矿用救生舱中有毒有害气体滤除研究

对矿用救生舱中有毒有害气体进行了理论分析与试验验证,包括CO₂、CO气体以及异味气体的分析验证。研究出有毒有害气体滤除技术及滤除系统。在救生舱单项试验和载人试验过程中使用了钠石灰吸附剂、ACO催化剂和活性炭,使得有毒有害气体浓度符合矿用救生舱的指标要求。真实、有效的数据验证了有毒有害气体滤除技术的可行性,从而为煤矿井下避难人员提供了环境健康保障。     

活性焦干法联合脱硫脱硝的正交实验

采用正交实验,结合SEM和XPS等表征手段,研究了空速、温度、烟气中NO,SO₂的浓度等因素对含氨活性焦硫容和脱硝量的影响.结果表明,NO和SO₂之间存在着竞争吸附,SO₂优先吸附在活性焦上;NO的脱除主要是NO和NH₃的催化还原反应,SO₂的脱除是活性焦的直接催化和部分硫铵的产生;影响脱硫脱硝的主要因素是反应温度;最佳工艺条件是：空速4 500 h^-1、温度130 ℃、NO与SO₂浓度分别为0.15%和0.10%,此时硫容为152.82 mg/g,脱硝量为57.88 mg/g.     

KMnO4/CaCO3协同脱硫脱硝实验研究

在喷射鼓泡塔实验台上,采用KMnO₄/CaCO₃进行了协同脱硫脱硝实验,研究了氧化剂加入量、SO₂浓度、NO浓度、浆液pH值、浸没深度、浆液浓度、模拟烟气温度对SO₂和NO脱除效率的影响.实验结果表明：NO的脱除效率随氧化剂加入量、SO₂浓度、浸没深度、浆液浓度的增大而提高,随NO浓度的提高而降低;SO₂的脱除效率随氧化剂加入量、SO₂浓度、pH值、浸没深度、浆液浓度的增大而提高,而NO浓度和烟气温度对SO₂脱除效率无影响作用;NO的脱除效率与浆液pH值和温度无明显关联.     

矿井避难硐室环境有害气体浓度控制技术

为有效控制煤矿避难硐室内有害气体浓度,保证避灾人员安全,分析了避灾过程人体代谢产生有害气体类型与释放速率,结合有害气体环境中人体的耐受能力,提出对人体代谢产生的CO、H2S、NH3、CH4等有害气体可不必采取净化措施.通过理论分析得出人均供风量为107 L/min时可将硐室内CO2平均浓度控制在0.5％,满足硐室CO2净化需要,人均压风供气量为450 L/min时,才满足《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》中对CO快速净化的需要,结合人体对CO浓度环境的耐受能力,建议延长硐室内CO快速净化时间.通过试验得出2台风量4.7 m3/min、有效净化功率20％ ～ 30％的净化装置可满足50人避难硐室空气净化要求.     

近距离煤层上覆采空区高浓度有毒有害气体防控技术研究

为了解决元宝湾煤矿近距离煤层上覆采空区内高浓度有毒有害气体涌出问题,提出了风机-风窗联合均压技术,计算出39105工作面需风量为1 298 m³/min,采用4台FBD№8.0/2×75 kW局部通风机(两用两备)向工作面供风,通过调节风窗面积来提高工作面压力。结果表明：39105工作面均压防灭火系统启动后,通过风机与风窗的作用,使其处于平衡状态,回风隅角CH₄、CO气体浓度均为0,O₂和CO₂气体均维持在安全浓度范围之内,证明均压系统起到了较好的效果。     

燃煤机组尾部烟道三氧化硫脱除数值模拟研究

为减少燃煤电厂机组烟道尾气三氧化硫SO₃对环境的破坏和对燃煤机组日常运行的不利影响，对SO₃的脱除开展模拟研究。以燃煤机组尾部烟道为模拟对象，建立碱性吸收剂溶液吸收SO₃多相流全过程反应的数值模型；以碳酸钠Na₂CO₃溶液为碱性吸收剂，通过该模型研究碱性吸收剂吸收SO₃的基本特性，并探究碱性吸收剂各项参数对SO₃脱除效率的影响。研究结果表明，Na₂CO₃在烟道的主要存在方式为固相，烟气温度对SO₃脱除效率影响较小，喷枪系统不同布置方案的脱除效率不一，Na₂CO₃的质量浓度为100 g/L时效果较好，摩尔比与SO₃的脱除效率并非线性相关，喷雾粒径为40～70μm、雾化角度为60°时，效果较好。     

某斜坡道掘进爆破毒气浓度演变规律分析

地下矿山炮烟中毒是主要爆破事故类型之一。针对某斜坡道掘进爆破,通过安设有害气体监测仪开展现场监测,对爆破有毒有害气体的扩散规律和危害进行分析。研究表明,爆破有毒有害气体浓度顺序为CO>NO>NH₃>H₂S,其中CO浓度与其他气体存在明显的数量级区别,需要引起重视。随着通风时间的延续,爆破有害气体浓度整体表现为先升高后降低的演变规律;通风35 min后爆破有毒有害气体基本排出完毕。铲运阶段的运输车辆通行对于NO、NH₃和H₂S浓度具有明显影响,使其呈现震荡性波动变化趋势。     

老年褐煤综放工作面CO来源分析及治理技术研究

针对敏东一矿低变质老年褐煤低温氧化造成综放工作面回风隅角CO超限问题,通过分析I0116³00综放工作面回风隅角CO来源,提出了以有害气体抽采为主,以帷幕注氮、气幕稀释、喷洒阻化剂、均压通风等为辅的综合防治技术措施,并进行了现场应用。研究结果表明:I0116³00综放工作面回风隅角埋管进行CO等有害气体控制抽采,有效降低了隅角及回风CO浓度;采空区帷幕注氮,惰化遗煤氧化,可以有效抑制CO的生成量;局部均压通风和上隅角导风对抑制采空区CO涌出有较好的效果,工作面最佳配风量控制在1 350 m³/min左右并适当提高上隅角风压,有效减少了采空区CO涌出。通过现场应用,消除了I0116³00综放工作面回风隅角CO超限隐患,为回采工作面的安全生产提供了保障。     

煤田火区气体侵入预警标志性气体研究

现场实测内蒙古乌海矿区现有煤田火区内的气体组分发现,火区内CO₂、CO气体为浓度最大的2种有害气体,且CO₂气体浓度超过CO气体25倍以上。根据适当的火区气体侵入预警标志气体应具备的灵敏性、普遍性、可测性、早期显现性4个基本特征,并利用组分浓度质量守恒定律建立了火区气体侵入最小漏风强度计算公式,认为CO₂气体是最适合的预警火区气体侵入工作面的标志气体,且现场火区气体侵入实例证明了这一结论。     

热解煤气吸附动力学研究

针对热解煤气变压吸附提氢过程,开展了CO₂、CO、N₂、CH₄等主要杂质气体在不同吸附剂上的吸附热力学研究,测量了各种杂质气体在不同温度下的吸附等温线,并通过计算获得了相应的吸附焓。结果发现,温度增加导致CO₂、CO、N₂、CH₄吸附能力减弱,吸附压力的增大导致CO₂、CO、N₂、CH₄吸附量增加。不同吸附剂对CO₂吸附能力的顺序:炭分子筛＞活性炭＞铜吸附剂,不同吸附剂对CO吸附能力的顺序:铜吸附剂＞炭分子筛＞活性炭,随着吸附压力的增大,N₂和CH₄吸附焓为定值,不随吸附量变化而变化。     

冲击地压条件下低变质煤自燃特性研究

利用程序升温试验装置,以宽沟煤矿I010206综放工作面B₂煤层为研究对象,在单轴加压7.5 MPa条件下开展不同粒径煤样的程序升温实验,分析B₂煤在不同粒径条件下在升温氧化过程中CO,CH₄,C₂H₆,C₂H₄等气体的产生规律,并计算了不同粒径煤样的耗氧速率、气体产生速率。研究结果表明：超过临界温度后,随煤温升高,产生的标志气体浓度由缓慢增长变为急剧增长,且随煤样粒径减小,其增长速率逐渐增大,耗氧速率和气体产生速率也逐渐增大,自燃氧化临界温度70℃,干裂温度为110℃。     

煤层自然发火标志气体及临界值确定

以神东矿区5个不同煤层为研究对象,利用程序升温实验优选出神东矿区煤层自然发火标志气体,得出了不同温度条件下CO产生速率,通过现场测试工作面回风隅角及采空区CO和O2体积分数,划分采空区散热带和氧化带的宽度,建立回风隅角CO指标临界值的计算模型,最终给出回风隅角CO指标临界值。结果表明:神东矿区煤层自然发火标志气体为CO、C₂H₄、C₂H₂,可分别作为煤自然发火初期、加速阶段和激烈氧化阶段的标志气体;正常开采条件下,回风隅角CO指标临界值为90×10^-6,当上升至350×10^-6时,采空区遗煤已达临界温度(60～70℃)。     

燃煤电厂SO3在线监测烟气预处理方法

燃煤电厂烟气排放连续监测系统（CEMS）尚未有效的SO₃浓度在线监测方法,烟气SO₃主要包含气态SO₃、硫酸雾和附着在颗粒物表面的SO₃结晶。为了实现排放烟气SO₃浓度在线监测,设计了SO₂与SO₃融合检测方法,解决了SO₃与SO₂吸收光谱重合的问题,发明了烟气制冷水吸收加热后测量硫酸浓度的SO₃在线监测预处理方法,对预处理方法进行实验分析,制冷吸收法的SO₂吸收效率为60.62%。加热制冷吸收液后的体积为加热前体积一半时,加热溶液中硫酸的含量降低为加热前的92.7%,溶液中亚硫酸溶液的含量降低为加热前的21.3%,最终得到了烟气SO₃实时浓度计算公式。     

高锰酸钾改性对颗粒活性炭吸附Cu2+的影响

采用KMnO₄溶液在回流状态下对颗粒活性炭进行了改性。考察了KMnO₄ 溶液浓度对Cu²⁺吸附率-pH曲线及pH的影响,并研究了KMnO₄ 改性对颗粒活性炭吸附和解吸Cu²⁺性能的影响。结果表明,KMnO₄ 改性使颗粒活性炭对 Cu²⁺吸附率-pH曲线及pH向低pH偏移。当KMnO₄溶液浓度为0.03 mol/L时,改性颗粒活性炭效果最好;KMnO₄ 改性提高了颗粒活性炭对Cu²⁺的吸附速率,使其投加量节省约3倍;Cu²⁺在改性及未改性活性炭上的吸附遵循Freundlich等温吸附方程,在相同Cu²⁺平衡浓度下,KMnO₄改性活性炭对 Cu²⁺的吸附量提高约 2.7倍;使用 0.35 mol/L的HCl溶液作解吸液,Cu²⁺从KMnO₄改性活性炭上的解吸率为 91.1%,而Cu²⁺从未改性活性炭上的解吸率仅为8.8%。KMnO₄ 改性提高了颗粒活性炭从水中吸附重金属离子的能力,并促进了其解吸再生性能。     

某地下矿山除雾降尘技术研究与应用

为了消除地下矿山回风井外排污风产生的地表环境污染,针对某地下矿山冬季回风井井口形成白色雾柱,外排水雾、粉尘及有害气体易产生环境污染等问题,开展了回风井污染因子外排强度调查及减排技术研究。通过对地下矿山回风井污风进行24 h连续采样分析,得出回风井外排污风存在流量大、浓度低、总量高的特性,且浓度在井下大爆破后1 h达到峰值。试验结果表明：丝网除雾器除雾效果优于波纹板除雾器,组合除雾器优于丝网除雾器;丝网除雾器厚度越厚,除雾效果越好。根据试验结果提出了组合式除雾降尘方案,工程实践表明,该方案能有效消除回风井白色雾柱,系统阻力小于200 Pa,通风系统风量降低3.2%,对通风系统影响小。     

高瓦斯易自燃综放面采空区内因火灾防控

为解决建北煤矿高瓦斯煤层自然发火早期精准预测预报的难题,以该矿4204工作面煤层为研究对象,利用程序升温实验重点分析不同粒径煤样在升温氧化过程中CO、CO₂、C₂H₆、C₂H₄等气体体积分数的变化规律,通过格氏火灾系数等方法进行处理分析。结果表明,建北煤矿煤样出现CO的临界温度为60~80 ℃,且整体变化趋势呈指数增长,CO气体产生量与粒径呈反比关系;C₂H₄出现的温度约为120 ℃,且煤样粒径越小其体积分数增长越快。依照指标气体优选原则,确定建北煤矿4204工作面高瓦斯煤层煤自燃的优选指标：主要气体指标为CO、第二类火灾系数;辅助气体指标为C₂H₄、烯烷比φ(C₂H₄)/φ(CH₄)和φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆)、第三类火灾系数。应用指标气体CO和煤温进行函数曲线拟合,进一步验证煤自燃程度。研究结果为建北煤矿高瓦斯煤层自燃预报提供了理论依据,对我国同类工况条件的高瓦斯煤层煤自燃早期预测预报与超前防控具有重要的指导意义。

     

陕北富油煤熄焦特征污染物析出规律探究

为研究陕北富油煤的熄焦特征污染物析出规律,从而实现煤炭的清洁高效利用。以张家峁4-2富油煤为研究对象,采用热解炉制备不同热解终温和不同热解恒温时间的热解焦,对热解焦进行干法熄焦,探究熄焦过程中特征污染物的析出规律。实验结果表明：富油煤热解干熄焦过程中,污染物SO₂最大浓度为400×10^-6、颗粒物最大浓度为400 mg/m³,同时有少量的NO产生,熄焦6 min后SO₂浓度降至较低水平,8 min后基本不再产生污染物,13 min后热解焦温度降至250℃,熄焦过程结束;相对于大粒径(5～30 mm)的煤,小粒径(<5 mm)的煤产生的SO₂和颗粒物更多。     

均压防治技术在30101工作面采空区的应用

针对30101工作面开采过程中临近老窑采空区遗煤自然发火引起的工作面有毒有害气体浓度高、上隅角CO浓度超标等问题,利用SF₆示踪气体测定采空区漏风量,提出了均压技术,均衡了工作面与采空区风压分布,控制了均压范围内的风压差,减少了采空区漏风,降低了工作面有毒有害气体浓度与上隅角CO浓度。在综合考虑均压区域通风系统的合理性和稳定性及对其他用风地点影响的基础上,采用调压风机—调节风门联合均压方案,并对其参数进行设计,确定风机型号YBFH132S2、调节风门面积0.285 m²。现场方案实施结果表明:30101工作面上隅角与采空区CO浓度符合安全生产标准,取得良好效果。     

钠碱脱硫液中SO2的超声波解吸

为研究低价态膜电解超声波协同钠碱再生循环烟气脱硫新工艺中SO₂气体的超声波解吸效果,探讨了超声作用时间、温度、Na⁺初始浓度、解吸液初始pH值等因素对钠碱脱硫膜电解再生溶液中SO₂解吸的影响.实验结果表明,应用超声波可提高钠碱脱硫富液中SO₂的解吸率,在短时间75 s解吸就能达到平衡状态.确定了解吸温度为95 ℃,时间为100 s,钠离子浓度为1.0 mol/L,解吸溶液初始pH=2为低频超声波解吸SO₂的适宜条件,能达到35%左右的解吸率.     

惰性气体对KHCO3冷气溶胶甲烷抑爆性能的影响研究

主动式喷粉抑爆装置是煤矿甲烷爆炸的防控装备之一,该装置装填的超细粉体抑爆剂可在甲烷爆炸初期主动喷洒,使其中超细粉体颗粒形成冷气溶胶,减少后续甲烷爆炸危害。为进一步提升主动式喷粉抑爆装置的抑爆性能,探究冷气溶胶抑爆剂的抑爆规律,使用5 L爆炸管道系统,测试了N₂和CO₂两种惰性气体对KHCO₃冷气溶胶甲烷抑爆性能的影响。试验结果表明:N2、CO₂显著强化了KHCO₃冷气溶胶对9.5%甲烷/空气预混气的抑制性能,相比于空气驱动的KHCO₃冷气溶胶,气体介质中含有惰性气体的KHCO₃冷气溶胶使甲烷爆炸最大压力下降更为显著,到达峰值压力时间也更长;CO2对KHCO₃冷气溶胶抑爆性能的增效作用强于N2。其中,体积分数0.03 g/L的KHCO₃冷气溶胶仅使甲烷最大爆炸压力降低60.4%,而在气体介质内充入体积分数15%~20%的N2或5%~10%的CO2时,同浓度KHCO₃冷气溶胶可以完全抑制甲烷爆炸,继续增加惰性气体的体积分数可以进一步减少KHCO₃冷气溶胶用量,从而降低主动式喷粉抑爆装置的成本。试验考察了在不同浓度KHCO₃冷气溶胶与不同体积分数N2、CO2作用下的甲烷爆炸情况,得到了KHCO₃冷气溶胶与惰性气体的最佳抑爆用量配比,能够为基于KHCO₃冷气溶胶的主动式喷粉抑爆装置的设计提供理论依据及技术参数。此外,讨论了含惰性气体的KHCO₃冷气溶胶系统的甲烷抑爆机理,并分析了惰性气体的增效原因。