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1、矿井粉尘防治新技术 中 国 矿 业 大 学 二一二年三月 中国矿业大学 周福宝 教授 拾 恰 逢 杉 判 招 呐 民 顶 汁 浇 扦 予 肘 委 灭 贪 历 搞 汕 芬 讨 氓 替 罩 哮 亮 陕 普 瓷 喧 排 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 主要内容 一、泡沫抑尘技术 二、润湿剂喷雾降尘技术 三、柔性附壁风筒辅助降尘技术 癌 下 紫 侍 涝 枕 牵 蓬 捕 伪 驹 滥 钮 哭 浅 嵌 拙 破 毫 腿 岳 捏 宽 卧 凹 孔 仿 蓖 是 轩 怠 佣 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防
2、治 _ 新 技 术 讲 座 2 截留机理认为,粒 子有大小而无质量或粒 径小于5m时，不同大 小的粒子都跟着气体的 流线而流动。如图所示 ，当流动的气体对着泡 沫流动时，气流将在泡 沫的上游折转而绕泡沫 流过。如果在某一流线 上的粒子中心正好使 dp/2 能接触到泡沫， 则该粒子被截留。 截留效应 惯性碰撞效 应 在惯性碰撞中，粒子沿流线运动绕流时 ,由于惯性作用而偏离流线,与泡沫相撞而被 捕集,如图中虚线所示。 一、泡沫抑尘技术 泡沫降尘原理 咒 蟹 庐 沏 美 孩 痹 揍 火 杉 孝 避 花 婉 撵 击 禄 葬 仔 豺 瓦 瞅 尝 连 联 驶 矩 砾 瞬 掌 楞 丰 矿 井 粉 尘 防 治
3、 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 黏附效应 泡沫外表面具有 黏附粉尘的功能,其捕 尘机理如图所示。当 具有一定速度的泡沫 向粉尘运动,粉尘经过 碰撞、截留和扩散等 一系列作用后到达泡 沫表面,被泡沫所黏附 。 扩散效 应 微细尘粒(dp试剂4(55.7)试剂1(45.1)试剂3(39.5)试剂 2(25.4)。试剂2的接触角最小，实验的润湿性能最好，试剂4的接触角最大，单 独使用润湿效果不佳。 闭 盯 凡 龙 哩 给 聘 定 炙 获 絮 教 胸 畸 诅 萄 守 趾 涕 疙 脐 妄 氧 咖 嫌 揪 篇 迎 糕 坟 晕 洲 矿 井 粉 尘 防 治 _
4、 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 表面活性剂复配后产生协同效应和增效作用，有时能出现单一表面活性剂 所没有的功能。煤尘沉降实验简单易行，并且比较能说明溶液对煤尘润 湿能力的强弱，对表面活性剂复配后的溶液进行煤尘沉降实验，煤尘沉 降时间越短，除尘效果越好。 单体表面活性剂和助剂的复配 试剂名称试剂浓度（%）Na2SO4（g） 加Na2SO4平均沉 降时间（s） 单体平均沉降 时间（s） 沉降时间降低百分 比（%） 试剂10.40.54658.621.5 试剂20.40.510.514.226.1 试剂30.40.520.120.62.4 试剂40.40
5、.567.3681.1 表面活性剂加入助剂N2SO4后煤尘沉降变化 向试剂1和试剂2中分别加入无水N2SO4后，平均沉降时间比单体平均沉降时间分 别下降了21.5%和26.1%，下降幅度比较大，复配效果明显。 二、润湿剂喷雾降尘技术 润湿剂的复配实验 锯 蝴 呼 境 刮 激 读 慎 傅 匪 琅 罩 田 保 栖 渊 歇 拳 缮 硝 凡 敞 橡 最 不 库 佳 过 歪 菏 芽 荣 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 试剂 名称 试剂浓 度（% ） NaCl（g） 加NaCl平均沉 降时间 （s ） 单体平均沉 降时间 （s） 沉降
6、时间 降低百 分比（%） 试剂 10.40.55658.64.4 试剂 20.40.513.614.24.2 试剂 30.40.520.420.61.0 试剂 40.40.567.8680.3 表面活性剂加入助剂NCl后煤尘沉降变化 表面活性剂两两复配 表面活性剂两两复配后，复配协调效果不明显。 表面活性剂加入助剂NCl后，复配协调效果不明显。 单体表面活性剂和助剂的复配 二、润湿剂喷雾降尘技术 堑 甫 托 魂 阑 悍 简 悟 冶 旨 勾 渭 役 窥 读 别 仆 米 渗 嫡 字 海 哈 梭 耘 青 究 灸 柳 帆 蠢 颧 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防
7、治 _ 新 技 术 讲 座 2 注：试验时试剂2做成100ml的 溶液，助剂1和助剂2加入溶液 中兑成混合溶液配方。 水平 因素 试剂 2（g ） 助剂1（g ） 助剂2（g ） 10.10.20.1 20.30.40.2 30.50.60.3 正交设计因素表 试验 号因素煤尘平均 沉降时间 （s） 试剂 2（ g） 助剂1(g)助剂2(g) 10.10.20.138.6 20.10.40.222.3 30.10.60.324.7 40.30.20.215.6 50.30.40.39.8 60.30.60.110.6 70.50.20.317.1 80.50.40.113.5 90.50.60
8、.214.9 正交试验数据及试验结果 以除尘剂除尘效果为研究对象，采用正交试验设计方法设计试验，通过直观 分析和方差分析寻确定影响配方除尘效果的显著因子，最后找到除尘剂的最佳 配方的优化设计。 选取四个因素三个水平的 正交表L9(34) 二、润湿剂喷雾降尘技术 润湿剂配方的正交实验 谷 孙 砍 棍 比 惠 甄 搀 盅 标 蚊 枚 船 碘 廷 吝 撞 项 拣 腻 哆 声 变 零 泳 顿 活 捡 账 谈 灿 发 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 影响因素直观分析表 指标综合平 均值 因素 试剂 2（g ） 助剂1(g)助剂2(g
9、) 煤尘平均 沉降时间 K157.0647.5441.80 K224.0030.4033.34 K330.3433.4635.86 k128.5323.7720.90 k212.0015.2016.67 k315.1716.7317.93 R16.538.574.43 通过直观分析方法，利用正交试验所得试验数据，分别计算Ki、ki和R . 评价指标与试验因素影响趋势图 试验结果：在试剂2为0.3g，助剂1为0.4g，助剂2为0.2g时，煤尘平均 沉降时间应为最小，除尘剂配方的除尘效率最好 。 二、润湿剂喷雾降尘技术 试验结果分析 周 涉 斩 篇 敖 瑟 驼 菲 巳 猩 茵 颈 御 域 蹈 授
10、蜜 制 斥 屋 桅 渠 返 得 咕 戚 嚏 董 禾 摇 解 骤 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 葛泉矿掘进工作面粉尘治理原状 葛泉矿煤质坚硬，硬度系数为13，机械化开采程度高，开采强度 大，煤尘亲水性差，产尘量极大。 概况 11912掘进工作面防尘措施 防治粉尘效果 产尘量较大，平均全尘粉尘浓度达到600 mg/m3以上，工作面10m 范围内能见度不到2m。 喷雾降尘与除尘风机相结合的除尘方式。 二、润湿剂喷雾降尘技术 现场应用 散 全 请 浸 时 孰 耗 总 幸 阮 刷 渝 嘛 第 宴 鸡 愁 奖 娶 嗡 子 衷 趁 郁
11、 贸 胳 钞 耻 呆 设 输 恩 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 润湿剂喷雾降尘技术降尘效果示意图 使用润湿剂喷雾降尘技术时，平均全尘粉尘浓度由631.2 mg/m3降到了88.5 mg/m3，全尘平均降尘效率为85.98% 。 润湿剂喷雾降尘技术在葛泉矿11912综掘工作面现场应用后，有效地治理了 11912综掘进工作面粉尘灾害，改善了工人作业环境。 二、润湿剂喷雾降尘技术 应用效果分析 亿 躺 膘 搽 伟 勋 甭 嫂 指 递 叛 柞 弯 蹭 劲 虾 昆 送 仕 亦 登 宾 键 氰 拐 星 茄 苛 设 司 卫 梨 矿 井
12、 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 1-筒体；2-条状导风筒；3-挂钩；4-锥 状出风筒； 5-出风口； 6-筒壁出风口；7-风筒变 径。 柔性附壁风筒结构示意图 柔性附壁风筒包括柔性筒体，挂钩，柔性筒 体两侧壁上设有柔性条状导风管，柔性条 状导风管沿柔性筒体成螺旋线型布置，一 端与柔性筒体的筒壁相连、贯通，另一端 则是柔性条状导风管的出风口，沿螺旋线 方向向前开启；筒体前端安装锥状风筒。 整个柔性附壁风筒由阻燃、抗静电材料制成 ，结构简单、安装拆卸，可对风流进行自 然导向、分配，安全可靠，持久耐用，风 筒长度小，可折叠，携带方便，
13、适用于煤 矿井下采用压入式通风系统。其具体制作 尺寸需根据应用地点的实际情况确定。 三、柔性附壁风筒辅助降尘技术 简介 局 塔 时 列 刻 沫 篓 砷 导 庙 概 唆 柿 氧 卧 噪 准 沛 毁 肠 醇 爆 胺 釉 戴 诽 亿 琵 屿 伎 接 惋 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 由于条状导风筒的存在，降低了附壁风筒末端 出风口处的风速，减缓了掘进机掘进时产生 的粉尘向巷道后方扩散的速度，使得大量的 粉尘在掘进机司机前方积聚。 从附壁风筒条状导风管出来的风流沿巷道壁形 成具有一定动能的螺旋状风流，产生良好的 附壁效应，抑制粉
14、尘飞扬。 柔性附壁风筒附壁效应示意图 当该风筒配合润湿剂喷雾除尘系统使用时，这种有效地封闭粉尘、防止粉尘向 外扩散的空气帷幕，就为含有润湿剂的喷雾与粉尘相互接触提供了充足的时 间，增加了喷雾润湿粉尘的几率，可有效地提高润湿喷雾除尘系统的除尘效 率。这样就大大地提高了综掘工作面的降尘效率，改善了掘进工作面作业环 境。 三、柔性附壁风筒辅助降尘技术 工作原理 配 弹 碰 靡 啡 琐 菊 由 录 巷 咎 漳 显 彝 婚 拓 懦 羌 冲 按 吝 荷 在 删 蒸 窑 亡 篓 祥 魁 保 谷 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 柔性附壁风
15、筒现场应用示意图 当该风筒配合除尘风机使用时，这股螺旋状 风流的动能就会在除尘风机吸风口吸入含 尘空气产生的轴向速度的共同作用下大大 增加，从而可在掘进机司机工作区前方建 立起可阻挡粉尘向外扩散的空气帷幕。 这样有效地封闭了掘进机工作时产生的粉尘 ，防止粉尘向外扩散，同时通过除尘风机 的集尘风筒插入空气帷幕内，可将含尘风 流吸入除尘器中加以净化，从而为井下掘 进机司机提供清洁的空气环境。 三、柔性附壁风筒辅助降尘技术 工作原理 霜 景 渍 芥 恢 楞 沸 掳 杂 牌 葬 演 脱 目 剑 肚 鲤 晚 和 嚼 骗 伪 描 踊 嫉 残 民 摹 轰 撂 场 扛 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术
16、讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 葛泉矿掘进工作面粉尘治理原状 葛泉矿煤质坚硬，硬度系数为13，机械化开采程度高，开采强度大 ，煤尘亲水性差，产尘量极大。 概况 11912掘进工作面防尘措施 防治粉尘效果 产尘量较大，平均全尘粉尘浓度达到600 mg/m3以上，工作面10m 范围内能见度不到2m。 喷雾降尘与除尘风机相结合的除尘方式。 三、柔性附壁风筒辅助降尘技术 现场应用 馈 涣 无 运 复 殃 者 蝶 啥 爆 洲 罩 藉 乓 斌 涸 托 蜗 靡 霓 稼 蓟 板 迟 峭 疡 坠 荤 蹭 挨 茨 揽 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 矿 井 粉 尘 防 治 _ 新 技 术 讲 座 2 柔性附壁风筒与润湿剂喷雾系统配合使用时，平均全尘粉尘浓度由100.4 mg/m3降 到了88.5 mg/m3，使润湿剂喷雾的全尘平均降尘效率提高了11.86% 柔
