CN104481572B - 一种煤矿井下液态二氧化碳被动性防火灭火的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液态二氧化碳被动性防火灭火装置，其罐体上设置搬运把手、液态二氧化碳注入口和液态二氧化碳释放口，液态二氧化碳注入口设置低温球阀，液态二氧化碳释放口设置安全阀，该安全阀的整定压力为7MPa。本发明还公开了采用该装置进行煤矿井下防火灭火的方法，将该装置抽真空后注入六氟化硫气体和液态二氧化碳，然后放置在采空区或盲巷内等容易发火的区域，当其温度达到预定温度时该装置才发生作用，每天通过检测空气中是否含有六氟化硫气体来判断放置上述装置的区域是否已经发火或者具有发火趋势。本发明克服了现有技术防火灭火的时间滞后性，所用装置和方法简单、操作方便，气体来源广泛、成本低、灭火效果好且易被检测。

Description

一种煤矿井下液态二氧化碳被动性防火灭火的方法及装置

技术领域

本发明的实施方式涉及煤矿安全技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种煤矿井下采空区内或盲巷内液态二氧化碳被动性防火灭火的方法及其装置。

背景技术

煤矿火灾是制约煤矿安全生产的主要灾害之一，即在对煤矿开采过程中，采空区常常给煤矿的正常生产带来危害。由于在煤矿开采过程中采空区存在大量的遗留的浮煤，浮煤的存在为煤矿自燃提供了物资条件。煤矿自燃严重威胁着煤矿的安全生产、制约着煤矿的生产，而采空区煤矿自燃在煤矿自燃发生总体中占有重要的部分。我国国有重点煤矿中采空区煤矿自燃占自燃火灾的60％，其中绝大部分火灾是有漏风引起的。

采空区火区的特点是面积广，起火源地点隐蔽；火源探测的问题，在我国依然是一项开放性的课题，同时也是一项困扰煤炭行业的世界性难题；治理难，常规手段到达不了采空区内很远的位置，同时，注氮、注灭火材料的工程量大，成本高；第三，采空区火灾危害大，存在烧毁工作面的危险，目前，一个工作面的设备价值少则几千万，多则上亿。同时，采空区火灾容易引起瓦斯事故，导致矿毁人亡。同时，矿井有些盲巷内，多年没有管理，也很容易发火，且监测和防治都有问题。

现阶段，我国国有重点煤矿至今残存火区近800个，封闭和冻结的煤量2亿多吨，因此，亟需攻克高温火区探测及治理的关键技术，为采取有针对性的治理措施提供技术支持，对于保障矿井生产正常接续，控制并扑灭火区、减少煤炭资源损失、保证煤炭能源有效供给具有重要现实意义。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种煤矿井下采空区内或盲巷内液态二氧化碳被动性防火灭火的方法及其装置的实施方式，以期望可以解决采空区或盲巷内易发火灾、防灭火措施滞后、监测预防困难的问题。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种煤矿井下使用的液态二氧化碳被动性防火灭火装置，包括罐体，所述罐体上设置搬运把手、液态二氧化碳注入口和液态二氧化碳释放口，所述液态二氧化碳注入口设置低温球阀，所述液态二氧化碳释放口设置安全阀，所述安全阀的整定压力为7MPa。

进一步的技术方案是：所述罐体由能够承受30～50MPa的钢板制成。

更进一步的技术方案是：所述罐体的壁厚为12mm，体积为1～10m³。

更进一步的技术方案是：所述低温球阀为DN40不锈钢低温球阀。

更进一步的技术方案是：所述液态二氧化碳释放口的外侧设置防护口，所述防护口为钢丝网状结构，气体经安全阀释放后从防护口排出。

采用上述装置实现煤矿井下液态二氧化碳被动性防火灭火的方法，它包括以下步骤：

(1)将液态二氧化碳被动性防火灭火装置的罐体抽真空，然后从液态二氧化碳注入口先注入六氟化硫气体，再注入液态二氧化碳，所述六氟化硫气体与液态二氧化碳的体积比为0.5～1:1000，装满后关闭液态二氧化碳注入口处的低温球阀；

(2)将经过步骤(1)处理的液态二氧化碳被动性防火灭火装置放置在矿井采空区或者盲巷内；

(3)每天检测矿井工作面、采空区或盲巷的空气，未检测到六氟化硫气体时，液态二氧化碳被动性防火灭火装置还未发生作用，继续每天进行检测，当检测到六氟化硫气体时，液态二氧化碳被动性防火灭火装置已经发生作用。

进一步的技术方案是：所述液态二氧化碳的温度为-18～-20℃。

更进一步的技术方案是：所述液态二氧化碳被动性防火灭火装置装满六氟化硫气体与液态二氧化碳时内部压力为2～3MPa。此时该装置中的六氟化硫气体和液态二氧化碳在常温环境下处于一个平衡状态。

更进一步的技术方案是：所述液态二氧化碳被动性防火灭火装置的罐体抽真空后真空度不高于10KPa。

更进一步的技术方案是：所述检测矿井工作面、采空区或盲巷的空气采用的仪器是检测精度达到1×10^-8的六氟化硫检测仪。所述检测精度是空气中含有的六氟化硫气体与空气的体积比。

在煤层开采的容易产生采空区火灾的阶段，把预装好液态二氧化碳的被动性防火灭火装置放在采空区内容易氧化自燃的地点；随着煤层的回采，装置距离工作面越来越远，如果采空区内装置附近的煤炭不氧化自燃，温度达不到装置启动的温度，则装置不释放液态二氧化碳，一直完好的保存在采空区内；如果采空区内装置附近的煤炭发生氧化自燃，积聚热量，环境温度达到装置的启动温度，装置则被动释放液态二氧化碳，及时的把遗煤发火的隐患消除，同时释放出六氟化硫气体；盲巷内就直接把装置安置在巷道里即可。

六氟化硫气体是惰性气体，无色无味、无毒、不燃、无腐蚀性，因此六氟化硫气体可直接与液态二氧化碳接触，两者同时处于罐体的空腔内，不需要隔离分装。当本发明上述装置发生作用时，六氟化硫气体随着二氧化碳释放出来，煤矿工作人员可以通过检测空气中六氟化硫气体的含量来得知采空区内的情况。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明克服了现有技术在矿井火灾发生后才能采取措施治理的时间滞后性，在采空区或盲巷内温度达到易发火灾温度时，本发明的装置自动释放二氧化碳气体来消除高温点，同时释放出六氟化硫气体向煤矿检测员反映采空区或盲巷的自燃情况，所用装置简单、操作方便，所用气体来源广泛、成本低、灭火效果好且易被检测，具有很好的推广运用价值。

附图说明

图1为本发明液态二氧化碳被动性防火灭火装置结构示意图。

图2为本发明二氧化碳的三相图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明液态二氧化碳被动性防火灭火装置(下称本发明装置)的主体是一个罐体101，其形状一般为长方形或者圆柱形，罐体101一般由能够承受30～50MPa的钢板制成，例如可以采用16MnDR钢板，其屈服强度为295MPa，抗拉强度为470MPa，当然也可以选用同类型的其它材料。罐体101优选壁厚为12mm，体积一般为1～10m³,能够承受气体压力且便于搬运。另外，根据采空区或盲巷的空间大小，可以采用体积更大的上述装置，也可以在同一个采空区或者盲巷的不同区域分别放置上述装置。罐体101上设置搬运把手102，可以在罐体101的两侧或者两端便于搬运的部位对立设置；罐体101一侧分别设置液态二氧化碳注入口103和液态二氧化碳释放口104，在液态二氧化碳注入口103处设置了低温球阀105，该低温球阀105优选采用DN40不锈钢低温球阀，液态二氧化碳释放口设置安全阀106，该安全阀106的整定压力为7MPa。另外，液态二氧化碳释放口的外侧还设置了防护口107，二氧化碳和六氟化硫的混合气体经安全阀释放后从防护口排出。防护口107为钢丝网状结构，可以防止采空区内煤炭、岩石堵塞、损坏释放口。

图2为二氧化碳的三相图，临界温度是31℃，气液两相混合的二氧化碳的压力为7MPa。液态二氧化碳释放口的安全阀在罐体内部压力达到7MPa(即当罐体温度达到31℃)时，二氧化碳气体和六氟化硫气体被释放。所述安全阀即是全启式内装安全阀，可用于液化石油气汽车槽车或者液化石油气铁路罐车，满足低温要求并且能够调节整定压力。

采用上述装置对煤矿井下采空区或盲巷进行防火灭火的实施例：

实施例1

将上述本发明装置的罐体抽真空，真空度为5KPa,然后从液态二氧化碳注入口先注入六氟化硫气体，然后注入液态二氧化碳(温度-18～-20℃)，六氟化硫气体和液态二氧化碳的体积比为0.5:1000，装满后罐体的内部压力为2MPa,然后关闭液态二氧化碳注入口处的低温球阀。将上述充满液态二氧化碳的装置放置在矿井工作面后面的任意地方、煤矿井下采空区或者盲巷内，或者将本发明装置放置在认为发火威胁大的区域。例如将本发明装置预先放置在采空区内，可从上隅角或下隅角放入采空区内，再利用钢丝绳绑在搬运把手上，将本发明装置牵引到工作面后面中部的任意地方，随着工作面的推进，防护装置就距离工作面越来越远。当采空区内遗煤与氧气发生化学反应而使产生的热量大于风流带走的热量时，煤体温度升高，当环境温度高于31℃(采空区内正常的温度为20～26℃)时，罐体内压力升高，达到7MPa时，液态二氧化碳释放口的安全阀自动打开，释放二氧化碳，起到降温和稀释氧气的双层作用，煤矿工作人员采用精度达到1×10^-8的六氟化硫检测仪每天检测矿井工作面、采空区或盲巷的空气，判断六氟化硫气体的含量，前面连续检测30天，未检测到六氟化硫气体(即空气中六氟化硫气体与空气的体积比＜1×10^-8)，则说明液态二氧化碳被动性防火灭火装置还未发生作用，采空区没有暂时没有发火倾向，无需采取其它防火灭火措施，继续观测，仍然保持每天定时检测，第31天检测到六氟化硫气体(即空气中六氟化硫气体与空气的体积比≥1×10^-8)时，说明液态二氧化碳被动性防火灭火装置已发生作用，采空区内有发火倾向，提示工作人员根据六氟化硫的含量多少或采空区的实际情况采取其它灭火措施。

实施例2

将上述本发明装置的罐体抽真空，真空度为9KPa,然后从液态二氧化碳注入口先注入六氟化硫气体，然后注入液态二氧化碳(温度-18～-20℃)，六氟化硫气体和液态二氧化碳的体积比为1:1000，装满后罐体的内部压力为3MPa,然后关闭液态二氧化碳注入口处的低温球阀。将上述充满液态二氧化碳的装置放置在矿井工作面后面的任意地方、煤矿井下采空区或者盲巷内，或者将本发明装置放置在认为发火威胁大的区域。盲巷是封闭的巷道，里面无法去人，里面的煤炭也可能自然，可利用钢丝绳绑在搬运把手上，将本发明装置牵引到盲巷的适合位置。当盲巷内遗煤与氧气发生化学反应而使产生的热量大于风流带走的热量时，煤体温度升高，当环境温度高于31℃(盲巷内正常的温度为20～26℃)时，罐体内压力升高，达到7MPa时，液态二氧化碳释放口的安全阀自动打开，释放二氧化碳，起到降温和稀释氧气的双层作用，煤矿工作人员采用精度达到1×10^-8的六氟化硫检测仪每天在盲巷的密闭外端检测盲巷的空气，判断六氟化硫气体的含量，前面连续检测15天，未检测到六氟化硫气体(空气中六氟化硫气体与空气的体积之比＜1×10^-8)，则说明液态二氧化碳被动性防火灭火装置还未发生作用，采空区或盲巷没有暂时没有发火倾向，无需采取其它防火灭火措施，继续观测，仍然保持每天定时检测，第31天检测到六氟化硫气体(空气中六氟化硫气体与空气的体积比≥1×10^-8)时，说明液态二氧化碳被动性防火灭火装置已发生作用，盲巷内有发火倾向，提示工作人员根据六氟化硫的含量多少或盲巷的实际情况采取其它灭火措施。

实施例3

将上述本发明装置的罐体抽真空，真空度为10KPa,然后从液态二氧化碳注入口先注入六氟化硫气体，然后注入液态二氧化碳(温度-18～-20℃)，六氟化硫气体和液态二氧化碳的体积比为0.8:1000，装满后罐体的内部压力为2.5MPa,然后关闭液态二氧化碳注入口处的低温球阀。将上述充满液态二氧化碳的装置放置在矿井工作面后面的任意地方。随着工作面的推进，上述装置就距离工作面越来越远。当采空区内遗煤与氧气发生化学反应而使产生的热量大于风流带走的热量时，煤体温度升高，当环境温度高于31℃(采空区内正常的温度为20～26℃)时，罐体内压力升高，达到7MPa时，液态二氧化碳释放口的安全阀自动打开，释放二氧化碳，起到降温和稀释氧气的双层作用，煤矿工作人员采用精度达到1×10^-8的六氟化硫检测仪每天在盲巷的密闭外端检测盲巷的空气，判断六氟化硫气体的含量，前面连续检测45天，未检测到六氟化硫气体(空气中六氟化硫气体与空气的体积之比＜1×10^-8)，则说明液态二氧化碳被动性防火灭火装置还未发生作用，采空区或盲巷没有暂时没有发火倾向，无需采取其它防火灭火措施，继续观测，仍然保持每天定时检测，第51天检测到六氟化硫气体(空气中六氟化硫气体与空气的体积比≥1×10^-8)时，说明液态二氧化碳被动性防火灭火装置已发生作用，盲巷内有发火倾向，提示工作人员根据六氟化硫的含量多少或盲巷的实际情况采取其它灭火措施。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种煤矿井下液态二氧化碳被动性防火灭火的方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)将液态二氧化碳被动性防火灭火装置的罐体抽真空，然后从液态二氧化碳注入口先注入六氟化硫气体，再注入液态二氧化碳，所述六氟化硫气体与液态二氧化碳的体积比为0.5～1:1000，装满后关闭液态二氧化碳注入口处的低温球阀；

(2)将经过步骤(1)处理的液态二氧化碳被动性防火灭火装置放置在矿井工作面后面的任意地方、煤矿井下采空区或者盲巷内；

(3)每天检测矿井采空区或盲巷的空气，未检测到六氟化硫气体时，液态二氧化碳被动性防火灭火装置还未发生作用，继续每天进行检测，当检测到六氟化硫气体时，液态二氧化碳被动性防火灭火装置已经发生作用。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下液态二氧化碳被动性防火灭火的方法，其特征在于所述液态二氧化碳的温度为-18～-20℃。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下液态二氧化碳被动性防火灭火的方法，其特征在于所述液态二氧化碳被动性防火灭火装置装满六氟化硫气体与液态二氧化碳时内部压力为2～3MPa。

4.根据权利要求1所述的煤矿井下液态二氧化碳被动性防火灭火的方法，其特征在于所述液态二氧化碳被动性防火灭火装置的罐体抽真空后真空度不高于10KPa。

5.根据权利要求1所述的煤矿井下液态二氧化碳被动性防火灭火的方法，其特征在于所述检测矿井工作面、采空区或盲巷的空气采用的仪器是检测精度达到1×10^-8的六氟化硫检测仪。