煤矿避难硐室空气净化装置布局研究

根据物质守恒定律,推导出避难硐室内有害气体浓度计算表达式,确立了避难硐室内净化需风量与有害气体控制浓度及室内避灾人数的数学关系。利用Fluent软件分析了51型避难硐室内净化装置3种不同工况下,室内的空气流速分布和CO2气体浓度分布,得出2台净化装置可将室内CO2体积分数控制在0.50%以下,满足避难硐室空气净化要求。     

避难硐室供氧系统的研究

煤矿井下避难硐室是个相对密闭的空间,避难硐室供氧系统必须要维持生存硐室室内人体所需的O2浓度,同时滤除人体所产生的CO2、CO等有毒有害气体,以保证硐室内避难人员最基本的生存环境。     

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.     

PLC在煤矿避难硐室监控系统的应用

为保证避难硐室内各系统可靠运行,设计了一套避难硐室监控系统,监控系统以PLC为核心,同时采集硐室内温度、CO浓度、压风管道气体压力等相关参数,并对空气净化机、喷淋系统、O2装置等设备实现了自动控制,PLC通过光缆与地面中心站的监控设备通信。实践表明,实施该系统后,地面工作人员能对井下避难硐室实施有效地救援指挥。     

矿井避难硐室CO净化效果检测

避难硐室空气净化系统是井下紧急避险的重要组成部分,可为井下紧急避险人员提供良好的生存环境。采用相似模拟方法建立避难硐室CO净化实验模型,进行多组对比实验,分析在不同风速、药量、体积下CO浓度变化规律,提出CO净化效果检测判定标准。结果表明:随着风速和药量的增大,CO净化速率均呈现先增大后减小的变化规律,平均处理速率变动幅度在5%左右;空速值在183 418 h~(-1)左右时,CO净化反应速率最快,实验模型硐室体积对净化能力影响不大。     

避难硐室生存模拟试验系统的构建和气密性试验

建立了避难硐室生存模拟试验系统,并测试了避难硐室的气密性,使之具备了避难硐室的基本功能,以期为避难硐室环境参数的研究提供一个高效快捷的实验平台。同时研究发现,避难硐室内外压差越高,漏气速率越快,在硐室内部所储存的压缩气体的数量有限的情况下,应尽量控制避难硐室压差过大,这能提高避难硐室内部压缩气体的使用效率。     

矿井避难硐室净化装置布局数值模拟研究

为探索净化装置在避难硐室内的合理配置与布局,本文采用FLUENT数值计算软件,研究了长通道式和转角式矿井避难硐室内净化装置配置与布局对室内空气流场及CO_2浓度分布场的影响。研究结果表明,对于50人型避难硐室,仅采用1台净化装置时,室内CO_2浓度可控制在0.9%,室内浓度差为0.5%;采用两台净化装置时,室内CO_2浓度范围为0.4%~0.7%,室内最大CO_2浓度差值为0.3%,长通道式避难硐室净化装置宜分布在硐室两端,转角式避难硐室净化装置宜分布在两翼靠近壁面的中部;使用3台净化装置时,室内CO_2浓度控制在0.3%~0.5%的范围,室内最大CO_2浓度差值为0.2%。     

压风供氧状态下避难硐室污染物分布特性及热舒适性研究

为确定井下避难硐室合理供风量,采用RNGκ-ε模型和SIMPLE算法,对某100人避难硐室压风供氧状态下,不同供风量、散流器布置方案、空载和载人时生存区的污染物净化时间、通风效率、污染物(CO,CO2)浓度场分布和人体热舒适性等进行了数值模拟分析,并与现场实测结果进行了对比。模拟结果表明,若硐室内CO体积分数偏高,供风量应不低于0.1 m3/(min·人),并配合使用净化药剂尽快去除;常规避难状态下,供风量减小至600 m3/h,配合局部通风措施,即可满足人员避险和热舒适性基本要求。     

永久避难硐室载人试验供氧系统对比分析研究

通过在山西屯留煤矿南二采区永久避难硐室进行80人、24 h载人生存试验,对地面钻孔压风供氧系统、矿井压风供氧系统和氧气瓶供氧系统的原理和效果进行了对比分析,得出永久避难硐室内氧气、二氧化碳、温度、相对湿度随时间变化规律,并且验证了硐室内各项气体指标均在规定范围内,证明了该永久避难硐室的有效性。     

避难硐室压风供氧系统生存试验

为提高煤矿安全防护水平和矿井抗灾变能力,国家煤监局提出在井下设置紧急避险设施.基于山西潞安集团常村矿"N3永久避难硐室",对避难硐室压风供氧系统性能进行研究,进行了40人8h生存验证试验.试验包括压风系统供氧试验和静场试验.通过压风系统供氧试验总结了O2,CO2,温度随时间、压风风量的变化规律,并发现心理因素对环境参数的影响.通过静场试验获得了CO浓度变化速率与隔绝防护时间的关系,温度变化速率与煤层导热性的关系.     

矿用救生舱中二氧化碳净化装置研究

根据我国煤矿现有条件及要求,对煤矿救生舱内空气净化技术进行了研究,提出了吸附性强、稳定性高的二氧化碳吸收剂,并通过对有限密闭空间空气净化风阻、风压、风量、吸收效率等计算,设计了一种用于适用于煤矿救生舱的二氧化碳净化装置,此装置具有操作简便、功耗小、吸收阻力低、性能稳定、独立性强、吸收效率高等特点,完全适用于煤矿救生舱内的二氧化碳去除。     

矿用可移动式救生舱制冷技术现状分析

简要分析了矿用可移动式救生舱热负荷的来源,介绍了目前国内矿用可移动式救生舱研发单位所采用的舱体隔热及制冷技术,并进行了优缺点分析。认为冰蓄冷系统在安装、移动完毕后不能立即投入使用,制冷系统不能实现无缝对接,且维护成本较高;液态二氧化碳节流膨胀制冷系统可在无任何外部动力的情况下,实现制冷、除湿、净化一体化,但其不适用于高温矿井,且二氧化碳一旦泄露,对人体将造成致命伤害,要求系统的可靠性较高。     

救生舱用超氧化钾药板供氧性能试验研究

在救生舱等待救援的过程中,由于避难人员代谢导致的舱内温湿度及各项气体浓度复杂波动的情况会对超氧化钾氧板的产氧性能产生显著影响。为了使氧板能够满足救生舱内供氧及二氧化碳控制的关键救援指标,建立了密闭舱室实验平台,并设计了辅助氧气再生装置等,通过模拟救援状态下真人呼吸情况,对超氧化钾氧板的性能进行了实验研究。通过实验精确测定了超氧化钾氧板在不同环境湿度、表面湿度、二氧化碳浓度条件下的产氧量、供氧速率、二氧化碳吸收速率等关键指标,并通过密闭舱内的真人生存试验对其进行了验证,得到了氧板在真人使用情况下的用法及用量。结果表明,每隔10 min向超氧化钾氧板喷30 mL水,2块氧板即可维持4人2 h的呼吸量;4块氧板配比2 kg二氧化碳吸收剂即可维持4人4 h的生存需求。     

常村煤矿避难硐室供氧系统研究与应用

为完成常村煤矿避难硐室供氧系统的构建,通过理论分析,确定常村煤矿避难硐室“多级供氧系统”的研究内容及地面钻孔、井下压风和生氧净化器3种供氧系统的工作原理;根据温度平衡原理,计算压风系统的供风量为300 L/min;根据人均需氧量及空间影响函数,计算生氧净化器系统96 h,100人的总供氧量为484 m 3;根据人均排放二氧化碳情况,计算生氧净化器系统去除二氧化碳所需进风量为468 m 3 /h;通过净化器药剂压损试验,测得药剂压损随着风速的增加而增大,且当风速大于5 m/s时,压损增加较快;通过打压试验,测定常村煤矿避难硐室进、回风系统可保证硐室内160 Pa正压;研究结论可为避难硐室供氧系统的构建提供科学依据和试验数据。     

救生舱内气压变化规律试验研究

通过理论计算与真人试验相结合的方式,对救生舱内气压变化规律进行了研究。分析了救生舱在完全密闭条件下舱内气压的3个影响因素：氧气、二氧化碳以及温度,并从变化过程与前后状态两个方面,分别提出了气压-时间、气压-状态两种计算救生舱内气压的方法。通过10人9 h真人试验得出了救生舱内气压、氧气、二氧化碳以及温度随时间的变化曲线,最后将试验数据与理论计算值进行了对比,验证了两种气压公式的正确性。最终利用所得公式预测出救生舱内气压出现的最大值为8 718 Pa,为防水型救生舱的设计提供了边界条件。     

矿井避险空间生氧净化系统研究与试验

为了分析矿井避险空间生氧净化系统性能,根据其功能及工作原理,确定系统由气源装置、汇流装置、控制装置、CO2净化装置及CO净化装置组成。研究确定80人16 h需要15 MPa,40 L医用氧气瓶10个及4.78×105 g JS-1净化药剂,药剂更换频率为1.51 h。密闭模拟试验表明：药剂去除效率与CO2初始体积分数无关,而与风机位置、风机功率及药剂层厚度相关;当风机位于药剂层下方时,最佳风机功率为185 W,最佳药剂厚度为250 mm,CO2去除效率为91%;组合后的生氧净化系统比独立系统提高了CO2净化性能及空间气体均匀扩散能力。现场载人实验证明：生氧净化系统能够保证空间O2体积分数为19.5%,CO2体积分数为0.6%~0.9%。     

矿用救生舱CO_2净化方法与试验研究

在密闭空间中,当人体新陈代谢产生的CO2浓度达到一定程度时会严重威胁避难人员的健康和生命安全。在分析国内外净化CO2方法的基础上,对矿用可移动式救生舱中人体CO2代谢的速率进行了试验研究,采用13XAPG型分子筛、钠石灰与超氧化钾药板3种不同的净化材料,对CO2的净化特性进行试验分析。研究结果表明:当CO2浓度小于3%时,13XAPG型分子筛对其吸附效果较差,不能起到有效的净化作用;65型超氧化钾对CO2吸收速率较高,在吸收CO2的同时释放O2,但其化学反应产生的热负荷较大,增加了密闭舱室的制冷需求;钠石灰具有对CO2吸收速率高、安全性好、产热少等特点,更适用于有制冷需求的密闭空间的CO2净化。     

密闭救援空间内碱石灰去除二氧化碳效率影响因素分析

在矿用救生舱、载人航天器等有人应急生存或作业的有限空间内长时间生存,去除人体代谢产生的二氧化碳是保障人员生存的重要措施。碱石灰相比于其他吸附药剂具有吸附稳定性高、技术成熟、价格合理等特点,作为密闭救援空间空气净化的吸附药剂具有无可替代的优点。但是救生舱等密闭救援空间由于受到灾变后特殊条件（外部动力中断及体积等因素）限定,要求碱石灰具有较高的吸附率和吸附速率。通过对市场粒径、组分、产品吸附率等条件的筛选,共选出6种碱石灰进行了不同组分、不同厚度、不同风速、不同温度及湿度下的吸附率影响因素试验,得到了碱石灰对二氧化碳吸附的最佳配比及在密闭救援空间内工作的最佳方式和最佳使用条件。结果表明：碱石灰在救生舱等密闭救援空间内使用条件、优化其成分配比、开发相关环境控制与生命保障技术装备提供了必要的数据支持及理论参考。