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1、新型降尘材料在综掘工作面防尘中的应用刘承宇1，刘键2，姬玉成3（1.冀中能源峰峰集团有限公司，河北 邯郸056011；2.川南煤业泸州古叙煤电有限公司，四川 泸州646522；3.西南科技大学，四川 绵阳621010）摘要 针对综掘工作面高浓度粉尘治理现状，在分析综掘工作面运移规律前提下，结合新型降尘材料功能特点，提出综掘工作面新型降尘材料的应用工艺。在多地煤矿井下应用结果表明，新型降尘材料能够显著提高喷雾降尘效果，可将清水喷雾状态粉尘浓度最高降低90%，有效控制和降低割煤过程中产生的粉尘，极大地改善生产作业条件。关键词： 综掘面；粉尘；喷雾；新型降尘材料 Application of the
2、 new dust suppression material in dust control of mechanized excavation FaceLIU Cheng-yu1,2, LIU Jian2, JI Yu-cheng2( 1. Jizhong Energy Fengfeng Group Co., Ltd, Handan05601, China; 2. South Sichuan Coal Luzhou Guxu CoalElectric Co., Ltd, Luzhou646522, China; 3. Southwest University of Science and Te
3、chnology, Mianyang 621010, China)Abstract：According to high concentrations of dust control situation in mechanized excavation face, this paper proposes the New Dust Suppression Material application process in the Mechanized excavation face with the function features of the new dust-depressor after a
4、nalyzing dust migration rules. Application results in several coal mines indicate that the new dust-depressor can significantly enhance the effect of spraying to reduce dust concentrations with at most 90% dust concentration reduced than that in water spray condition, effectively control the dust ge
5、nerated in the production process and greatly improve the production and operating conditions.Key words: mechanized excavation face; dust; spray; the new dust suppression material引言 目前，随着综合机械化掘进机在煤矿掘进的普遍应用，掘进速度和效率大幅提高，单位时间内工作面产生的粉尘量也急剧增加。煤矿井下高浓度粉尘不仅易发生煤尘爆炸，若与瓦斯爆炸，还可发生瓦斯与煤尘爆炸，造成更为严重的人员伤亡和经济损失。过高浓度的粉尘
6、严重威胁了井下作业人员的职业健康，井下掘进、采煤工作面是煤矿职工尘肺病发病率高发区。同时，井下高浓度粉尘还降低了井下精密设备的使用寿命，影响了作业人员可视距离和掘进速度参考文献： 李华炜. 煤矿呼吸性粉尘及其综合控制J. 中国安全科学学报,2005,23(1):4851.LI Hua-wei. Ccrnprehensive Control of Respirable Dust in Coal Mines J. China Safety Science Journal, 2005,23(1):4851.，增加了操作事故发生概率，降低了职工劳动效率和矿井生产效益。因此，综掘工作面粉尘危害状况更加迫
7、切需要改进降尘技术，加强降尘措施。在现有生产条件下，大多数煤矿掘进工作面采用的防尘技术手段有以下几种：通过煤层注水等方式减少原始粉尘的产生；依靠通风、除尘器、喷雾、湿式作业等物理控尘方式降低和除去悬浮在空气中的粉尘；通过在防尘系统添加降尘材料如湿润剂、泡沫剂等化学降尘方式增强防尘系统整体降尘效果，尤其是喷雾降尘效率。这些防尘技术措施在粉尘防治中发挥了重要作用，但仍存在一定不足 时训先,蒋仲安,褚燕燕等. 煤矿综采工作面防尘技术研究现状及趋势J. 中国安全生产科学技术, 2005(2): 4143.SHI Xun-xian, JIANG Zhong-an, CHU Yan-yan.Current
8、 Development and Trend of Dust Control Technology Research of Fully Mechanized Coal FacesJ. Journal of Safety and Technology, 2005(2): 4143. 赵 栋. 矿井综合防尘措施J. 矿业安全与环保, 2003(6):111112.ZHAO Dong. Comprehensive dustproof measures of mineJ. Mining Safety Environmental Protection, 2003(6):111112.。化学降尘材料是现有
9、防尘技术体系的重要组成部分，也是解决井下粉尘问题的潜在发展方向。新型降尘材料作为新型多功能降尘材料能够部分弥补和解决现有技术措施的不足，提高现有喷雾降尘效率，尤其对在巷道空间中悬浮能力较强的呼吸性粉尘具有显著作用。因此，新型降尘材料的应用研究对于降低煤矿井下粉尘浓度和改善作业条件具有重要意义。1 影响综掘工作面粉尘运动状态的主要粉尘性质综掘工作面粉尘主要来自于综掘机割煤、装载机转载、皮带机运煤及打钻支护作业等作业工序。掘进巷道作为独头巷道，难以形成循环风流，增大了通风降尘难度，粉尘依靠风流动力自工作面扬起扩散后弥漫在工作面后部整个作业空间，这是掘进工作面风流和粉尘扬散、移动状态过程的特点 刘亚
10、力. 综掘工作面高压喷雾降尘技术研究D. 西安:西安科技大学,2010.LIU Ya-li. The Research of High-pressure Spray on Mechanized Excavation FaceD. Xian:Xian University of Science and Technology, 2010.。巷道中悬浮的粉尘70%左右源自综掘机截割头破煤碎煤，因此割煤过程及截割头附近的粉尘控制及降尘对于实现就地控尘和降低整体巷道空间的粉尘浓度具有关键作用。目前我国煤矿井下除尘主要采用以水为主的综合防尘措施，包括煤层注水，湿式作业及各种喷雾系统，其中对于逸散在空间中的
11、粉尘主要通过喷雾进行降尘。喷雾降尘效果的关键在于水雾颗粒与粉尘颗粒之间接触机会和结合能力。这主要受到粉尘粒径、荷电性及润湿性等多因素影响 马素平,寇子明. 喷雾降尘技术机理的研究J. 煤炭学报.2005,30(3) :29730.。1.1 粒径粉尘粒径是粉尘的重要属性，粒径大小是划分呼吸性粉尘与非呼吸性粉尘的依据。粒径越小，对人体的危害越大，越容易导致尘肺病发生。不同粒径的粉尘微粒具有不同的运动形态。在巷道大部分呈层流状态的巷道空间中，粗颗粒几乎成直线地落到平板上；细颗粒(粒径Dp=510um)不成直线而是成抛物线落到平板上；亚微粒(粒径Dp0.5um)将继续在层流气流中漂移，同时由于同气体分
12、子碰撞而显示出了随机的布朗运动的特性MA Su-ping, KOU Zi-ming. Study on mechanism of reducing dust by spay J. Journal of China Coal Society. 2005,30(3) :29730. 王和堂. 矿尘在井巷风流中的运动特性J. 矿业工程研究,2011,26(4):6669.WANG He-tang. Motion characteristics of mine dust in airflow of shaft and tunnel. Mineral Engineering Research, 2011
13、,26(4):6669.。因此，粒径与运动形态不同的粉尘颗粒降尘机理不同，降尘方式也应不同。1.2 荷电性粉尘粒子可以带有电荷，其来源是煤岩在粉碎中因摩擦而带电，或与空气中的离子碰撞而带电。经测定和超显微观察。飘浮在空气中的尘粒有9095带正电或负电，510的尘粒不带电 李艳强,杨炯照,韩婕等. 粉尘吸附行为及微观机理的研究J. 工业安全与环保.2011,37(6):2527.LI Yan-qiang, YANG Jiong-zhao, HAN Jie. Research on Adsorption Behavior of Dust and Its Microcosmic MechanimlJ
14、. Industrial Safety and Enviromental Protoction. 2011,37(6):2527.。荷电的粉尘粒子、水雾颗粒相互之间因静电相斥作用，导致微小粉尘粒子难以快速沉降，水雾颗粒难以与粉尘微粒结合，是粉尘长时间悬浮在作业空间的重要原因。这也直接增大了作业人员吸入粉尘的可能性。1.3 粉尘润湿性粉尘（固体）能否与液体相互附着或附着的难易的性质称为粉尘的湿润性。通常用湿润界角进行衡量。湿润边角愈大，表面能愈大，粉尘与颗粒愈难以结合。绝大部分煤尘均属于疏水性粉尘，一般水的表面张力较大，在70dyn/cm2以上，导致喷雾水颗粒难以与粉尘颗粒结合，影响了喷雾降尘的
15、宏观效果 张大明,马云东. 矿井粉尘污染防治新技术浅析J. 辽宁工程技术大学学报,2009(28)：2225.ZHANG Darnin, MA Yundong. Analysis of the new dust-proof technology in mineJ.Journalof Liaoning Technical University (Natural Science) ,2009(28)：2225.。粉尘微粒岩性与粒径影响其湿润性。同时，不同煤尘因化学组分差异与水颗粒湿润性不同。2 新型降尘材料功能特点清水喷雾的实际降尘效果受多个因素限制，尤其是粉尘的粒径、湿润性、荷电性等，致使清水喷雾对呼吸性粉尘的降尘效果更低，降尘效率常不足30%。为提高喷雾降尘效果，研究人员认为添加降尘剂提高水雾颗粒与粉尘微粒结合能力是有效手段之一，先后研制出湿润剂、起泡剂、粘结剂等降尘材料，取得了一定效果 吴 超. 化学抑尘M. 长沙:中南大学出版社,2003:513WU Chao. Chemical Suppression of Dust. Changsha: Press of Central South University of Technology,2003:513。现有降尘材料仍然需要解决添加量大、成本高、适用于多种喷雾系统等问题。本文所介绍新型降尘材料具有抗静电性、润湿性、发
