辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院立足鄂尔多斯市产业发展需求，设立校地科技合作培育项目，重点服务于能源领域，与鄂尔多斯市企事业单位共同提出研究题目。项目聚焦能源绿色开发、安全高效智能开采、资源价值利用等关键技术难题，通过定向对接企业需求，组建科研创新团队，开展产学研协同攻关，助力企业突破技术瓶颈，推动鄂市能源产业技术升级与创新发展，实现“校-院-地”优势互补、合作共赢目标。
本成果来自于2024年校地科技合作培育项目《煤矿无轨胶轮车尾气CO长效消融技术》。
一、项目背景
国能神东煤炭集团补连塔煤矿是我国特大型现代化矿井，井下广泛采用防爆无轨胶轮车作为辅助运输设备。在实际运行中，车辆在上坡、怠速、频繁启停等复杂行驶工况下，柴油燃烧不充分，尾气中一氧化碳(CO)浓度急剧升高，瞬时可达上千ppm。CO因具有剧毒、无色无味、易积聚的特点，会长期威胁矿工职业健康与生命安全，是煤矿安全生产的重要隐患。现有尾气净化技术（如普通氧化催化剂）在煤矿井下低温、空速波动大等恶劣工况下，普遍存在低温活性不足、长效稳定性差的问题，导致CO治理效果和成本不理想。
因此，辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院联合补连塔煤矿，设立校地科技合作培育项目，开展“煤矿无轨胶轮车尾气CO长效消融技术”研究。项目采用共沉淀法制备Cu-Mn基复合金属氧化物消融剂，通过调控金属掺杂、载体类型、负载量等关键参数，系统研究消融剂的微观结构与CO催化氧化机理，并在模拟工况和实车平台上验证其消融性能。旨在研发一种低成本、高效率、长寿命的CO消融技术，从源头实现尾气CO高效催化氧化，保障井下作业安全，降低通风能耗，为鄂尔多斯地区煤矿尾气治理提供可复制的技术方案。
成功制备出Cu-Mn基复合金属氧化物CO长效消融剂，完成了从材料制备、结构表征到性能测试的全链条研究。该消融剂可在常温至100℃条件下高效催化氧化无轨胶轮车尾气中的CO，反应遵循MvK机理，解决了现有技术低温活性差、长效性不足的问题。在地面模拟测试中，CO消融效率最高可达到100%，实现对尾气中CO的完全转化。现场实测显示，安装消融剂后，各路段平均CO浓度显著下降，最高削减率达67.12%。
图1 CO浓度随时间变化曲线
图2 反应机理研究
本项目申请国家发明专利 1 项，授权软件著作权 2 项，发表高水平SCI论文 2 篇，出版专著 1 部。
图3 CO催化反应路径精准分析评估软件V1.0
图4 CO催化氧化分子模拟与反应机理优化软件V1.0
图5 论文1
图6 论文2
图7 《煤矿井下CO毒害气体消融技术》
三、工程应用
项目在补连塔煤矿同型号WC20R型防爆无轨胶轮车上进行了地面封闭道路实地测试。测试设置平路、上坡、下坡三个典型路况，对比安装消融剂前后的尾气CO浓度变化。关键结果为安装消融剂后，各路段CO浓度峰值出现频率显著降低，峰值超过800ppm的数量由26个减少到7个。#4平路段CO削减率最高达67.12%，#2上坡路段和#3下坡路段绝对减排量最大，有效处理了高浓度CO尾气。消融剂在低温启动阶段即表现出良好活性，整个测试循环中保持稳定消除能力。
图8 消融剂安装前后各路段尾气排放特征及平均CO浓度值
本项目成果已完成现场验证，具备明确的本地转化基础。技术原材料来源广泛、制备工艺简便、应用成本低廉，可适配煤矿井下复杂作业条件。预期未来可在鄂尔多斯乃至全国同类煤矿推广，用于无轨胶轮车尾气CO治理，显著降低井下CO中毒风险，减少矿井通风能耗，兼具安全保障、经济效益与生态价值，助力绿色矿山建设和煤炭行业碳减排。
项目负责人孙亚胜男，依托辽宁工程技术大学矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室和鄂尔多斯研究院，联合国能神东煤炭集团补连塔煤矿共同实施。团队长期从事煤矿井下有害气体治理与催化材料研发，在复合金属氧化物制备、表征分析及催化反应机理方面具有丰富经验。团队已完成多项校地合作项目，发表高水平SCI论文多篇，获授权软件著作权及发明专利多项，形成了一支产学研用紧密结合的创新型研究队伍。
