摘要：井下采用先进的无轨设备能够满足区域性矿山建设的需求，减少柴油尾气危害，改善井下作业环境空气条件，有效减轻工人劳动强度，提高矿山井下劳动生产率，提高矿山生产能力，适应矿区集约化开采要求。本文以个旧矿山为例，对采矿企业开展尾气净化的探索性试验工作。
关键词：尾气净化器；井下；矿山；净化器
引言
个旧矿山开采时间长，采矿装备由传统电机车、翻渣机、电耙向高效内燃铲运机、凿岩台车、内燃运矿卡车转变。经过调查，在用的高效柴油设备有7种类型，15094千瓦/156台套，不同型号的柴油设备开动时排放的大量尾气（碳黑）、一氧化碳、氮氧化物、硫化氢等有毒有害气体，在井下蔓延扩散，污染了空气，恶化了井下空气环境，直接威胁到井下员工的身体健康和生命安全。
目前矿山的井下通风系统随着生产区域的发展而变得日趋复杂与混乱，不同程度地存在建设滞后，需风量很大，风量分配调节困难，通风路线很长，通风能耗极大。风量、风速无法适应无轨内燃设备高效采矿要求，通风效果与要求相差甚远等问题，必须进行更新改造优化，才能满足矿山生产发展的需要。
1 问题与对策
1.1 通风问题与尾气危害
1.1.1 通风问题
目前个旧矿山井下采用无轨内燃设备大规模采矿之后，通风的首要任务是稀释、排出内燃设备，日耗柴油850--1500公斤产生的有毒、有害、高温尾气，污染时间长、数量大，基本上贯穿整个作业过程，尾气污染运输巷道或下风侧的工作面，管控污风的条件比较差，通风工作难度比较大。同时还要排出采、掘爆破产生的大量炮烟和粉尘，采场通风断面及排尘风量增大，通风系统服务时间增长。
排尾气的通风机理是“稀释为主，排出为辅”，换气效率低，需要的风量大，时间长。现有通风系统风量比较小，只能满足排炮烟要求，远远不能满足排尾气的要求。而且通风系统工程投入大，周期长、管理难、见效慢、效率低。
1.1.2 尾气危害
柴油设备排放的尾气有微细颗粒（碳黑即，铅化合物、其它重金属化合物、碳粒及油雾）一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、硫化氢、甲醛等有毒有害物质，直接威胁到目前井下接触柴油尾气员工的身体健康和生命安全。
尾气有多种悬浮颗粒物，会损害肺、心血管、脑神经的功能损伤，并可导致肺癌；碳氢化合物和氮氧化合物不仅刺激眼睛，引起红眼病；刺激鼻、咽喉、气管和肺部，引起慢性呼吸系统疾病，而且会降低井下空气的能见度，妨碍工人操作，影响运输安全；多种悬浮颗粒物，不仅导致内燃设备气缸积碳过快，磨损加快、效率下降、维修周期和使用寿命缩短，而且污染井下电控开关、影响电器设备的正常运行。
1.2 解决方法与途径
目前国际上治理柴油车尾气的有效办法主要有三种：
1）机前处理——通过选用品质较好的柴油及提高柴油品质来实现，限于国内油品现状，此方法的运用在国内及公司都难以实现。机前处理的另一方法是对品质不高的柴油，采用柴油添加剂或过滤柴油杂质等办法来提高柴油品质减少碳黑的排放。
2）机内处理——改变当前车辆的发动机技术，使柴油燃烧更充分，此技术目前尚不成熟，且不适宜在用车辆的改造。
3）后处理——用各种除尘滤清净化装置加催化反应方法（连续催化捕集分解技术）对排气进行最后的处理，达到降低有害物排放的目的，在油品及发动机技术短期内难以提升的现实情况下，后处理方式成为当今国际上最有效的尾气净化方法，且此种方法十分适于在用车改造。
采用后处理方式，使用连续催化捕集分解技术的尾气催化捕集净化装置，它是由氧化催化单元（DOC）和负载催化剂的捕集器（CDPF）组成的。CCRT技术可以利用尾气自身温度使得捕集器中捕集的碳烟（PM）自动燃烧，一边捕集一边燃烧变成清洁气体，达到连续使用。
但由于在中国国内油品问题，捕集器中的碳烟（PM）存在不能完全燃烧现象，需要对净化系统进行再生。
一是对于一氧化碳和碳氢化合物，国际上的主要治理方法是用贵金属铂金对尾气进行催化，使一氧化碳和碳氢化合物转化为干净的二氧化碳和水排除，此方法为化学方法。
二是颗粒物的治理方法主要采用壁流式蜂窝陶瓷过滤器DPF作为微粒捕集器进行捕集过滤，这种颗粒捕集方法为物理方法，是目前国际上最有效的尾气净化的处理方式。
目前问题的关键主要在解决柴油尾气污染，采用对柴油设备尾气排放进行净化的技术路线，改善作业环境的空气质量，加强个体防护，减少井下矿工的职业危害。根据国际有效的作法，结合实际情况，本试验确定的技术路径为：柴油添加剂-尾气净化-局部净化-个体防护各环节或组合净化试验。为节约时间及经费，采用先易后难、由点到面，以数据为证。为尽快达到效果，采取了多种方案同步进行，优选适合本矿山的净化设施。具体方法如下：
1）对柴油使用乳化添加剂，进行对比检测，选择添加剂。
2）通过尾气过滤器材料选型进行对比检测，选择过滤材料。
3）对作业环境采取局部净化措施效果检测，选择局部净化风机。
4）对个体防护口罩的材料、选型，选择口罩过滤材料。
2 试验过程、结果与分析
试验方案：以个旧矿山为例，结合生产现场实际，选择部分柴油设备分别按，用零号柴油、用乳化剂（燃油添加剂+零号柴油）、用过滤器和使用乳化剂+用过滤器四种工况进行对比检测。
净化设备：ART-IV-D267尾气净化装置。
柴油乳化添加剂：采用xxxxxx（“X”代表“某”公司的燃油乳化添加剂（生物油）按要求进行配比、混合一吨（零号柴油十乳化添加剂）。
2.1 碳黑过滤效果检测情况
发动机型号：F6L912W（阿特拉斯发动机）发动机号：08877175
测试现场基本值
0﹟柴油工况
乳化柴油工况 [0﹟柴油﹢乳化剂]
分析：乳化柴油工况与0﹟柴油工况相比，K值下降39 %。
净化工况 [柴油0﹟＋净化装置]
分析：净化工况与0﹟柴油工况相比，K值下降69.9 %。净化工况与乳化柴油工况相比，K值下降48.6 %。
混合工况 [柴油0﹟＋乳化剂＋净化装置]
检测工况分析：
1）乳化柴油工况与0﹟柴油工况相比，K值下降39 %；
2）净化工况与0﹟柴油工况相比，K值下降69.9 %；
3）净化工况与乳化柴油工况相比，K值下降48.6 %；
分析：混合工况与0﹟柴油工况相比，K值下降38.2 %；混合工况与乳化柴油工况相比，K值基本不变。混合工况与净化工况相比，K值上升49.6 %。
乳化柴油工况、净化工况单独同柴油工况相比较，尾气排放降低效果显著。混合工况同柴油工况相比较，尾气排放降低效果较好。同时检测到的一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、硫化氢都未发现超标现象。
2.2 多种有毒有害气体检测情况
检测内容：多种气体同步检测。
地点：XX矿1360米中段X#矿体无轨平巷 3号仓岔口。
检测设备：2m3/63KW 铲运机和中钢运矿卡车20t。
通过以上实验分析得出：使用柴油添加剂，可有效减少柴油尾气炭黑，K值下降55.52%、49.7 %、39%；一氧化碳、氮氧化物、硫化氢、二氧化硫等无超标现象。
3 结论
通过以上实验得知，使用净化工况 [柴油0﹟＋净化装置]方案，能够显著减少尾气碳黑，降低了一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、硫化氢等气体浓度，是降低尾气有毒有害物质排放的一种有效的净化器装置。该净化系统优化柴油机微粒捕集器的结构，完善了柴油添加剂与微粒捕集器的匹配工作，通过优化柴油添加剂配比和微粒捕集器结构方案，能够同时降低排气中气体污染物和微粒的排放。
本研究的成果对于保护井下安全生产，改善井下空气环境，保障井下员工的身体健康和生命安全有着极大的现实意义，使用该项技术可大大减少有毒有害物质在用柴油机排放量，达到国家标准，并为后续的机动柴油车排气净化装置研究打下良好的基础。
论文作者:邓永洪
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/11
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