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，共29頁，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容一、泡沫抑塵技術(shù)二、潤濕劑噴霧降塵技術(shù)三、柔性附壁風(fēng)筒輔助降塵技術(shù)第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二

截留機理認為,粒子有大小而無質(zhì)量或粒徑小于5μm時，不同大小的粒子都跟著氣體的流線而流動。如圖所示，當流動的氣體對著泡沫流動時，氣流將在泡沫的上游折轉(zhuǎn)而繞泡沫流過。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，粒子沿流線運動繞流時,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，共29頁，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,其捕塵機理如圖所示。當具有一定速度的泡沫向粉塵運動,粉塵經(jīng)過碰撞、截留和擴散等一系列作用后到達泡沫表面,被泡沫所黏附。擴散效應(yīng)

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

泡沫抑塵發(fā)生器利用礦井掘進工作面的高壓風(fēng)管及水管（或者利用掘進機的冷去水），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)噴頭噴出后形成實心錐體泡沫流來覆蓋掘進機切割煤巖時產(chǎn)塵部位，抑制粉塵的擴散，從而有效的降低粉塵濃度泡沫抑塵發(fā)生器實物圖泡沫抑塵技術(shù)簡介一、泡沫抑塵技術(shù)第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二

儲液箱

由兩個罐體組成，上下均有管路將罐體聯(lián)通，罐體上方分別有加料口、進氣口、排氣口和出液口，通過高壓膠管和其他設(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，共29頁，2023年，2月20日，星期二

控制箱

用來開關(guān)和定量調(diào)節(jié)風(fēng)、水、液的裝置，外面是兩個總控制閥門（分別開關(guān)風(fēng)、水）和各管路的微調(diào)閥門（分別調(diào)節(jié)風(fēng)、水、液），用來調(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)出的泡沫通過噴頭噴射并形成錐狀，以完全包裹掘進機切割頭，從而有效抑塵。噴頭架用來將噴頭固定在掘進機搖臂上，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，共29頁，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)管路通過三通分為兩路，一路將儲液箱中的發(fā)泡劑通過管路經(jīng)液流量計定量壓入混合發(fā)泡器，另一路風(fēng)直接進入混合器內(nèi)，同時高壓水通過管路經(jīng)水流量計定量流入混合發(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，通過噴頭噴出連續(xù)的實心錐狀泡沫流，覆蓋塵源，抑制粉塵。第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二不用電，不必進行防爆處理，工作時安全可靠；用水量小，節(jié)約水源50%以上；操作簡便，方便井下工人操作和使用；安裝在掘進機上，隨掘進機行走，減少搬運工作。3.3設(shè)備主要特點一、泡沫抑塵技術(shù)泡沫抑塵發(fā)生器第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二4.1晉城煤業(yè)集團寺河礦掘進工作面粉塵治理原狀晉城礦區(qū)煤質(zhì)堅硬，硬度系數(shù)為2～4，機械化開采程度高，開采強度大，煤塵親水性差，產(chǎn)塵量極大。概況掘進工作面防塵措施防治粉塵效果掘進工作面粉塵濃度達到600～1000mg/m3。噴霧降塵與除塵風(fēng)機相結(jié)合的除塵方式。一、泡沫抑塵技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二應(yīng)用泡沫抑塵設(shè)備后，寺河礦掘進巷道93226巷、92103巷和92104巷掘進工作面抑塵效率都有明顯提高，平均抑塵率達到75%以上。泡沫抑塵較除塵風(fēng)機（除塵效率約為40%）效果而言也有明顯的優(yōu)勢，充分說明泡沫抑塵方法能夠有效降低掘進工作面粉塵濃度，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，共29頁，2023年，2月20日，星期二泡沫完全覆蓋截割部截割煤巖時泡沫射向塵源，抑塵效果明顯司機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，共29頁，2023年，2月20日，星期二4.2河南神火集團薛湖礦的應(yīng)用2018機巷掘進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，機械化掘進程度高、強度大，煤塵親水性差，產(chǎn)塵量極大。粉塵概況2018機巷掘進工作面防塵措施防治粉塵效果掘進工作面粉塵濃度極高，可達到600～1200mg/m3。噴霧、灑水降塵一、泡沫抑塵技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用第13頁，共29頁，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，共29頁，2023年，2月20日，星期二加快掘進速度，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，降低工人勞動強度

經(jīng)濟效益

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>

社會效益

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

泡沫抑塵技術(shù)的成功應(yīng)用，大大提高機械化掘進工作面的抑塵效率，節(jié)約大量水源，為掘進工作面創(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)愛職工的真諦，對建設(shè)社會主義和諧社會具有重大意義。該項技術(shù)研究成果填補了我國采掘工作面泡沫抑塵技術(shù)的空白，該項技術(shù)現(xiàn)已在晉城煤業(yè)集團、河南神火集團全面推廣使用，受到礦領(lǐng)導(dǎo)和礦工一致好評。

一、泡沫抑塵技術(shù)市場需求及應(yīng)用前景第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二潤濕劑單體的初選無毒；無臭；降低水表面張力的能力強；儲存及運輸時溶液性質(zhì)不變；在礦井水中溶解度大；低溫不結(jié)晶；無可燃性；無侵蝕性；成本低、運輸方便。潤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

標準二、潤濕劑噴霧降塵技術(shù)潤濕劑單體的優(yōu)選實驗第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二水對煤餅的接觸角實驗

試劑1對煤餅的接觸角實驗

試劑2對煤餅的接觸角實驗

試劑3對煤餅的接觸角實驗

試劑4對煤餅的接觸角實驗

潤濕劑單體優(yōu)選的接觸角實驗試劑的接觸角為：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，實驗的潤濕性能最好，試劑4的接觸角最大，單獨使用潤濕效果不佳。第18頁，共29頁，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，有時能出現(xiàn)單一表面活性劑所沒有的功能。煤塵沉降實驗簡單易行，并且比較能說明溶液對煤塵潤濕能力的強弱，對表面活性劑復(fù)配后的溶液進行煤塵沉降實驗，煤塵沉降時間越短，除塵效果越好。

單體表面活性劑和助劑的復(fù)配試劑名稱試劑濃度（%）Na2SO4（g）加Na2SO4平均沉降時間（s）單體平均沉降時間（s）沉降時間降低百分比（%）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中分別加入無水Na2SO4后，平均沉降時間比單體平均沉降時間分別下降了21.5%和26.1%，下降幅度比較大，復(fù)配效果明顯。

二、潤濕劑噴霧降塵技術(shù)潤濕劑的復(fù)配實驗第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二試劑名稱試劑濃度（%）NaCl（g）加NaCl平均沉降時間（s）單體平均沉降時間（s）沉降時間降低百分比（%）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、潤濕劑噴霧降塵技術(shù)第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二注：試驗時試劑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)計因素表

試驗號因素煤塵平均沉降時間（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正交試驗數(shù)據(jù)及試驗結(jié)果

以除塵劑除塵效果為研究對象，采用正交試驗設(shè)計方法設(shè)計試驗，通過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。選取四個因素三個水平的正交表L9(34)

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

指標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通過直觀分析方法，利用正交試驗所得試驗數(shù)據(jù)，分別計算Ki、ki和R.評價指標與試驗因素影響趨勢圖

試驗結(jié)果：在試劑2為0.3g，助劑1為0.4g，助劑2為0.2g時，煤塵平均沉降時間應(yīng)為最小，除塵劑配方的除塵效率最好。二、潤濕劑噴霧降塵技術(shù)試驗結(jié)果分析第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二葛泉礦掘進工作面粉塵治理原狀葛泉礦煤質(zhì)堅硬，硬度系數(shù)為1～3，機械化開采程度高，開采強度大，煤塵親水性差，產(chǎn)塵量極大。概況11912掘進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到600mg/m3以上，工作面10m范圍內(nèi)能見度不到2m。噴霧降塵與除塵風(fēng)機相結(jié)合的除塵方式。二、潤濕劑噴霧降塵技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二

潤濕劑噴霧降塵技術(shù)降塵效果示意圖使用潤濕劑噴霧降塵技術(shù)時，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%。潤濕劑噴霧降塵技術(shù)在葛泉礦11912綜掘工作面現(xiàn)場應(yīng)用后，有效地治理了11912綜掘進工作面粉塵災(zāi)害，改善了工人作業(yè)環(huán)境。

二、潤濕劑噴霧降塵技術(shù)應(yīng)用效果分析第24頁，共29頁，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啟；筒體前端安裝錐狀風(fēng)筒。整個柔性附壁風(fēng)筒由阻燃、抗靜電材料制成，結(jié)構(gòu)簡單、安裝拆卸，可對風(fēng)流進行自然導(dǎo)向、分配，安全可靠，持久耐用，風(fēng)筒長度小，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)用地點的實際情況確定。三、柔性附壁風(fēng)筒輔助降塵技術(shù)簡介第25頁，共29頁，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，減緩了掘進機掘進時產(chǎn)生的粉塵向巷道后方擴散的速度，使得大量的粉塵在掘進機司機前方積聚。從附壁風(fēng)筒條狀導(dǎo)風(fēng)管出來的風(fēng)流沿巷道壁形成具有一定動能的螺旋狀風(fēng)流，產(chǎn)生良好的附壁效應(yīng)，抑制粉塵飛揚。

柔性附壁風(fēng)筒附壁效應(yīng)示意圖當該風(fēng)筒配合潤濕劑噴霧除塵系統(tǒng)使用時，這種有效地封閉粉塵、防止粉塵向外擴散的空氣帷幕，就為含有潤濕劑的噴霧與粉塵相互接觸提供了充足的時間，增加了噴霧潤濕粉塵的幾率，可有效地提高潤濕噴霧除塵系統(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，共29頁，2023年，2月20日，星期二

柔性附壁風(fēng)筒現(xiàn)場應(yīng)用示意圖當該風(fēng)筒配合除塵風(fēng)機使用時，這股螺旋狀風(fēng)流的動能就會在除塵風(fēng)機吸風(fēng)口吸入含塵空