液氮的吸熱能力。幹冰由-78.9℃升華為0℃的二氧化碳氣體時，其吸取的熱量為636KJ/kg；而液氮由-196℃升華為0℃的氮氣時，吸收的熱量僅為420KJ/kg，僅為幹冰吸收熱量的三分之二。因此，同質量的幹冰和液氮，幹冰能夠吸收更多的熱量用於升華，而能更快的降低周圍環境的溫度。
利用幹冰的冷卻作用，將其應用於采空區，防止遺煤自燃的發生。其主要作用機理為：
將幹冰放入采空區後，幹冰由於自身的升華作用，吸收大量的熱量，使周圍的空氣甚至遺煤的溫度迅速下降，在采空區中形成以放置幹冰的為中心的低溫區。由於熱交換的作用，低溫區不斷的吸收周圍環境的熱量，使低溫的區域不斷擴大。
低溫的氣體在采空區中滲流擴散，低溫氣體會和發生氧化的煤產生熱交換，不斷的將煤氧化產生的熱量帶走。幹冰的存在使采空區內的遺煤散失掉的熱量大於自身氧化生成的熱量，破壞了遺煤蓄熱升溫的條件，使遺煤的溫度不能因升高而出現高溫點，縮小了采空區氧化升溫帶的範圍，控製遺煤自然發火的發生。
2、幹冰覆蓋隔氧機理
標準狀態下，二氧化碳氣體的密度為1.96g/l，氮氣的密度為1.25g/l，氧氣的密度為1.43g/l。二氧化碳氣體的密度約是相同條件下氮氣密度的1.5倍，也遠大於氧氣的密度。在密閉的空間，二氧化碳、氧氣、氮氣等混合氣體長期處於穩定狀態時，在自身重力的作用下，二氧化碳氣體會逐漸下沉降到該空間底部，混合氣體會出現一定的濃度分層。
采空區是一個特殊的空間，由於遺煤氧化升溫，使采空區劃分為自燃“三帶”，即散熱帶、氧化升溫帶和窒息帶。散熱帶漏風量大，漏風風速大於0.24m/min，煤氧化的產生的熱量被漏風帶走；而氧化升溫帶漏風量很小，漏風風速為0.1~0.24m/min，煤氧化產生的熱量大於散失的熱量；窒息帶的漏風量幾乎沒有，漏風風速小於0.1m/min，煤因缺氧而不能氧化升溫。
3、幹冰吸附惰化機理
幹冰升華後的二氧化碳釋氣體，在漏風流的帶動下，通過滲流擴散充滿采空區。由於煤對二氧化碳的吸附能力和速度都大大優於其它氣體，且吸附較穩定，隨著壓力升高，其選擇性吸附能力增加。因此，當存在一定濃度的二氧化碳時，二氧化碳會與氧氣爭奪活性點，勢必會影響煤氧吸附過程。
二氧化碳對煤氧吸附的影響主要體現在物理吸附階段，煤表麵有殘餘力場需要吸附氣體分子時，二氧化碳分子會擠占氧分子而優先吸附在煤表麵，占據氧吸附的空位，由於二氧化碳吸附穩定，大量的二氧化碳分子被煤吸附，對煤體形成包裹，使氧吸附量減少，進而減少煤氧的化學吸附和化學反應，導致煤體因缺氧而停止氧化，抑製煤氧化自燃的發生。
二、該技術的應用
本技術由北京科技大學研發，北京戴德清洗服務有限公司協作，在山西某礦進行現場實驗，通過幹冰儲存釋放裝置將幹冰放置到采空區後，幹冰升華成氣態二氧化碳，降低采空區溫度，同時二氧化碳抑製采空區浮煤氧化自燃，有效防止采空區遺煤自燃的發生。
在該礦多個工作麵進行的現場實驗表明，滯留幹冰技術防滅火效果明顯，技術簡單易操作，成本低廉，具有較大的應用前景。
