李 波

（潞安化工集团潞宁煤业有限责任公司，山西 宁武036700）

1 工程概况

潞宁煤业公司22116综采工作面位于井田二二区采区中下部，上部为二二采区22114采空区，下部为二二采区22118回采工作面，西南为2号煤层采区三条下山，东北部为我矿二二采区三条下山，工作面平均走向长度为1 877.233 m，倾向长178.6 m，开采2号煤层，煤层平均厚度3.5 m，平均倾角4.5°，局部含有不连续薄层炭质泥岩夹矸，煤层顶板岩层为泥岩和细粒砂岩、中粒砂岩，底板岩层为泥岩和细粒砂岩。

根据矿井地质资料可知，工作面回采期间瓦斯绝对涌出量为8.45 m3/min，相对涌出量为2.74 m3/t，煤尘具有爆炸性，煤层属易自燃煤层，煤层自然发火期为87 d，现为防止工作面采空区出现煤层自燃现象，拟采用向采空区内注入液态CO2进行防灭火，现进行防灭火方案设计与研究。

2 液态CO2防灭火工艺

2.1 惰性气体的防灭火原理

惰性气体由于其自身的分子结构稳定，且在常温常压下基本不会与其他物质发生化学反应，当采用向采空区内注入惰性气体进行防灭火时，随着注入惰性气体含量的增加，采空区内的氧气含量会随之降低，当采空区内氧气浓度降低至5%～10%时，能够有效的抑制采空区内遗煤的自燃，若进一步进行惰性气体注入作业，在氧气浓度低于3%时，此时能够完全抑制采空区内遗煤和其他可燃物燃烧[1-2]。

根据惰性气体的性质及煤的氧化机理可知，当向综采工作面采空区内注入大量液态CO2时，注入的液态CO2会不断的渗入到采空区的冒落带、裂隙带和浮煤带，进而驱替部分煤体裂隙表面的O2，进一步与煤的微观表面交换吸附，进而减少煤体表面氧气吸附量，实现抑制浮煤自燃的目的[3]，具体CO2驱替O2原理如图1所示。……