煤矿采空区干冰防灭火技术机理

煤矿采空区干冰防灭火技术机理

随着采空区遗煤温度升高，产生的CO与CH4等可燃可爆气体混合，会降低其爆炸浓度下限；在供氧充足的情况下易引发爆炸，严重威胁矿井生产安全。因此，急需控制火灾的进一步发展。但依据目前的技术能力还很难精确的判断采空区火源位置及范围。对高温点位置不确定但具备相关条件的情况，可采取施工钻孔注入液态惰化气体，并利用其吸热降温、高扩散性、抑爆阻燃等性能进行灭火。但是，采用液态惰化气体直注防灭火技术需要施工多个钻孔，耗时较长，无法及时将火灾消除于萌芽初期。

干冰灭火技术机理

1）冷却降温作用。在常温常压下，干冰通过吸收周围的热量直接升华；1kg干冰升华成气态CO2时，至少需要吸收573.6kJ的热量，其体积会增大约为原来的750倍。堆置在采空区进风侧的干冰将迅速气化，吸收流动空气中大量的热，同时气态CO2向采空区深部运移过程中也会吸热，降低采空区遗煤温度，促使煤的氧化反应因燃烧条件的破坏而终止。

2）窒息效果好。干冰升华成气态CO2后进入采空区深部，可快速降低高温点范围内的原有氧气的浓度，促使煤的氧化反应因持续供氧条件的破坏而终止。

3）抑爆阻燃性强。相对于N2来说，CO2抑爆的临界氧气浓度（14.6%）要高，且火区熄灭的临界氧气浓度（11.5%）也要高。这表明CO2的抑爆、阻燃性能明显优于N2。气态CO2进入采空区高温点后，不但会不断降低可燃可爆气体和氧气浓度的同时，还不断增加该空间内混合气体的惰性，从而使采空区气体失去可爆性、可燃性。

4）成本低廉，易于操作。与CO2直注技术相比，无需配套钻机、注液系统，成本较低。同时，干冰具有运输方便安全，工艺简单，成本低廉等优点。

对于已经发生煤炭自燃的采空区，可以采用徐州吉安研发的普瑞特防灭火技术，该技术集凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂的防灭火优点于一体，特别是继承了泡沫的扩散性能和凝胶良好的固水特性。一方面，水浆生成泡沫之后，缓慢形成凝胶，能把大量的水固结在凝胶体内，避免了浆液中大量水流失或者溃浆的缺点，大幅度提高了浆水在采空区里的滞留率；另一方面，形成的凝胶能以泡沫为载体对采空区的高、中、低位火源或浮煤大范围全方位的覆盖，且能固结90%以上水分并形成凝胶层，防火时能持久保持煤体湿润并隔绝氧气，灭火时能长久地吸热降温，防止火区复燃。