煤矿井下一氧化碳防治技术探究

摘要：一氧化碳是煤矿井下常见的有毒有害气体，对人体的危害极大，据统计，在煤矿发生瓦斯、煤尘爆炸及火灾事故时死亡的人数中，约75%～85%都是因一氧化碳中毒而身亡的。在煤矿井下，如果重视、管理不到位就会造成一氧化碳异常，本文针对煤矿井下一氧化碳异常的原因和防治技术进行了探讨和研究，总结了做好一氧化碳管理的技术要点。

关键词：一氧化碳;自燃;火灾;通风

1 前言

一氧化碳无色、无臭，是易燃、易爆、有毒气体，一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息，严重时死亡。一氧化碳对全身的组织细胞均有毒性作用，尤其对大脑皮质的影响最为严重。煤矿井下煤炭氧化、爆破作业、无轨胶轮车尾气排放等都会产生一氧化碳，而一氧化碳一旦控制不到位造成浓度超标，就会对人员造成伤害，所以，煤矿防治一氧化碳非常重要。

2 煤矿井下一氧化碳监测

2.1 取样分析法

一种是利用取样瓶或吸气球等容器提取井下空气式样，送往地面化验室进行分析。分析仪器多用气相色谱仪，分析精度高，定性准确，但所需时间长，操作复杂，技术要求高。另一种是束管监测系统，主要利用真空泵和束管远距离抽取监测地点的气样，进样后通过色谱分析仪分析CO等气体的浓度。

2.2 快速测定法

一种是利用便携式仪器在井下就地检测，另一种是采用气体检测管测定CO的浓度。

2.3 传感器在线监测

现在，煤矿主要通过安装一氧化碳传感器利用安全监测监控系统对井下一氧化碳进行实时监测。根据检测原理的不同，目前主要有催化可燃气体传感器、红外传感器等。

3 煤炭氧化一氧化碳防治

3.1实验分析

煤矿井下煤炭氧化自燃是产生一氧化碳的主要原因，根据煤自燃理论，煤炭自燃后必然会使周围的煤岩和空气温度升高，并热解释放出CO等一系列气体。通过在某矿2#煤层低温氧化实验过程中监测到CO随温度的变化关系，实验结果表明：2#煤层煤样的CO产量随着煤温的升高而增加近似指数关系;煤氧化初始阶段曲线斜率较小，CO增幅不大;当煤样温度到达130度左右后，曲线斜率明显变大，CO产生量急剧增加。

3.2原因分析

事实表明，矿井的开拓、开采和通风管理等对煤炭自燃氧化造成一氧化碳异常起决定性影响。矿井开拓方式和采区巷道布置，主要是煤柱的留设，既决定可燃物的分布和集中情况，又决定向这些可燃物供风的时间;回采方法和回采工艺，主要是回采率和工作面的推进速度对煤炭自燃氧化影响很大;通风方面，煤炭自燃需要有连续供氧条件，采空区漏风是主要原因。

3.3防治案例

某矿一个新的中厚煤层采煤工作面安装完毕后3个月内推采了84m，发现工作面45、53#架处支架掩护梁位置温度较高，经测定45#架、53#架掩护梁顶部CO有152PPM，温度41℃，矿立即安排停止作业，研究措施处理。

经分析，采煤工作面45、53#架顶部积覆煤炭长期氧化产生高温、CO是直接原因;采煤工作面溜子、支架存在缺陷，工作面推进缓慢（每月推进20m左右），同时推采60m后因煤层发生变化，局部变厚，工作面下段顶板破碎，采场调整缓慢，导致不能采尽顶煤，是重要原因。

经分析后主要采取以下措施：工作面上下尾巷各设置一道沙袋墙封闭采空区，减少采空区漏风;对邻近工作面20m范围的本层孔抽采负压进行调整1-3Kpa，对于已回采过的本层抽采钻孔进行停抽、封堵;每班对于CO及温度异常的地点进行降架处理，具体就是将支架降下来，采取人工掏挖及高压冲水的方式将支架上的煤炭处理在溜子中运走，并对架间、架后、上隅角及上普采段进行注浆处理;在工作面支架间、支架后方、支架与溜子之间洒阻化剂（石灰和工业盐按20：1配比）;工作面架间CO下降到规定值以下后，工作面进行回采作业。

经采取以上主要措施2个月后工作面逐步推进正常，彻底消除了CO异常。

4 煤矿井下無轨胶轮车尾气治理

井下无轨胶轮车采用防爆柴油机作为牵引动力，通过胶轮或者履带在井下巷道自由行走，实现对设备、人员和材料的输送。目前无轨胶轮车已经普遍在低瓦斯、近水平煤矿井下使用。无轨胶轮车具有安全、灵活、经济等优点，但是由于其采用柴油机作为动力，且在井下受限空间运行，空气流通不如地面通畅，导致排放尾气，积聚一氧化碳，特别是在工作面巷道或风量较小的巷道内，在车辆老化、发动机出现故障时，更加严重。

防止尾气排放造成一氧化碳异常的措施主要有2种，分别是加强通风和和外净化。外净化主要是氧化催化法，即利用催化剂将尾气中的CO和PM中的可挥发性有机物彻底氧化成CO2和H2O，采用的催化剂通常为碱金属、过渡金属及金属氧化物载体等。

5 爆破一氧化碳控制

一是加强通风管理，主要采取的措施是配备足够的风量，稀释爆破产生的一氧化碳，同时计算好候炮时间，等气体浓度稀释至合规浓度和烟雾消散后再进入巷道验炮;二是控制装药量，控制爆破产生的一氧化碳总量。

6 总结

煤矿井下产生一氧化碳的原因有多种多样，要针对不同原因采取不同的措施。防止一氧化碳异常的的重要举措是建立覆盖面广、多层次的监测监控系统，动态实时监测，发现苗头及时处理，同时根据煤矿实际情况（煤层自燃倾向性、无轨胶轮车使用情况、是否采用爆破作业等），制定综合防范措施，从源头上防止一氧化碳异常，防止各类火灾、爆炸事故，保证井下人员安全。

参考文献

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作者简介：杜文辉（1986-），男，汉，职称：通风工程师，主要从事“一通三防”技术及管理工作。

项目名称：王家塔煤矿多风井、多煤层、复杂角联通风系统优化仿真模拟研究与应用;项目编号：TDHTKY2020004