[01244401]采空区滞留可控干冰防止遗煤自燃技术研究

所属行业领域安全科学与工程/煤炭防灭火成果简介

本文通过理论研究、实验研究和石港矿现场试验研究，获得如下成果：

理论研究:

1)石港矿煤、岩的自燃特性研究，掌握其自然发火机理。

2)采空区自然发火与采空区遗煤分布、遗煤厚度、漏风强度、遗煤粒度、孔隙率等相关性研究。

3)二氧化碳防灭火机理研究：隔离作用、吸附惰化作用、二氧化碳重力着附作用、低温二氧化碳冷却作用。

实验研究：

1)二氧化碳在多孔介质中渗流、扩散规律研究。

2)可控二氧化碳采空区滞留技术和固态二氧化碳缓释技术研究。

3)研发了干冰储存释放系统。

在此基础上提出并设计了研制采空区滞留二氧化碳系统。

矿井可控干冰防灭火系统在石港矿进行了现场工业应用试验，取得了显著的防灭火效果。

应用介绍

所处研发阶段：成果推广。

应用领域和范围：煤矿防灭火。

应用情况：项目完成后，在阳泉煤业（集团）股份有限公司石港矿、五矿、二矿等主要生产矿井多个工作面进行了推广应用，防灭火效果显著，大大降低了采空区自然发火概率，提高了矿井的安全水平，保证了井下作业人员的身体健康，对煤矿安全生产起到了技术保障作用，经济效益和社会效益明显。

技术优势技术创新点：

1)从冷却、覆盖隔氧、吸附惰化三方面揭示采空区滞留干冰防止遗煤自燃机理滞留干冰后，采空区内整个采空区的氧浓度降低，在进风侧下降尤其明显，而且随着二氧化碳的扩散，能在采空区形成了一个低温阶梯温度场。

2)研制干冰储存释放装置。其装置内的干冰由固态转变为气态，体积增大，当压力越来越大超过储存装置的释放压，冲破压力释放阀，气体二氧化碳释放到采空区。装置根据采空区的情况，可计算所需装置数量及放置位置和干冰量，以确定压力释放阀的阈值。

主要技术指标：利用研制开发的干冰储存释放装置进行了干冰升华特性试验。试验表明，干冰放入装置内26小时后压力升高至0.45MPa，泄压阀打开，二氧化碳开始释放，其初始释放速度为107L/s，初始温度为-22.3℃，释放时间可持续12天。验证了干冰储存释放装置的可靠性，能够实现将干冰滞留在采空区的目的。

同时，根据石港公司15108、15202两个工作面现场实际，提出了采空区滞留干冰技术，并进行了现场试验。

结果表明，采空区滞留干冰后，二氧化碳浓度升高，最高浓度达到了24.7%，采空区内一氧化碳维持在较低水平，深部温度保持在21℃左右，防止采空区遗煤自燃效果明显。

自我评价及效益分析本成果的自我评价：本项目研究了干冰防止遗煤自燃机理，研制出干冰储存释放装置，通过实现采空区滞留干冰防止遗煤自燃技术，有效防止采空区遗煤自燃的发生，为煤矿安全开采提供安全保障。

具有以下特点：1)从冷却、覆盖隔氧、吸附惰化三方面揭示采空区滞留干冰防止遗煤自燃机理。2)研制干冰储存释放装置。其装置内的干冰由于自身升华作用，由固态转变为气态，随着二氧化碳气体越来越多，压力越来越大超过储存装置的释放压，冲破压力释放阀，气体二氧化碳释放到采空区。装置靠压力释放阀来控制，根据采空区的情况，计算所需装置数量及放置位置和干冰量，确定合适的压力阀。

3)石港公司15108、15202两个工作面采空区滞留可控干冰后，采空区二氧化碳浓度最大达到20%以上并保持稳定，高抽巷的一氧化碳含量明显低于未放置干冰前的浓度，采空区滞留可控干冰防止遗煤自燃技术防灭火效果明显。

投资规模经济效益分析：在本项目研究实施过程中，研制出了干冰储存释放系统和低压二氧化碳储存压注系统，显著提高了该矿的采空区防灭火技术水平，保证了安全生产根据测算，项目实施期内因课题研究技术的应用，，使阳煤石港矿顺利采出煤炭90万吨企业利润增加了23400万元，其中利润的24％将作为利税上交国家达到5616万元。

同时，因采用新技术和材料，企业共节省相关费用为367.2万元。所以阳煤石港矿采空区采取滞留可控干冰措施后，促进了矿井安全生产，创造了显著的经济效益。

总体而言，本项目各项研究的总体应用效果明显，并获得了中国煤炭工业科学技术二等奖。

合作方式合作开发

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