張鐸，孫藝，趙得福，冶平，文虎，張首石

摘要：為研究LN2/CO2復(fù)合制備干冰對(duì)松散煤體的降溫特性并實(shí)現(xiàn)最優(yōu)復(fù)配，利用自主設(shè)計(jì)搭建的可視化凝華試驗(yàn)臺(tái)，系統(tǒng)分析LN2和CO2在不同注輸比下對(duì)管道內(nèi)溫度、壓力及干冰成核效果的影響；以可視化凝華試驗(yàn)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)搭建松散煤體降溫試驗(yàn)臺(tái)，系統(tǒng)分析不同注輸比下LN2和CO2在注輸停注過程的傳熱特征及對(duì)松散煤體溫度場的抑溫效果。結(jié)果表明：CO2凝華需要LN2提供足夠過冷度，當(dāng)CO2注輸量不變，增大LN2/CO2注輸比，管路內(nèi)制冷溫度降低，壓力升高，LN2和CO2的混合流體換熱效率增加，凝華發(fā)生時(shí)間提前；相變潛熱引起的冷卻能量具有時(shí)間-空間特征，壓注階段，箱體內(nèi)各測點(diǎn)溫度隨時(shí)間持續(xù)下降，平面一降溫速率明顯快于平面二，低溫區(qū)域逐漸呈錐形擴(kuò)大；回溫階段干冰顆粒在煤層堆積，持續(xù)發(fā)揮降溫惰化作用，注入口附近煤體與高溫煤體之間存在溫差進(jìn)行換熱，箱體中部溫度逐漸升高、四周溫度逐漸降低直至平衡；當(dāng)LN2、CO2注輸比為4∶1時(shí)，持續(xù)降溫能力呈現(xiàn)較高水平。研究成果促進(jìn)了干冰相變冷卻技術(shù)在礦井防滅火領(lǐng)域的深入應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：LN2/CO2；注輸比；干冰；相變；滅火性能

中圖分類號(hào)：TD 75文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2024）01-0023-11

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2024.0103開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Cooling characteristics of LN2/CO2 composite preparation of dry ice on loose coal

ZHANG Duo1，2，SUN Yi1，2，ZHAO Defu3，YE Ping4，WEN Hu1，2，ZHANG Shoushi1，2

（1.College of? Safety Science and Engineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China；2.Key? Laboratory? of? Western? Mine and? Hazard? Prevention，Ministry of Education，Xian University? of? Science? and? Technology， Xian 710054，China；3.Qinghai Energy Development （Group） Co.，Ltd.，Xining 810000，China；4.Qinghai Energy? Yuca? Co.，Ltd.， Haixi 817000，China）

Abstract：In order to study the cooling characteristics of LN2/CO2 composite preparation of dry ice on loose coal and achieve the optimal combination，the visualized condensation test platform designed and built by ourselves was used to systematically analyze the effects of LN2 and CO2 on the temperature，pressure and nucleation effect of dry ice in the pipeline under different injection and delivery ratios.Based on the visual condensation test，the loose coal cooling test platform was designed and built to systematically analyze the heat transfer characteristics of LN2 and CO2 during the injection stop process and the temperature inhibition effect on the loose coal temperature field under different injection and delivery ratios.The results show that LN2 is required to provide sufficient undercooling degree for CO2 condensation，when the CO2 injection and delivery volume remains unchanged，the LN2/CO2 injection and delivery ratio increases，the cooling temperature in the pipeline decreases，the pressure increases，the heat transfer efficiency of the mixed fluid of LN2 and CO2 increases，and the time of condensation is advanced.The cooling energy caused by the latent heat of phase transition has the characteristics of time-space;during the injection stage，the temperature of each measuring point in the box continues to decrease with time，the cooling rate of Plane 1 is obviously faster than that of Plane 2，and the low temperature area gradually expands in a conical shape.The dry ice particles accumulate in the coal seam in the recuperation stage，and continue to play the role of cooling inerting.There is a temperature difference between the coal body near the injection port and the high temperature coal body for heat exchange，and the temperature in the middle of the box gradually increases，and the temperature around the box gradually decreases until equilibrium.When the LN2/CO2 injection/delivery ratio was 4∶1，the continuous cooling capacity shows a higher level.The research results promote the deep application of dry ice phase-change cooling technology in the field of mine fire prevention.

Key words：LN2/CO2；injection and delivery ratio；dry ice；phase change；fire-extinguishing performance

0引言

隨著開采深度和強(qiáng)度的增加，采空區(qū)面積不斷擴(kuò)大，采空區(qū)間裂隙發(fā)育、漏風(fēng)復(fù)雜，煤自燃隱患增多，防治難度增大，嚴(yán)重制約著煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)和發(fā)展[1-3]。注水、灌漿、噴灑阻化劑、惰氣注入等傳統(tǒng)防火技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入技術(shù)發(fā)展的瓶頸，如水在高溫作用下生成水蒸汽有可能導(dǎo)致蒸汽爆炸；阻化劑在極高溫下會(huì)失活，失去滅火效果；惰氣注入在氣體噴射時(shí)卷席噴口附近大量空氣，導(dǎo)致射流速度迅速下降[4-6]。

近年來，相變流動(dòng)及傳熱技術(shù)在礦井防滅火領(lǐng)域得到發(fā)展，為礦井防滅火高效冷卻散熱開辟了新的研究方向[7-8]。相比氣態(tài)，液固兩相具有驅(qū)氧惰化、冷卻降溫等多種作用的綜合防滅火效果，能夠持續(xù)降溫惰化高溫煤體和火區(qū)，防止復(fù)燃，同時(shí)有效避免了注入惰氣過程中卷吸大量空氣而導(dǎo)致噴射速度下降[9-11]。孫連勝等向西部某礦22303工作面實(shí)施采空區(qū)注液氮（LN2）技術(shù)，有效遏制了上覆采空區(qū)自然發(fā)火事故，驗(yàn)證了LN2降溫惰化的防滅火效果[12]；WEN等使用成本較低且對(duì)阻礙煤氧反應(yīng)能力更強(qiáng)的液態(tài)二氧化碳（LCO2）替代LN2進(jìn)行注惰，獲得更好的防滅火效果和經(jīng)濟(jì)效益[13]；LIU等提出利用干冰儲(chǔ)存釋放裝置將干冰滯留在采空區(qū)，通過釋放干冰升華后的低溫CO2氣體進(jìn)行滅火，已成功撲滅陽煤五煤礦幾次早期自燃[14]；QIN等在干冰儲(chǔ)存釋放裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，開發(fā)出一種可以顯著提高干冰升華的速度的干冰相變裝置，從而實(shí)現(xiàn)低溫CO2氣體的快速釋放[15]。然而，LCO2狀態(tài)不穩(wěn)定，在地下運(yùn)輸和操作LCO2也存在高風(fēng)險(xiǎn)，干冰雖運(yùn)輸方便且相變潛熱更大，但堆放的干冰自然升華產(chǎn)生CO2氣體大多會(huì)隨風(fēng)流漏走，無法進(jìn)入煤體，使得此類技術(shù)的應(yīng)用受到了明顯的限制[16-18]。

為兼顧礦井自燃煤層防火的高效、安全及經(jīng)濟(jì)性，CHAIKEN等首次提出將干冰小顆粒分散在LN2中同時(shí)注入火區(qū)，干冰與煤之間換熱性強(qiáng)，可達(dá)到有效的降溫降氧效果[19]；姜曉波等利用N2/CO2二元系可視化凝華試驗(yàn)臺(tái)得到CO2升華和凝華過程中冰晶發(fā)展圖像，對(duì)不同形態(tài)晶體的成核率進(jìn)行了探討[20]；張辛亥等利用數(shù)值模擬軟件與試驗(yàn)結(jié)合的方法研究了LN2/CO2二元系在管道輸送過程中的凝華結(jié)晶過程和流動(dòng)特性[21]。然而，目前關(guān)于LN2/CO2制干冰的研究多集中于熱物性參數(shù)測試及管路流動(dòng)狀態(tài)，LN2/CO2制干冰技術(shù)的滅火效果不清晰。含有固體顆粒的氣固混合物，其冷卻性能受固體顆粒的物理性質(zhì)和比重的影響[22]，研究不同注輸比下的干冰制備及防滅火效果對(duì)該技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

鑒于此，基于相關(guān)前期研究的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計(jì)搭建了可視化凝華試驗(yàn)臺(tái)及松散煤體降溫試驗(yàn)臺(tái)，系統(tǒng)開展不同注輸比的LN2/CO2復(fù)合制備干冰試驗(yàn)；同時(shí)研究LN2/CO2在不同階段對(duì)煤體溫度的影響，以期制得最優(yōu)比例的惰性漿液，并得出該技術(shù)對(duì)煤燃燒全過程的抑制和滅火效果。

1LN2/CO2復(fù)合制干冰試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1試驗(yàn)系統(tǒng)

干冰制備由自制可視化凝華試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，LN2/CO2干冰制備系統(tǒng)及實(shí)物如圖1所示。

該系統(tǒng)由注入系統(tǒng)、低溫凝華系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3部分組成。供氣系統(tǒng)由分別承裝純凈度高達(dá)99.99%的高純度LN2和CO2的DPL絕熱氣瓶、低溫軟管等組成，供氣時(shí)，氣瓶通過自增壓裝置向管路注入LN2和CO2。低溫凝華系統(tǒng)由三通管路及可視化石英玻璃管路法蘭連接組成，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)顯天平、秒表、溫度變送器、壓力變送器、LU-U1300分布式無紙記錄儀、高速攝像機(jī)和筆記本電腦組成。開始前，打開LN2閥門對(duì)管路進(jìn)行預(yù)冷，使管道內(nèi)溫度降低約至凝華溫度，即管路溫度達(dá)到200 K時(shí)開啟CO2閥門，充注壓力為2 MPa，以此為0時(shí)刻開始記錄。測點(diǎn)布置如圖1所示。

1.1.2試驗(yàn)方法和工況

CO2相態(tài)如圖2所示。常壓下，CO2僅以氣、固2種相態(tài)存在[23-25]，利用CO2氣體遇冷生成干冰顆粒，向充滿CO2的支管中注輸LN2提供一定過冷度，打破CO2的平衡狀態(tài)，CO2分子在LN2提供的外部冷源作用下運(yùn)動(dòng)減慢，溫度低于-78.5 ℃時(shí)，在分子作用力下聚集凝華結(jié)晶，此時(shí)CO2從氣態(tài)亞穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)穩(wěn)定相，之后隨著溫度的降低，凝華壓力呈指數(shù)下降[26]。

為制得最優(yōu)比例的惰性漿液，使CO2成核率達(dá)至最優(yōu)，對(duì)CO2凝華消耗LN2量進(jìn)行計(jì)算。標(biāo)況下，LN2汽化潛熱為198 kJ/kg，定壓比熱容（Cp）為1.038 kJ/（kg·℃），定容比熱容（Cv）為0.741 kJ/（kg·℃）；CO2升華潛熱為573.6 kJ/kg，定壓比熱容（Cp）為0.85 kJ/（kg·℃），定容比熱容（Cv）為0.651 kJ/（kg·℃）。LN2入口溫度為-196 ℃左右，氣態(tài)CO2入口溫度為-36 ℃左右，理想狀態(tài)下，欲使二者混合，溫度降至-78 ℃左右，二者比例約為

[-78-（-36）]·0.85+573.61.038·[-78-（-196）]≈4.3

若考慮到LN2的氣化潛熱，則需要的N2量遠(yuǎn)低于上述值。即

[-36-（-78）]·0.85+573.61.038·[-78-（-196）]+198≈1.68

經(jīng)計(jì)算，通過控制CO2流量不變?cè)龃驦N2流量，在管型為90°的管路中開展注輸比為2∶1、3∶1、4∶1的3組試驗(yàn)，記錄干冰制備過程各測點(diǎn)溫度和壓力的變化，觀測干冰生成的過程。試驗(yàn)工況見表1。

1.2結(jié)果分析

1.2.1不同注輸比制干冰管路溫度變化

控制CO2流量不變?cè)龃驦N2流量，分別進(jìn)行3組試驗(yàn)，圖3為不同注輸比下各測點(diǎn)溫度變化曲線。

不同注輸比下，管路內(nèi)溫度變化趨勢趨近一致，表現(xiàn)為先下降后趨于穩(wěn)定。初始階段管路內(nèi)通入大量LN2與CO2，由于溫差較大，LN2與CO2及管路內(nèi)壁發(fā)生強(qiáng)制對(duì)流換熱，管路內(nèi)部換熱效率高，此時(shí)降溫速率較快；約至30～40 s，由于溫差減小，換熱效率降低，降溫速率隨之變緩，60 s后管路中2種流體基本達(dá)到對(duì)流換熱平衡，管路中部分CO2凝華生成干冰小顆粒，但由于管路內(nèi)仍在持續(xù)通入LN2和CO2，物質(zhì)系統(tǒng)仍在不斷運(yùn)動(dòng)和變化，系統(tǒng)此時(shí)達(dá)到宏觀平衡，注輸比為4∶1狀態(tài)下，LN2注入流速較快，溫度較低，導(dǎo)致在對(duì)流換熱平衡狀態(tài)下，較于注輸比為2∶1及3∶1時(shí)，測溫元件測試結(jié)果的波動(dòng)更為明顯。不同注輸比下不同測點(diǎn)換熱結(jié)束后溫度存在差異，是由于LN2注輸量增大，管路內(nèi)LN2提供的冷源增多，LN2和CO2的混合流體換熱效率增加，溫度急劇下降，導(dǎo)致管內(nèi)溫度下降速率增大，凝華發(fā)生時(shí)間提前。

1.2.2不同注輸比制干冰管路壓力變化

干冰的生成由溫度和壓力共同控制，不同注輸比下各測點(diǎn)管路壓力變化曲線如圖4所示。

分別觀察不同注輸比的壓力變化趨勢，3處測點(diǎn)趨于一致，全過程可概括為迅速增壓期和壓力平緩期。注輸初始階段，LN2預(yù)冷結(jié)束，通入CO2，杜瓦罐出口大量LN2遇CO2迅速升華使管路入口處氣體體積迅速膨脹，造成管路入口附近壓力急劇升高，另一方面杜瓦罐出口壓力為2 MPa，管內(nèi)壓力為0 MPa，壓差的存在同樣使管內(nèi)壓力迅速上升；LN2總量的增加使管路內(nèi)混合氣體總量增加，導(dǎo)致壓力峰值有所不同。30 s后管內(nèi)溫度逐漸達(dá)到凝華溫度，部分CO2相變凝華成為干冰小顆粒，管內(nèi)氣體總量減少，總壓降低，隨即管內(nèi)壓力達(dá)到平衡狀態(tài)，注輸比為4∶1時(shí)，混合管路壓差最大。不同注輸比下測點(diǎn)3的壓力均低于測點(diǎn)1，壓力在迅速增壓后經(jīng)歷小幅度下降和波動(dòng)，這是由于在30 s左右時(shí)壓力升高至最大值，同時(shí)在該時(shí)刻管路內(nèi)溫度已達(dá)到凝華溫度，部分CO2發(fā)生凝華相變生成干冰顆粒，使得管路內(nèi)氣體總量減少，隨即壓力降低。在持續(xù)輸入LN2與CO2后，管內(nèi)干冰顆粒生成速率達(dá)到平衡狀態(tài)，升壓速率保持穩(wěn)定。

2松散煤體降溫試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用自主設(shè)計(jì)的LN2/CO2松散煤體降溫試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行惰性三相混合物防滅火特性研究，該系統(tǒng)以LN2/CO2干冰制備系統(tǒng)為基礎(chǔ)，增添了松散煤體升溫系統(tǒng)，如圖5所示。松散煤體升溫系統(tǒng)由熱電偶、溫度傳感器、箱體、箱蓋、加熱棒組成，箱體尺寸為600 mm×400 mm×400 mm。

首先利用顎式碎煤機(jī)篩選粒徑為0～0.9，0.9～3，3～5，5～7，7～9 mm的煤樣各100 g組成混合煤樣，放入箱內(nèi)。將T型熱電偶與箱體內(nèi)各個(gè)測點(diǎn)及主機(jī)連接，利用加熱棒對(duì)煤樣品進(jìn)行預(yù)熱后，打開杜瓦罐閥門，持續(xù)注入CO2及LN2，并將該時(shí)刻作為開始時(shí)間，450 s后關(guān)閉閥門停止?jié){液注入。松散煤體升溫系統(tǒng)內(nèi)共布置4個(gè)測點(diǎn)（圖5），通過記錄測點(diǎn)溫度、壓力等參數(shù)的變化，研究不同注輸比對(duì)干冰制備對(duì)滅火效能的影響。

2.2結(jié)果分析

2.2.1注輸時(shí)煤溫變化規(guī)律

選取平面一1#、2#，平面二3#、4# 4個(gè)測點(diǎn)，分析不同注輸比對(duì)于箱體內(nèi)部煤溫變化的影響。如圖6、圖7所示。

從圖6、圖7可以看出，不同注輸比下，50～100 s內(nèi)1#、3#均呈現(xiàn)出急劇下降的趨勢，隨著壓注時(shí)間的增長，約至100 s，溫度降低幅度逐漸減緩，但平面一的溫降速率明顯快于平面二，注輸完成后1#在不同注輸比下溫度趨于一致，達(dá)到-195 ℃，而3#在注輸結(jié)束后溫度出現(xiàn)差異，注輸比為4∶1時(shí)，溫度最低，達(dá)到-169 ℃；2#和4#較于1#、3#，溫度降低過程更加平緩，不同注輸比下平穩(wěn)時(shí)溫度不同，4#平穩(wěn)溫度分別為-106，-96，-98 ℃，均高于2#的溫度。

平面二2處測點(diǎn)降溫速率具有明顯的非線性特征，這是由于松散煤體為多孔介質(zhì)，顆粒間的空隙是滲流的主要通道。注入階段，由于受到煤體的阻隔，主要受流體驅(qū)動(dòng)力的影響沿著壓力降低的方向運(yùn)移，并在不斷的運(yùn)移過程中改變煤體溫度，而幾乎可以忽略擴(kuò)散換熱作用。滲流環(huán)境中粒度、空隙率的不均勻，滲流阻力則不盡相同。

注輸比為4∶1時(shí)，對(duì)煤體降溫效果最好，選擇4∶1具體分析。注輸比為4∶1時(shí)平面一降溫階段不同時(shí)刻溫度分布如圖8所示。

完成加熱后，箱體內(nèi)溫度處于50～85 ℃。隨著混合流體逐漸向箱體內(nèi)壓注，快速形成低溫區(qū)，在溫度差的作用下煤層熱量持續(xù)向低溫區(qū)傳導(dǎo)，逐漸在區(qū)域間形成溫度梯度。此時(shí)火區(qū)高溫提供外部能量，干冰分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間碰撞激烈，當(dāng)分子經(jīng)過多次碰撞后，獲得了擺脫分子作用力的束縛后成功打破壁壘，干冰分子升華生成CO2，與N2一同起到持續(xù)降溫降氧的作用，在50 s時(shí)注入口附近溫度降至-20～-90 ℃，而距離注入口較遠(yuǎn)的區(qū)域溫度下降幅度稍小，處于15～50 ℃。100 s時(shí)，可以看到注入口附近由于冷源充足、混合煤體與煤溫間的溫差大，局部溫度已降至-160～-195 ℃。隨著壓注的持續(xù)進(jìn)行，觀察到注入口附近的溫度逐漸趨于穩(wěn)定，達(dá)到-195 ℃，遠(yuǎn)離注入口的部位溫度下降則較為緩慢。

觀察云圖8（c）至云圖8（i）注入過程中低溫區(qū)域呈錐形逐漸擴(kuò)大，這是由于LN2與CO2由杜瓦罐釋放時(shí)具有一定的初始速度，呈高速射流狀態(tài)由注入口向松散煤體泄放，惰性混合物在節(jié)流膨脹和閃蒸作用下釋放大量的相變潛熱，迅速形成制冷區(qū)域，另一方面干冰顆粒在煤層堆積，注入口附近煤樣與惰性混合物隨著換熱的進(jìn)行導(dǎo)致溫差逐漸減小，在注入時(shí)間超過150 s后混合流體儲(chǔ)存了更多冷量與箱體中部的煤進(jìn)行換熱，由于溫差作用不斷向周圍擴(kuò)散延伸，由此低溫區(qū)域呈錐形不斷擴(kuò)大。注輸比4∶1時(shí)降溫階段平面二不同時(shí)刻溫度分布，如圖9所示。

箱內(nèi)平面二初始平均溫度略高于平面一，隨著惰性混合物的注入，平面二溫度逐漸降低，但溫降速率明顯小于平面一。分析是由于平面一更接近注入口，由于輸入的惰性混合物可直接與平面一煤體進(jìn)行接觸，并充分換熱，而平面二中的煤體降溫則需要依靠降溫后的平面一中的低溫煤體進(jìn)行換熱，以及通過CO2及N2向下滲流，但滲流至平面二的CO2由于換熱的進(jìn)行，其所蘊(yùn)含的冷量大幅度減小，這就導(dǎo)致不同平面的煤體進(jìn)行換熱時(shí)的溫差不同、換熱效率不同，進(jìn)而導(dǎo)致溫度分布不同，驗(yàn)證了對(duì)流換熱對(duì)降溫的作用[27]。

2.2.2停注后溫度變化規(guī)律

停注后不同注輸比下平面一、二回溫階段溫度及溫降速率變化如圖10、圖11所示。從圖10，圖11可以看出，回溫階段2個(gè)平面內(nèi)不同測點(diǎn)均呈現(xiàn)溫度上升趨勢。從圖10（a）和圖11（a）發(fā)現(xiàn)，在停注后的初始階段，溫度回升速率較大。在注入階段，1#距離注入口更近，獲得冷源更充足，停止注入后，該區(qū)域與其他區(qū)域煤體間溫差較大，因此換熱效率更高，此時(shí)，壓力流作用消失，干冰顆粒相變換熱及傳導(dǎo)換熱成為煤體溫度變化的主要途徑。

在回溫結(jié)束時(shí)刻，即10 h，1#溫度低于3#，推測是由于注入結(jié)束時(shí)，平面一的溫度本身低于平面二，同時(shí)生成的干冰顆粒堆積于平面一，回溫時(shí)干冰升華優(yōu)先提供給平面一冷量，導(dǎo)致在回溫結(jié)束時(shí)，1#溫度仍高于2#。當(dāng)注輸比為4∶1時(shí)，LN2/CO2對(duì)煤體回溫的抑制效果更好。選擇注輸比4∶1具體分析，圖12為注輸比為4∶1時(shí)回溫階段平面一的不同時(shí)刻溫度分布。從圖12可以看出，停止注輸后，注入口附近區(qū)域的煤溫最低，回溫2 h后注入口區(qū)域的溫度由于與其余煤體和周圍環(huán)境的溫差大，因此溫度明顯上升，從-168～-195 ℃逐漸升高到-60～-87 ℃。

隨著時(shí)間的增加，注入口區(qū)域附近的溫度進(jìn)一步下降，箱體四周區(qū)域溫度則逐漸降低，則是由于周圍煤體與高溫煤體間存在溫差產(chǎn)生換熱，干冰顆粒也同時(shí)釋放冷量，因此在回溫階段，箱體中間區(qū)域溫度逐漸升高、箱體四周區(qū)域溫度逐漸降低。注輸比為4∶1時(shí)回溫階段平面二的不同時(shí)刻溫度分布，如圖13所示。當(dāng)注輸比不變時(shí)，兩平面溫度變化趨勢基本一致，表現(xiàn)為箱體中部升溫、四周降溫。但平面二在箱體中間區(qū)域的溫度回升速率明顯大于平面一，同時(shí)溫度升高的范圍相較平面一也明顯增加。平面一中溫度基本分布于-5～-43 ℃，平面二中的溫度則主要集中于3～-29 ℃。造成2個(gè)平面之間出現(xiàn)溫度差異的原因?yàn)槠矫娑跏紲囟容^平面一略高，同時(shí)平面二無法與干冰直接接觸，干冰升華所吸收的熱量大多來自于平面二以上的煤體，驗(yàn)證了相變潛熱及傳導(dǎo)換熱對(duì)冷卻效果的作用，試驗(yàn)過程未出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。

3結(jié)論

1）LN2提供冷源使CO2在管路中凝華生成干冰小顆粒，以惰性三相混合物形式輸送至高溫火區(qū)，混合物到達(dá)火區(qū)后，由于壓力、溫度發(fā)生變化，LN2首先揮發(fā)，干冰堆積在煤層逐漸吸熱升華，起到持續(xù)降溫降氧的作用，本研究具有較好的滅火前景。

2）混合流體在不同注輸比下，管路內(nèi)溫度、壓力變化趨勢趨近一致。注輸比越大，管道內(nèi)提供冷量增加，溫度降低速率加快，生成干冰顆粒增多，凝華發(fā)生時(shí)間提前，更易凝華。綜合評(píng)定成本、持續(xù)降溫降氧能力及恒溫效果，LN2/CO2注入流量為4∶1時(shí)，滅火效果最佳。

3）注入過程低溫區(qū)域呈錐形逐漸擴(kuò)大，注入結(jié)束后溫度回升速率減慢，換熱達(dá)到平衡后箱體內(nèi)溫度更低，由于煤體對(duì)CO2強(qiáng)的吸附性，該技術(shù)對(duì)煤體回溫具有較強(qiáng)的抑制效果。

參考文獻(xiàn)（References）：

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（責(zé)任編輯：劉潔）