煤礦井下環境對甲烷催化元件性能的影響

劉凰衷

（中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037）

化工能源Chemical Energy

煤礦井下環境對甲烷催化元件性能的影響

劉凰衷

（中煤科工集團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境因素的影響，研究井下環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。首先簡單地介紹了內部影響因素的研究狀況，然后分析了煤礦井下環境對甲烷催化元件化學反應機理的影響，最后探討了煤礦井下環境對甲烷催化元件性能的影響，從中得出高溫、高濕環境下甲烷催化元件性能將會下降。

煤礦；生產；井下環境；甲烷催化元件

1 內部影響因素的研究情況

國內外甲烷催化元件性能的內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熱去轉變另一個材料電阻特性的催化燃燒法。配對工藝利用甲烷催化元件檢測瓦斯濃度的儀器中，催化傳感器元件和補償元件封裝成一體，共同配合對甲烷的濃度進行檢測。制造工藝方面，當前主要有浸漬法和溶膠–凝膠法。抗毒性能的研究是國內外在相關方面研究的重大突破，改進載體催化元件的抗毒性能成為了今后研究的一大方向。

2 煤礦井下環境對甲烷催化元件化學反應機理的影響

2.1 甲烷催化元件的工作原理

甲烷催化元件是根據可燃氣體會發生催化氧化反應這一原理工作的，載體溫度的變化，主要是有空氣中可燃氣體的濃度確定。要想測定載體的溫度，可以利用測溫元件測定，實現控制可燃氣體濃度的目的。催化反應產生熱量的時候，會對信號造成影響，并且陂測氣體的濃度和催化反應的放熱量具有一定的聯系，通過測量敏感元件與補償元件的溫度差值，可以判定煤礦井下環境中瓦斯是否正常。

2.2 甲烷催化元件的使用環境

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

表1 甲烷催化元件的使用環境

2.3 煤礦井下環境對化學反應機理的影響

根據相關甲烷催化元件的化學反應機理，結合甲烷催化元件的結構特點，可以從中了解到環境因素對甲烷催化元件反應機理的理論。通常情況下，煤礦井下溫度處于高溫、高濕狀態，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、高濕環境下，鉀會以鉀鹽的形式跟著水分一起蒸發，使得“積碳”現象變得更加嚴重，導致催化劑表面空缺被占，進而降低反應速率。

3 煤礦環境下對甲烷催化元件性能的影響

3.1 溫度、濕度、風速對零點及靈敏度的影響

溫度對靈敏度的影響，零點漂移呈線性變化，溫度處于 -10～50℃時，靈敏度范圍變化不大，也就是在這范圍內零點漂移比較穩定，波動很小。在50～10℃溫度實驗，零點漂移同樣呈線性變化，幾乎和 -10～50℃重合。因此，溫度對靈敏度的影響呈線性關系。濕度對靈敏度的影響同樣呈線性關系，在30～100% 時靈敏度的變化范圍較小。在風速方面，風速在0～8m/s時，靈敏度的變化范圍從大到小；風速在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的重粉塵在連續工作 3d 之后，甲烷催化元件的靈敏度小于12mV/%CH4，與相關標準要求不符。這表明，煤礦井下環境中沒有粉塵，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律，在硫化氫氣體混入環境中后，靈敏度會下降，甲烷元件出現中毒情況，這樣就使得在進行瓦斯濃度檢測時容易出現誤差。

3.3 溫度、濕度、風速對甲烷催化元件基本誤差的影響

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

4 結束語

總而言之，研究煤礦井下環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。針對煤礦井下環境中溫度、濕度以及風速等因素的影響，應當采取相應的應對措施，保證煤礦井下作業的安全，從而提升煤礦企業的經濟效益，促進我國煤礦行業又好又快發展。

[1] 要澤民 .煤礦井下環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性能分析 [J].計量與測試技術，2012，39（2）：12-13.

Influence of Underground Environment on Performance of Methane Catalytic Element in Coal Mine

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 ；production ；underground environment；methane catalytic

TP212

：B

：1003–6490（2017）07–0173–02

2017–05–23

劉凰衷（1984—），男，江西吉安人，實習研究員，主要研究方向為催化元件。