2）液态CO2防灭火的机理及效果分析 CO2的物理性质 1．CO2 常温、常压下是无色略带酸味的窒息气体。CO2 不可燃，正常情况下 也不助燃。 2．CO2 在大气中的体积分数仅为 0.037%。它在不同的压力、温度条件下有 三种形态，即在低温加压下（-20、2MPa）或高压常温（约8MPa、30）下气 体可变为液态，液体气化过程中，当温度降到-78.5后将形成雪花状的固态干 冰（固体碳酸）。 3．CO2 熔点为-56.6(0.52MPa)，临界温度为31.3汽油报警器，临界压力7.28 MPa， CO2 具有升华特性，升华点为-78.5(0.1 MPa)。 4．CO2 相对空气密度为1.529，密度为1.976kg/m (0、0.1MPa)，液态CO2 的密度随温度的变化而变化较大，-20时，其密度是1.01kg/L，在温度为15、 0.1 MPa 下，1t 液态CO2 体积膨胀约640 液态CO2防灭火机理分析 1．窒息氧作用 煤的自然发火是煤与氧的氧化反应过程，氧气是氧化反应的必要条件，没有 氧气，氧化反应就无法进行。试验结果证明，氧浓度低于 8%时失燃,低于 3%时，氧化反应彻底被中止可燃气体检测仪，燃烧现象不能持续进行。

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（吸附量为48L/kg，而煤对氮气的吸附量为8 L/kg，前者是后者的6 倍）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 浓度低于自然发火的临界 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。 2．冷却降温作用 煤的燃烧过程实际就是煤的氧化过程，其氧化速度与供氧有关系，也与温度 有关系。煤炭自燃往往经历三个阶段:升温氧化阶段(110-130)，加速升温阶段 (140-190)，急速升温阶段(200以上)。如直接喷注液态CO2 时，可使火源明 显降温，加速熄灭火源。液态CO2 喷入火区空间会瞬间气化，体积将膨胀640 左右，需要吸收大量热，温度急剧下降到-78.5。1KG液态CO2 蒸发气化需要吸 焦耳／KG的热量。

加之煤对 CO2 极易吸附特点，在吸附过程中将 吸附热转移给 CO2 气体，从而会遏止燃烧的链锁反应。同时扩散采空区内的 CO2 气体也会吸收氧化反应过程中所产生的热量，降低周围介质的温度，以减缓煤的 升温速度，促使煤的氧化反应由于聚热条件的破坏而延缓或终止。 惰化抑爆作用气化后的CO2 在冲淡可燃气与氧的含量过程中，也使火区空间气体惰化程度 不断增大，从而使混合气失去可爆性。CO2 的惰化作用优于其他惰性气体。在以 氮气注入的火区阻爆临界氧浓度为12%，火区内明火被熄灭的临界氧浓度为9.5%； 而以 CO2 注入的火区阻爆临界氧浓度为 14.6%，火区内明火被熄灭的临界氧浓度 11.5%。经两者比较，CO2惰气的阻燃、阻爆性能明显优于氮气，两者相差 研制液态CO2防灭火工艺系统装备的实际意义 通过表1 对国内外常规防灭火技术和材料的优缺点比较，以及结合国内个别 煤矿试验将液态 CO2 用于煤矿矿井防灭火的应用实践，如兖州南屯矿 2003 年11 月曾利用在地面将液态 CO2 气化成气态 CO2 通过管路输入井下火区实施灭火，取 得明显灭火效果；鹤岗矿区在去年曾经试验过将液态CO2 直接从地面利用通往井 下火区管道向火区灌注智慧二氧化碳，也取得灭火明显效果。

我们总结分析，相比其它常规防 灭火技术，液态CO2 防灭火技术存在以下优点： （1）液态 CO2 灌注入火区空间会瞬间体积膨胀气化，并吸收大量热，使得 火区温度和氧气浓度降低加快，降温效果明显。 （2）适用范围广智慧二氧化碳，液态 CO2 经过吸收热量气化后，可充扩散充满任何形状 的燃烧空间，因而便于对矿井采空区深部、高冒窝等人们不便接近的地点进行灭 （3）液态CO2 灌注火区后，能有效降低煤氧复合速度，迅速抑制燃烧，更 有利于防止瓦斯、煤尘爆炸。 （4）负面损失少，不会损坏设备和井巷设施，因而灭火后恢复工作量少且 容易。 （5）输送便利。 （6）灭火用材成本低于其他灭火成本。 通过对液态 CO2 防灭火作用和机理研究，以及国内外防灭火技术比较分析， 我们认为利用液态CO2 防灭火技术思路是没问题的，正好充分体现通过控制煤矿 矿井火灾三要素（可燃物的存在、热源、具有一定浓度氧的空气供给）之一的防 灭火理念智慧二氧化碳，而且利用其防灭火与其他防灭火技术方法比较具有速度快，操作简单， 成本低，防灭火效果显著可靠等特点，是一项先进的防灭火技术，甚至可能将不 失为当前煤矿井下防灭火最佳技术措施。但是要想将这项技术措施推开，必须解 决高压低温下防止管道爆裂及保障CO2 以液态形式注入火区等工艺安全问题，研 究开发出适宜于液态 CO2 特性及煤矿井下特点的液态 CO2 防灭火工艺系统装备， 并制订和落实相关安全保障措施。

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