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礦井避難硐室中的二氧化碳凈化特性研究李京，龍金哲（教授），王盛，劉蜀詞，王蜀金屬礦山安全高效開采和教育部國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京科技大學(xué)北京 100083，中國(guó)摘要避難硐室是一種在煤礦事故發(fā)生時(shí)救援被困礦工的設(shè)備。二氧化碳洗滌是環(huán)境功能艙內(nèi)的一個(gè)重要控制系統(tǒng)。在本文中，相關(guān)功耗的系列實(shí)驗(yàn)，可提高在礦井避難硐室的二氧化碳洗滌效率，床厚度和其他因素并獲得最佳的處理方式。然后將這些參數(shù)在封閉的生活配套實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：避難硐室;二氧化碳，空氣洗滌器;床厚度;凈化特點(diǎn)避難硐室是為被困礦工在事故發(fā)生時(shí)提供一個(gè)安全區(qū)。它能夠防止爆炸，高溫，煙塵，有害氣體外，并為被困礦工提供氧，碳二氧化碳洗滌，食品和水等在內(nèi)的物品。在長(zhǎng)期生存的情況下最重要的氣態(tài)污染物是密閉空間，被困礦工產(chǎn)生的二氧化碳。從而避難硐室的空氣洗滌器的設(shè)計(jì)。二氧化碳凈化的主要方法是國(guó)內(nèi)和國(guó)際上通用的化學(xué)藥劑，完成清除空氣中的二氧化碳和其他有毒氣體。至于在美國(guó)避難硐室，澳大利亞和其他國(guó)家，常用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)來(lái)對(duì)氧或液態(tài)二氧化碳進(jìn)行空氣凈化的過(guò)程，同時(shí)實(shí)現(xiàn)供氧或冷藏[。但風(fēng)扇需要大量的壓縮氣體，因此，這種方法一般適用于體積較大的避難硐室或較大的氧氣需求量。由于中國(guó)煤礦條件的復(fù)雜性，避難室的外形尺寸都比較小，電池為主要?jiǎng)恿Υ鎯?chǔ)設(shè)備的防爆電風(fēng)扇。由于空間的限制，在我國(guó)的避難硐室和某些特殊情況下，如停電或高溫中可能出現(xiàn)的避難狀態(tài)，空氣中吸收性能洗滌可以影響能源，方便供給，吸收穩(wěn)定，工作人員業(yè)務(wù)水平關(guān)乎是否可以實(shí)現(xiàn)低功耗和高效率的避難狀態(tài)下去除二氧化碳和其他因素的影響，進(jìn)行性能不同條件下的空氣洗滌器的研究如下。2.實(shí)驗(yàn)環(huán)境和方法2.1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象二氧化碳在實(shí)驗(yàn)中使用名為 JS-1，我們的研究小組開發(fā)的固態(tài)冰。 JS-1是一種白色，顆粒狀固體，具有疏松多孔結(jié)構(gòu)。其粒徑在 2-6mm 的范圍內(nèi)，堆積密度為 0.5 克/毫升。它能夠吸收酸性氣體，如二氧化碳，二氧化硫二氧化碳。在生產(chǎn)過(guò)程中添加 JS-1，因此它會(huì)出現(xiàn)粉紅色。作為吸收二氧化碳，會(huì)變成白色或淡黃色，這表明應(yīng)改為代理床。碳二氧化碳的吸收效率是 21％左右，略高于平均吸收二氧化碳量，但具有成本低，操作方便，技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)。2.2.實(shí)驗(yàn)環(huán)境1）實(shí)驗(yàn)環(huán)境在樣品室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其內(nèi)部空間的大小是 4200 毫米×1200×1700mm 機(jī)器，總量是 8.6 立方米。被用作廣場(chǎng)模型鋼支撐框架膠囊。樣品室結(jié)構(gòu)板材。艙壁雙鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部外部鋼板厚度 1.2mm 低碳鋼板，充滿 5cm 厚度的熱絕緣材料。樣品室的側(cè)面配備了一個(gè)觀察窗。2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備在實(shí)驗(yàn)中使用的主要設(shè)備，包括：搖滾 E40 系列 PLC 的數(shù)據(jù)采集，各種GTY1000 25 一氧化碳，氧氣組合傳感器，KGF2 風(fēng) KGY7 型壓力傳感器，KGW5 數(shù)字式溫度傳感器，F(xiàn)200 的室內(nèi)空氣質(zhì)素的二氧化碳監(jiān)測(cè)和多功能控制器。2.3.實(shí)驗(yàn)方法對(duì)吸收空氣洗滌性能進(jìn)行了測(cè)試，根據(jù)不同的樣品室權(quán)力和床厚度條件，因此，最佳操作條件，能源消耗，生命周期，層厚度及其他性能參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。生活模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證空氣洗滌器的性能。3.結(jié)果與討論3.1.不同功率條件下的空氣洗滌器的性能（1）不同功率條件下的空氣洗滌性能要測(cè)試的吸收率和空氣洗滌功率之間的關(guān)系（1）設(shè)計(jì)如下：調(diào)整空氣洗滌器，進(jìn)行凈化實(shí)驗(yàn)與空氣洗滌功率下的運(yùn)行狀態(tài)：5W，10W，20W，30W，50W，70W，90W，120W??。在樣品室，初始二氧化碳濃度為 30000 ppm 左右，二氧化碳濃度的變化條件下記錄不同功率。根據(jù)不同功率的碳吸收二氧化碳。二氧化碳濃度在密閉空間迅速下降 3.3%0.5%空氣作用下洗滌，吸收速率正比于輸入功率的風(fēng)機(jī)，和吸收時(shí)間成反比功率成正比的。當(dāng)風(fēng)扇功率電機(jī)，二氧化碳被完全吸收需 7 分鐘，這表明，在更大范圍，風(fēng)機(jī)功率，更多的空氣穿過(guò)洗滌器在每個(gè)單位時(shí)間。這是因?yàn)橹g的反應(yīng)，二氧化碳和藥劑床完全運(yùn)行，然后吸收率高。當(dāng)風(fēng)機(jī)輸入功率進(jìn)一步增大，吸收率逐漸減少。當(dāng)輸入功率 120 W，吸收率等于，電源燈。在這個(gè)過(guò)程中，該功率增加了飛行速度超過(guò)高，而且沒(méi)有足夠的反應(yīng)時(shí)間的碳二氧化碳和代理商床。結(jié)果表明，空氣流動(dòng)速度也是一個(gè)非常重要的參數(shù)。當(dāng)空速過(guò)高，或者改變通風(fēng)，它不會(huì)增加吸收效率。因此，當(dāng)流量達(dá)到一定的水平，為進(jìn)一步提高吸收率，增大厚度或表面區(qū)域代理商床降低空速，充分考慮了。（2）最佳的運(yùn)行功率空氣洗滌器提高吸收效率，降低能耗和噪音污染，選擇適當(dāng)?shù)乃俣瘸蔀橐粋€(gè)重要的條件。通過(guò)吸收測(cè)試下二氧化碳不同的功率，最優(yōu)運(yùn)行功率空氣洗滌器的決心下的不同需求吸收。通過(guò)實(shí)驗(yàn)（1）關(guān)系曲線，時(shí)間的減少二氧化碳和電力消費(fèi)獲得，這是顯示在圖 2。當(dāng)風(fēng)扇功率 100 W，吸收效率最高。在這一次，最大飛行速度的吸附床可以根據(jù)計(jì)算公式 1。吸附時(shí)間和能耗都是平等的。在特殊情況下，二氧化碳集中供給的太快，空氣洗滌器可以在低濃度下運(yùn)行，當(dāng)空氣流達(dá)到 90m3/h，和空速的吸附床 1800h-1。在實(shí)際的援助，以確保較長(zhǎng)的空氣凈化，是主要的性能指標(biāo)。在條件的二氧化碳濃度小于 1%室，選擇的標(biāo)準(zhǔn)是最低的能源消耗，圖 1 顯示了空氣洗滌器運(yùn)行在 5 是最好的能源消費(fèi)點(diǎn)。而 8 人被安置在庇護(hù)所室為標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載狀態(tài)，根據(jù)人體的正常代謝呼吸，每個(gè)人 0.4l/min 產(chǎn)生二氧化碳，而二氧化碳的生產(chǎn)速度 3.2l/min。而吸收率的空氣洗滌器在 13l5 W /分鐘，充分滿足吸收需要 8 人在密閉空間。在這個(gè)時(shí)候，空氣流動(dòng)是 45/小時(shí)，和空速的吸附床 900h-1。擬合曲線的多項(xiàng)式逼近工具，厚度的吸附床（公斤）確定，功能之間的二氧化碳吸收時(shí)間和力量：函數(shù)擬合的相關(guān)系數(shù)為：0.983，殘差平方和：1.89，信心水平的功能：95%。3.2.空氣洗滌器的性能為了獲得在不同層厚條件下吸附床的性能比，吸附時(shí)間，實(shí)驗(yàn)（2）目的如下： 空氣洗滌器在 2.5 公斤，公斤，公斤，8 公斤， js-1 的現(xiàn)象，并運(yùn)行在5 關(guān)系曲線。減少二氧化碳的時(shí)間和床厚度圖 3 所示。當(dāng)厚度劑床太薄，二氧化碳和接觸時(shí)間過(guò)短；過(guò)度增加層厚度會(huì)增加要更多的體積空氣阻力。此外，它可能是從已知的數(shù)字，隨著劑量的增加，吸收時(shí)間下降趨勢(shì)逐漸減緩。特定關(guān)系的床厚度吸收時(shí)間是顯示在圖 4。3.3.吸附床的生命周期分析在理論上，每 10 小時(shí)會(huì)用吸附床，但由于設(shè)備的限制，實(shí)際反應(yīng)不可能達(dá)到該有的程度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。什么時(shí)候有效吸收成分的吸收床含量相對(duì)較低，有能力控制二氧化碳會(huì)下降，所以這是非常必要的重要探索現(xiàn)實(shí)生活的每個(gè)吸收床。新型吸附床放置在空氣洗滌器，和載重量公斤。4 人`正常的呼吸代謝模擬量，以二氧化碳 1.6l/min 率流入室。同時(shí)打開空氣洗滌器在 5，理論上，它可以保持二氧化碳濃度為 4 的人在 20 個(gè)小時(shí)。圖 5 顯示的變化碳二氧化碳濃度在室。在 800 分鐘，二氧化碳濃度保持在范圍 0.1%內(nèi)，二氧化碳濃度在室內(nèi)無(wú)明顯波動(dòng)，吸收表現(xiàn)好；在 800 - 1000 分鐘，二氧化碳的濃度開始上升，但速度相對(duì)緩慢，它仍然是在安全范圍；1000 分鐘后，二氧化碳濃度開始迅速上升，1150 分鐘后，二氧化碳濃度接近 0.5%，這影響空氣洗滌器變得明顯減弱，因此必須更換新床在這個(gè)時(shí)候。保證安全，吸收床應(yīng)該改變?cè)?1100min（18.4h）。因此，在案件的 8 人，使用壽命是每個(gè)吸附床 9.2h。如果使用標(biāo)準(zhǔn)吸收床照設(shè)計(jì)要求，使用壽命是 3.7h。 3.4.生活模擬實(shí)驗(yàn)基本確定在礦井避難室上述實(shí)驗(yàn)功率消耗和其他基本參數(shù)的空氣洗滌器的凈化效率。但實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上模擬呼吸狀態(tài)。在真實(shí)的搶救過(guò)程中，呼吸的變化很大，在不同國(guó)家的人類活動(dòng)，此外，溫度和濕度也有很大的影響。這些參數(shù)將相對(duì)影響吸收性能的空氣洗滌器，因此有必要驗(yàn)證的性能，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)空氣洗滌器。隨機(jī)選擇的四名健康男性志愿者的生活模擬實(shí)驗(yàn)。提出了五點(diǎn)五公斤 js-1劑在空氣洗滌器，風(fēng)機(jī)功率 5 W。變化的二氧化碳在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是顯示在圖 6。五點(diǎn)五公斤 js-1 劑可以保持 504min（8.4h）適合居住的四志愿者，什么是指服務(wù)時(shí)間 8 公斤 js-1 代理 8 健康男性 367min。表 1 顯示碳二氧化碳吸收率。表 1 數(shù)據(jù)的吸收二氧化碳在生活配套實(shí)驗(yàn)從表 1：在活體實(shí)驗(yàn)?zāi)M，吸收率 js-1 劑相對(duì)穩(wěn)定的。它一般在 30 分鐘吸收二氧化碳的背包。平均吸收率在 1.34l/min。在 40%的測(cè)試時(shí)間空氣洗滌器在工作條件下，整個(gè)能源消費(fèi) 18wh。4.結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定了空氣洗滌器相關(guān)的重要參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，在一個(gè)封閉的空氣洗滌器空間提出了最佳的操作性能和使用模式。提供一個(gè)指導(dǎo)設(shè)計(jì)和改進(jìn)現(xiàn)有的空氣洗滌器是非常重要。具體結(jié)論如下：1）最佳反應(yīng)條件，消除二氧化碳在避難室：劑量 js-1agent 是 20 公斤，最佳操作功率 100 W；2）在緊急狀態(tài)為配合救援，空氣洗滌器最低操作電源要求是 5W。3）在避難室由于能量?jī)?chǔ)存的限制，空氣洗滌器的建議在間歇模式，最佳比例的運(yùn)行時(shí)間和停機(jī)時(shí)間是 2 : 3。什么時(shí)候在間歇模式，空氣洗滌器將消耗能量，在連續(xù) 27%經(jīng)營(yíng)模式實(shí)現(xiàn)相同的吸收率條件。4）最佳用量為 8 人 js-1 約 8 公斤。當(dāng)呼吸 0.4 升/分鐘，這可保持 3.7 小時(shí)。相關(guān)文獻(xiàn)[1 劉明舉、孟磊、魏建平。近年煤與瓦斯突出的統(tǒng)計(jì)特性及其防范措施,煤礦安全,2009,(7):73 ~ 76。[2]王柯泉,趙珊洋 ,玉秀清。煤礦、礦山避難室在發(fā)展的技術(shù),2010。[3]建筑避難的“六個(gè)系統(tǒng)”的安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國(guó)家煤礦安全監(jiān)督局。[4]胡錦濤,永久和臨時(shí)避難室建設(shè)固定煤礦區(qū)、山西煤礦,20103。