董祥武　侯玉亭　曹升玲　呂飛　趙志剛

【摘 要】通過(guò)研究粉塵顆粒捕集規(guī)律和纖維層除塵機(jī)理，研究和設(shè)計(jì)適合回風(fēng)巷的捕塵裝置布置形式，利用大巷自動(dòng)灑塵控制裝置，定時(shí)對(duì)捕塵裝置進(jìn)行沖洗，共同配合降塵。

【關(guān)鍵詞】粉塵顆粒捕集規(guī)律；纖維層除塵機(jī)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(guó)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(lái)是礦井安全管理中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而積塵是煤礦存在的一個(gè)重大安全事故隱患?；仫L(fēng)巷是容易產(chǎn)生積塵的地點(diǎn)，經(jīng)常沉積煤塵?，F(xiàn)階段在用降塵設(shè)施普遍是金屬框架結(jié)構(gòu)擋塵簾與全斷面噴霧配合使用。該方式需要長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟噴霧，由于巷道斷面大，金屬框架式的擋塵簾使用過(guò)程中會(huì)形成較大通風(fēng)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(duì)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(guò)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(lái)，其機(jī)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(duì)其運(yùn)載氣流產(chǎn)生一定的位移，并從氣流中分離出來(lái)，最后沉降到捕集表面上。顆粒的粒徑大小和種類(lèi)不同，所受的作用力不同，顆粒的動(dòng)力學(xué)行為亦不同。顆粒捕集過(guò)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(dǎo)致的顆粒捕集

在不可壓縮的連續(xù)流體中，做穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)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(dǎo)致的壓力差而產(chǎn)生的形狀阻力和顆粒與其周?chē)牧黧w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(rèn)為，氣流中的顆粒隨著氣流一起運(yùn)動(dòng)，很少或不產(chǎn)生滑動(dòng)。但是，若有一靜止的或緩慢運(yùn)動(dòng)的障礙物處于氣流中是，則成為一個(gè)靶子，使氣體產(chǎn)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(zhì)量和相對(duì)于靶的運(yùn)動(dòng)速度和位置。其主要的捕塵機(jī)制為慣性碰撞和欄截作用。

1.3 擴(kuò)散沉降

對(duì)于很小的顆粒，由于布朗擴(kuò)散作用，使小顆粒受到氣體分子的無(wú)規(guī)則的撞擊，使它們像氣體分子一樣做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，便會(huì)發(fā)生顆粒從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域的擴(kuò)散。

2 過(guò)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(diǎn)。一是，纖維的表面積大，因而具有較強(qiáng)的阻塵與捕塵能力，大大提高了過(guò)濾效率。二是，不規(guī)則的纖維截面因其內(nèi)應(yīng)力大小不同，分布不均勻，使纖維自然卷曲，導(dǎo)致纖維之間具有較強(qiáng)的抱合力和纏結(jié)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(jié)力幾乎為零。P84價(jià)格在400元/Kg左右，價(jià)格不菲。

2.2 PTFE

聚四氟乙烯簡(jiǎn)稱(chēng)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(shù)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(guò)濾材料無(wú)法克服的問(wèn)題，具有相應(yīng)優(yōu)勢(shì)：過(guò)濾效率高，其濾袋更換時(shí)間久、使用壽命長(zhǎng)，清灰容易，運(yùn)行費(fèi)用低，特別是應(yīng)用在處理含油含水等特殊煙氣的工藝上。但PTFE纖維售價(jià)在520元/Kg。

2.3 玻璃纖維

玻璃纖維強(qiáng)度高、伸縮率小，它的抗拉強(qiáng)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(guò)濾阻力小，有利于粉塵剝離。它不燃燒、不變形。經(jīng)過(guò)不同表面處理劑處理的玻璃纖維，具有柔軟、順滑、疏水、抗結(jié)露和收縮率低等優(yōu)點(diǎn)。玻璃纖維具有突出的尺寸穩(wěn)定性，拉伸斷裂強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，表面光滑，憎水透氣，容易清灰，化學(xué)穩(wěn)定性好。玻璃纖維濾材的主要缺點(diǎn)是耐折性和耐磨性差，必須經(jīng)過(guò)表面化學(xué)處理才能提高使用壽命，達(dá)到實(shí)用化。

2.4 玄武巖纖維（Basalt F ibre簡(jiǎn)稱(chēng) 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(chēng)為網(wǎng)絡(luò)形成物，保證纖維的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的力學(xué)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(jià)廉，相對(duì)價(jià)格比較便宜，售價(jià)在38元/Kg，性?xún)r(jià)比高。

3 研究和設(shè)計(jì)適合現(xiàn)場(chǎng)的捕塵裝置布置形式

3.1 纖維過(guò)濾介質(zhì)組織結(jié)構(gòu)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(xì)度越小，則同種纖維比表面積增大，攔截效應(yīng)和擴(kuò)散效應(yīng)均增強(qiáng)，表面過(guò)濾效應(yīng)增強(qiáng)，過(guò)濾效率增大。

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

3.2 研究和設(shè)計(jì)適合現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)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(shí)也讓捕塵裝置布滿(mǎn)了巷道，使其達(dá)到最好的捕塵效果。

3.3 設(shè)計(jì)定時(shí)沖洗裝置配合應(yīng)用

為保障螺旋刷排干式除塵持續(xù)發(fā)揮作用，需要對(duì)捕塵裝置進(jìn)行定時(shí)沖洗。利用大巷自動(dòng)灑塵控制裝置，將控制系統(tǒng)設(shè)置在距離最近的進(jìn)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷中，定時(shí)對(duì)捕塵裝置進(jìn)行沖洗。在捕塵裝置上風(fēng)側(cè)安設(shè)全斷面凈化水幕，噴霧采用的新式陶瓷噴嘴，在穩(wěn)定風(fēng)流（巷道風(fēng)速能夠達(dá)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(kāi)啟兩個(gè)小時(shí)，即可對(duì)捕塵裝置清洗干凈。對(duì)水幕下方底板使用混凝土進(jìn)行了固化，并設(shè)置專(zhuān)門(mén)排水溝，全斷面凈化水幕產(chǎn)生的污水通過(guò)水溝流到專(zhuān)門(mén)設(shè)置的排水管路中，減少對(duì)底板的破壞和對(duì)支護(hù)的影響。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

該裝置安裝到南屯煤礦九采區(qū)回風(fēng)巷。相對(duì)過(guò)去使用的金屬網(wǎng)捕塵簾，材料成本降低60%，水的消耗降低90%，同時(shí)達(dá)到理想的降塵效果，降塵率可達(dá)到90%以上?；仫L(fēng)巷內(nèi)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(xiàn)】

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

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

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

[4]郭樹(shù)忠.煤礦井下綜合防塵自動(dòng)噴霧裝置的應(yīng)用[J].科技咨詢(xún)導(dǎo)報(bào)，2007（15）.

[責(zé)任編輯：湯靜]