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2）液態(tài)CO2防滅火的機理及效果分析 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 在大氣中的體積分數(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 熔點為-56.6(0.52MPa)，臨界溫度為31.3汽油報警器，臨界壓力7.28 MPa， CO2 具有升華特性，升華點為-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，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)就無法進行。試驗結(jié)果證明，氧濃度低于 8%時失燃,低于 3%時，氧化反應(yīng)徹底被中止可燃氣體檢測儀，燃燒現(xiàn)象不能持續(xù)進行。

向發(fā)火或具有高溫火點的采空區(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 具有較強吸附作用（吸附量為48L/kg，而煤對氮氣的吸附量為8 L/kg，前者是后者的6 倍）等特點 ，很容易替代O2 而覆蓋煤體燃燒點表面，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，大量的高濃度 CO2 的擴散會必然會提高采空區(qū)內(nèi)氣體靜壓，進而會降低采空區(qū)的漏風(fēng)量，造成 氧化自燃帶供氧不足，進而阻止氧化反應(yīng)的進程。 2．冷卻降溫作用 煤的燃燒過程實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，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，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)。同時擴散采空區(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 在沖淡可燃氣與氧的含量過程中，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 氮氣注入的火區(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)于氮氣，兩者相差 研制液態(tài)CO2防滅火工藝系統(tǒng)裝備的實際意義 通過表1 對國內(nèi)外常規(guī)防滅火技術(shù)和材料的優(yōu)缺點比較，以及結(jié)合國內(nèi)個別 煤礦試驗將液態(tài) CO2 用于煤礦礦井防滅火的應(yīng)用實踐，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)實施滅火，取 得明顯滅火效果；鶴崗礦區(qū)在去年曾經(jīng)試驗過將液態(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： （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進行滅 （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 防滅火作用和機理研究，以及國內(nèi)外防滅火技術(shù)比較分析， 我們認為利用液態(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，是一項先進的防滅火技術(shù)，甚至可能將不 失為當前煤礦井下防滅火最佳技術(shù)措施。但是要想將這項技術(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的液態(tài) CO2 防滅火工藝系統(tǒng)裝備， 并制訂和落實相關(guān)安全保障措施。

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