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家重點實驗室北京科技大學北京 100083，中國摘要避難硐室是一種在煤礦事故發(fā)生時救援被困礦工的設備。二氧化碳洗滌是環(huán)境功能艙內的一個重要控制系統(tǒng)。在本文中，相關功耗的系列實驗，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驗室進行驗證。關鍵詞：避難硐室;二氧化碳，空氣洗滌器;床厚度;凈化特點避難硐室是為被困礦工在事故發(fā)生時提供一個安全區(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，食品和水等在內的物品。在長期生存的情況下最重要的氣態(tài)污染物是密閉空間，被困礦工產生的二氧化碳。從而避難硐室的空氣洗滌器的設計。二氧化碳凈化的主要方法是國內和國際上通用的化學藥劑，完成清除空氣中的二氧化碳和其他有毒氣體。至于在美國避難硐室，澳大利亞和其他國家，常用動力驅動風機來對氧或液態(tài)二氧化碳進行空氣凈化的過程，同時實現(xiàn)供氧或冷藏。但風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。由于中國煤礦條件的復雜性，避難室的外形尺寸都比較小，電池為主要動力存儲設備的防爆電風扇。由于空間的限制，在我國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)務水平關乎是否可以實現(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，進行性能不同條件下的空氣洗滌器的研究如下。2.實驗環(huán)境和方法2.1.實驗現(xiàn)象二氧化碳在實驗中使用名為 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，具有疏松多孔結構。其粒徑在 2-6mm 的范圍內，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。在生產過程中添加 JS-1，因此它會出現(xiàn)粉紅色。作為吸收二氧化碳，會變成白色或淡黃色，這表明應改為代理床。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，技術成熟的優(yōu)點。2.2.實驗環(huán)境1）實驗環(huán)境在樣品室進行實驗。其內部空間的大小是 4200 毫米×1200×1700mm 機器，總量是 8.6 立方米。被用作廣場模型鋼支撐框架膠囊。樣品室結構板材。艙壁雙鋼結構，內部外部鋼板厚度 1.2mm 低碳鋼板，充滿 5cm 厚度的熱絕緣材料。樣品室的側面配備了一個觀察窗。2）實驗設備在實驗中使用的主要設備，包括：搖滾 E40 系列 PLC 的數(shù)據采集，各種GTY1000 25 一氧化碳，氧氣組合傳感器，KGF2 風 KGY7 型壓力傳感器，KGW5 數(shù)字式溫度傳感器，F(xiàn)200 的室內空氣質素的二氧化碳監(jiān)測和多功能控制器。2.3.實驗方法對吸收空氣洗滌性能進行了測試，根據不同的樣品室權力和床厚度條件，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)進行了測定。生活模擬實驗進行了驗證空氣洗滌器的性能。3.結果與討論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試的吸收率和空氣洗滌功率之間的關系（1）設計如下：調整空氣洗滌器，進行凈化實驗與空氣洗滌功率下的運行狀態(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機，和吸收時間成反比功率成正比的。當風扇功率電機，二氧化碳被完全吸收需 7 分鐘，這表明，在更大范圍，風機功率，更多的空氣穿過洗滌器在每個單位時間。這是因為之間的反應，二氧化碳和藥劑床完全運行，然后吸收率高。當風機輸入功率進一步增大，吸收率逐漸減少。當輸入功率 120 W，吸收率等于，電源燈。在這個過程中，該功率增加了飛行速度超過高，而且沒有足夠的反應時間的碳二氧化碳和代理商床。結果表明，空氣流動速度也是一個非常重要的參數(shù)。當空速過高，或者改變通風，它不會增加吸收效率。因此，當流量達到一定的水平，為進一步提高吸收率，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?shù)乃俣瘸蔀橐粋€重要的條件。通過吸收測試下二氧化碳不同的功率，最優(yōu)運行功率空氣洗滌器的決心下的不同需求吸收。通過實驗（1）關系曲線，時間的減少二氧化碳和電力消費獲得，這是顯示在圖 2。當風扇功率 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計算公式 1。吸附時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行，當空氣流達到 90m3/h，和空速的吸附床 1800h-1。在實際的援助，以確保較長的空氣凈化，是主要的性能指標。在條件的二氧化碳濃度小于 1%室，選擇的標準是最低的能源消耗，圖 1 顯示了空氣洗滌器運行在 5 是最好的能源消費點。而 8 人被安置在庇護所室為標準負載狀態(tài)，根據人體的正常代謝呼吸，每個人 0.4l/min 產生二氧化碳，而二氧化碳的生產速度 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。在這個時候，空氣流動是 45/小時，和空速的吸附床 900h-1。擬合曲線的多項式逼近工具，厚度的吸附床（公斤）確定，功能之間的二氧化碳吸收時間和力量：函數(shù)擬合的相關系數(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，吸附時間，實驗（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，并運行在5 關系曲線。減少二氧化碳的時間和床厚度圖 3 所示。當厚度劑床太薄，二氧化碳和接觸時間過短；過度增加層厚度會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，吸收時間下降趨勢逐漸減緩。特定關系的床厚度吸收時間是顯示在圖 4。3.3.吸附床的生命周期分析在理論上，每 10 小時會用吸附床，但由于設備的限制，實際反應不可能達到該有的程度，實驗結果表明。什么時候有效吸收成分的吸收床含量相對較低，有能力控制二氧化碳會下降，所以這是非常必要的重要探索現(xiàn)實生活的每個吸收床。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 個小時。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，二氧化碳濃度在室內無明顯波動，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時候。保證安全，吸收床應該改變在 1100min（18.4h）。因此，在案件的 8 人，使用壽命是每個吸附床 9.2h。如果使用標準吸收床照設計要求，使用壽命是 3.7h。 3.4.生活模擬實驗基本確定在礦井避難室上述實驗功率消耗和其他基本參數(shù)的空氣洗滌器的凈化效率。但實驗條件的基礎上模擬呼吸狀態(tài)。在真實的搶救過程中，呼吸的變化很大，在不同國家的人類活動，此外，溫度和濕度也有很大的影響。這些參數(shù)將相對影響吸收性能的空氣洗滌器，因此有必要驗證的性能，通過仿真實驗空氣洗滌器。隨機選擇的四名健康男性志愿者的生活模擬實驗。提出了五點五公斤 js-1劑在空氣洗滌器，風機功率 5 W。變化的二氧化碳在實驗過程中是顯示在圖 6。五點五公斤 js-1 劑可以保持 504min（8.4h）適合居住的四志愿者，什么是指服務時間 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)據的吸收二氧化碳在生活配套實驗從表 1：在活體實驗模擬，吸收率 js-1 劑相對穩(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%的測試時間空氣洗滌器在工作條件下，整個能源消費 18wh。4.結論通過實驗，確定了空氣洗滌器相關的重要參數(shù)。在此基礎上，在一個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。提供一個指導設計和改進現(xiàn)有的空氣洗滌器是非常重要。具體結論如下：1）最佳反應條件，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）在避難室由于能量儲存的限制，空氣洗滌器的建議在間歇模式，最佳比例的運行時間和停機時間是 2 : 3。什么時候在間歇模式，空氣洗滌器將消耗能量，在連續(xù) 27%經營模式實現(xiàn)相同的吸收率條件。4）最佳用量為 8 人 js-1 約 8 公斤。當呼吸 0.4 升/分鐘，這可保持 3.7 小時。相關文獻1 劉明舉、孟磊、魏建平。近年煤與瓦斯突出的統(tǒng)計特性及其防范措施,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,2010。3建筑避難的“六個系統(tǒng)”的安全生產監(jiān)督管理總局、國家煤礦安全監(jiān)督局。4胡錦濤,永久和臨時避難室建設固定煤礦區(qū)、山西煤礦,20103。