煤礦井下一氧化碳防治技術探究

摘要：一氧化碳是煤礦井下常見的有毒有害氣體，對人體的危害極大，據統計，在煤礦發生瓦斯、煤塵爆炸及火災事故時死亡的人數中，約75%～85%都是因一氧化碳中毒而身亡的。在煤礦井下，如果重視、管理不到位就會造成一氧化碳異常，本文針對煤礦井下一氧化碳異常的原因和防治技術進行了探討和研究，總結了做好一氧化碳管理的技術要點。

關鍵詞：一氧化碳;自燃;火災;通風

1 前言

一氧化碳無色、無臭，是易燃、易爆、有毒氣體，一氧化碳極易與血紅蛋白結合，形成碳氧血紅蛋白，使血紅蛋白喪失攜氧的能力和作用，造成組織窒息，嚴重時死亡。一氧化碳對全身的組織細胞均有毒性作用，尤其對大腦皮質的影響最為嚴重。煤礦井下煤炭氧化、爆破作業、無軌膠輪車尾氣排放等都會產生一氧化碳，而一氧化碳一旦控制不到位造成濃度超標，就會對人員造成傷害，所以，煤礦防治一氧化碳非常重要。

2 煤礦井下一氧化碳監測

2.1 取樣分析法

一種是利用取樣瓶或吸氣球等容器提取井下空氣式樣，送往地面化驗室進行分析。分析儀器多用氣相色譜儀，分析精度高，定性準確，但所需時間長，操作復雜，技術要求高。另一種是束管監測系統，主要利用真空泵和束管遠距離抽取監測地點的氣樣，進樣后通過色譜分析儀分析CO等氣體的濃度。

2.2 快速測定法

一種是利用便攜式儀器在井下就地檢測，另一種是采用氣體檢測管測定CO的濃度。

2.3 傳感器在線監測

現在，煤礦主要通過安裝一氧化碳傳感器利用安全監測監控系統對井下一氧化碳進行實時監測。根據檢測原理的不同，目前主要有催化可燃氣體傳感器、紅外傳感器等。

3 煤炭氧化一氧化碳防治

3.1實驗分析

煤礦井下煤炭氧化自燃是產生一氧化碳的主要原因，根據煤自燃理論，煤炭自燃后必然會使周圍的煤巖和空氣溫度升高，并熱解釋放出CO等一系列氣體。通過在某礦2#煤層低溫氧化實驗過程中監測到CO隨溫度的變化關系，實驗結果表明：2#煤層煤樣的CO產量隨著煤溫的升高而增加近似指數關系;煤氧化初始階段曲線斜率較小，CO增幅不大;當煤樣溫度到達130度左右后，曲線斜率明顯變大，CO產生量急劇增加。

3.2原因分析

事實表明，礦井的開拓、開采和通風管理等對煤炭自燃氧化造成一氧化碳異常起決定性影響。礦井開拓方式和采區巷道布置，主要是煤柱的留設，既決定可燃物的分布和集中情況，又決定向這些可燃物供風的時間;回采方法和回采工藝，主要是回采率和工作面的推進速度對煤炭自燃氧化影響很大;通風方面，煤炭自燃需要有連續供氧條件，采空區漏風是主要原因。

3.3防治案例

某礦一個新的中厚煤層采煤工作面安裝完畢后3個月內推采了84m，發現工作面45、53#架處支架掩護梁位置溫度較高，經測定45#架、53#架掩護梁頂部CO有152PPM，溫度41℃，礦立即安排停止作業，研究措施處理。

經分析，采煤工作面45、53#架頂部積覆煤炭長期氧化產生高溫、CO是直接原因;采煤工作面溜子、支架存在缺陷，工作面推進緩慢（每月推進20m左右），同時推采60m后因煤層發生變化，局部變厚，工作面下段頂板破碎，采場調整緩慢，導致不能采盡頂煤，是重要原因。

經分析后主要采取以下措施：工作面上下尾巷各設置一道沙袋墻封閉采空區，減少采空區漏風;對鄰近工作面20m范圍的本層孔抽采負壓進行調整1-3Kpa，對于已回采過的本層抽采鉆孔進行停抽、封堵;每班對于CO及溫度異常的地點進行降架處理，具體就是將支架降下來，采取人工掏挖及高壓沖水的方式將支架上的煤炭處理在溜子中運走，并對架間、架后、上隅角及上普采段進行注漿處理;在工作面支架間、支架后方、支架與溜子之間灑阻化劑（石灰和工業鹽按20：1配比）;工作面架間CO下降到規定值以下后，工作面進行回采作業。

經采取以上主要措施2個月后工作面逐步推進正常，徹底消除了CO異常。

4 煤礦井下無軌膠輪車尾氣治理

井下無軌膠輪車采用防爆柴油機作為牽引動力，通過膠輪或者履帶在井下巷道自由行走，實現對設備、人員和材料的輸送。目前無軌膠輪車已經普遍在低瓦斯、近水平煤礦井下使用。無軌膠輪車具有安全、靈活、經濟等優點，但是由于其采用柴油機作為動力，且在井下受限空間運行，空氣流通不如地面通暢，導致排放尾氣，積聚一氧化碳，特別是在工作面巷道或風量較小的巷道內，在車輛老化、發動機出現故障時，更加嚴重。

防止尾氣排放造成一氧化碳異常的措施主要有2種，分別是加強通風和和外凈化。外凈化主要是氧化催化法，即利用催化劑將尾氣中的CO和PM中的可揮發性有機物徹底氧化成CO2和H2O，采用的催化劑通常為堿金屬、過渡金屬及金屬氧化物載體等。

5 爆破一氧化碳控制

一是加強通風管理，主要采取的措施是配備足夠的風量，稀釋爆破產生的一氧化碳，同時計算好候炮時間，等氣體濃度稀釋至合規濃度和煙霧消散后再進入巷道驗炮;二是控制裝藥量，控制爆破產生的一氧化碳總量。

6 總結

煤礦井下產生一氧化碳的原因有多種多樣，要針對不同原因采取不同的措施。防止一氧化碳異常的的重要舉措是建立覆蓋面廣、多層次的監測監控系統，動態實時監測，發現苗頭及時處理，同時根據煤礦實際情況（煤層自燃傾向性、無軌膠輪車使用情況、是否采用爆破作業等），制定綜合防范措施，從源頭上防止一氧化碳異常，防止各類火災、爆炸事故，保證井下人員安全。

參考文獻

[1]馮自宇，翟小偉.采煤工作面CO氣體產生機理及異常超限處理措施[J].西北煤炭.2008，（02）.

[2]羅海珠，梁運濤.煤自然發火預測預報技術的現狀與展望[J].中國安全科學學報.?2003（03）

[3]疏義國，趙慶偉，郁亞楠.易自燃煤層預測預報氣體指標體系研究[J].煤炭科學技術.2019（10）.

[4]李增華.煤炭自燃的自由基反應機理[J].中國礦業大學學報. 1996（03）.

作者簡介：杜文輝（1986-），男，漢，職稱：通風工程師，主要從事“一通三防”技術及管理工作。

項目名稱：王家塔煤礦多風井、多煤層、復雜角聯通風系統優化仿真模擬研究與應用;項目編號：TDHTKY2020004