新風系統(tǒng)在礦山獨頭平巷的應用

賀坤 聶都超 周國 歐超 游勇 李斌

摘?要： 傳統(tǒng)的井下獨頭巷道爆破，通風條件較差，粉塵與炮煙難以及時排出，嚴重威脅到作業(yè)人員的健康與安全。有鑒于此，我們特在獨頭巷道設立新風系統(tǒng)，直接讓CO在現(xiàn)場得到凈化，從而達到降低有毒有害氣體含量，改善井巷空氣質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞： 新風系統(tǒng);霍加拉特顆粒;CO凈化率;催化氧化

【中圖分類號】TU831?????【文獻標識碼】A?????【文章編號】1674-3733（2020）01-0222-02

1?項目背景

1.1?項目必要性與可行性

1、必要性

（1）獨頭巷道作業(yè)環(huán)境差，爆破粉塵大，通風效果不好，有毒有害氣體難以排出（主要為CO），危及作業(yè)人員安全;（2）新建通風系統(tǒng)困難，且具有投資較大、基建時間長的弊端;（3）排出爆破產(chǎn)生的粉塵、炮煙時間長，對生產(chǎn)效率和臺班臺效影響較大。

2、可行性

根據(jù)北京科技大學劉秀禮等人關(guān)于《炮煙凈化裝置中凈化材CO凈化材料—霍加拉特的性能》的報告，使用霍加拉特來凈化作業(yè)面爆破后的主要的有毒有害氣體CO有明顯效果，且成本可控，因此，本新風系統(tǒng)研究具備一定可行性。

1.2?項目意義

（1）解決獨頭巷道及長距離巷道通風問題，改善采掘作業(yè)面環(huán)境。

（2）有效降低深部獨頭巷道作業(yè)人員中毒窒息等安全風險。

2?CO凈化原理

2.1?試驗藥劑選擇

本次研究的目的是設立新風系統(tǒng)，就地對獨頭巷道作業(yè)面進行CO凈化和降塵，實現(xiàn)循環(huán)或部分循環(huán)通風，經(jīng)濟有效地改善工作面環(huán)境。凈化材料的選擇是本次新風系統(tǒng)研究的核心，本試驗選擇霍加拉特顆粒為試驗材料。

2.2?霍加拉特顆粒的介紹

根據(jù)霍加拉特顆粒組分的不同，我們一般將其分成二元和四元兩大類。其中，二元霍加拉特組成成分為60%的MnO2和40%的CuO;四元霍加拉特組成成分為是50%的MnO2、15%的Co2O3、5%Ag2O和30%的CuO?；艏永仡w粒中，主要活性組分為MnO2，其它組分為催化劑。在常溫、常壓下，二元霍加拉特與四元霍加拉特總體性能差別不大。

2.3?霍加拉特顆粒的凈化原理

CO的凈化在催化氧化過程中完成整個過程大致可分為七個階段：

（1）O2與CO向霍加拉特顆粒界面擴散;（2）O2與CO在霍加拉特顆?？變?nèi)部擴散;（3）O2與CO吸附在霍加拉特顆粒的內(nèi)表面;（4）O2與CO在霍加拉特顆粒內(nèi)進行化學反應，生成CO2;（5）CO2從霍加拉特顆粒內(nèi)表面脫落;（6）CO2在霍加拉特顆?？變?nèi)部擴散;（7）CO2從霍加拉特顆粒界面向氣流擴散。

2.4?影響霍加拉特顆粒凈化性能的主要因素

影響霍加拉特顆粒凈化性能的因素主要可分為其物理性質(zhì)與使用條件兩類。其中，物理性質(zhì)包括顆粒的形狀與尺寸、顆粒的配比和制備方法等;使用條件包括濕度、溫度、風速、CO濃度等。

（1）濕度對凈化性能的影響：

霍加拉特顆粒對水蒸氣非常敏感，其活性隨濕度增加而迅速下降?；艏永仡w粒極易吸收水蒸氣，水蒸氣在其表面形成薄膜，這層水薄膜會嚴重阻礙O2與CO的吸附，使得霍加拉特顆粒的凈化性能大減，對CO的凈化率也迅速降低。

（2）溫度對凈化性能的影響：據(jù)有關(guān)資料顯示，在0～100℃范圍內(nèi)，霍加拉特顆粒凈化率隨溫度升高而增大。

（3）風速對凈化性能的形響：在一定范圍內(nèi)，風速增加，單位時間內(nèi)的循環(huán)次數(shù)會增加，使霍加拉特顆粒凈化率增加。

3?新風系統(tǒng)設計

3.1?新風系統(tǒng)處理器設計方案

新風系統(tǒng)處理器內(nèi)部設計：通過安裝多層霍加拉特催化板，污風在經(jīng)過時被霍加拉特顆粒充分催化。霍加拉特催化板由一定強度的過濾網(wǎng)，內(nèi)裝霍加拉特顆粒，通過卡槽固定在處理箱體內(nèi)，箱體規(guī)格：1.2m*0.8m*1.0m。箱體外觀圖、俯視圖、側(cè)視圖及霍加拉特顆粒圖如圖1所示。

3.2?新風系統(tǒng)模型設計

根據(jù)霍加拉特化學原理及凈化特性，要確保污風必須除塵、干燥、有一定風速才能確?；艏永貙O的凈化率，故我們設計了如圖2的霍加拉特系統(tǒng)模型。

試驗時我們分成以下幾個步驟：

（1）水幕降塵：在距離獨頭巷道垱頭面約7m的位置安裝固定小型噴霧器，形成水幕隔離，將灰塵有效的限制在作業(yè)垱頭附近，使污風經(jīng)過水幕時達到降塵的目的;

（2）空氣干燥：在空氣干燥箱內(nèi)添加干燥劑，污風通過時，利用干燥劑除去水分;

（3）污風處理（霍加拉特顆粒催化）：干燥、具有一定風速的污風經(jīng)過催化箱時，通過催化氧化反應，將污風中部分CO轉(zhuǎn)化為CO2;

（4）抽出式風機：抽出處理后的空氣，使其具有一定風速;

（5）壓入式風機：將處理過后的空氣壓入作業(yè)面，再進行以上循環(huán)，反復多次，使CO轉(zhuǎn)化為CO2。

4?新風系統(tǒng)應用情況

我們將新風系統(tǒng)應用于井下-340m中段快速掘進巷道（獨頭巷道），在溫度為常溫，污風經(jīng)水幕除塵及干燥箱干燥的條件下，測得了不同風速下CO含量，測量點在水幕除塵裝置與空氣干燥箱之間，測量結(jié)果見表1。

根據(jù)表1的CO測定情況，我們可以得到以下結(jié)論：

（1）在一定風速范圍內(nèi)，風速增加，可以使單位時間內(nèi)的循環(huán)次數(shù)增加，從而導致霍加拉特顆粒對CO的凈化率增加。

（2）超過一定風速范圍，風速增加，霍加拉特顆粒對CO的凈化率反而減小。這是由于風速增加時，空速也會增加，而空速增加會引起的CO凈化率下降，須看風速增加所引起的凈化率上升與空速增加所引起CO凈化率下降之間的平衡情況，當CO凈化率下降量高于上升量時，就會表現(xiàn)為CO凈化率減小。

運用霍加拉特顆粒為CO凈化材料來凈化井巷工程爆破后產(chǎn)生的CO氣體，可有效降低CO含量，改善井巷空氣質(zhì)量，其前景良好，安全性、經(jīng)濟性、適用性也都較好，值得廣泛探索與積極應用！

參考文獻

[1]?王英敏，礦井通風與安全，冶金工業(yè)出版社，1979年.

[2]?劉秀禮，李懷宇，炮煙凈化裝置中CO凈化材料-霍加拉特的性能研究[J]，新疆有色金屬，1997年.

[3]?李懷宇，謝振華，礦山井下炮煙凈化方法的研究[J]，工業(yè)安全與防塵，1994年.