煤矿井下环境对甲烷催化元件性能的影响

刘凰衷

（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）

化工能源Chemical Energy

煤矿井下环境对甲烷催化元件性能的影响

刘凰衷

（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）

瓦斯的主要成分是甲烷，容易受到煤矿井下环境因素的影响，研究井下环境对甲烷催化元件性能的影响，能够为煤矿开采安全管理提供一定的参考依据。首先简单地介绍了内部影响因素的研究状况，然后分析了煤矿井下环境对甲烷催化元件化学反应机理的影响，最后探讨了煤矿井下环境对甲烷催化元件性能的影响，从中得出高温、高湿环境下甲烷催化元件性能将会下降。

煤矿；生产；井下环境；甲烷催化元件

1 内部影响因素的研究情况

国内外甲烷催化元件性能的内部影响研究主要集中在四个方面：敏感材料、配对工艺、制造工艺以及抗毒性能。对于敏感材料的分析，利用的是已经沿用了60多年的载体催化法，通过材料对气体接触燃烧的反应热去转变另一个材料电阻特性的催化燃烧法。配对工艺利用甲烷催化元件检测瓦斯浓度的仪器中，催化传感器元件和补偿元件封装成一体，共同配合对甲烷的浓度进行检测。制造工艺方面，当前主要有浸渍法和溶胶–凝胶法。抗毒性能的研究是国内外在相关方面研究的重大突破，改进载体催化元件的抗毒性能成为了今后研究的一大方向。

2 煤矿井下环境对甲烷催化元件化学反应机理的影响

2.1 甲烷催化元件的工作原理

甲烷催化元件是根据可燃气体会发生催化氧化反应这一原理工作的，载体温度的变化，主要是有空气中可燃气体的浓度确定。要想测定载体的温度，可以利用测温元件测定，实现控制可燃气体浓度的目的。催化反应产生热量的时候，会对信号造成影响，并且陂测气体的浓度和催化反应的放热量具有一定的联系，通过测量敏感元件与补偿元件的温度差值，可以判定煤矿井下环境中瓦斯是否正常。

2.2 甲烷催化元件的使用环境

煤矿井下环境最大的特点就是空间封闭，在这样的一个环境中，高温、高湿在所难免，而甲烷催化元件正是在高温、高湿环境中使用的。因此，在研究煤矿井下环境对甲烷催化元件性能的影响时，应当对煤矿井下环境的气候特征有一个全面的掌握，以此摸清煤矿井下环境对催化元件性能的影响规律。另外，还需要对通风情况全面了解。只有这样，才能对甲烷催化元件使用环境进行全面分析。表1是甲烷催化元件的使用环境。

表1 甲烷催化元件的使用环境

2.3 煤矿井下环境对化学反应机理的影响

根据相关甲烷催化元件的化学反应机理，结合甲烷催化元件的结构特点，可以从中了解到环境因素对甲烷催化元件反应机理的理论。通常情况下，煤矿井下温度处于高温、高湿状态，催化剂的“积碳”情况会加重，添加助剂钾可以控制此情况。同时，在高温、高湿环境下，钾会以钾盐的形式跟着水分一起蒸发，使得“积碳”现象变得更加严重，导致催化剂表面空缺被占，进而降低反应速率。

3 煤矿环境下对甲烷催化元件性能的影响

3.1 温度、湿度、风速对零点及灵敏度的影响

温度对灵敏度的影响，零点漂移呈线性变化，温度处于 -10～50℃时，灵敏度范围变化不大，也就是在这范围内零点漂移比较稳定，波动很小。在50～10℃温度实验，零点漂移同样呈线性变化，几乎和 -10～50℃重合。因此，温度对灵敏度的影响呈线性关系。湿度对灵敏度的影响同样呈线性关系，在30～100% 时灵敏度的变化范围较小。在风速方面，风速在0～8m/s时，灵敏度的变化范围从大到小；风速在8～0m/s变化时，灵敏度从小到大。

3.2 粉尘、硫化氢对甲烷催化元件灵敏度的影响

选择黑黑元件研究粉尘对甲烷催化元件灵敏度的影响。实验表明，10mg/m3的重粉尘在连续工作 3d 之后，甲烷催化元件的灵敏度小于12mV/%CH4，与相关标准要求不符。这表明，煤矿井下环境中没有粉尘，甲烷催化元件的灵敏度也会下降，只是在理想状况下，下降速度为0。硫化氢气体的影响规律，在硫化氢气体混入环境中后，灵敏度会下降，甲烷元件出现中毒情况，这样就使得在进行瓦斯浓度检测时容易出现误差。

3.3 温度、湿度、风速对甲烷催化元件基本误差的影响

首先，温度变化的影响规律：煤矿井下环境温度升高，会引起甲烷催化元件的误差变化，在温度变化范围内，会有一个温度点的误差值为零，余下的温度点的误差值分布在零的两侧。其次，湿度变化的影响规律：湿度变化引起的甲烷催化元件基本误差较小，呈现出湿度越大，误差值越小的特点，这与湿度变化对灵敏度的影响规律几乎一致。最后，风速变化的影响规律：风速增加，误差值逐渐增大，不过增大的幅度比较小。

4 结束语

总而言之，研究煤矿井下环境对甲烷催化性能的影响具有重要的意义，能够为煤矿安全开采提供一定的参考，有利于开采人员的安全保证。针对煤矿井下环境中温度、湿度以及风速等因素的影响，应当采取相应的应对措施，保证煤矿井下作业的安全，从而提升煤矿企业的经济效益，促进我国煤矿行业又好又快发展。

[1] 要泽民 .煤矿井下环境对甲烷催化元件性能影响的探讨 [J].电子制作，2013，12（7）：233.

[2] 王晓玲 .催化燃烧式甲烷测定器载体催化元件的原理及技术性能分析 [J].计量与测试技术，2012，39（2）：12-13.

Influence of Underground Environment on Performance of Methane Catalytic Element in Coal Mine

Liu Huang-zhong

The main component of methane is methane，which is susceptible to the environmental factors of coal mine.The inf l uence of underground environment on the performance of methane catalytic element can provide some reference for coal mine safety management.In this paper，the author fi rst brief l y introduces the research status of the internal inf l uencing factors，and then analyzes the inf l uence of coal mine environment on the chemical reaction mechanism of methane catalytic element.Finally，the effect of coal mine environment on the performance of methane catalytic element is discussed.，The performance of methane catalytic components will decrease in high humidity environment.

coal mine ；production ；underground environment；methane catalytic

TP212

：B

：1003–6490（2017）07–0173–02

2017–05–23

刘凰衷（1984—），男，江西吉安人，实习研究员，主要研究方向为催化元件。