矿用高低浓甲烷传感器检定装置升级改造

近年来,高瓦斯矿井接替、高瓦斯煤层开采、大采高技术的应用以及安全装备的全面覆盖,原来安装运行的催化燃烧式低浓度甲烷传感器和便携式甲烷测定器已不能满足建设要求,需要轮换的高低浓甲烷传感器量大大增加。现有的DCKJ-1型高低浓甲烷传感器检定装置检定样品台数有限,改造后增加悬挂装置、稳压电源、分线板和接线电缆,可以成倍地增加仪器的检定数量。

低功耗红外甲烷传感器在煤矿安全监测中的应用优化研究

围绕低功耗红外甲烷传感器(GJG10H型)在煤矿安全监测中的应用进行深入研究,通过分析某煤矿安全监测项目,探讨传统监测系统的局限性、甲烷检测的挑战、现场环境对监测系统的影响以及安全监测数据处理和管理问题,进一步阐述GJG10H型红外甲烷传感器的工作原理、技术特征及优点,探讨其在智能化数据分析与预警、复杂矿井环境应对策略中的优化应用,旨在提供一种更高效、准确的煤矿甲烷监测方案,确保煤矿安全生产。

基于VCSEL激光器的激光甲烷传感器研制与应用

基于VCSEL激光器,研制了高性能低功耗激光甲烷传感器,并进行了实际应用。该激光甲烷传感器具有响应快速、灵敏度高、抗光学与电子干扰性能优、无接触性检测且选择性强等优点,解决了当今煤矿井下广泛使用的热催化式甲烷传感器存在的零点易漂移、电气功耗高、使用周期短、易受其他有毒有害气体干扰、易受现场湿度和温度影响等诸多问题,提高了安全监测监控系统的可靠性。

深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想

温和氧化解聚作用下,低阶煤(褐煤、长焰煤)可高效生成高值化学品,同时煤体多尺度流动能力显著改善。针对我国低阶煤资源丰富与煤层中赋存巨量天然气的地质背景,结合低阶煤化学性质特点,提出了基于原位氧化改性的深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想,从氧化解聚制备羧基化学品方法、氧化改性提高煤层气采收率机理、共采技术模式、地质及工程有利条件等4方面论证了该技术可行性。调研总结发现:低阶煤具有丰富的含氧官能团(如羧基—COOH和酚羟基—OH)和侧链,为氧化解聚制备高值化学品(如羧酸)提供了关键前体结构;过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂,在低温(<100℃)、常压条件下,温和氧化解聚低阶煤可高效、低成本制备羧基化学品,实现低阶煤非能源化高值利用;氧化解聚反应对低阶煤具有明显的氧化改性作用,主要表现为煤表面对甲烷的吸附能力减弱、水的疏水性增强、形成溶蚀孔与微裂缝,并可原位生成CO_(2),从而增加了煤层气解吸-渗流能力。围绕深部低煤阶煤层气井高效增产改造需求与枯竭煤层气井二次利用,设计了单井压裂-溶浸开采(采气为主)与群井压裂-溶浸开采(采高值化学品为主)2种技术模式。前者通过注入氧化性压裂液,合理控制压后焖井时间,充分发挥力学-化学协同改造增渗作用,返排阶段分离压裂液中高值化学品,并高效抽采天然气;后者对各枯竭气井重复改造,通过压裂缝网形成相互沟通的注采井网,持续生成、抽采高值化学品。我国巨厚(数十米~近百米)、深埋藏(500~1000 m)低煤阶煤层分布广泛,能有效减小氧化剂及反应产物泄漏诱发的地下水污染,为共采提供了有利地质条件;现有大规模煤层气水平井及水力压裂缝网,避免了高值化学品原位制备的高额建井成本,为共采提供了有利工程条件。结论认为,利用温和氧化解聚反应,实现深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采,丰富了原位改性采矿理论与技术体系,有望形成煤层气增产改造新模式,增加低煤阶煤层资源开采综合经济效益。

袁家村铁矿闪石型磁铁矿高压辊磨及阶磨阶选工艺技术研究

对太钢袁家村铁矿闪石型磁铁矿进行了高压辊磨-预选及阶磨阶选工艺技术研究。为了降低入磨矿石选比,采用高压辊磨进行超细碎并对-3 mm粒级物料进行湿式预选,可以抛出产率22%的粗粒尾矿,预选精矿TFe品位提高到36%左右。高压辊磨前后矿样的磨矿功指数分别为11.91 kW·h/t和11.11 kW·h/t。高压辊磨-预选-阶磨阶选流程试验获得了精矿产率33.92%、TFe品位67.13%、回收率75.75%的指标,选比由2.95下降至2.27。高压辊磨-预选-阶磨阶选工艺为此类低品位磁铁矿大规模低成本开采提供了节能降耗新思路。

基于STM32的矿用粉尘浓度传感器

针对当前矿用粉尘检测技术精度低、维护难的问题,依据煤矿井下工作环境,设计了一种基于STM32的矿用粉尘浓度传感器,本设计以静电感应原理作为矿粉浓度测量原理,STM32高性能单片机作为主控芯片,外部配置感应电荷放大电路、信号自适应放大电路、信号滤波电路和标准电流信号输出电路等模块电路,开发了系统应用软件,并对样机进行了检定,结果表明本设计的测量精度在2%以内,具有精度高、重复性好的优点。

低浓度煤层气吸附浓缩技术研究与发展

我国是一个多煤少气贫油的国家,煤层气储量约30万亿立方米,由于缺乏先进实用的低浓度煤层气甲烷分离浓缩技术,当前抽采煤层气利用率仅为50%左右。因此,对低浓度煤层气甲烷富集浓缩过程开展研究,可在开发能源的同时减少温室气体的排放,具有重大的应用价值和战略意义。简要介绍了我国煤层气资源开发利用情况,综述了近年来低浓度煤层气吸附浓缩技术研究进展,包括新型吸附材料及先进吸附工艺。对于低浓度煤层气中CH_4/N_2分离,目前文献报道吸附材料的吸附容量及分离系数仍然处于较低水平;受吸附材料的分离性能较差影响,传统变压吸附工艺对低浓度煤层气中CH_4浓缩效果并不理想。最后指出,高吸附容量、高选择性吸附材料及多种方法结合的新型吸附工艺是未来低浓度煤层气吸附浓缩技术的发展方向。

温度对极低浓度瓦斯氧化影响的研究

通过配置浓度为0.75%、0.5%和0.25%的极低浓度甲烷来模拟矿井乏风,使三个浓度的甲烷通过高温炉膛,收集炉膛的气体,并对收集气体进行测试,以得到矿井乏风高温氧化的条件和规律,通过调整炉膛温度以得到不同温度下极低浓度甲烷的氧化情况。结果表明,甲烷浓度越高则氧化所需的温度越低;甲烷浓度越低,氧化所需的温度越高;根据实验研究得出极低浓度甲烷在锅炉炉膛中在750℃左右时开始被氧化,甲烷浓度逐渐降低,且在800℃左右时能完全氧化。

煤矿乏风低浓度甲烷热逆流氧化试验研究

为探索甲烷浓度、乏风流量、换向半周期及壁面热损失等工况参数对煤矿乏风低浓度瓦斯热逆流氧化过程的影响,采用自行设计的低浓度瓦斯热逆流氧化装置,对不同工况下的低浓度瓦斯热逆流氧化开展了系统的试验研究。结果表明:随着甲烷浓度的提高和壁面热损失的降低,氧化床高温区域拓宽,最高温度、出口温度及甲烷转化率均升高;当乏风量较低时,乏风甲烷保持较高的转化率,氧化床内整体温度随着乏风量的增加而提升;当乏风量达到一定值后,继续增加流量,氧化床温度场不但不上升反而下降;随着换向半周期的延长,氧化床高温区向氧化床出口端移动,高温区域变窄,出口温度升高,甲烷转化率略有下降。

基于FPGA的煤矿井下瓦斯监测系统的设计

针对目前一般的瓦斯监测系统存在测量精度低、稳定性及实时性差,而测量精度高、稳定性及实时性强的瓦斯监测系统的开发和维护费用又较高的问题,提出了一种基于FPGA的煤矿井下瓦斯监测系统的设计方案;详细介绍了该系统的硬件及软件设计。模拟测试结果表明,该系统具有监测精度高、稳定性好、响应速度快、调试运行费用低等特点。

低浓度弱涡流场瓦斯富集新方法及试验研究

针对煤矿回风巷大量低浓度瓦斯排入大气层,造成资源浪费及环境污染现状,设计及制造了低浓度瓦斯富集涡流塔,并进行了离析态和非离析态试验,同时采用数值模拟与物理试验结果进行对比。结果表明:离析态时涡流塔内稳定瓦斯体积分数从下至中(上)逐渐升高(从0.50%增至0.70%),表明弱涡流场离析状态下瓦斯富集效果较为明显;非离析态时涡流塔中(上)部瓦斯体积分数增幅不明显(从0.50%增至0.55%);两种状态下涡流塔底部瓦斯体积分数均是先升高后逐渐降低至稳定(<0.50%);离析态涡流塔上(中)部的瓦斯体积分数稳定时间比非离析态时长,底部瓦斯体积分数稳定时间基本一致;弱涡流场下叶片转速对瓦斯体积分数稳定所需时间影响较大,而对最终瓦斯体积分数高低影响不明显;最后,利用改进的Richardson数阐述了混合气体的速度及瓦斯层厚度等对涡流场强弱控制作用,解释了弱涡流场下离析态低浓度瓦斯富集特征明显,非离析态瓦斯富集效果差的原因。

煤层瓦斯富集区时频域低频阴影检测

为了研究地震波在含气地层传播过程中地震波能量衰减、波形变化、横向连续性的变化等特征,实现三维地震资料瞬时谱分解,检测瓦斯富集区的低频阴影特征,在已有煤矿实际地质资料分析基础上,构建了具有代表性的煤层瓦斯富集区地质模型。通过黏弹性地震波动方程正演数值模拟获得了模拟地震记录剖面,并借助于S变换实施了地震剖面时频分析,获得了不同频率成分的处理结果。对比分析结果表明:横向上,煤层瓦斯富集区较原生煤反射振幅更强,且煤层底面反射同相轴整体下拉,瞬时频率降低,具有低Q值的瓦斯富集区地震波高频能量衰减严重,低频成分衰减慢,低频(30Hz)瞬时剖面中对应瓦斯富集区下方表现为强能量团,当频率增加到60Hz及以上,瓦斯富集区能量明显低于低频瞬时剖面中对应位置的能量,呈现出明显的“低频阴影”现象。选取核桃峪矿区实测三维地震资料实施时频分析处理,并重点针对8号煤层的地震反射特征和时频谱属性进行对比分析,结果表明煤层瓦斯富集区具有与正演模拟结果完全一致的“低频阴影”特征。利用“低频阴影”不仅能预测煤层瓦斯富集区,而且可以刻画富集区的边界和空间展布,减小三维地震勘探资料预测煤层瓦斯富集区的多解性;经后期实际钻采结果验证,结果吻合较好,证明了利用“低频阴影”检测瓦斯富集区的可行性。

煤矿通风瓦斯在燃气轮机中的催化燃烧特性

在不同进口温度、工作压力和当量比条件下,研究了煤矿通风瓦斯气在燃气轮机催化燃烧室内部的燃烧特性,对数值模拟结果与试验结果进行了对比,并分析了催化燃烧对超低浓度瓦斯气性能的影响.结果表明:增加甲烷浓度(或当量比)可促进超低浓度甲烷的催化燃烧;提高催化燃烧室进口温度或工作压力可相应提高煤矿通风瓦斯燃气轮机系统的效率.

智能甲烷浓度检测仪的设计

设计了一种基于语音单片机SPCE061A和非加热半导体气体传感器的智能甲烷浓度检测仪,详细介绍了该仪器的工作原理、硬件结构和软件设计。该仪器有LCD显示和语音播报两种输出模式,直观实用;还可通过软件修正灵敏度,克服了传统检测仪器存在的气体传感器输出与甲烷浓度难以线性化、灵敏度随时间和电源电压下降而降低的缺点,保证了测量的准确性。

反吹过程对等比例变压吸附法分离富集低浓度含氧煤层气的影响

在Coward爆炸三角形的基础上分析研究了低浓度煤层气（甲烷浓度低于30％）吸附富集过程的安全性，提出了一种安全分离富集低浓度煤层气的方法——等比例变压吸附（PPSA）法，并且通过实验研究了用PPSA法时增加反吹过程对低浓度煤层气吸附富集效果和安全性的影响。结果表明：循环步骤中设置反吹过程有利于降低排放气中甲烷和氧气的体积分数。反吹时间越长，排放气中甲烷和氧气体积分数越低，但会使解吸气即产品气中甲烷浓度降低。为了确保低浓度煤层气吸附富集过程的安全性，可以适当地对吸附塔进行反吹，降低排放气中氧气浓度，使之处于安全范围内。但是反吹时间不宜过长，以免使解吸气中甲烷浓度降低过多，使产品气品质不满足后续设备的使用要求。

煤矿低浓度瓦斯微生物氧化技术研究

煤层抽采及回风井排放的低浓度瓦斯大多不经处理直接排空或燃烧,针对这一现象所造成的瓦斯资源浪费、生态碳循环结构破坏和温室效应加剧等问题,分析了我国煤矿低浓度瓦斯的排污治理与资源利用技术,提出并验证了利用甲烷氧化菌来降解煤矿低浓度瓦斯的煤矿低浓度瓦斯治理技术,以期提高煤矿瓦斯的利用率,减少资源浪费和污染。

低浓度瓦斯掺混技术在乏风氧化中的应用

对低浓度瓦斯掺混机理进行了分析,根据低浓度瓦斯掺混特点,设计了掺混工艺流程,并提出掺混装置工艺设计的关键技术参数,介绍了掺混装置内部结构和外形。低浓度瓦斯掺混技术在五阳煤矿南丰井乏风氧化工程中的现场应用测试数据表明,掺混后瓦斯平均均匀偏差度为0.22%,掺混效果较好。

低浓度煤层气脱附吹扫过程的数值模拟

运用Aspen Adsorption软件数值模拟了体积比为3:7的甲烷和氮气组成的低浓度煤层气的脱附吹扫过程,得到了甲烷的脱附吹扫曲线和吸附床层轴向浓度分布,考察了压力、吹扫速率和吸附剂对脱附吹扫过程的影响。结果表明:活性炭作吸附剂、293K、300kPa、流速2×10^(-7)kmol/s条件下,甲烷出口含量模拟值与实验值吻合良好,甲烷的饱和负载量和氮气的初始负载量分别为6.75×10^(-4)kmol/kg和3.65×10^(-4)kmol/kg,脱附吹扫时间为760s时,吸附剂实现完全再生;脱附吹扫时间随压力变小而缩短,吹扫压力为500k Pa、300kPa和100kPa时的甲烷脱附吹扫时间分别为1208s、634s和436s;吹扫速率越大,脱附吹扫曲线越陡峭;活性炭比分子筛的的脱附吹扫时间更短。

碳化硅泡沫陶瓷内低浓度瓦斯的燃烧特性研究

文章搭建了碳化硅泡沫陶瓷低浓度瓦斯燃烧实验台,研究了不同孔隙密度的碳化硅泡沫陶瓷内低浓度瓦斯燃烧时的温度分布及不同当量比瓦斯燃烧时的火焰传播速度,分析了碳化硅泡沫陶瓷的孔隙密度对低浓度瓦斯燃烧特性的影响。研究结果表明:碳化硅泡沫陶瓷的孔隙密度与碳化硅泡沫陶瓷的表面温度以及碳化硅泡沫陶瓷内的火焰传播速度均不呈正相关,当碳化硅泡沫陶瓷的孔隙密度由10 PPI依次增加到20,30,40PPI时,碳化硅泡沫陶瓷的表面温度呈现出先升高再降低最后又升高的变化趋势;碳化硅泡沫陶瓷内的火焰传播速度随着碳化硅泡沫陶瓷表面温度的升高而增大,不同孔隙密度的碳化硅泡沫陶瓷内火焰传播速度的大小顺序为20 PPI>40 PPI>30 PPI>10 PPI;辐射消光系数和比表面积均居于中间的孔隙密度为20 PPI的碳化硅泡沫陶瓷的综合换热效果最好,具有上游温升快,下游温降慢的特点。

低煤阶煤层气甲烷风化带划分方法及影响因素——以准南乌鲁木齐矿区为例

为了研究准南乌鲁木齐矿区低煤阶煤层气甲烷风化带特征及影响因素,规避勘探风险,降低开发成本。依据低煤阶煤层气含气量低、次生生物成因气与热成因气共存的特点,利用煤层含气量以及主要气体(CH4,CO2,N2)浓度测试数据,提出了甲烷风化带划分的新方法,以甲烷含量≥1 m3/t,N2体积分数≤20%分别作为判断甲烷风化带经济边界和地质边界的指标。进一步利用该方法对乌鲁木齐河东、河西矿区甲烷风化带深度进行了划分,讨论了构造、沉积以及水文地质对矿区甲烷风化带深度的影响,分析了造成两个矿区甲烷风化带深度差异的成因。结果表明,河东矿区甲烷风化带深度在370 m左右,河西矿区甲烷风化带深度在200 m左右。在构造抬升前,河东、河西矿区均生成了部分热成因甲烷,此时甲烷风化带较深。研究区经历了晚侏罗世与新生代两次地层抬升运动,河东矿区煤层顶板以砂岩为主,一方面易于地表水渗入,使研究区生成大量次生生物成因气,随着地下水滞留程度的增加,大量煤层气富集;另一方面,较差的顶板封盖条件也造成了一定量煤层气散失,导致河东矿区甲烷风化带深于河西矿区。而河西矿区的泥岩顶板隔水阻气能力好,构造抬升后,地表水渗入能力有限,生成小部分次生生物成因气,但是顶板泥质岩阻气能力强,使得绝大部分的煤层气得以保存,甲烷风化带较浅。