张磊，张毅
徐矿集团平凉新安煤业有限责任公司，甘肃 平凉 744200
摘要：通过对三河尖煤矿7203工作面进、回风隅角施工软墙，架间堵漏，对7203工作面采空区形成一个近似密闭的空间，采用预先埋设的管路向采空区灌注大量液态二氧化碳，以达到灭火目的。
关键词：采空区自燃；液态二氧化碳；灭火
1 7203工作面概况
三河尖煤矿7203工作面为7煤层，走向长370m，倾向长60m，平均煤厚5.0m，倾角7°，自燃发火期3-6个月。采用后退式走向长壁综合机械化放顶煤采煤方法，工作面采高为2.6m，平均放煤高度2.4m。工作面10月份开始回采，需风量740.4m3/min，实配风量800 m3/min。
2 采空区遗煤氧化自燃情况
7203工作面回风流CO于12月9日9:40左右开始呈现上升趋势，截止12月10日夜班2:00左右，回风流CO浓度最高达到480ppm，该面出现自燃发火趋势。
鉴于7203工作面出现自燃倾向，采用在工作面回风隅角砌FSA快速密闭墙，打钻孔注水及注防灭火材料等措施，工作面CO气体有所下降，工作面回风流CO气体最低150ppm，随后CO气体再次呈现上升趋势，常规防灭火措施效果不理想。
3 采空区遗煤氧化自燃原因分析
(1)7203工作面为条带开采，工作面面长60m，采空区垮落带范围小，裂隙带和弯曲下沉带范围大，垮落的岩块大，沉积不实，造成采空区漏风量加大，采空区自燃带宽度增加。
(2)工作面初采过程中，有15m未放顶，采空区留有遗煤，造成采空区遗煤氧化。
(3)7203工作面为条带开采，对条带开采自燃发火规律认识不全面，通过常规的防灭火措施未达到防灭火目的。
(4)回采过程中，工作面两道剪网退锚不彻底，老塘冒落不充分，造成采空区漏风量加大，导致采空区出现自燃隐患。
4 灌注二氧化碳灭火方案的实施
4.1 CO2灭火机理
CO2是一种窒息性气体，向发火或具有高温火点的采空区内注入液态CO2立即会形成大量的高浓度CO2，会使采空区内原有O2浓度相对减小，并且由于CO2比空气密度大，重于空气，以及煤体对CO2具有较强吸附作用等特点?，很容易替代O2而覆盖煤体燃烧点表面，减少煤体燃烧体表面O2浓度，使O2浓度低于CO2自燃发火的临界O2浓度，从而防止煤的氧化自燃，或使已形成的火灾因缺O2而窒息灭火。与此同时，大量的高浓度CO2的扩散会必然会提高采空区内气体静压，进而会降低采空区的漏风量，造成氧化自燃带供氧不足，进而阻止氧化反应的进程，达到灭火目的。
4.2 CO2灌注系统、装备
二氧化碳惰性灭火装置为济南海林科技有限公司生产的EDM1000二氧化碳防灭火装置，其工艺系统主要由CO2转换器、缓冲罐以及输气管和注浆管路构成，从运送CO2槽车上压出的液体经过压力调节、流量控制后进入CO2转换器，CO2转换器内的水由电加热，CO2转换器吸收热量以后，将其管内流动的液体变成气体，经压力调节装置，通过注浆管路送到压注地点，实现防灭火功能。
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4.3 CO2灌注过程
4.3.1 灌注前的准备工作
(1)在7203工作面进、回风隅角砌FSA快速密闭墙对采空区进行快速封闭。
(2)对工作面进风隅角FSA墙、架顶顶梁、架间、架后全面喷涂LFM快速喷涂料，使采空区工作面形成一个近似封闭的空间。
4.3.2 第一次灌注
12月10日夜班利用预先埋设的管路灌注浓度为100%食品级的CO2惰性气体27吨（每吨液态CO2可以转化为500m3气态CO2），共计灌注13500m3。截止12日夜班回风流CO浓度降至10ppm，7203工作面防灭火工作取得初步成效。
4.3.3 第二次灌注
受工作面正常回采及条带开采采空区冒落不实等综合因素的影响，12月19日7203工作面回风流CO气体浓度达到80ppm，工作面再次出现自燃隐患，为了有效控制工作面自燃发火，对工作面再次灌注液态CO2惰性气体26吨，共计灌注13000m3。12月21日17：00左右，该工作面回风流CO浓度下降到24ppm以下。继续加强该工作面防灭火工作，共计在工作面进、回风隅角施工FSA快速密闭墙计12道，最终确保该面回风流CO气体保持在20ppm左右，直至工作面回采结束。
5 结论
(1)受CO2本身性质影响（窒息性气体），同时，短时间内向采空区灌注大量的二氧化碳气体，会大量置换出采空区内的CO、CH4等有毒有害气体，因此工作面灌注CO2期间，应充分考虑可能的泄漏地点，采取撤人、断电、设置警戒等措施，确保灌注期间的安全。
(2)大量的高浓度CO2的扩散会提高采空区内气体静压，降低采空区的漏风量，造成氧化自燃带供氧不足，阻止氧化反应。同时二氧化碳具有冷却降温及惰化抑爆作用。
(3)价格便宜，灌注量大，灭火迅速。1m3液态二氧化碳500元左右，远低于其它防灭火材料。每1m3液态二氧化碳可以生成500m3以上气态二氧化碳，通过地面二氧化碳释放装置迅速灌注到发火地点，快速灭火。
(4)CO2气体只能对氧化自燃煤层进行窒息性灭火，煤体对CO2具有吸附作用，但是这种吸附作用并不稳定，一定条件下吸附的CO2会转变为游离态，游离态CO2会随着漏风通道逐渐排出采空区，随着采空区漏风供氧量的增加，CO2在采空区内的浓度逐渐减少，采空区遗煤会持续与氧气接触，最终可能会出现复燃，即灭火效果持续的时间没有传统灭火剂持续的时间长，一旦出现漏风通道，遗煤复燃的可能性很大。
(5)二氧化碳灭火技术实践在三河尖煤矿的成功应用，确保了工作面的顺利回采，取得了良好的灭火效果，对于具有类似发火情况的矿井具有借鉴意义。
参考文献：
[1]韩刚, 刘生玉. 液态二氧化碳灭火技术在实践中的应用[J]. 煤炭技术, 2009, 28(004):107-109.
[2]吕英华, 胡海峰. 液态二氧化碳防灭火技术及其应用[J]. 科技成果管理与研究, 2014, 000(006):48-50.
作者简介：张磊（1984—），男，河南方城人，工程师，2007年毕业于河南理工大学安全工程专业，现从事通防安全技术工作。