井下物理化学防尘技术的研究与实践
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井下物理化学防尘技术的研究与实践. 汇报人:金龙哲 教授 单 位:北京科技大学 2013 年 10 月 24 日. 矿井综合防尘技术. 防 尘 管 理. 排尘. 减尘. 降尘. 抑尘. 个体防护. 矿井综合防尘技术. 防 尘 管 理. 排尘. 减尘. 降尘. 抑尘. 个体防护. 一、通风排尘. 通风排尘是矿井综合防尘措施中最根本的措施之一。 通风排尘分为全矿井通风排尘和局部通风排尘两种。 可控循环风 排尘技术、矿用 空气幕隔尘风帘 阻尘技术等 应得到推广应用,尤其是 附壁风筒 配合湿式除尘器解决机掘工作面高浓度粉尘 技术值得推广。.

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Presentation Transcript

井下物理化学防尘技术的研究与实践

汇报人:金龙哲 教授

单 位:北京科技大学

2013年10月24日


矿井综合防尘技术

排尘

减尘

降尘

抑尘

个体防护


矿井综合防尘技术

排尘

减尘

降尘

抑尘

个体防护


一、通风排尘

  • 通风排尘是矿井综合防尘措施中最根本的措施之一。

  • 通风排尘分为全矿井通风排尘和局部通风排尘两种。

  • 可控循环风排尘技术、矿用空气幕隔尘风帘阻尘技术等应得到推广应用,尤其是附壁风筒配合湿式除尘器解决机掘工作面高浓度粉尘技术值得推广。


二、减尘技术

  • 减少采掘作业时粉尘的产生量,是矿井尘害防治过程中最为积极、有效的技术措施。

  • 减尘措施主要包括:改进采掘机械结构及其运行参数减尘、湿式凿岩、水封爆破、添加水炮泥爆破、封闭尘源、捕尘罩以及预湿煤体减尘措施(如采空区灌水、煤层注水等)


二、减尘技术

  • 减少采掘作业时粉尘的产生量,是矿井尘害防治过程中最为积极、有效的技术措施。

  • 减尘措施主要包括:改进采掘机械结构及其运行参数减尘、湿式凿岩、水封爆破、添加水炮泥爆破、封闭尘源、捕尘罩以及预湿煤体减尘措施(如采空区灌水、煤层注水等)


2.1 高效水炮泥的降尘试验研究

高效水炮泥配方试验示意图

高效水炮泥填装示意图

1—黄泥;2—高效水炮泥;3—炸药


2.1 高效水炮泥的降尘试验研究

各种配方的水炮泥降尘对比图


2.2 渗透棒煤层注水减尘新技术研究及应用

渗透棒示意图

渗透棒模具

0#钻孔为未注水钻孔

1#钻孔为添加渗透棒注水钻孔

2# 钻孔为正常注水钻孔

1#

2#

0#




  • 注水加压模拟实验装置

    • 1 —阀门;2—钢管;3—承压缸顶盖;4—真空橡胶圈;

    • 5—承压缸;6—实验煤样;7—压力表;8—盛水池;9—高压水泵



三、降尘技术

  • 尽管采取了减尘措施,采、掘、运等诸多环节仍然会产生大量的粉尘,需采取降尘措施进行处理。

  • 现行的降尘措施主要包括各产尘点的喷雾洒水,如采煤机内外喷雾、放炮喷雾、支架喷雾、装岩洒水、巷道净化水幕等。

  • 降尘湿润剂应得到推广应用

  • 高效除尘风机的研究

  • 液压支架封闭尘源隔尘新技术

  • 雾化效果研究需进一步深化研究,如峰峰集团采用风水喷雾取得了良好降尘效果

采煤机内喷雾效果图

采煤机外喷雾装置


湿式离心除尘器实物图

3.1 风幕湿式离心除尘系统的研究与应用


3.1 综掘面风幕湿式离心除尘系统的研究与应用

模型一

模型二

模型三

无分流板且中间为三排挡板的除尘器

有分流板且中间为三排挡板的除尘器

有分流板且中间为两排挡板的除尘器

模型分类及对比


3.1 风幕湿式离心除尘系统数值模拟研究

模型一z=0m截面速度矢量图

模型一z=0 截面静态压力分布

模型三z=0截面速度矢量图

模型三z=0 截面静态压力分布


6.1 综掘面风幕湿式离心除尘系统的研究与应用

模型一和模型三的模拟除尘效率比较

综合以上分析和比较,最后选定模型一作为除尘器的最终制作模型。


3.2 降尘湿润剂的研究

  • 由于绝大部分矿尘,尤其是煤尘具有较强的疏水性,加之水的表面张力又较大,对粒径在2μm以下的粉尘,捕获率只有1%~28%,因此以水为主的防尘技术措施尚远未达到其应有的效果。

  • 国内外的降尘湿润剂主要为多种功能表面活性剂的复配物,主要起降低水溶解液的表面张力、增强其润湿粉尘的性能。

  • 应通过大量的复配试验研究,提出更有效、更经济的低浓度降尘湿润剂配方,并使其简单化和专业化,如对特定粉尘采用的特定湿润剂配方等。

图3-29

在水中的降尘剂分子示意图


3.3 液压支架封闭尘源隔尘新技术研究

  • 在漳村煤矿2202综采工作面的ZFS6000液压支架上进行了工业性试验,呼吸性粉尘除尘效率为54.4%;非呼尘的除尘效率为67.1%,总除尘效率60.8% ,同时也有效的杜绝了块煤从支架间顶板掉落的现象,得到了工人的普遍认可。

  • 在前期试验的基础上,课题组分别在常村、五阳等多个矿井的不同支架上推广应用该项技术表明,封闭尘源方法均达到了60%以上的降尘效果,移架工的作业环境得到了明显的改善。


3.3 其他物理化学防尘技术

  • 泡沫除尘

  • 磁化水除尘

  • 近红外线光控净化水幕

  • 自动控制的水幕系统

  • 声波雾化降尘技术

  • 粘尘帘隔尘

  • 预荷电高效喷雾降尘

  • 电离水除尘

  • 超声波除尘

  • 微生物法除尘

  • 生物试剂除尘


四、抑尘技术

  • 矿井中的沉积粉尘在较大风速下会飞扬起来,形成二次尘源,并有引起煤尘瓦斯爆炸的风险。为此,各矿井普遍采用定期洒水、冲洗以及在巷道中撒布岩粉等措施,抑制粉尘的二次飞扬。

定期班后冲洗是目前最常用的方法,但这种方法的缺点也很明显:由于矿井粉尘大多具有较强的疏水性、水的表面张力又很大,加之水分容易蒸发,洒水冲洗后,粉尘将迅速风干,重新具备飞扬的能力,致使矿井巷道周壁、棚梁、柱后及破碎岩石缝隙中存在着大量粉尘,造成了一大安全隐患。

撒布岩粉法由于其劳动强度大、撒布技术要求高等原因而趋淘汰。

  • 因此越来越多的国家正在倾向于应用抑尘剂抑制粉尘技术。


  • 抑尘剂作用原理

美国DCL-1803型抑尘剂

德国MONTAN型抑尘剂

  • 抑尘剂通过无机盐不断地吸收空气中的水分,使得沉积于抑尘剂的粉尘始终处于湿润状态,同时由于在抑尘剂添加有表面活性物质,所以它比普通的水更容易湿润矿井粉尘。

我国丙烯酸脂型抑尘剂

我国NCZ-1型抑尘剂

我国CM保湿型抑尘剂

日本SS-0l剂SS-02剂

美国Conhex型抑尘剂

  • 只有在空气相对湿度小于40%时,抑尘剂才会发生结晶现象。由于矿井空气湿度一般均在80%以上,因此抑尘剂是不会发生结晶的。

南非ANTI型疏水防尘剂


  • 下图为NCZ-1型抑尘剂在不同相对湿度下的吸湿平衡浓度。

抑尘剂的吸湿平衡浓度

  • 抑尘剂可以持续粘结由井下空气带来的、不断沉积于巷帮与底板的粉尘,随着粘结粉尘量的增加,抑尘剂需要不断吸收空气中的水分,达到新的吸湿平衡浓度,当粉尘沉积量超过平衡浓度时,抑尘剂将固化,需要重新喷洒。


  • 抑尘剂的种类及其应用抑尘剂溶液的浓度随着所处环境空气温度和湿度的变化而变化,主要体现为从空气中吸收或者排出水分。

  • 膏状抑尘剂

  • 片状抑尘剂

  • 粉状抑尘剂

  • 抑尘剂抑尘效果影响因素

在沉积粉尘中,粉尘粒度越小,抑尘剂的抑尘能力越低

粉尘的沉积强度越大,抑尘剂的抑尘能力越低

煤尘的炭化程度直接影响抑尘剂的效果,过高或过低均会使抑尘剂的抑尘效果下降

矿井空气中二氧化碳浓度越大,抑尘剂的抑尘能力越低

抑尘剂中添加的表面活性剂浓度越大,抑尘剂的抑尘效果也越好

沉积粉尘的灰分越大,抑尘剂的抑尘效果越佳


Ncz 1
撒布抑尘剂溶液的浓度随着所处环境空气温度和湿度的变化而变化,主要体现为从空气中吸收或者排出水分。NCZ-1型抑尘剂试验结果

  • 在潞安集团漳村矿的现场应用工艺研究表明:

  • NCZ-1型抑尘剂的含固量为70.4%,含水量为29.6%;

  • 在不同空气相对湿度φ下,NCZ-1型抑尘剂的绝对吸水量Qxx和相对吸水量Qjx均以负指数形式增加、吸水速度Unx则以抛物线形式下降;

  • 由于制作NCZ-1型抑尘剂时尚需要考虑缓蚀剂与其他表面活性物质的配伍性问题,因此未能采用对NCZ-1型抑尘剂基料缓蚀效果最佳的mL型缓蚀剂,从而使其腐蚀速度达到了0.1138mm/a,虽然它已达到了应用于工业生产的标准,但在今后的配方研究中仍需进一步改进。

  • 随着粘结尘量及溶液流失量的增加,撒布后期落尘的含水量随之降低。

  • 综上所述,撒布防火抑尘剂的粘尘与保湿效果还是较明显的,但由于其保湿时间的长短比较依赖于巷道坡度的大小,致使其应用范围受到了一定的限制。在今后的研究中尚需通过调整配方、增加粘度等方法加以解决。


谢谢大家!


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