抑尘剂在井下防尘中的应用

     

 

    关键词：抑尘剂  井下防尘   环保
    摘要：煤尘控制利于防止矿工尘肺病，减轻环境污染，以及消除煤矿安全隐患。环保型抑尘剂ＴＣ-815的研制成功，对控制煤尘具有积极作用，有效的降低煤矿粉尘的影响，降低尘肺病的发病率，带来巨大的环境效益和社会效益。

    1 引言
     煤尘是长期困扰煤矿安全生产的重大灾害之一，不但易发生爆炸，长期吸入还会导致尘肺病。当煤尘浓度在 30～2000g/m3范围、遇到700～800℃明火时会发生爆炸。专家测算，我国每年因尘肺病造成的直接经济损失达80多亿元。据统计,与煤炭工业相关的尘肺病在各类尘肺病患者中的人数最多,比例也最高。我国煤炭工人尘肺病患病人数也都超过其他各类尘肺病患者，而由此引起的超额治疗费和养护费用每年高达数十亿元，而且还不包括所带来的其他一些社会问题。因此，粉尘防治在煤炭工业中占有极其重要的地位。

    目前，我国煤矿普遍采用以水为主的抑尘技术，如煤层注水、预防性灌浆、喷雾洒水、湿式凿岩等，但由于煤尘和岩粉均具有一定的疏水性，而水的表面张力又较大，煤尘和岩尘不易被水迅速、有效地湿润和捕捉，达不到理想的效果。而有些抑尘剂的原料或者抑制剂本身具有一定的毒性，会对环境或人体造成危害。为保护煤矿安全生产，降低煤尘对人体的危害，在研究煤尘特性和润湿机理的基础上，北京中力信达环保科技有限公司与中平能化集团天成实业分公司经过反复实验，成功研制出一种新型环保井下抑尘剂。它不仅有效降低了煤尘，而且把降尘、抑尘以及环保结合为一体。这种环保型煤尘抑尘剂无毒、无刺激性味道，对人体皮肤和生产设备均无腐蚀，各项指标均达到国家标准，并且用量少、效率高、成本低廉，操作使用方便。该抑尘剂主要由抗静电剂、湿润剂、增重剂、发泡剂等几种功能性配方组成，协同配合，抑尘效果达到99%以上。
 
    2 抑尘剂作用机理分析
    2.1 抑尘剂的抑尘机理
     大量研究表明，描述粉尘沉降的数学表达式为:

     式中: —粉尘沉降速度(m/s)；
     —粉尘粒径(m) ；
     —运动粘性；
     —外摩擦因数；
     —粉尘密度(kg/m3)；
     —气流密度(kg/m3)；
     —重力系数；

    从上式可知，粉尘沉降速度与其粒径和密度有关。当粉尘粒径增大或其密度增大时，粉尘沉降速度也增加。统计资料表明，当粉尘粒径分布集中在r > 0.18 mm时，粉尘沉降速度> 0.1m/s，能以此速度沉降的粉尘不易引起粉尘污染。因此，抑尘剂的抑尘对象主要是粒径0.18mm 以下的粉尘。对这类粉尘，若增大粉尘密度(比如增大粉尘含湿量)，或者增大其粒径则粉尘沉降速度增加，从而可达到抑尘效果。据此我们开发了环保型抑尘剂ＴＣ-815，该抑尘剂主要由抗静电剂、湿润剂、增重剂、发泡剂等几种功能性配方组成，协同配合，达到良好的抑尘降尘的效果。抗静电剂的机理是消除水雾微粒与粉尘微粒之间的静电斥力。因为细小的粉尘微粒所带的静电荷与水雾颗粒所带的电荷性质相同，它们之间相互排斥；而且粉尘本身具有憎水性，它阻止水与粉尘微粒的结合。所以加入的抗静电剂消除了水雾与粉尘的静电斥力，使水雾微粒与粉尘微粒更紧密的结合湿润剂的润湿机理的核心是润湿颗粒表面，使水雾微粒与粉尘微粒快速结合，经由重力作用沉降。湿润剂溶于水时，其分子完全被水分子包围，亲水基一端被水分子吸引，疏水基一端则被排斥伸向空中，这样，湿润剂物质的分子系在水溶液表面形成紧密的定向排列层(界面吸附层)，使水的表面分子与空气接触状态发生变化，接触面积大大缩小，导致水的表面张力降低，同时朝向空气的疏水基与粉尘之间有吸附作用，而把尘粒带入水中，使得粉尘得到充分润湿。添加的少量增重剂，增加水雾颗粒与粉尘颗粒的重量，加速重力沉降。此外，该抑制剂中还含有发泡剂。发泡剂使得单位重量水滴的表面积最大，捕捉粉尘微粒的机会最大。抑尘剂良好的发泡性，使喷出的水雾变成细密的泡沫，大大增加了水雾捕捉尘粒的机会，进一步提高了抑尘剂的抑尘效果。

    3 抑尘性能

    3.1 降低粉尘浓度

    由于抑尘剂对粉尘的抗静电、湿润、增重、发泡等几种作用，抑尘剂的应用增加了粉尘的润湿度即增加了粉尘的密度，同时明显增加了粉尘的颗粒直径，增加了煤层表面的整体强度，从而有效抑制煤尘飞扬，大大降低了抑尘场地的粉尘浓度，抑尘效果达到99%以上。

    3.2 理化性能 
    1.产品性状：无色透明液体
    2.溶液PH值：（50%）：7.2-7.5中性 
    3.比重（25℃）： 1.02-1.10
    4.水中分散性好 
    5.贮存稳定性：室温下不分层，不沉淀。
    6.无腐蚀性

    抑尘剂的使用方法

    抑尘剂适用于煤矿井下回采、掘进工作面、井下各转载点及洗煤厂、电厂等井上煤尘污染场所的喷雾降尘，还适用于煤矿回采及掘进工作面煤体注水，添加比例为0.1-0.2%。
    鉴于井下的安全考虑，根据工作面的生产情况，推荐使用专门开发的水力计量泵，利用矿井防尘水的自身水压为动力，无需电源：喷雾或煤层注水时，计量泵同时启动加剂；停止喷雾或注水，计量泵自动停止，适应井下采掘作业的非连续性，减少员工的频繁开关加剂泵，减少劳动量，并避免造成药剂浪费。

    结语

    作为一种新型环保抑尘剂ＴＣ-815，它成功的把煤尘的降尘、抑尘以及环保结合为一体，项目成果具有广阔的应用市场和前景，经济效益和社会效益显著。使用井下抑尘剂ＴＣ-815进行喷雾降尘及井下煤层注水可显著降低工作面煤尘浓度，改善井下作业环境保障工人的健康。进行煤层注水后卸压带内的瓦斯气体得到释放，减少了瓦斯异常涌出现象的发生，有效消除瓦斯和煤尘爆炸等安全隐患，提高采掘设备开机率。井下煤尘浓度的降低可大大减少工人矽肺病的患病率，减少煤矿在工人医疗上的投入，对和谐矿山的建设具有重大的意义。

    参考文献:
    [1]彭小兰,吴超 化学抑尘剂新进展研究 中国安全生产科学技术,2005 (5)
    [2]吴超 化学抑尘 长沙：中南大学出版社,2003
    [3]谢德瑜,舒新前等 煤尘抑尘剂的开发与研究 选煤技术2005 (5)
    作者简介：
    王向阳：中平能化集团天成实业分公司
    魏爱新：北京中力信达环保科技有限公司