新风系统在矿山独头平巷的应用

贺坤 聂都超 周国 欧超 游勇 李斌

摘 要： 传统的井下独头巷道爆破，通风条件较差，粉尘与炮烟难以及时排出，严重威胁到作业人员的健康与安全。有鉴于此，我们特在独头巷道设立新风系统，直接让CO在现场得到净化，从而达到降低有毒有害气体含量，改善井巷空气质量的目的。

关键词： 新风系统;霍加拉特颗粒;CO净化率;催化氧化

【中图分类号】TU831     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）01-0222-02

1 项目背景

1.1 项目必要性与可行性

1、必要性

（1）独头巷道作业环境差，爆破粉尘大，通风效果不好，有毒有害气体难以排出（主要为CO），危及作业人员安全;（2）新建通风系统困难，且具有投资较大、基建时间长的弊端;（3）排出爆破产生的粉尘、炮烟时间长，对生产效率和台班台效影响较大。

2、可行性

根据北京科技大学刘秀礼等人关于《炮烟净化装置中净化材CO净化材料—霍加拉特的性能》的报告，使用霍加拉特来净化作业面爆破后的主要的有毒有害气体CO有明显效果，且成本可控，因此，本新风系统研究具备一定可行性。

1.2 项目意义

（1）解决独头巷道及长距离巷道通风问题，改善采掘作业面环境。

（2）有效降低深部独头巷道作业人员中毒窒息等安全风险。

2 CO净化原理

2.1 试验药剂选择

本次研究的目的是设立新风系统，就地对独头巷道作业面进行CO净化和降尘，实现循环或部分循环通风，经济有效地改善工作面环境。净化材料的选择是本次新风系统研究的核心，本试验选择霍加拉特颗粒为试验材料。

2.2 霍加拉特颗粒的介绍

根据霍加拉特颗粒组分的不同，我们一般将其分成二元和四元两大类。其中，二元霍加拉特组成成分为60%的MnO2和40%的CuO;四元霍加拉特组成成分为是50%的MnO2、15%的Co2O3、5%Ag2O和30%的CuO。霍加拉特颗粒中，主要活性组分为MnO2，其它组分为催化剂。在常温、常压下，二元霍加拉特与四元霍加拉特总体性能差别不大。

2.3 霍加拉特颗粒的净化原理

CO的净化在催化氧化过程中完成整个过程大致可分为七个阶段：

（1）O2与CO向霍加拉特颗粒界面扩散;（2）O2与CO在霍加拉特颗粒孔内部扩散;（3）O2与CO吸附在霍加拉特颗粒的内表面;（4）O2与CO在霍加拉特颗粒内进行化学反应，生成CO2;（5）CO2从霍加拉特颗粒内表面脱落;（6）CO2在霍加拉特颗粒孔内部扩散;（7）CO2从霍加拉特颗粒界面向气流扩散。

2.4 影响霍加拉特颗粒净化性能的主要因素

影响霍加拉特颗粒净化性能的因素主要可分为其物理性质与使用条件两类。其中，物理性质包括颗粒的形状与尺寸、颗粒的配比和制备方法等;使用条件包括湿度、温度、风速、CO浓度等。

（1）湿度对净化性能的影响：

霍加拉特颗粒对水蒸气非常敏感，其活性随湿度增加而迅速下降。霍加拉特颗粒极易吸收水蒸气，水蒸气在其表面形成薄膜，这层水薄膜会严重阻碍O2与CO的吸附，使得霍加拉特颗粒的净化性能大减，对CO的净化率也迅速降低。

（2）温度对净化性能的影响：据有关资料显示，在0～100℃范圍内，霍加拉特颗粒净化率随温度升高而增大。

（3）风速对净化性能的形响：在一定范围内，风速增加，单位时间内的循环次数会增加，使霍加拉特颗粒净化率增加。

3 新风系统设计

3.1 新风系统处理器设计方案

新风系统处理器内部设计：通过安装多层霍加拉特催化板，污风在经过时被霍加拉特颗粒充分催化。霍加拉特催化板由一定强度的过滤网，内装霍加拉特颗粒，通过卡槽固定在处理箱体内，箱体规格：1.2m*0.8m*1.0m。箱体外观图、俯视图、侧视图及霍加拉特颗粒图如图1所示。

3.2 新风系统模型设计

根据霍加拉特化学原理及净化特性，要确保污风必须除尘、干燥、有一定风速才能确保霍加拉特对CO的净化率，故我们设计了如图2的霍加拉特系统模型。

试验时我们分成以下几个步骤：

（1）水幕降尘：在距离独头巷道垱头面约7m的位置安装固定小型喷雾器，形成水幕隔离，将灰尘有效的限制在作业垱头附近，使污风经过水幕时达到降尘的目的;

（2）空气干燥：在空气干燥箱内添加干燥剂，污风通过时，利用干燥剂除去水分;

（3）污风处理（霍加拉特颗粒催化）：干燥、具有一定风速的污风经过催化箱时，通过催化氧化反应，将污风中部分CO转化为CO2;

（4）抽出式风机：抽出处理后的空气，使其具有一定风速;

（5）压入式风机：将处理过后的空气压入作业面，再进行以上循环，反复多次，使CO转化为CO2。

4 新风系统应用情况

我们将新风系统应用于井下-340m中段快速掘进巷道（独头巷道），在温度为常温，污风经水幕除尘及干燥箱干燥的条件下，测得了不同风速下CO含量，测量点在水幕除尘装置与空气干燥箱之间，测量结果见表1。

根据表1的CO测定情况，我们可以得到以下结论：

（1）在一定风速范围内，风速增加，可以使单位时间内的循环次数增加，从而导致霍加拉特颗粒对CO的净化率增加。

（2）超过一定风速范围，风速增加，霍加拉特颗粒对CO的净化率反而减小。这是由于风速增加时，空速也会增加，而空速增加会引起的CO净化率下降，须看风速增加所引起的净化率上升与空速增加所引起CO净化率下降之间的平衡情况，当CO净化率下降量高于上升量时，就会表现为CO净化率减小。

运用霍加拉特颗粒为CO净化材料来净化井巷工程爆破后产生的CO气体，可有效降低CO含量，改善井巷空气质量，其前景良好，安全性、经济性、适用性也都较好，值得广泛探索与积极应用！

参考文献

[1] 王英敏，矿井通风与安全，冶金工业出版社，1979年.

[2] 刘秀礼，李怀宇，炮烟净化装置中CO净化材料-霍加拉特的性能研究[J]，新疆有色金属，1997年.

[3] 李怀宇，谢振华，矿山井下炮烟净化方法的研究[J]，工业安全与防尘，1994年.