礦井粉塵防治新技術(shù)講座

礦井粉塵防治新技術(shù)講座第1頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容一、泡沫抑塵技術(shù)二、潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)三、柔性附壁風(fēng)筒輔助降塵技術(shù)第2頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

截留機(jī)理認(rèn)為,粒子有大小而無(wú)質(zhì)量或粒徑小于5μm時(shí)，不同大小的粒子都跟著氣體的流線而流動(dòng)。如圖所示，當(dāng)流動(dòng)的氣體對(duì)著泡沫流動(dòng)時(shí)，氣流將在泡沫的上游折轉(zhuǎn)而繞泡沫流過(guò)。如果在某一流線上的粒子中心正好使dp/2能接觸到泡沫，則該粒子被截留。截留效應(yīng)慣性碰撞效應(yīng)

在慣性碰撞中，粒子沿流線運(yùn)動(dòng)繞流時(shí),由于慣性作用而偏離流線,與泡沫相撞而被捕集,如圖中虛線所示。一、泡沫抑塵技術(shù)泡沫降塵原理第3頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二黏附效應(yīng)

泡沫外表面具有黏附粉塵的功能,其捕塵機(jī)理如圖所示。當(dāng)具有一定速度的泡沫向粉塵運(yùn)動(dòng),粉塵經(jīng)過(guò)碰撞、截留和擴(kuò)散等一系列作用后到達(dá)泡沫表面,被泡沫所黏附。擴(kuò)散效應(yīng)

微細(xì)塵粒(dp<1μm),在氣流中受到熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子撞擊后,并不均衡地跟隨流線,而是在氣體中作布朗運(yùn)動(dòng)。由于這種不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),在緊靠泡沫附近,微細(xì)塵?？赡芘c泡沫相碰撞而被捕集,稱(chēng)為擴(kuò)散效應(yīng)。隨著粉塵顆粒減小,流速減慢,溫度增加,塵粒的熱運(yùn)動(dòng)加速,從而與泡沫的碰撞概率也就增加,擴(kuò)散效應(yīng)增強(qiáng)。一、泡沫抑塵技術(shù)第4頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

泡沫抑塵發(fā)生器利用礦井掘進(jìn)工作面的高壓風(fēng)管及水管（或者利用掘進(jìn)機(jī)的冷去水），在設(shè)備內(nèi)部將發(fā)泡劑與水定量混合后，加入一定量的壓風(fēng)，通過(guò)發(fā)泡裝置產(chǎn)生大體積高倍數(shù)氣、液兩相泡沫，經(jīng)噴頭噴出后形成實(shí)心錐體泡沫流來(lái)覆蓋掘進(jìn)機(jī)切割煤巖時(shí)產(chǎn)塵部位，抑制粉塵的擴(kuò)散，從而有效的降低粉塵濃度泡沫抑塵發(fā)生器實(shí)物圖泡沫抑塵技術(shù)簡(jiǎn)介一、泡沫抑塵技術(shù)第5頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

儲(chǔ)液箱

由兩個(gè)罐體組成，上下均有管路將罐體聯(lián)通，罐體上方分別有加料口、進(jìn)氣口、排氣口和出液口，通過(guò)高壓膠管和其他設(shè)備相連。3.1設(shè)備主要部件

混合發(fā)泡器

集混合器與發(fā)泡器于一體，是發(fā)泡裝置的核心部分，氣、水、發(fā)泡劑在此混合并在出口形成泡沫。一、泡沫抑塵技術(shù)泡沫抑塵發(fā)生器第6頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

控制箱

用來(lái)開(kāi)關(guān)和定量調(diào)節(jié)風(fēng)、水、液的裝置，外面是兩個(gè)總控制閥門(mén)（分別開(kāi)關(guān)風(fēng)、水）和各管路的微調(diào)閥門(mén)（分別調(diào)節(jié)風(fēng)、水、液），用來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)泡效果，內(nèi)部由高壓膠管連接。

噴頭及噴頭支架

發(fā)泡器發(fā)出的泡沫通過(guò)噴頭噴射并形成錐狀，以完全包裹掘進(jìn)機(jī)切割頭，從而有效抑塵。噴頭架用來(lái)將噴頭固定在掘進(jìn)機(jī)搖臂上，并能調(diào)節(jié)噴頭角度。一、泡沫抑塵技術(shù)泡沫抑塵發(fā)生器第7頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二設(shè)備發(fā)泡原理圖3.2設(shè)備發(fā)泡原理一、泡沫抑塵技術(shù)風(fēng)管路通過(guò)三通分為兩路，一路將儲(chǔ)液箱中的發(fā)泡劑通過(guò)管路經(jīng)液流量計(jì)定量壓入混合發(fā)泡器，另一路風(fēng)直接進(jìn)入混合器內(nèi)，同時(shí)高壓水通過(guò)管路經(jīng)水流量計(jì)定量流入混合發(fā)泡器。氣和定量的水、發(fā)泡劑在混合發(fā)泡器中形成了氣、液兩相流體共同存在的情形，兩種流體相互吹擊、沖撞、攪拌，從而產(chǎn)生一定體積的泡沫，通過(guò)噴頭噴出連續(xù)的實(shí)心錐狀泡沫流，覆蓋塵源，抑制粉塵。第8頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二不用電，不必進(jìn)行防爆處理，工作時(shí)安全可靠；用水量小，節(jié)約水源50%以上；操作簡(jiǎn)便，方便井下工人操作和使用；安裝在掘進(jìn)機(jī)上，隨掘進(jìn)機(jī)行走，減少搬運(yùn)工作。3.3設(shè)備主要特點(diǎn)一、泡沫抑塵技術(shù)泡沫抑塵發(fā)生器第9頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.1晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦掘進(jìn)工作面粉塵治理原狀晉城礦區(qū)煤質(zhì)堅(jiān)硬，硬度系數(shù)為2～4，機(jī)械化開(kāi)采程度高，開(kāi)采強(qiáng)度大，煤塵親水性差，產(chǎn)塵量極大。概況掘進(jìn)工作面防塵措施防治粉塵效果掘進(jìn)工作面粉塵濃度達(dá)到600～1000mg/m3。噴霧降塵與除塵風(fēng)機(jī)相結(jié)合的除塵方式。一、泡沫抑塵技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用第10頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二應(yīng)用泡沫抑塵設(shè)備后，寺河礦掘進(jìn)巷道93226巷、92103巷和92104巷掘進(jìn)工作面抑塵效率都有明顯提高，平均抑塵率達(dá)到75%以上。泡沫抑塵較除塵風(fēng)機(jī)（除塵效率約為40%）效果而言也有明顯的優(yōu)勢(shì)，充分說(shuō)明泡沫抑塵方法能夠有效降低掘進(jìn)工作面粉塵濃度，保障工人的身心健康。應(yīng)用效果泡沫抑塵效率綜合分析圖泡沫抑塵后粉塵濃度綜合分析圖一、泡沫抑塵技術(shù)第11頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二泡沫完全覆蓋截割部截割煤巖時(shí)泡沫射向塵源，抑塵效果明顯司機(jī)擁有良好的工作視線應(yīng)用泡沫抑塵全景應(yīng)用效果一、泡沫抑塵技術(shù)第12頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.2河南神火集團(tuán)薛湖礦的應(yīng)用2018機(jī)巷掘進(jìn)工作面粉塵治理原狀薛湖礦區(qū)煤質(zhì)較軟，硬度系數(shù)為1～2，機(jī)械化掘進(jìn)程度高、強(qiáng)度大，煤塵親水性差，產(chǎn)塵量極大。粉塵概況2018機(jī)巷掘進(jìn)工作面防塵措施防治粉塵效果掘進(jìn)工作面粉塵濃度極高，可達(dá)到600～1200mg/m3。噴霧、灑水降塵一、泡沫抑塵技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用第13頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

采用噴霧、灑水降塵措施，平均全塵粉塵濃度只能降960.07mg/m3，而采用泡沫抑塵技術(shù)平均全塵粉塵濃度可見(jiàn)到206.38mg/m3，抑塵效率提高了78.50%。采用噴霧、灑水降塵措施，平均呼吸性粉塵濃度只能降到267.42mg/m3，而采用泡沫抑塵技術(shù)后，平均呼吸性粉塵濃度可降到49.75mg/m3，抑塵效率提高了81.40%。采用不同降塵措施后全塵粉塵濃度采用不同降塵措施后呼吸性粉塵濃度應(yīng)用效果一、泡沫抑塵技術(shù)第14頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二加快掘進(jìn)速度，提高工作效率與傳統(tǒng)濕式除塵相比，耗水量減少50%以上減少工作量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度

經(jīng)濟(jì)效益

降低塵肺病發(fā)病概率杜絕煤塵爆炸事故的發(fā)生降低工作面瓦斯?jié)舛?/p>

社會(huì)效益

一、泡沫抑塵技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析第15頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

泡沫抑塵技術(shù)的成功應(yīng)用，大大提高機(jī)械化掘進(jìn)工作面的抑塵效率，節(jié)約大量水源，為掘進(jìn)工作面創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，提高井下作業(yè)人員的工作效率；大大降低采掘一線職工患職業(yè)病的概率，充分體現(xiàn)企業(yè)關(guān)愛(ài)職工的真諦，對(duì)建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)具有重大意義。該項(xiàng)技術(shù)研究成果填補(bǔ)了我國(guó)采掘工作面泡沫抑塵技術(shù)的空白，該項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)已在晉城煤業(yè)集團(tuán)、河南神火集團(tuán)全面推廣使用，受到礦領(lǐng)導(dǎo)和礦工一致好評(píng)。

一、泡沫抑塵技術(shù)市場(chǎng)需求及應(yīng)用前景第16頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二潤(rùn)濕劑單體的初選無(wú)毒；無(wú)臭；降低水表面張力的能力強(qiáng)；儲(chǔ)存及運(yùn)輸時(shí)溶液性質(zhì)不變；在礦井水中溶解度大；低溫不結(jié)晶；無(wú)可燃性；無(wú)侵蝕性；成本低、運(yùn)輸方便。潤(rùn)濕劑單體表面活性劑(試劑)：十二烷基苯磺酸鈉；十二烷基硫酸鈉；OP-10；JFC助劑：Nacl，Na2SO4

標(biāo)準(zhǔn)二、潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)潤(rùn)濕劑單體的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)第17頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二水對(duì)煤餅的接觸角實(shí)驗(yàn)

試劑1對(duì)煤餅的接觸角實(shí)驗(yàn)

試劑2對(duì)煤餅的接觸角實(shí)驗(yàn)

試劑3對(duì)煤餅的接觸角實(shí)驗(yàn)

試劑4對(duì)煤餅的接觸角實(shí)驗(yàn)

潤(rùn)濕劑單體優(yōu)選的接觸角實(shí)驗(yàn)試劑的接觸角為：水（92.1°)>試劑4(55.7°)>試劑1(45.1°)>試劑3(39.5°)>試劑2(25.4°)。試劑2的接觸角最小，實(shí)驗(yàn)的潤(rùn)濕性能最好，試劑4的接觸角最大，單獨(dú)使用潤(rùn)濕效果不佳。第18頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二表面活性劑復(fù)配后產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)和增效作用，有時(shí)能出現(xiàn)單一表面活性劑所沒(méi)有的功能。煤塵沉降實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，并且比較能說(shuō)明溶液對(duì)煤塵潤(rùn)濕能力的強(qiáng)弱，對(duì)表面活性劑復(fù)配后的溶液進(jìn)行煤塵沉降實(shí)驗(yàn)，煤塵沉降時(shí)間越短，除塵效果越好。

單體表面活性劑和助劑的復(fù)配試劑名稱(chēng)試劑濃度（%）Na2SO4（g）加Na2SO4平均沉降時(shí)間（s）單體平均沉降時(shí)間（s）沉降時(shí)間降低百分比（%）試劑10.40.54658.621.5試劑20.40.510.514.226.1試劑30.40.520.120.62.4試劑40.40.567.3681.1表面活性劑加入助劑Na2SO4后煤塵沉降變化

向試劑1和試劑2中分別加入無(wú)水Na2SO4后，平均沉降時(shí)間比單體平均沉降時(shí)間分別下降了21.5%和26.1%，下降幅度比較大，復(fù)配效果明顯。

二、潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)潤(rùn)濕劑的復(fù)配實(shí)驗(yàn)第19頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二試劑名稱(chēng)試劑濃度（%）NaCl（g）加NaCl平均沉降時(shí)間（s）單體平均沉降時(shí)間（s）沉降時(shí)間降低百分比（%）試劑10.40.55658.64.4試劑20.40.513.614.24.2試劑30.40.520.420.61.0試劑40.40.567.8680.3表面活性劑加入助劑NaCl后煤塵沉降變化

表面活性劑兩兩復(fù)配表面活性劑兩兩復(fù)配后，復(fù)配協(xié)調(diào)效果不明顯。表面活性劑加入助劑NaCl后，復(fù)配協(xié)調(diào)效果不明顯。單體表面活性劑和助劑的復(fù)配二、潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)第20頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二注：試驗(yàn)時(shí)試劑2做成100ml的溶液，助劑1和助劑2加入溶液中兌成混合溶液配方。

水平因素試劑2（g）助劑1（g）助劑2（g）10.10.20.120.30.40.230.50.60.3

正交設(shè)計(jì)因素表

試驗(yàn)號(hào)因素煤塵平均沉降時(shí)間（s）試劑2（g）助劑1(g)助劑2(g)10.10.20.138.620.10.40.222.330.10.60.324.740.30.20.215.650.30.40.39.860.30.60.110.670.50.20.317.180.50.40.113.590.50.60.214.9正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)結(jié)果

以除塵劑除塵效果為研究對(duì)象，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)，通過(guò)直觀分析和方差分析尋確定影響配方除塵效果的顯著因子，最后找到除塵劑的最佳配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)。選取四個(gè)因素三個(gè)水平的正交表L9(34)

二、潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)潤(rùn)濕劑配方的正交實(shí)驗(yàn)第21頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二影響因素直觀分析表

指標(biāo)綜合平均值因素試劑2（g）助劑1(g)助劑2(g)煤塵平均沉降時(shí)間K157.0647.5441.80K224.0030.4033.34K330.3433.4635.86k128.5323.7720.90k212.0015.2016.67k315.1716.7317.93R16.538.574.43通過(guò)直觀分析方法，利用正交試驗(yàn)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算Ki、ki和R.評(píng)價(jià)指標(biāo)與試驗(yàn)因素影響趨勢(shì)圖

試驗(yàn)結(jié)果：在試劑2為0.3g，助劑1為0.4g，助劑2為0.2g時(shí)，煤塵平均沉降時(shí)間應(yīng)為最小，除塵劑配方的除塵效率最好。二、潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果分析第22頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二葛泉礦掘進(jìn)工作面粉塵治理原狀葛泉礦煤質(zhì)堅(jiān)硬，硬度系數(shù)為1～3，機(jī)械化開(kāi)采程度高，開(kāi)采強(qiáng)度大，煤塵親水性差，產(chǎn)塵量極大。概況11912掘進(jìn)工作面防塵措施防治粉塵效果產(chǎn)塵量較大，平均全塵粉塵濃度達(dá)到600mg/m3以上，工作面10m范圍內(nèi)能見(jiàn)度不到2m。噴霧降塵與除塵風(fēng)機(jī)相結(jié)合的除塵方式。二、潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用第23頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)降塵效果示意圖使用潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)時(shí)，平均全塵粉塵濃度由631.2mg/m3降到了88.5mg/m3，全塵平均降塵效率為85.98%。潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)在葛泉礦11912綜掘工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，有效地治理了11912綜掘進(jìn)工作面粉塵災(zāi)害，改善了工人作業(yè)環(huán)境。

二、潤(rùn)濕劑噴霧降塵技術(shù)應(yīng)用效果分析第24頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1-筒體；2-條狀導(dǎo)風(fēng)筒；3-掛鉤；4-錐狀出風(fēng)筒；5-出風(fēng)口；6-筒壁出風(fēng)口；7-風(fēng)筒變徑。柔性附壁風(fēng)筒結(jié)構(gòu)示意圖柔性附壁風(fēng)筒包括柔性筒體，掛鉤，柔性筒體兩側(cè)壁上設(shè)有柔性條狀導(dǎo)風(fēng)管，柔性條狀導(dǎo)風(fēng)管沿柔性筒體成螺旋線型布置，一端與柔性筒體的筒壁相連、貫通，另一端則是柔性條狀導(dǎo)風(fēng)管的出風(fēng)口，沿螺旋線方向向前開(kāi)啟；筒體前端安裝錐狀風(fēng)筒。整個(gè)柔性附壁風(fēng)筒由阻燃、抗靜電材料制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝拆卸，可對(duì)風(fēng)流進(jìn)行自然導(dǎo)向、分配，安全可靠，持久耐用，風(fēng)筒長(zhǎng)度小，可折疊，攜帶方便，適用于煤礦井下采用壓入式通風(fēng)系統(tǒng)。其具體制作尺寸需根據(jù)應(yīng)用地點(diǎn)的實(shí)際情況確定。三、柔性附壁風(fēng)筒輔助降塵技術(shù)簡(jiǎn)介第25頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二由于條狀導(dǎo)風(fēng)筒的存在，降低了附壁風(fēng)筒末端出風(fēng)口處的風(fēng)速，減緩了掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的粉塵向巷道后方擴(kuò)散的速度，使得大量的粉塵在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)前方積聚。從附壁風(fēng)筒條狀導(dǎo)風(fēng)管出來(lái)的風(fēng)流沿巷道壁形成具有一定動(dòng)能的螺旋狀風(fēng)流，產(chǎn)生良好的附壁效應(yīng)，抑制粉塵飛揚(yáng)。

柔性附壁風(fēng)筒附壁效應(yīng)示意圖當(dāng)該風(fēng)筒配合潤(rùn)濕劑噴霧除塵系統(tǒng)使用時(shí)，這種有效地封閉粉塵、防止粉塵向外擴(kuò)散的空氣帷幕，就為含有潤(rùn)濕劑的噴霧與粉塵相互接觸提供了充足的時(shí)間，增加了噴霧潤(rùn)濕粉塵的幾率，可有效地提高潤(rùn)濕噴霧除塵系統(tǒng)的除塵效率。這樣就大大地提高了綜掘工作面的降塵效率，改善了掘進(jìn)工作面作業(yè)環(huán)境。三、柔性附壁風(fēng)筒輔助降塵技術(shù)工作原理第26頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

柔性附壁風(fēng)筒現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用示意圖當(dāng)該風(fēng)筒配合除塵風(fēng)機(jī)使用時(shí)，這股螺旋狀風(fēng)流的動(dòng)能就會(huì)在除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口吸入含塵空