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1、 干喷法锚喷工艺产尘机理及降尘对策 随着矿井机械化程度的不断提高，煤矿矿尘危害日趋突出。煤矿粉尘的危害性不仅表现在易发生煤尘或瓦斯煤尘爆炸事故，影响作业安全并危害矿区四周的生态环境；还表现在易引起工人患尘肺病。据不完全统计，2005年卫生部共收到尘肺病病例报告9173例，矽肺和煤工尘肺仍是最主要的尘肺病，分别为4358和3967例，两者共占尘肺病例总数的90.8%；尘肺新病例主要来自煤炭行业4477例，占48.80%。统计资料说明平均年死于尘肺病者比同期井下工人伤亡人数高一倍左右；煤炭行业尘肺病患者数呈增长趋势，一大批工人将因此丢失劳动力量，影响了煤炭行业的进展。因此，了解矿尘的根本特性和煤矿
2、产尘规律，仔细做好煤矿防尘工作，掌握尘肺病发病率和煤尘爆炸事故，对于加强煤矿劳动爱护、搞好安全文明生产、加速我国煤炭工业持续稳定地进展具有重要的现实意义。 喷射混凝土技术应用近年来得到快速进展，目前国内矿山锚喷普遍采纳干喷法施工工艺。该工艺具有设备简洁、移动便利、输送距离长等优点而被广泛采纳；但其回弹率高、粉尘大、对施工人员和环境危害大等缺点。我国锚喷作业的粉尘浓度，当采纳干喷法时一般为150mg/m3左右，少数到达400mg/m3左右，个别到达1000mg/m3，远远超过国家规定的20mg/m3(游离SiO2浓度5%)的标准。 干喷法工艺流程是将水泥、砂子、石子按肯定比例混合成干拌和料后，用
3、强制式拌和机拌和匀称，再投入到干式喷射机内用压缩空气输送到喷头，在喷头处加人水混合之后，以肯定的压力、距离喷射到受喷面上。 干喷法喷射混凝土施工中回弹率高，材料消耗增加，并因粗集料损失转变既定协作比，影响喷层强度；粉尘含量高，恶化作业环境影响工人安康，速成为困扰喷射混凝土技术进展的两大难题。 1 产尘机理 干喷施工工艺下，锚喷产尘的主要影响因素主要是以下几个方面： (1)锚喷过程中形成的气料三相高速射流影响粉尘的产生。水泥、石子、砂子按协作比拌合成三相物料在喷枪处加水水化成混凝土团粒。喷射物料中的粉尘从喷浆机进入输送管道，利用压缩空气作为动力，从喷浆口喷出的过程中。喷射所产生的高速气流以及卷吸
4、作用会破坏在空气运动过程中团粒的粘结，和空气中的粉尘一起形成物料气体双相流。强大的气流也会对混凝土团粒产生破坏作用。喷射过程中所形成的紊流射流的横向掺混作用剧烈，在射流边界上的气体与四周气体发生动量交换、把四周气体带到射流中，伴同射流一起流淌，即所谓的卷吸作用，从而使射流的横断面及流量沿射程方向不断增加，形成圆锥型流场。由于动量交换，产生的高速气流会破坏团粒的粘结，并和空气中的粉尘一起形成物料气体双相流，从而造成锚喷粉尘污染源的产生。 由于紊流的间歇现象(intermittency，即在流淌中，某一点测得的流速在一段时间是脉动的而在另一段时间中测不到流速脉动)，在接近射流边缘处的间歇系数甚小，
5、而在射流中心局部，射流流淌全呈现脉动。在此流场中水泥、砂子和石子三相物料的粒径和重量不同，由于圆形射流紊动特性，悬浮的速度，输送速度和所受的力也不同，导致颗粒的直射、折射和旋转，产生三相物料的团粒分崩离析，气流含尘量高，质量大的石子携带的动能也大，造成回弹，产生粉尘。 对于该壁面射流，水泥、石子、砂子水化成的混凝土团粒高速到达受喷外表时，与巷道外表或已附着的混凝土发生碰撞，团粒构造破坏，产生粉尘。 (2)锚喷粉尘自身的特点，简单造成粉尘的产生和集中。料气双相流冲击喷枪口，空间变大，速度突然降低，气流对物料的携带力量也随之下降，局部物料沉落；另外，未被潮湿的微小物料颗粒，在高压气流的吹动下，被气
6、流吹起，造成回弹并产生粉尘。 矿尘尘粒粒度越小，质量就越小，矿尘外表积就越大，吸附空气的力量也比拟强。这样在矿尘的外表就会形成一层空气膜，使得这种粒径小、质量小的矿尘不易沉降，可以常时间悬浮在井下空气中。在煤矿详细条件下，各种不同粒径的矿尘的悬浮状况，除受矿尘尘粒的密度和矿尘分散度因素影响外，还受到空间和风流方向的影响。在通常状况下，风速越高，悬浮的尘粒数量就越多，尘粒就越大。 悬浮于空气中的矿尘，假如存在浓度差异，则矿尘往往就会从高浓度区域向低浓度区域集中移动，具有趋向于浓度匀称化，这种特性称为矿尘的集中性。 由于矿尘的这些特性，给锚喷粉尘的防治工作造成了肯定影响。对锚喷粉尘的掌握应当充分利
7、用粉尘的各种性质，从而实现降尘的目的。 (3)操作工艺的影响。在锚喷过程中，操作人员对水量大小的掌握将直接影响着锚喷粉尘的产尘量。不同人员，不同地点，不同环境，对于锚喷物料水量的掌握都不一样，这样就造成了锚喷过程中产尘的不稳定。 喷枪口在喷射时所做的圆周或上下运动与锚喷自由射流所形成了复合流淌旋动射流。该射流流淌更为简单。旋动射流有一切向速度(旋转速度)，使喷嘴内的流体旋转起来，这样从喷嘴射出的流体就具有切向速度重量。除了无旋动射流中存在的轴向、径向速度重量外，旋转速度(切向速度)使径向、轴向产生压力梯度并影响整个射流。旋动射流射出后在四周环境流体中的扩展比相应的无旋动一般流体快，其卷吸力量、
8、掺混作用、轴线速度的衰减比一般射流大。这样就极大的促进了锚喷粉尘的产生。 在实际生产条件下，由于风流、热源、机械设备运转及人员操作等因素的影响，微细粉尘的沉降速度更慢。微细粉尘难以沉降，给降尘工作带来了不利因素。 2 干喷法施工工艺的影响因素及降尘对策 锚喷施工过程中，粉尘颗粒的产生及运动过程是相当简单的，它与喷射物料中粉尘的性质和喷射工艺有很大的关系。世界各国关于锚喷防尘的讨论方向有如下几个方面：研制高效、低尘、结实、耐用的喷射机；将人工操作变为半自动操作和自动操作；讨论与喷射工艺配套的高效、移动敏捷的除尘器；讨论无尘拌料机，实行定点下料工艺和除尘器净化含尘空气；改干料为潮料；采纳双水环喷枪
9、或双水环异径葫芦喷枪；戴防尘帽和防尘口罩；采纳喷射机械手；加强通风防尘，增加料管长度；严格掌握作业气压和最正确输送距离。 2.1 施工工艺 (1)风压(包括喷头工作风压和喷浆机工作压风处风压)。喷头的正常工作风压与管路损失风压之和，其阅历公式为： 式中，L为输料管长度。 工作风压是喷射混凝土施工中的重要参数，对回弹率、粉尘浓度有很大的影响。实践证明，当喷头工作风压0.04MPa时，料束出喷头后呈平抛运动，这时混凝土会产生大量的回弹物，喷敷在岩壁上的混凝土也是灰浆多、骨料少，强度达不到工程的要求，并且在喷射过程中管路易堵；当喷头的工作风压0.1MPa时，料束出喷头后，速度快，冲击力大，喷到岩壁上
10、的混凝土易被风流冲掉。 (2)喷射距离直接影响着喷浆时的产尘量和回弹率。喷嘴距离基面近了会把刚喷上的混凝土冲掉；距离远了，喷混凝土压实能量降低，混凝土附着力下降，造成回弹量大、粉尘浓度高。 (3)喷射角度。喷射角度对回弹有着显著影响，喷嘴与基面保持90o时回弹量较小；喷射角度70o，入射角过大，骨料撞击基面造成回弹增大。喷射过程中，由于喷射部位不同，喷嘴要准时调整入射角度，使其掌握在80o90o之间，以保证最正确的喷射效果。 (4)水压。水压缺乏，会导致干料润湿混合不匀称；水压过大，会导致喷头压力过大。永压应比风压高，以保证喷头处的水环能充分润湿高速流过的干拌料。由于风压每隔肯定距离要调整，故
11、水压也要调整，并使水压比风压高0.050.1MPa左右。 依据煤科总院北京建井讨论所等单位的试验风压、喷射距离与产尘间有如图1所示关系。 图1 风压、喷射距离与粉尘浓度的关系 图1中曲线的喷射距离分别为1(0.40.6m)；2(0.60.8m)；3(0.81.0m)；4(1.01.2m)和5(1.21.5m)。 德国地下交通设施讨论会的讨论指出，随着喷射机工作风压的提高，输送混凝土混合料的气压消耗量也随着增多，且喷嘴四周粒径5m的细粉尘浓度也随着喷嘴排出压气量的增加几乎呈线性关系而上升。试验说明，当喷射机的工作风压从200kPa提高到300kPa时，小于5m的细粉尘浓度增加了240%左右。 2
12、.2 材料方面 (1)物料配比。混凝土的协作比不正确，不仅使喷层强度降低，还会使回弹率上升，严峻影响工程质量。喷射混凝土材料中，水泥的用量太大或太小，不仅可能造成物料的铺张，降低混凝土强度，还会增大锚喷粉尘的浓度。喷射混凝土材料水泥沙子：石子的合理配比为1：2：2。 (2)外加剂。为解决喷射混凝土的防弹、降尘问题，最重要的是如何增加水泥、砂子和石子三相物料的粘结力及物料团粒在岩面上的附着力，而解决这一问题的关键途径就是研制防弹降尘剂。对喷射用水泥砂浆中所添加的添加剂进展深入的讨论，筛选合理的配方，在保证喷射混凝土性能和使用现有设备的前提下，使产尘浓度下降。通过外加剂除尘，是目前锚喷除尘工作中最
13、有效，也是最直接的除尘方法。 国内使用的喷射混凝土外加剂碱性较高，对削减回弹和粉尘含量效果欠佳，掺加后喷射混凝土后期强度损失大。因此，在对锚喷混凝土除尘外加剂的讨论方面渐渐引起人们的重视。 2.3 利用矿尘的物理化学性质降尘 目前常用除尘器的除尘机理主要是利用粉尘的重力，惯性碰撞，集中。静电力和分散等特性综合运用除尘。矿井防尘技术的选择与矿尘的很多物性有着亲密关系，充分利用对除尘有利的矿尘物性或实行某些措施转变对除尘不利的矿尘物性，可以大大提高除尘效果。 3 结语 锚喷施工过程中，粉尘颗粒的产生及运动过程是相当简单的。通过对锚喷产尘机理的讨论，弄清锚喷了产尘机理，就可以找出锚喷产生粉尘的缘由从而可以寻求一种降低锚喷粉尘的有效方法。 为适应新世纪采矿工业的进展，建立安全、清洁的作业环境，降低锚喷粉尘的产生，对于加强煤矿劳动爱护，搞好安全文明生产、加速我国煤炭工业持续稳定地进展具有重要的现实意义。
