好氧型甲烷氧化菌对风流中甲烷的降解实验

为了研究好氧型甲烷氧化菌对风流中甲烷的降解效能,分离纯化出可以甲烷为唯一碳源的好氧型耗甲烷菌株,设计出一种模拟巷道风流中甲烷降解实验装置,实现了对不同甲烷浓度、不同风流量、不同菌液体积的调控。实验结果表明:在保持风流量为200 m L/min、菌液体积为200 m L的条件下,甲烷浓度越高,越有利于甲烷的降解;在菌液体积为200 m L、甲烷浓度为50%的条件下,风流量从400 m L/min减到200 m L/min,最低甲烷浓度由42%下降到33%;在保持风流量为200 m L/min、甲烷浓度为30%的条件下,菌液量越多,越有利于甲烷的降解。     

温度对极低浓度瓦斯氧化影响的研究

 摘要：本文实验通过配置浓度为0.75%、0.5%和0.25%的极低浓度甲烷来模拟矿井乏风,使三个浓度的甲烷通过高温炉膛,收集炉膛排除的气体,并对收集气体进行测试,以得到矿井乏风高温氧化的条件和规律。实验通过调整炉膛温度以得到不同温度下极低浓度甲烷的氧化情况。结果表明,甲烷浓度越高则氧化所需的温度越低;甲烷浓度越低,氧化所需的温度越高;根据实验研究得出极低浓度甲烷在锅炉炉膛中应该在750℃左右时即开始被氧化,甲烷浓度逐渐降低,且在800℃左右时能被被完全氧化。     

基于MSHIA-ATMEGA128L的矿用智能甲烷监控系统设计

针对目前甲烷检测系统存在的问题,设计并实现了一种以ATMEGA128L单片机为控制核心,基于MSHIA红外甲烷浓度传感器技术的智能型甲烷监控系统。对矿井下浓度和温度进行采集与处理,在处理采集数据时采用了查表法求得浓度,利用最小二乘法拟合指数函数对其进行误差补偿。     

点火延迟时间对甲烷煤尘爆炸特性的影响

为研究不同湍流环境下,煤尘对甲烷爆炸特性的影响,基于20 L爆炸球采用0、25、50、100、200 g/m^3的煤尘分别与6.5%、9.5%、12%的甲烷在点火延迟时间60 ms和120 ms的条件下进行混合爆炸实验。结果表明:点火延迟时间的增大对单相甲烷爆炸最大爆炸压力影响较小,显著降低最大压力上升速率;有煤尘参与时,3种甲烷浓度下,点火延迟时间的提高能够降低最大爆炸压力和最大压力上升速率,当甲烷浓度为9.5%时,2种点火延迟时间下,对应的最佳煤尘浓度不同,点火延迟时间越小,最佳煤尘浓度越小,甲烷浓度为12%时,点火延迟时间为60 ms时,最大爆炸压力和最大压力上升速率对高浓度煤尘比较敏感,火延迟时间为120 ms时,最大爆炸压力和最大压力上升速率对低浓度煤尘较为敏感。     

风流中低浓度甲烷微生物降解效能实验

为了解风流中低浓度甲烷的降解效果,培养了以甲烷为唯一碳源的好氧型耗甲烷微生物,并自主设计了模拟风流中低浓度甲烷降解实验系统,达到了调节风流中甲烷浓度、风速及菌液浓度的目的。通过实验发现,在保持恒定甲烷氧化菌液喷洒速度的前提下,喷洒菌液浓度越高,越有利于甲烷的降解;在保持风流中甲烷浓度相同的条件下,在风速(300~500 m L/min)范围内,风速越大越不利于甲烷的降解,并且有效降解持续时间也随之下降;在保持相同风速、甲烷浓度的前提下,发现在风流中甲烷浓度(10%~30%)范围内,甲烷浓度越高氧化效果越明显。     

新型全量程甲烷检测仪的设计

瓦斯（CH4、甲烷）灾害事故是煤矿生产中的五大灾害之一,对甲烷浓度的检测是保证煤矿企业安全生产的重要手段。在一般的测量仪器中,为提高甲烷检测仪的浓度测量覆盖范围,通常采用催化元件与热导元件组合的：疗式制造高、低浓度分段指示的甲烷浓度测量方法。在0～5％VOL（体积比浓度）的低浓度范围采用载体催化元件来检测甲烷浓度,但催化元件测量甲烷的浓度范围有限（一般测量的范围为0～5％VOL）,     

Fenton试剂氧化降解甲烷的动力学规律

为研究Fenton试剂产生的羟基自由基·OH对甲烷的降解与动力学规律,利用自制的鼓泡反应装置,系统研究反应时间、H2O2浓度（c(H2O2)）、Fe 2+浓度（c(Fe 2+)）、初始pH值、反应温度等因素对煤矿瓦斯（甲烷）降解率的影响。实验结果表明,Fenton试剂对甲烷有较好的降解效果,对于浓度为4.9%的甲烷气体,当c(H2O2)=100 mmol/L、c(Fe 2+)=2.0 mmol/L、初始pH=2.5、T=25 ℃时,反应30 min后,甲烷的最高降解率达0.25。通过对甲烷降解率与时间的变化关系进行非线性拟合,结果表明其反应动力学规律符合Boltzmann方程,而且方程中的参数dx即为影响Fenton试剂氧化降解甲烷效果的浓度经验校正系数,并最终得出甲烷降解率的定量计算公式。     

矿灯式甲烷测报仪设计

给出了一种能够在0~4%浓度范围内对环境中的甲烷浓度进行检测报警的低成本便携式甲烷测报装置的设计。装置采用三维数表的方法逐点修正、补偿甲烷传感器零点、灵敏度系数随温度的变化。采用LCD显示检测值,灯光声响闪烁方式报警。测试结果表明,甲烷气体浓度测量误差小于±0.1%。装置与矿灯结合,可构成便携式甲烷测报型矿灯,应用于井下照明和甲烷测报。     

高压稀氧环境下微生物降解甲烷的实验研究

探讨微生物高效降解甲烷的外部环境和有利条件,是进一步优化形成通过生物学方法治理煤层瓦斯灾害的基础工作。采用自制高压甲烷和氧气混合装置调节混合气体的压力和氧气浓度,并在充分混合后与吸附罐连通,观察测试罐中煤样对甲烷的吸附变化特征。通过向预先装入吸附罐中的多组干燥煤样喷洒不同浓度甲烷氧化菌液,重点就高压、低氧混合气体供给条件下甲烷氧化细菌对煤样的甲烷吸附(解吸)量影响及二氧化碳气体生成量变化进行了比较深入、细致的实验分析。实验结果表明:高压稀氧条件下甲烷氧化细菌仍能进行呼吸作用;增大混合气体压力、提高混合气体中的氧气浓度、增加甲烷氧化菌液浓度均有利于降解反应的进行。     

甲烷气体检测技术及其在煤矿中的应用

瓦斯灾害是制约煤矿安全生产的主要灾害之一,而甲烷是瓦斯的主要成分,因此对甲烷浓度的准确检测对有效预防预警瓦斯灾害意义重大。基于甲烷物理化学性质的差异性特征概述了催化燃烧法、热导法、光干涉法、非分散红外光谱法和可调谐半导体激光光谱法的甲烷检测原理,探讨了不同原理的甲烷检测技术发展现状。在煤矿环境对甲烷检测技术的影响分析基础上,通过煤矿井下技术应用对比研究得出:催化燃烧法利用甲烷可燃性特征,适用于检测体积分数4%以下的甲烷,不适用于氧气浓度过低、甲烷浓度过高或存在含硫气体的井下环境;热导法利用含不同浓度甲烷的空气热导率的不同特征,适用于检测体积分数4%以上的甲烷,不适用于甲烷浓度低、二氧化碳浓度过高等井下环境;光干涉法利用含不同浓度甲烷的空气折射率的不同特征,适用于井下绝大部分环境,但不适用于二氧化碳浓度过高的井下环境;红外光谱法利用甲烷的气体选择性吸收的特征,适用于绝大部分井下环境,其中非分散红外光谱法受水蒸气、烷烃气体干扰,需进行算法优化以减小误差,而可调谐半导体激光光谱受其他气体干扰影响较小,但两者皆需采用补偿算法来减少受温湿度影响引起的误差。最后,对不同原理的甲烷检测方法进行了技术适用性综合对比分析,以期对煤矿甲烷检测技术的应用提供借鉴指导意义。     

差速式抽采瓦斯稀释混合器运行特性

针对煤矿抽采瓦斯混兑稀释通入热逆流氧化装置氧化处理的需要,采用漩涡强制混合的思路,设计了差速式抽采瓦斯稀释混合器。采用数值模拟方法研究了混合器后管道内CH4的浓度分布,并针对煤矿现场运行参数波动的实际情况,研究了内外管道速度比、入口CH4浓度等运行参数以及抽采瓦斯与空气流量调节系统对混合效果的影响。研究结果表明,混合器后CH4浓度从管路中心到壁面逐渐降低,CH4分布的均匀性逐渐提高;内外管道速度比越小,混合气体浓度分布就越均匀;抽采瓦斯浓度变大导致不均匀性系数增大,而采用抽采瓦斯及空气流量自动调节系统时抽采瓦斯浓度越高则不均匀性系数越小,采用抽采瓦斯及空气流量自动调节系统可确保差速式抽采瓦斯稀释混合器有效促进CH4均匀分布。     

基于特征吸收光谱的甲烷气体浓度静态检测方法研究

根据甲烷气体的吸收光谱设计了井下甲烷实时检测系统。在分析甲烷气体对应的特征光谱吸收波长的基础上,采用静态傅里叶变换干涉具和线阵CCD探测器,在对干涉条纹进行傅里叶变换后得到光谱信息,从而求出各波长上的光强衰减量。通过仿真实验,计算了瓦斯浓度关于光源光强、出射光强的函数关系,选择了10mW的激光器。根据比尔-朗伯定理及浓度程长积公式,给出了甲烷浓度的表达式,检测系统的最小探测浓度为0.02%,可满足井下甲烷浓度0%～5%的范围及0.10%的精度要求。实验证明,采用傅里叶变换光谱分析法求解甲烷浓度可达到井下实时监测的要求。     

车载式甲烷报警断电仪工作中故障分析和维护保养

矿井轨道运输巷道中使用的特殊防爆型蓄电池电机车上安设甲烷报警断电仪,当电机车所在的位置甲烷浓度达到预置的数值时,传感器能发出声光报警信号,若达到另一个甲烷浓度预置权值时,能报警切断电机车控制器主机电源,避免电机车再向危险区域行驶,因此车载式甲烷报警断电仪日常要加强检查和维护才能保证其装置正常工作。     

利用浮力富集乏风瓦斯的可行性研究

对于开采低渗透难抽采煤层的高瓦斯矿井,因抽采浓度低而难以利用,现场有利用浮力富集乏风中瓦斯的设想,本文研究其可行性。现场试验表明,瓦斯浓度沿着高度方向差别很小,不存在实际意义上的富集。理论分析认为,离析态的瓦斯在浮力作用下可能产生积聚,但积聚不是瓦斯富集而是稀释;气体自发的扩散和通风,使风流中的瓦斯由离析态迅速转变为非离析态,非离析态瓦斯在重力场中的分离程度可以忽略不计。     

基于脉冲供电的便携式甲烷检测仪

设计了一款低功耗全量程便携式甲烷检测仪,该便携仪选用低功耗MEMS催化元件作为主要敏感元件,采用脉冲供电的方式进一步降低整机功耗。详细叙述了便携仪的总体设计方案、主要硬件电路以及核心数据处理算法。试验结果表明:设计的便携仪测量精度高,平均功耗低,连续工作时间长,完全满足煤矿井下工作人员对所处环境甲烷浓度监测的需求。     

阳煤二矿桑掌乏风瓦斯氧化发电工程设计运行

阳煤二矿桑掌乏风瓦斯氧化发电工程引进国际先进的蓄热高温氧化技术将超低浓度瓦斯氧化处理,通过氧化余热回收用于供热和发电,冬季替代桑掌风井燃煤热风炉,实现清洁供暖。项目工程设计结合国家现有的设计规范、规程及相关专利技术,对乏风瓦斯氧化发电总体工艺流程、乏风瓦斯掺混系统及主要设备选型进行了优化设计。工程从2019年6月4日并网试运行,乏风瓦斯甲烷摧毁效率达到99.92%,乏风利用率达到40%,低浓度抽采瓦斯100%利用,实现了抽采瓦斯零排放。第三方检测机构对系统运行的各项环保排放指标进行了测试,结果显示项目氮、硫、尘近零排放。     

变压吸附法富集低体积分数含氧煤层气的研究

为了解决低体积分数含氧煤层气无法富集利用的问题,研究了甲烷体积分数为20%的煤矿抽排瓦斯的变压吸附富集过程。为了保证富集过程的安全,吸附过程中使用混合吸附剂,同时吸附甲烷和氧气,使得排放气和解吸气中甲烷和氧气体积分数都处在安全范围内。实验研究了吸附塔高径比、吸附时间、吸附剂比例、节流孔直径、反吹时间等对分离效果的影响。结果表明：在碳分子筛和活性炭作为混合吸附剂的体系中,其质量之比为3.4时可以将甲烷体积分数安全地提浓到30%以上,此时排放气中甲烷体积分数低于3%,氧气体积分数低于10%。     

乏风瓦斯蓄热氧化床阻力特性的数值模拟

基于自行开发的煤矿乏风热逆流氧化试验装置,采用多孔介质均质模型,建立了煤矿乏风蓄热逆流氧化的控制方程组和化学反应方程,模拟研究了氧化床运行参数、蜂窝陶瓷的结构参数和物性参数对氧化床的流动阻力和出口温度的影响规律。计算结果表明：在气流方向切换瞬间,氧化床的压强损失瞬时增大,经过1~2 s后趋于稳定;随着进入氧化床的乏风气体表观速度的增加,压强损失和出口温度都增加;乏风甲烷浓度对压强损失影响较小;提高蜂窝陶瓷的孔隙率,可以有效降低阻力损失,但是蓄热能力明显下降;提高比热容,有利于氧化装置稳定运行;随着当量直径的增加,压强损失显著降低。     

一种新型煤矿煤层气利用装置

基于多孔介质燃烧器的煤层气储热式斯特林发动机系统是一种适应我国煤矿煤层气浓度低、波动大特点的发电利用方式。该装置通过将多孔介质燃烧器对低浓度气源的良好适应性和斯特林发动机的外燃特性有机结合,构建多孔介质燃烧器驱动斯特林发动机系统,并采用储热器实现二者的连接,以进一步缓解煤层气气源波动对系统的冲击。     

极近距离煤层瓦斯抽放参数考察

李子垭煤矿已确定为有煤和瓦斯突出危险矿井，有两个可采煤层，其层间距平均１．１ｍ。矿井瓦斯涌出量达到４１．９ｍ￣３／ｍｉｎ，回采面达到８．０３～１０．８３ｍ￣３／ｍｉｎ，仅用通风的办法不能解决瓦斯问题，为了矿井安全生产的需要，建立矿井瓦斯抽放系统势在必行。通过试抽考察研究，证明在李子垭矿极近距离煤层条件下，采用综合抽放方法可以获得较好的抽放效果，并为合埋设计矿井瓦斯抽放系统提供了必要的设计参数。