[发明专利]一种矿用液态CO2地面直注系统与方法

说明书

本发明公开了一种矿用液态CO₂地面直注系统与方法，属于煤矿防灭火技术领域。其包括液态CO₂储罐、气液分离器、空温器、智能调控单元等，液态CO₂储罐布置在井上靠近煤矿立井井口的位置，气液分离器布置在井下靠近立井井底的位置，用于气液两相CO₂的分离，解决气液两相流输送困难的问题，同时控制输送管道系统内的压力在合理范围内；空温器，布置在井下采空区附近，实现了在输送管道末端出现冰堵时继续向采空区输送CO₂，避免因灭火介质中断而影响灭火效率；智能调控单元，用于采集压力信号并且智能调控节流阀。本发明工序简单、安全性高、灭火效率高、防火、防爆、防尘，在本技术领域内具有广泛的实用性。

技术领域

本发明属于煤矿防灭火技术领域，具体涉及一种由矿井地面向井下直接输送液态CO₂的系统与方法。

背景技术

煤矿井下采空区中的遗煤极易发生自燃，会引发瓦斯爆炸，造成重大伤亡事故。自燃火源点处于导热系数小、比热容高的多孔煤岩介质中，注浆、注胶、惰性气体灌注等常规的灭火方法不能将高温煤岩的热量及时带走，导致火源即使在完全窒息后也依然长时间维持较高温度，一旦获得氧气会快速复燃。液态CO₂注入到采空区后，能够迅速气化产生大量的CO₂气体，将火源点完全窒息；同时液态CO₂气化的过程中会吸收大量的热量，将火源点的温度快速降低。因此针对采空区自燃火源点，灌注液态CO₂是一种很好的方法。

目前，煤矿缺少由地面直接向采空区灌注液态CO₂的系统与方法。当需要向采空区灌注液态CO₂灭火时，首先采用小型储罐将液态CO₂运输到井下采空区附近，然后向采空区灌注。例如CN106640177A公开了一种矿用移动式液态二氧化碳防灭火系统，CN201802437U公开了一种矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置，其防灭火装置虽然可以在矿井巷道内使用，但其难以实施液态CO₂的长时间持续灌注作业，并且工序繁琐、存在较大的爆炸安全隐患。

液态CO₂的长距离输送过程中会存在以下问题：输送过程中由于气化的原因会产生两相流，导致液态CO₂输送困难，并且会导致由地面通往井下的竖直管道的底部压力剧增，形成重大安全隐患；液态CO₂的温度很低，在常温管道中通入液态CO₂后会产生明显的冷缩效应，1000 米的钢管会产生0.5米左右的收缩，严重影响输送系统的安全运行，比如容易引发泄露事故；长时间输送液态CO₂后，输送管道外壁的温度接近液态CO₂的温度，同时井下空气的湿度通常较大，极易在输送管道外壁结冰，从而增加管道负荷，并影响管道的机械性能；输送管道末端泄放液态CO₂时以及节流时会在管道中产生压力波动，一定条件下会在管道内产生干冰，容易堵塞管道。因此，需要在考虑以上问题的基础上，研发一种矿用液态CO₂地面直注系统与方法。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种矿用液态CO₂地面直注系统与方法，其简化液态CO₂的灌注工序，实现煤矿灭火时能够向采空区长时间持续输送液态CO₂，提高灭火效率。