摘要:针对目前煤矿井下喷射混凝土综合降尘现状,研究粉尘产生和化学抑尘机理,引入化学抑尘技术。通过对化学抑尘剂的合理组配,在喷射混凝土综合降尘试验应用中,取得了良好的效果。
关键词:化学抑尘剂 喷射混凝土 降尘
中图分类号: TU834 . 6 + 39 文献标识码:B 文章编号:1006 - 0898 (2008) 02 - 0056 - 02
1 传统的综合降尘措施及效果
传统的综合降尘措施主要是围绕喷射工艺和增设综合降尘设施展开的,即物理降尘。如采用潮喷技术,在喷射机旁配置除尘风机和后路加设水幕等,这对于降低上料现场、后路回风流中粉尘浓度起到了一定的作用,但对喷射迎头的效果并不明显,尤其对小于10μm 粒径的呼吸性粉尘效果更是不佳,使得作业环境很难达到国家锚喷支护技术标准对粉尘浓度的要求。
2 化学抑尘技术的发展及化学抑尘机理
2 . 1 化学抑尘技术的发展
国外早在20 世纪20～40 年代即将化学抑尘技术应用于煤矿井下防尘除尘,我国在20 世纪70 年代开始研究,但主要是一般大气粉尘,而针对煤矿粉尘防治开展的研究及应用较少。
2 . 2 喷射混凝土粉尘产生机理
采用干喷或潮喷方式喷射混凝土时,拌合水主要在喷头处与干料混合,水、料接触时间短,其拌合均匀度差。未拌合均匀的水、料混合物即被高压空气送出喷口,产生剧烈体积膨胀,从而把未润湿的干水泥粉和已润湿的湿水泥粉分别吹散成干尘和湿尘。湿尘较快沉降,而干尘则在混凝土喷射机旁和喷头附近形成尘雾。由于界面张力的影响,微小的干尘表面形成空气膜,尘粒越小空气膜越牢固,这种空气膜阻碍了水分对尘粒的润湿和尘粒的凝聚,使得在空气中漂浮的微小干尘既不易凝聚,也不易与水雾碰撞变成湿尘沉降。
2 . 3 化学抑尘机理
化学抑尘方法是根据粉尘产生的机理,通过提高干尘( 尤其是微小干尘) 的润湿比率来提高降尘效率的。润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程,置换过程分为三种类型,即:沾湿、浸润和铺展,如果能够提高尘粒向液滴或湿尘粒表面的靠近速度和液滴或湿尘粒粘住粉尘的效率, 降低粉尘陷入液滴凝并和吸尘的难度,液滴捕获尘粒并从气体中分离出来的效率就会大大提高。因此,如果预先与物料混合或喷头处加入湿润剂(抑尘剂) ,就会使水和固- 液间界面张力得到有效降低,水泥颗粒表面的湿润角减小,粉尘的可湿润性能和拌合水的湿润效能显著提高,粉尘迅速被湿润、凝并而得以沉降。
3 化学抑尘剂的试验应用
3 . 1 化学抑尘剂的组成
抑尘剂的化学材料主要是由表面活性剂和某些无机盐、卤化物组成。本文抑尘剂主要由表面活性剂复配物、GaCl2 或MaCl2 、水按一定比例组配而成。抑尘剂的配方如表1 所示。
表面活性剂复配物由润湿剂、分散剂和缓蚀剂组成。三种药剂的配比为1 . 0 、0 . 2 ～ 1 . 0 和0 . 02～0 . 50 。
表面活性剂复配物的润湿剂以壬基酚聚氧乙烯醚为主;分散剂为MS - 1 、皂钙分散剂;缓蚀剂为尼凡丁AN 、缓蚀M2 、SH - 2 酸化缓蚀剂、581 缓蚀剂等。
3 . 2 抑尘剂水溶液的配制和掺加
3 . 2 . 1 抑尘剂水溶液的配制
抑尘剂饱和水溶液浓度为1 ‰～2 ‰。
3 . 2 . 2 抑尘剂掺加
将陶粒土卸到喷射作业的专用料场。混合料预拌前, 先加水预湿( 预湿水中含有抑尘剂0 . 1 %～0 . 2 %) ,使陶粒土的含水率约5～7 %。
喷射混凝土作业开始后,在喷浆机人工上料和喷头等处局部加喷雾状抑尘剂饱和水溶液。
3 . 3 化学抑尘剂应用效果
在开滦某矿100m 巷道中,进行了潮式喷射混凝土试验。前50m 采用除尘风机、水幕,未加化学抑尘剂; 后50m 采用除尘风机、水幕,加入化学抑尘剂。不同部位的粉尘浓度测定数据如表2 。
3 . 4 化学抑尘剂对喷射混凝土性能的影响
通过对混凝土坍落度和强度对比试验,加入适量浓度的抑尘剂后混凝土的坍落度不降反生,这说明不会影响混凝土的流动性能,而且对混凝土的凝结时间基本无影响。
3 . 5 抑尘剂对人员和环境的影响
3 . 5 . 1 人员
对人体有一定刺激性,无长期不利影响。表现在: ①对眼睛有刺激,防止其进入眼睛。如不慎进入眼睛, 立即张开眼睛用清水冲洗至少15min 和求助医生。②对皮肤有轻微的刺激。长期徒手接触药液,皮肤会失水而粗燥,大量清水冲洗可避免。③不可吞服和吸入鼻内,以防损坏黏膜。如不慎吞服, 求助医生。吸入鼻内, 根据症状呼吸新鲜空气,若症状加重,求助医生。
3 . 5 . 2 环境
除对水生物和水环境有影响外, 其它无影响。
4 结论
通过对化学抑尘剂抑尘机理的分析和煤矿井下应用试验表明,在煤矿井下喷射混凝土作业中采用化学抑尘技术是成功的。抑尘剂使用后,作业区、拌料区、机旁、喷头等处粉尘显著降低,尤其对10μm 粒径以下的呼吸性粉尘更为有效。测试结果显示,不仅粉尘浓度已降到10 mg/ m3以下,而且喷浆产生的粉尘也基本控制在施工巷道内以喷浆机为中心的很小区域,具有推广应用价值。
由于化学抑尘技术在我国尤其在煤矿井下应用起步晚,抑尘剂的配制及在使用中的浓度配比还需进一步研究,使之更趋于科学、合理。
