劉凰衷

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037）

煤礦井下環(huán)境對甲烷催化元件性能的影響

劉凰衷

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037）

瓦斯的主要成分是甲烷，容易受到煤礦井下環(huán)境因素的影響，研究井下環(huán)境對甲烷催化元件性能的影響，能夠為煤礦開采安全管理提供一定的參考依據(jù)。介紹了內(nèi)部影響因素的研究狀況，然后分析了煤礦井下環(huán)境對甲烷催化元件化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的影響，最后探討了煤礦井下環(huán)境對甲烷催化元件性能的影響，從中得出高溫、高濕環(huán)境下甲烷催化元件性能將會下降。

煤礦；井下環(huán)境；甲烷催化元件

1 內(nèi)部影響因素的研究情況

國內(nèi)外甲烷催化元件性能的內(nèi)部影響研究主要集中在四個方面：敏感材料、配對工藝、制造工藝以及抗毒性能。對于敏感材料的分析，利用的是已經(jīng)沿用了60多年的載體催化法，通過材料對氣體接觸燃燒的反應(yīng)熱去轉(zhuǎn)變另一個材料電阻特性的催化燃燒法。配對工藝?yán)眉淄榇呋z測瓦斯?jié)舛鹊膬x器中，催化傳感器元件和補(bǔ)償元件封裝成一體，共同配合對甲烷的濃度進(jìn)行檢測。制造工藝方面，當(dāng)前主要有浸漬法和溶膠-凝膠法?？苟拘阅艿难芯渴菄鴥?nèi)外在相關(guān)方面研究的重大突破，改進(jìn)載體催化元件的抗毒性能成為今后研究的一大方向。

2 煤礦井下環(huán)境對甲烷催化元件化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的影響

2.1 甲烷催化元件的工作原理

甲烷催化元件是根據(jù)可燃?xì)怏w會發(fā)生催化氧化反應(yīng)這一原理工作的，載體溫度的變化，主要是有空氣中可燃?xì)怏w的濃度確定。要想測定載體的溫度，可以利用測溫元件測定，實現(xiàn)控制可燃?xì)怏w濃度的目的。催化反應(yīng)產(chǎn)生熱量時，會對信號造成影響，并且被測氣體的濃度和催化反應(yīng)的放熱量具有一定的聯(lián)系，通過測量敏感元件與補(bǔ)償元件的溫度差值，可以判定煤礦井下環(huán)境中瓦斯是否正常。

2.2 甲烷催化元件的使用環(huán)境

煤礦井下環(huán)境最大的特點(diǎn)就是空間封閉，在這樣的一個環(huán)境中，高溫、高濕在所難免，而甲烷催化元件正是在高溫、高濕環(huán)境中使用的。因此，在研究煤礦井下環(huán)境對甲烷催化元件性能的影響時，應(yīng)當(dāng)對煤礦井下環(huán)境的氣候特征有一個全面的掌握，以此摸清煤礦井下環(huán)境對催化元件性能的影響規(guī)律。另外，還需要對通風(fēng)情況全面了解。只有這樣，才能對甲烷催化元件使用環(huán)境進(jìn)行全面分析。表1是甲烷催化元件的使用環(huán)境。

表1 甲烷催化元件的使用環(huán)境

2.3 煤礦井下環(huán)境對化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的影響

根據(jù)相關(guān)甲烷催化元件的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，結(jié)合甲烷催化元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以從中了解到環(huán)境因素對甲烷催化元件反應(yīng)機(jī)理的影響。通常情況下，煤礦井下溫度處于高溫、高濕狀態(tài)，催化劑的“積碳”情況會加重，添加助劑鉀可以控制此情況。同時，在高溫、高濕環(huán)境下，鉀會以鉀鹽的形式跟著水分一起蒸發(fā)，使得“積碳”現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重，導(dǎo)致催化劑表面空缺被占，進(jìn)而降低反應(yīng)速率。

3 煤礦環(huán)境下對甲烷催化元件性能的影響

3.1 溫度、濕度、風(fēng)速對零點(diǎn)及靈敏度的影響

溫度對靈敏度的影響，零點(diǎn)漂移呈線性變化，溫度處于-10～50℃時，靈敏度范圍變化不大，在這范圍內(nèi)零點(diǎn)漂移比較穩(wěn)定，波動很小。在50～10℃實驗，零點(diǎn)漂移同樣呈線性變化，幾乎和-10～50℃溫度對靈敏度的影響呈線性關(guān)系。濕度對靈敏度的影響同樣呈線性關(guān)系，在30%～100%時靈敏度的變化范圍較小。在風(fēng)速方面，風(fēng)速在0-8m/s時，靈敏度的變化范圍從大到?。伙L(fēng)速在8～0m/s變化時，靈敏度從小到大。

3.2 粉塵、硫化氫對甲烷催化元件靈敏度的影響

選擇黑黑元件研究粉塵對甲烷催化元件靈敏度的影響。實驗表明，10mg/m3的重粉塵在連續(xù)工作3d之后，甲烷催化元件的靈敏度小于12mV/%CH4，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求不符。這表明，煤礦井下環(huán)境中沒有粉塵，甲烷催化元件的靈敏度也會下降，只是在理想狀況下，下降速度為0。硫化氫氣體的影響規(guī)律，在硫化氫氣體混入環(huán)境中后，靈敏度會下降，甲烷元件出現(xiàn)中毒情況，這樣就使得在進(jìn)行瓦斯?jié)舛葯z測時容易出現(xiàn)誤差。

3.3 溫度、濕度、風(fēng)速對甲烷催化元件基本誤差的影響

首先，溫度變化的影響規(guī)律：煤礦井下環(huán)境溫度升高，會引起甲烷催化元件的誤差變化，在溫度變化范圍內(nèi)，會有一個溫度點(diǎn)的誤差值為零，余下的溫度點(diǎn)的誤差值分布在零的兩側(cè)。其次，濕度變化的影響規(guī)律：濕度變化引起的甲烷催化元件誤差較小，呈現(xiàn)出濕度越大，誤差值越小的特點(diǎn)，這與濕度變化對靈敏度的影響規(guī)律幾乎一致。最后，風(fēng)速變化的影響規(guī)律：風(fēng)速增加，誤差值逐漸增大，不過增大的幅度比較小。

4 結(jié)語

總而言之，研究煤礦井下環(huán)境對甲烷催化性能的影響具有重要的意義，能夠為煤礦安全開采提供一定的參考，有利于開采人員的安全保證。針對煤礦井下環(huán)境中溫度、濕度以及風(fēng)速等因素的影響，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，保證煤礦井下作業(yè)的安全，從而提升煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)我國煤礦行業(yè)又好又快發(fā)展。

[1] 要澤民.煤礦井下環(huán)境對甲烷催化元件性能影響的探討[J].電子制作，2013，12（7）：233.

[2] 王曉玲.催化燃燒式甲烷測定器載體催化元件的原理及技術(shù)性能分析[J].計量與測試技術(shù)，2012，39（2）：12-13.

I n f l u e n c e o f U n d e r g r o u n d E n v i r o n me n t o n P e r f o r ma n c e o f Me t h a n e C a t a l y t i c E l e me n t i n C o a l Mi n e

Liu Huang-zhong

The main component of methane is methane，which is susceptible to the environmental factors of coal mine.The inf l uence of underground environment on the performance of methane catalytic element can provide some reference for coal mine safety management.In this paper，the author fi rst brief l y introduces the research status of the internal inf l uencing factors，and then analyzes the inf l uence of coal mine environment on the chemical reaction mechanism of methane catalytic element.Finally，the effect of coal mine environment on the performance of methane catalytic element is discussed.，The performance of methane catalytic components will decrease in high humidity environment.

coal mine；underground environment；methane catalytic element

TP212

A

1003-6490（2017）08-0184-02