新型除塵與定時沖洗裝置降塵的研究應用

董祥武　侯玉亭　曹升玲　呂飛　趙志剛

【摘 要】通過研究粉塵顆粒捕集規(guī)律和纖維層除塵機理，研究和設計適合回風巷的捕塵裝置布置形式，利用大巷自動灑塵控制裝置，定時對捕塵裝置進行沖洗，共同配合降塵。

【關鍵詞】粉塵顆粒捕集規(guī)律；纖維層除塵機理；降塵

Research and Application of the Dust Control of Dry Type Dust Removal and Time Washing Device of Dense Fiber Layer

DONG Xiang-wu HOU Yu-ting CAO Sheng-ling LV Fei ZHAO Zhi-gang

（Coal Preparation Plant of Nantun Mine， Yanzhou Mining Group Corporation Ltd.， Zoucheng Shandong 273500， China）

【Abstract】By the dust particle trapping rules and fiber layer dust removal mechanism， research and design for the return airway of catching dust device layout， using large lane automatic sprinkling dust control device， timing of catching dust device flushing， together with the dust.

【Key words】Dust particle trapping law； Fiber layer dust removal mechanism； Fallen dust

目前，我國的塵肺主要發(fā)生在礦山企業(yè)中。礦井綜合防塵工作歷來是礦井安全管理中的重點和難點，而積塵是煤礦存在的一個重大安全事故隱患?；仫L巷是容易產生積塵的地點，經常沉積煤塵。現(xiàn)階段在用降塵設施普遍是金屬框架結構擋塵簾與全斷面噴霧配合使用。該方式需要長時間開啟噴霧，由于巷道斷面大，金屬框架式的擋塵簾使用過程中會形成較大通風阻力，且大斷面金屬擋塵簾制作成本高，安裝工程量大，易順壞。用水量比較大，需要完善的排水系統(tǒng)，對巷道底板的破壞作用比較顯著。

1 粉塵顆粒捕集規(guī)律研究

粉塵顆粒捕集是通過各種物理方法依靠一種或多種作用從含塵氣流中將固體顆粒物給分離出來，其機理就是，將含塵氣體引入具有一種或幾種力作用的除塵器，使顆粒相對其運載氣流產生一定的位移，并從氣流中分離出來，最后沉降到捕集表面上。顆粒的粒徑大小和種類不同，所受的作用力不同，顆粒的動力學行為亦不同。顆粒捕集過程中所要考慮的作用力有外力、流體阻力和顆粒間的相互作用力。

1.1 流體阻力導致的顆粒捕集

在不可壓縮的連續(xù)流體中，做穩(wěn)定運動的顆粒必然受到流體阻力的作用，主要包括由于顆粒的不規(guī)則形狀導致的壓力差而產生的形狀阻力和顆粒與其周圍的流體之間的摩擦阻力。阻力的方向總是和速度向量方向相反，其大小由下式確定：FD=■CdApρu2

1.2 慣性沉降

通常認為，氣流中的顆粒隨著氣流一起運動，很少或不產生滑動。但是，若有一靜止的或緩慢運動的障礙物處于氣流中是，則成為一個靶子，使氣體產生繞流，使某些顆粒沉降到上面。顆粒能否沉降到靶上取決于顆粒的質量和相對于靶的運動速度和位置。其主要的捕塵機制為慣性碰撞和欄截作用。

1.3 擴散沉降

對于很小的顆粒，由于布朗擴散作用，使小顆粒受到氣體分子的無規(guī)則的撞擊，使它們像氣體分子一樣做無規(guī)則運動，便會發(fā)生顆粒從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域的擴散。

2 過濾纖維的選擇

2.1 P84

聚酰亞胺即P84。P84纖維具有不規(guī)則的葉片狀截面，比一般圓形截面增加了80%的表面積，葉片狀的橫截面使P84纖維具有兩大優(yōu)點。一是，纖維的表面積大，因而具有較強的阻塵與捕塵能力，大大提高了過濾效率。二是，不規(guī)則的纖維截面因其內應力大小不同，分布不均勻，使纖維自然卷曲，導致纖維之間具有較強的抱合力和纏結力。而圓形截面的纖維（如玻璃纖維）不能自然彎曲，呈棒狀，纖維之間的抱合力與纏結力幾乎為零。P84價格在400元/Kg左右，價格不菲。

2.2 PTFE

聚四氟乙烯簡稱PTFE，是全氟化直鏈高聚物，由四氟乙烯單體（TFF）聚合制得。PTFF棕色纖維即用PTFF乳液紡絲法所得，PTFF白色纖維即用乳液聚合成固體樹脂，再加工所得。即使在含塵濃度較大的情況下，表面也只粘附少量的灰塵，清灰性能較好。PTFE覆膜濾料可以解決許多過濾材料無法克服的問題，具有相應優(yōu)勢：過濾效率高，其濾袋更換時間久、使用壽命長，清灰容易，運行費用低，特別是應用在處理含油含水等特殊煙氣的工藝上。但PTFE纖維售價在520元/Kg。

2.3 玻璃纖維

玻璃纖維強度高、伸縮率小，它的抗拉強度比其他各種天然、合成纖維都要高，優(yōu)良的耐腐蝕性能，能耐大部分酸（氫氟酸除外）的腐蝕。玻璃纖維表面光滑，過濾阻力小，有利于粉塵剝離。它不燃燒、不變形。經過不同表面處理劑處理的玻璃纖維，具有柔軟、順滑、疏水、抗結露和收縮率低等優(yōu)點。玻璃纖維具有突出的尺寸穩(wěn)定性，拉伸斷裂強度高，耐腐蝕性強，表面光滑，憎水透氣，容易清灰，化學穩(wěn)定性好。玻璃纖維濾材的主要缺點是耐折性和耐磨性差，必須經過表面化學處理才能提高使用壽命，達到實用化。

2.4 玄武巖纖維（Basalt F ibre簡稱 BF）

連續(xù)玄武巖纖維的主要成分為Sio2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、FeO、Na2O、K2O等氧化物，屬于硅鋁酸鹽系纖維。Sio2是連續(xù)玄武巖纖維最主要的成分，稱為網絡形成物，保證纖維的化學穩(wěn)定性和優(yōu)異的力學性能。與玻璃纖維相比，連續(xù)玄武巖纖維中含有特殊的MgO、Na2O、K2O等成分，這正是連續(xù)玄武巖纖維相比玻璃纖維具有較好的耐水和耐腐蝕特性的原因。玄武巖纖維由于原料易取價廉，相對價格比較便宜，售價在38元/Kg，性價比高。

3 研究和設計適合現(xiàn)場的捕塵裝置布置形式

3.1 纖維過濾介質組織結構特性的影響

（1）表面纖維直徑的影響：纖維直徑越小，即纖維細度越小，則同種纖維比表面積增大，攔截效應和擴散效應均增強，表面過濾效應增強，過濾效率增大。

（2）孔隙率：纖維孔隙率增大，慣性效應和攔截效應均增大，總效率提高。但要指出此時運行阻力的增加率比過濾效率的提高率要大的多，所以通過提高纖維的填充率來提高過濾效率要慎重。

3.2 研究和設計適合現(xiàn)場的捕塵裝置布置形式

為增加捕塵裝置與含塵空氣的接觸面積，提高降塵效果，根據(jù)巷道斷面，布置兩種捕塵裝置配合應用。其中一種是由皮（塑料）帶與塑料棒組成，另一種是由鋼絲擰壓尼龍纖維絲。兩種擋塵簾聯(lián)合布置，每隔兩米一道，共布置五道，在覆蓋全斷面的同時也讓捕塵裝置布滿了巷道，使其達到最好的捕塵效果。

3.3 設計定時沖洗裝置配合應用

為保障螺旋刷排干式除塵持續(xù)發(fā)揮作用，需要對捕塵裝置進行定時沖洗。利用大巷自動灑塵控制裝置，將控制系統(tǒng)設置在距離最近的進回風聯(lián)絡巷中，定時對捕塵裝置進行沖洗。在捕塵裝置上風側安設全斷面凈化水幕，噴霧采用的新式陶瓷噴嘴，在穩(wěn)定風流（巷道風速能夠達到2.4m/s）的作用下，凈化水幕水霧作用在捕塵裝置上，每天在檢修班開啟兩個小時，即可對捕塵裝置清洗干凈。對水幕下方底板使用混凝土進行了固化，并設置專門排水溝，全斷面凈化水幕產生的污水通過水溝流到專門設置的排水管路中，減少對底板的破壞和對支護的影響。

4 實際應用效果

該裝置安裝到南屯煤礦九采區(qū)回風巷。相對過去使用的金屬網捕塵簾，材料成本降低60%，水的消耗降低90%，同時達到理想的降塵效果，降塵率可達到90%以上?；仫L巷內環(huán)境得到改善，減少了職工患職業(yè)病的危害；積塵得到有效控制，節(jié)約了人力物力，也取得較好的安全效益。

【參考文獻】

[1]郭興龍.綜合防塵自動噴霧裝置在煤礦井下的應用[J].煤炭技術，2006（03）.

[2]鐘廷盛.綜掘工作面噴霧降塵技術分析[J].煤礦支護，2009（04）.

[3]欒鵬，張軍亮.煤礦防塵措施分析及新技術展望[J].山東煤炭科技，2011（01）.

[4]郭樹忠.煤礦井下綜合防塵自動噴霧裝置的應用[J].科技咨詢導報，2007（15）.

[責任編輯：湯靜]