摘要
自救器是我国矿山行业上使用较为广泛的一种个体防护装备，其主要用途是在井下发生瓦斯或粉尘爆炸、火灾和瓦斯突出等矿井灾害时能保障使用者的安全健康。目前我国使用较多的为ZH型化学氧自救器，该类自救器是利用自救器供氧药罐内的超氧化钾在一定条件下发生供氧反应，在防护时间内给使用者提供足量的氧气，以防止井下工作人员吸入有毒有害气体。目前ZH型化学氧自救器在使用过程中主要存在供氧温度过高的问题。 为研究ZH型化学氧自救器在使用过程中供氧温度过高的原因，首先从ZH型化学氧自救器的供氧原理和工作原理出发，运用气固相非催化反应宏观动力学、传热学热力学等理论结合固定床反应器模型分析得出ZH型化学氧自救器在其使用过程中供氧温度的影响因素。并对其影响方式和过程进行了详细地分析。同时建立了ZH型化学氧自器供氧药罐的理论数学模型，并得出了相关参数的取值方法。接着对理论分析所得出的ZH型化学氧自器供氧温度的影响因素进行了分类，即气体因素、药剂层因素、罐体因素和环境因素。基于在生产实际使用中可控因素的考虑，主要对气体因素中的二氧化碳的量或浓度、药剂层因素中的药剂量和环境因素中的环境温湿度，分别进行了其对供氧温度影响的实验研究和实验现象的理论分析。然后运用传热学和热力学分析了在实验条件下呼吸频率和药剂量对超氧化钾供氧温度的具体影响，建立了在实验条件下的超氧化钾理论供氧温度计算模型。将实验值和理论值进行对比，并进行了皮尔逊相关性检验，以此验证了理论计算模型的可靠度和理论分析的正确性。通过该理论计算模型得出在药剂量充足的情况下，呼吸频率越高供氧温度也会增高，但温度上升速率会随着时间的延长而减小，最终供氧温度达到理论最大值。该理论最大温度值随着呼吸频率的增大涨幅逐渐减小；在呼吸频率一定时，药剂量越大供氧反应时间也随之延长，导致供氧温度值越大且越接近在该呼吸频率下的理论最大温度值。最后在高湿环境中人体以不同的劳动强度和处于不同的环境温度下使用我国目前运用较为广泛的ZH30D型隔绝式化学氧自救器对其使用过程中的供氧温度进行实验研究。实验实测发现ZH30D型隔绝式化学氧自救器供氧温度具有明显的变化规律。得出了劳动强度和环境温度均对ZH型化学氧呼吸器供氧装置防护性能影响显著。随着劳动强度的增加，自救器防护时间逐渐减少，供氧温度逐渐变大。在相同的劳动强度条件下，随着环境温度的上升，供氧温度的上升速率也会加快但随着时间的延长反应阻力也会加大，最终导致供氧温度上升速率又逐渐变缓。在环境温度在30℃～38℃范围时，当人体呼出的二氧化碳浓度达到4.36%时，ZH30D型隔绝式化学氧自救器供氧药罐内的供氧温度会达到最高值(约为87℃)，而劳动强度或环境温度的增加只是加快供氧温度趋于该最高温度值。
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