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一种移动式降煤尘装置的研制与应用

更新时间:2009-03-28

煤尘是在采煤过程中产生的细微颗粒的煤炭粉尘。煤尘飞扬在巷道中污染空气,易引发煤肺病,严重危害矿工的身体健康,是最为常见的职业病之一。当煤尘和氧气浓度达到一定界限并有明火时还可引发煤尘爆炸,其危害性十分巨大。因此,降尘就显得尤为重要。工业上一般采取煤层注水、喷雾洒水、通风等措施来降尘。喷雾洒水对大型开阔范围的控尘降尘有很好的效果,因此在煤矿工业中得到广泛应用。目前的喷雾洒水降尘都是采用固定喷洒设施,机动性不强,灵活性不好,不能解决无喷洒设施工场的降尘问题,且造价高。为此,我们研制出1种移动式降尘装置,机动灵活,不仅节约了成本,还可帮助无喷洒设施工场解决降尘问题。

1 工作结构和原理

本移动式降尘装置的结构示意图如图1所示,主要包括带轮子的水箱、加水装置和加药装置、喷雾装置等。其中,水箱上设有推手,水箱内设有4块上下错位的隔板,其中隔板11、13靠水箱上部设置,隔板12、14靠水箱下部设置,4块上下错位的隔板将水箱的空间形成之字形折返流道 (箭头所示);在水箱的前部设有加水装置和加药装置,水箱的后部设有喷雾装置;加水装置包括加水管、设在加水管上的阀门和水流量计;加药装置包括与药剂容器连接的加药管、设在加药管上的阀门和药剂流量计;喷雾装置包括水泵和与水泵连接的喷枪,喷枪上设有若干带阀门的喷头,水泵的抽水管伸入到水箱内,出水管通过软管与水枪连接。

  

图1 移动式降尘装置结构示意图

 

1.轮子;2.水箱;3.加药管;4.推手;5.药剂流量计;6.阀门;7.药剂容器;8.阀门;9.水流量计;10.加水管;11~14.隔板;15.抽水管;16.水泵;17.出水管;18.软管;19.喷枪;20.阀门;21.喷头

本移动式降尘装置的主要工作原理:将降尘药剂倒入药剂容器内,将加水管外接水源连接,水和药剂分别通过加水管和加药管流入水箱,水和药剂通过阀门和流量计来控制它们的比例,在水箱内的第1个空间A内混合,达到一定高度就会沿着流道依次流向空间 B、C、D、E;由隔板 11、12、13、14构成的流道可以增加水和药剂在水箱内的流程,确保水与降尘药剂的充分混合均匀;然后启动水泵,打开水枪上的阀门,混合均匀的溶液就会通过喷头喷出来。根据具体需要可以更换喷头,喷出来的溶液就可以起到降尘的作用。

对于水箱隔板的设置,除了可以采取上述上下错位的方式,也可采取左右错位的设置方式,示意图如图2所示。

图2所示为水箱的俯视图,隔板 11、12、13、14在水箱内左右错位设置,同样可形成之字形折返流道(箭头所示)。

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图2 水箱隔板的左右错位设置示意图

 

2.水箱 11.~14.隔板

2 降尘剂的选用

自制降尘剂溶液与TX-100溶液、SDBS溶液表面张力、润湿效果的比较分别如表1、表2所示。

水的表面张力较大,不能有效润湿煤尘,降尘效果差。而表面活性剂的加入可使水溶液的表面张力和湿润边角减小,从而增大其对煤尘的润湿能力[1],这对煤矿的煤层注水及喷雾洒水等防降尘工作是十分有利的。根据煤尘表面物化性质,目前矿用抑尘剂大部分为非离子型表面活性剂[1],也有部分喷雾降尘剂使用阴离子表面活性剂[2]。根据已有文献报道[3~7],非离子表面活性剂应用最多的有 OP 乳化剂、TX-100等,阴离子表面活性剂应用最多的有十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)等。而笔者选用聚醚改性硅油为基料、以辛基酚聚氧乙烯醚(TX-405)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为辅料,自制出1种对煤尘润湿性能更为优异的新型表面活性剂溶液,用作降尘剂溶液。

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从表1、表2可以看出,在同样的质量浓度下,自制降尘剂溶液的表面张力明显小于SDBS溶液、TX-100溶液;最大润湿速度也优于SDBS溶液、TX-100溶液。

3 实际应用

分别用TX-100溶液、SDBS溶液、自制降尘剂溶液作为降尘药剂,使用本移动式降尘装置在矿井作业现场进行试验,步骤如下:喷雾降尘作业前,用防爆型粉尘采样器对作业现场进行煤尘采样,用称量法得出作业现场煤尘初始浓度C1。按照混合比例往推车水箱中加入适当质量浓度的降尘药剂和20L水,经水箱混合均匀后,对作业现场进行喷雾;喷雾压力12.5 MPa,喷雾流量20L/min。10min后,用尘采样器采样,用称量法得出喷雾后作业现场的煤尘浓度C2,算出喷雾降尘效率从表3可以看出,自制降尘剂在喷雾参数一样、质量浓度大致相同的情况下,降尘效率明显高于SDBS和TX-100,最高可达86.2%。

 

表1 摇各降尘剂溶液的表面张力值

  

浓度/(g·L -1)0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8液SDBS溶表面张力/(mN·m -1)49.26 43.48 41.22 39.07 35.86 35.15 34.71 34.69 TX-100溶液表面张力/(mN·m -1)37.62 33.63 29.90 28.75 28.35 27.93 27.86 27.85自制降尘剂溶液表面张力/(mN·m -1)20.98 20.60 20.08 19.92 19.73 19.65 19.62 19.64

 

表2 摇各降尘剂溶液的润湿效果

  

自制降尘剂最大润湿速度/(mg·s-1)0.6 9.1 11.8相应质量浓度/(g·L -1)0.8 0.7 ~0.8 0.7降尘剂名称 SDBS TX-100

4 结论

(1)研制出1种移动式降尘装置,主要包括带轮子的水箱、加水装置和加药装置、喷雾装置等。该降尘装置操作简单,灵活方便,适用于煤矿的移动作业喷雾降尘。

 

表3 摇各降尘剂溶液的喷雾降尘效果

  

/% 42.0 62.0 86.2相应质量浓度/(g·L-1)自制降尘剂最高降尘效率降尘剂名称 SDBS TX-100 0.8 0.7 0.7

(2)该降尘装置根据具体需要可以更换喷头,水箱隔板可上下错位或左右错位设置。

(3)该降尘装置选用0.7g·L-1自制降尘剂溶液,喷雾压力为12.5 MPa、喷雾流量为20L/min,降尘效率可达86.2%。

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参考文献

1 郭晓华,蔡卫,马尚权,等.表面活性剂在煤矿防降尘中的应用实验,矿业安全与环保,2010,37(3):27.

2 张迎新,吴强.表面活性剂的强化喷雾降尘实验.黑龙江科技学院学报,2008,18(4):270.

3 张迎新,王社新,白云鹏.润湿剂提高喷雾降尘效果实验研究.煤炭工程,2009(4):85.

4 秦凤华,傅贵.表面活性剂水溶液降尘机理的研究.煤,1997,6(3):31-32.

5 蒋仲安,王伟.降低爆破烟尘的降尘剂配方的实验研究.煤炭学报,2011,36(10):1722.

6 程燕,蒋仲安,陈仲秋,等.煤层注水中添加表面活性剂的研究.煤矿安全,2006(3):10.

7 李彩亭,王丽平,曾光明,等.复合表面活性剂对燃煤陶瓷窑炉黑烟润湿作用的研究.环境污染治理技术与设备,2005,6(11):24.

 
蒋海波,肖跃龙,刘衡平
《能源与环境》 2018年第02期
《能源与环境》2018年第02期文献

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