肖鵬 程玥穎 趙波 劉瀟瀟

摘 要：為進(jìn)一步研究0.05wt%XTG（黃原膠）+0.05wt%SDBS（十二烷基苯磺酸鈉）復(fù)配煙煤抑塵劑抑塵效果，更好地體現(xiàn)復(fù)配抑塵劑性能，通過靜態(tài)降塵實(shí)驗(yàn)與動(dòng)態(tài)降塵實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，采用滲透、噴灑、浸泡、風(fēng)速影響規(guī)律、噴霧霧化特性及動(dòng)態(tài)噴灑等實(shí)驗(yàn)對(duì)0.05 wt%SDBS+0.05 wt%XTG復(fù)配煙煤抑塵劑抑塵效果進(jìn)行對(duì)比研究。靜態(tài)抑塵實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)配抑塵劑能夠快速滲透煤塵，利用表面活性劑特性提高對(duì)煤粉的潤(rùn)濕作用，在SDBS與XTG的相互作用下，改善對(duì)煤粉的團(tuán)聚作用效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤塵的潤(rùn)濕團(tuán)聚作用。動(dòng)態(tài)抑塵實(shí)驗(yàn)確定實(shí)驗(yàn)風(fēng)速為距巷道尾部0.7 m處0.5 m/s，復(fù)配煙煤抑塵劑在實(shí)心廣角大流量噴霧形態(tài)參數(shù)條件下降塵效果最好；對(duì)不同試劑降塵效率對(duì)比得出，復(fù)配抑塵劑相較水，SDBS，XTG單體分別增加了42.85%，40.26%，24.17%，能夠有效提高全塵降塵效率，其全塵降塵效率為85.71%。噴灑復(fù)配試劑后與未采取措施時(shí)巷道全塵粉塵濃度對(duì)比，前采樣器粉塵濃度下降25.5%，后采樣器粉塵濃度下降81.25%，因此，復(fù)配試劑可提高對(duì)煙煤粉塵的潤(rùn)濕團(tuán)聚效果，有效抑制煤塵的產(chǎn)生和擴(kuò)散。關(guān)鍵詞：復(fù)合型抑塵劑；潤(rùn)濕團(tuán)聚作用；降塵實(shí)驗(yàn)；噴霧降塵；抑塵效果中圖分類號(hào)：TD 792

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2022）05-0856-09

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2022.0503開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Experimental analysis on performance of compound agglomerated bituminous coal dust suppressant

XIAO Peng^1，2，CHENG Yueying^1，2，ZHAO Bo^1，2，LIU Xiaoxiao^1，2

（1.College of Safety Science and Engineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China；2.Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention，Ministry of Education，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China）

Abstract：In order to further examine the dust suppression effect of 0.05wt%XTG （xanthan gum）+0.05wt%SDBS （sodium dodecylbenzene sulfonate） compound bituminous coal dust suppressant and better reflect the performance of the compound dust suppressant.In this paper，through a combination of static dust reduction experiments and dynamic dust reduction experiments，using penetration，spraying，soaking，wind speed influence law，spray atomization characteristics and dynamic spraying and other experiments on 0.05wt% SDBS+0.05 wt%XTG compound bituminous coal dust suppressant dust suppression effect for comparative study.The results of static dust suppression experiments show that the compound dust suppressant can quickly penetrate coal dust，improve the wetting effect on coal dust by using surfactant properties，and improve the effect of agglomeration on coal dust by the interaction between SDBS and XTG to realize the wetting and agglomeration effect on coal dust.Dynamic dust suppression experiments determines the experimental wind speed of 0.5 m/s at 0.7 m from the end of the tunnel，the compound bituminous coal dust suppressant in the solid wide angle high flow spray morphology parameters conditions have the best dust reduction effect; a comparison of different reagents dust reduction efficiency indicates that the compound dust suppressant over water，SDBS，XTG monomer increased by 42.85%，40.26%，24.17%，respectively，which can effectively improve the full dust reduction efficiency，the dust reduction efficiency being 85.71%.And a comparison of the dust concentration after spraying the compound reagent in the roadway and that with no measures taken shows that when no measures were taken，the dust concentration in the former sample decreased by 25.5% and the dust concentration in the latter decreased by 81.25%.Therefore，the compound reagent can improve the wetting and agglomeration effect on bituminous coal dust and effectively inhibit the generation and diffusion of coal dust.

Key words：compound dust suppressant；wetting agglomeration effect；dust reduction experiment；spray dust；dust suppression effect

0 引 言

煤炭是中國(guó)的主要能源，對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用^[1]。煤炭開采過程中煤塵作為煤礦生產(chǎn)伴生物之一，長(zhǎng)時(shí)間漂浮在礦井環(huán)境中，對(duì)礦井安全生產(chǎn)、工人職業(yè)健康、礦區(qū)環(huán)境3個(gè)方面產(chǎn)生負(fù)面影響^[2-4]。因此，為保障礦井工人職業(yè)安全健康，實(shí)現(xiàn)煤炭高效安全生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)礦井煤塵防治開展了大量研究，并取得了豐碩的成果。由于煤礦井下生產(chǎn)條件的特殊性，目前礦井大多數(shù)采用的除塵技術(shù)仍為通風(fēng)除塵及濕式除塵^[5-7]。其中濕式除塵技術(shù)主要利用水介質(zhì)捕捉煤塵，實(shí)現(xiàn)降塵效果，這種技術(shù)憑借系統(tǒng)簡(jiǎn)單、布置靈活、使用方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)成為礦井最常用的除塵技術(shù)。目前對(duì)該技術(shù)的研究主要集中在2個(gè)方面：一是改善霧化效果，提高捕塵效率；二是通過改變水介質(zhì)材料，改善水溶液對(duì)煤體的作用效果，提高水溶液對(duì)煤塵的潤(rùn)濕、粘結(jié)或凝并能力^[8-10]。近年來，許多學(xué)者對(duì)多功能抑塵劑進(jìn)行了研究，能夠有效改善單一性能抑塵劑的不足^[11]。目前廣泛使用抑塵劑主要為復(fù)配抑塵劑，通過將潤(rùn)濕劑、粘結(jié)劑及添加劑復(fù)配組成。其中表面活性劑作為潤(rùn)濕劑，能有效降低溶液表面張力、接觸角、沉降時(shí)間等參數(shù)，改善煤體的潤(rùn)濕性能^[12]。SHI等使用化學(xué)抑塵劑與陰離子非離子表面活性劑復(fù)合來捕獲軸空氣中的煤塵^[13]；XI等人混合聚環(huán)氧乙烷（g-PEO）和十二烷基硫酸鈉（SDS）的混合物抑塵特性^[14]；

CHANG等研究了不同初始濃度條件下的不同表面活性劑抑塵效果^[15]；趙璐等研究了8種不同表面活性劑對(duì)煤塵的潤(rùn)濕特性^[16]；CHEN等研究了表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）與十二烷基磺酸鈉（SDS）對(duì)煤潤(rùn)濕作用^[17]。高分子類試劑作為團(tuán)聚劑依靠在水中的構(gòu)象和本身粘度實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒的團(tuán)聚，黃原膠（XTG）作為一種自然多糖生物高聚物，易溶于水，有較高穩(wěn)定性，同時(shí)低濃度條件下具有高粘度，因此作為團(tuán)聚劑得到了廣泛的應(yīng)用^[18]。XTG與SDBS復(fù)配，作為固結(jié)劑、抑塵劑、流變性能改良劑等在多領(lǐng)域應(yīng)用，并取得良好效果^[19-20]。在此之前，通過0.05wt%XTG與不同表面活性劑復(fù)配，對(duì)復(fù)合溶液的團(tuán)聚和潤(rùn)濕性能參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定分析研究，結(jié)果表明0.05wt%XTG+0.05wt%SDBS復(fù)配溶液潤(rùn)濕團(tuán)聚性能參數(shù)最好^[21]，但未對(duì)其實(shí)際降塵效果進(jìn)行研究，降塵效果除抑塵劑性能參數(shù)影響外，仍受噴霧介質(zhì)，噴霧形態(tài)以及對(duì)煤塵作用狀態(tài)影響，性能參數(shù)不能完全說明其抑塵效果。因此，為進(jìn)一步研究此復(fù)配抑塵劑的抑塵作用效果，更好的體現(xiàn)復(fù)配抑塵劑抑塵效果，基于XTG與SDBS復(fù)配性能參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用靜態(tài)降塵實(shí)驗(yàn)與動(dòng)態(tài)抑塵實(shí)驗(yàn)，對(duì)0.05wt%XTG+0.05wt%SDBS復(fù)配煙煤抑塵劑降塵效果進(jìn)行對(duì)比分析，研究結(jié)果將為煙煤煤礦井下噴霧降塵的應(yīng)用提供理論參考。

1 試驗(yàn)方案

1.1 煤樣及試劑

1.1.1 煤樣選擇及制備選擇山陽(yáng)煤礦掘進(jìn)工作面煙煤樣品，首先使用標(biāo)準(zhǔn)篩100目（0.15 mm）～200目（0.074 mm）對(duì)煤粉樣品進(jìn)行篩選，其次將篩選后煤粉樣品放入真空干燥箱，恒溫60 ℃干燥8 h，最后將樣品收于密封樣品袋中保存。采用長(zhǎng)沙開元儀器股份有限公司生產(chǎn)的SE-MAG 6700全自動(dòng)工業(yè)分析儀對(duì)煤塵樣品進(jìn)行了工業(yè)分析，測(cè)試結(jié)果見表1。

煤粉自身潤(rùn)濕性受灰分、水分、固定碳相對(duì)含量影響?；曳旨八趾吭降?，固定碳含量越高，則煤粉潤(rùn)濕性越差。由表1可知，試驗(yàn)所用煙煤樣品水分及灰分含量較低，水分為0.34%，灰分為11.71%。同時(shí)山陽(yáng)煤礦煙煤堅(jiān)固性系數(shù)僅為0.52，其性脆、疏松易碎；粘結(jié)指數(shù)＜20，膠質(zhì)層厚度Y值多變化在0～14，屬于弱粘結(jié)、不熔融粘結(jié)和不膨脹熔融粘結(jié)，即山陽(yáng)煤礦煙煤樣品存在易破碎，難潤(rùn)濕，容易引起二次揚(yáng)塵等特點(diǎn)。

1.1.2 試劑制備黃原膠（XTG）為阿拉丁有限公司生產(chǎn)，純度為USP級(jí)；十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）為西安博聯(lián)特化工有限公司生產(chǎn)，純度90%。根據(jù)前期研究成果配制試劑0.05wt%XTG+0.05wt%SDBS，同時(shí)配制0.05wt%XTG，0.05wt%SDBS溶液作為對(duì)比試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 靜態(tài)降塵效果對(duì)比

1.2.1 滲透試驗(yàn)滲透實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行гu(píng)價(jià)抑塵劑對(duì)煤粉潤(rùn)濕作用效果，主要以滲透時(shí)間表征^[22]。稱量10 g煤粉，將其裝入玻璃試管中，震動(dòng)夯實(shí)樣品，利用滴定管吸取10 mL試劑溶液，將其滴入直徑18 mm玻璃試管中，滴入后將樣品表面溶液完全消失時(shí)間記為潤(rùn)濕時(shí)間。

1.2.2 噴灑試驗(yàn)? 稱量2 g煤粉，將其均勻鋪開在直徑60 mm培養(yǎng)皿中，采用定流量噴頭在距樣品高度20 cm位置對(duì)煤粉噴灑10次，并采用高清相機(jī)記錄效果。噴灑完成后，將其放至防塵箱進(jìn)行自然干燥，48 h后再次拍攝。對(duì)比分析水、復(fù)配試劑、0.05wt%SDBS，0.05wt%XTG 4種溶液之間噴灑效果。

1.2.3 浸泡試驗(yàn)稱量5 g煤粉，將其均勻鋪開在直徑60 mm培養(yǎng)皿中，隨后將水、復(fù)配試劑、0.05wt%SDBS，0.05wt%XTG 4種溶液各50 mL倒入培養(yǎng)皿中，放置在防塵箱中浸泡12 h，12 h后放入真空干燥箱，在溫度60 ℃條件下干燥12 h，干燥完成后對(duì)其表面狀態(tài)進(jìn)行拍攝記錄。

1.3 物理模擬巷道抑塵試驗(yàn)臺(tái)動(dòng)態(tài)降塵效果對(duì)比為研究抑塵劑動(dòng)態(tài)抑塵性能，模擬掘進(jìn)工作面的粉塵，利用物理模擬巷道試驗(yàn)系統(tǒng)裝置進(jìn)行噴霧降塵。根據(jù)MT 506—1996《礦用降塵劑性能測(cè)定方法》，物理模擬巷道試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要由擴(kuò)散風(fēng)筒，模擬風(fēng)巷，集風(fēng)筒，煤塵產(chǎn)塵裝置，噴霧和增壓裝置，粉塵濃度分布監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)及尾氣處理系統(tǒng)組成，模擬系統(tǒng)如圖1所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定粉塵濃度分布，風(fēng)巷主要模擬掘進(jìn)巷道的掘進(jìn)環(huán)境，結(jié)合粉塵運(yùn)動(dòng)及靠近塵源降塵效果，最終選擇模擬真實(shí)巷道中部分區(qū)域降塵狀態(tài)。由于試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)過程中受試驗(yàn)場(chǎng)地等條件限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)原型∶模型=1∶1，如果巷道截面面積過小，噴霧降塵過程中噴霧狀態(tài)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，綜上，最終設(shè)計(jì)模擬巷道箱體主體部分尺寸為（3.5 m×1 m×1 m），擴(kuò)散風(fēng)筒長(zhǎng)0.3 m，集風(fēng)筒長(zhǎng)0.5 m，發(fā)塵段和集風(fēng)段橫截面積變?yōu)?.5 m×0.5 m。在側(cè)方開有4個(gè)側(cè)門，能夠?qū)υ囼?yàn)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備調(diào)整。在距進(jìn)風(fēng)口1 m處和距進(jìn)風(fēng)口3.1 m處各放置一臺(tái)AKFC-92A礦用粉塵采樣器。

1.3.1 風(fēng)速影響試驗(yàn)風(fēng)速是影響粉塵在巷道運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要因素，根據(jù)巷道風(fēng)速變化規(guī)律對(duì)試驗(yàn)風(fēng)速進(jìn)行測(cè)定選取十分必要。因此，試驗(yàn)采用數(shù)值模擬與實(shí)際風(fēng)速測(cè)定2種方式同時(shí)對(duì)模擬巷道風(fēng)流場(chǎng)風(fēng)速分布規(guī)律進(jìn)行研究，更具科學(xué)性。

1）選用FLUENT軟件對(duì)模擬巷道風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速變化規(guī)律進(jìn)行模擬，設(shè)定抽風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口部分L_進(jìn)=0.3 m，巷道長(zhǎng)度L_巷=3.5 m，L_出=0.5 m，L_總=4.3 m；進(jìn)出口邊長(zhǎng)0.5 m，巷道邊長(zhǎng)1 m；入口風(fēng)速V_入=5.8 m/s。

2）利用風(fēng)速測(cè)量?jī)x對(duì)巷道實(shí)際風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)實(shí)測(cè)位置，在模擬圖中選取直線從而達(dá)到模擬計(jì)算各點(diǎn)位風(fēng)速與實(shí)際測(cè)量結(jié)果對(duì)比的目的，形成對(duì)照驗(yàn)證。風(fēng)速測(cè)定點(diǎn)位分布如圖2所示。

3）對(duì)風(fēng)速條件下巷道粉塵濃度分布特性進(jìn)行測(cè)定，開啟粉塵發(fā)生器一分鐘后啟動(dòng)粉塵采樣器，并以20 L/min的流量對(duì)含塵風(fēng)流進(jìn)行采集。

1.3.2 噴霧霧化特性噴霧形態(tài)參數(shù)是噴霧動(dòng)態(tài)抑塵效果實(shí)驗(yàn)中重要影響因素之一，噴霧形態(tài)參數(shù)包括噴嘴霧化角，流量，將直接影響霧滴與粉塵顆粒作用發(fā)生概率，決定噴霧降塵效果^[23]。為實(shí)現(xiàn)高效降塵，選擇3種不同噴霧形態(tài)參數(shù)噴嘴進(jìn)行復(fù)合抑塵劑降塵效果對(duì)比研究。

實(shí)驗(yàn)噴嘴見表2，噴霧噴嘴孔徑為 1.5 mm，噴霧壓力為1 MPa。在調(diào)節(jié)支架上安裝噴嘴，并調(diào)節(jié)測(cè)試點(diǎn)，以相同的粉塵噴射量和風(fēng)速營(yíng)造相同粉塵環(huán)境。待粉塵發(fā)生器開啟1 min后開啟降塵噴霧，噴霧開始30 s后，以20 L/min的流量進(jìn)行全塵粉塵濃度采集，分別對(duì)3種噴嘴降塵效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。將粉塵采樣器濾膜經(jīng)過12 h干燥處理后進(jìn)行稱重測(cè)量。

1.3.3 降塵性能對(duì)比在風(fēng)速、發(fā)塵量、噴嘴、壓力及噴灑時(shí)間相同的條件下，對(duì)復(fù)配抑塵劑、0.05wt%SDBS，0.05wt%XTG以及水4種溶液動(dòng)態(tài)降塵效果進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比測(cè)試。待粉塵發(fā)生器開啟1 min后開啟降塵噴霧，噴霧開始30 s后，以20 L/min的流量進(jìn)行粉塵濃度采集。

2 結(jié)果與分析2.1 滲透結(jié)果分析滲透時(shí)間反映了抑塵劑對(duì)揚(yáng)塵顆粒的潤(rùn)濕能力。滲透時(shí)間越短，潤(rùn)濕性越好，抑塵劑溶液捕捉煤塵顆粒能力就越強(qiáng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3，復(fù)配試劑能改善溶液對(duì)煤粉的潤(rùn)濕作用，提高溶液滲透性能。水由于表面張力較大，滴入煤粉后，液滴表面形成油膜，無(wú)法滲透煤粉；XTG溶液由于其潤(rùn)濕性能差也無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全滲透，使得大量液體停留在煤粉表面；SDBS具有高潤(rùn)濕性，能夠較快的潤(rùn)濕滲透煤粉。復(fù)配溶液中由于XTG與SDBS的增效作用，溶液中羥基吸附比例增加，提高了溶液潤(rùn)濕性，因此復(fù)配試劑浸透實(shí)驗(yàn)效果明顯。

2.2 噴灑結(jié)果分析通過噴灑實(shí)驗(yàn)對(duì)不同試劑靜態(tài)抑塵效果分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。煤粉樣品經(jīng)4種不同溶液噴灑后表現(xiàn)出不同分布狀態(tài)。水溶液噴灑處理的煤塵樣品表面有大量細(xì)密液滴，煤粉以小顆粒形態(tài)存在；SDBS溶液處理的煤粉樣品，能夠潤(rùn)濕煤粉，并形成片狀浸潤(rùn)，部分溶液留在煤粉表面呈小液珠狀；XTG溶液處理的煤粉樣品表面有明顯大片網(wǎng)狀黏連結(jié)構(gòu)，以大顆粒液滴為主；復(fù)配試劑處理的煤粉樣品既有呈區(qū)域片狀浸潤(rùn)，也有區(qū)域粘結(jié)團(tuán)聚，煤粉表面液滴呈大顆粒狀，液滴表面有油膜形成，在培養(yǎng)皿壁邊表現(xiàn)明顯潤(rùn)濕性。

采用Image J圖片處理軟件對(duì)作用面積抓取，根據(jù)比例尺及實(shí)際尺寸，對(duì)4個(gè)煤粉表面作用面積計(jì)算，進(jìn)一步對(duì)比分析不同試劑抑塵作用效果，不同溶液噴灑面積結(jié)果如圖4所示。

從圖4可知，樣品表面覆蓋面積從大到小依次為XTG、復(fù)合試劑、SDBS、水。水處理的樣品表面覆蓋面積為11.8 cm²，SDBS樣品表面覆蓋面積為11.96 cm²，復(fù)配試劑樣品表面覆蓋面積為14.36 cm²，復(fù)配試劑與XTG覆蓋面積18.35 cm²相比，相差3.99 cm²。XTG溶液、復(fù)配抑塵劑相較水處理的煤粉樣品表面覆蓋面積增加21.73%，55.56%。結(jié)果表明，黃原膠的加入，對(duì)煤體表面作用效果提高。XTG在煤粉樣品表面通過“架橋”連接煤粉顆粒，形成網(wǎng)狀黏結(jié)，使得煤塵更好地形成大的完整個(gè)體^[24]。SDBS能夠通過高潤(rùn)濕性在煤粉表面鋪展開來，滲透潤(rùn)濕煤粉顆粒，復(fù)合抑塵劑噴灑在煤粉表面使得固結(jié)液滲透煤塵，擴(kuò)大煤粉與抑塵劑的接觸面積，提高抑塵效果。

2.3 浸泡結(jié)果分析不同溶液煤塵浸泡結(jié)果如圖5所示。SDBS溶液處理的煤粉樣品，樣品表面平整，無(wú)明顯大顆粒；XTG浸泡后，煤粉表面出現(xiàn)大片塊狀固結(jié)層，樣品表面粗糙不平，形狀多樣且分布不均；復(fù)配試劑處理的樣品出現(xiàn)固結(jié)層樣貌，樣品表面相對(duì)平整，固結(jié)狀態(tài)分布均勻。復(fù)配試劑浸泡實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出較好的抑塵效果，結(jié)合噴淋后煙煤粉塵的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，所形成的網(wǎng)狀衍生物緊密包裹著每一個(gè)粉塵顆粒，具有除團(tuán)聚作用外良好的潤(rùn)濕性，使得煤粉顆粒之間連接更加致密；經(jīng)過0.05wt%XTG處理后的煤粉樣品，團(tuán)聚體表現(xiàn)為球狀，團(tuán)聚結(jié)構(gòu)緊密、致密，煤塵附著性強(qiáng)^[17]。

黃原膠溶液在氫鍵作用下，黃原膠液滴對(duì)煙煤顆粒形成較大粘結(jié)力，由于黃原膠溶液潤(rùn)濕性差，無(wú)法滲透煤塵，在煤塵樣品表面形成明顯固結(jié)層。復(fù)合試劑中SDBS改變了XTG分子的聚集特性，改善復(fù)合溶液的流動(dòng)性，提高霧滴對(duì)煙煤粉塵的鋪展?jié)櫇衲芰Γㄟ^運(yùn)動(dòng)與相鄰的液滴聚合，達(dá)到對(duì)煤粉滲透潤(rùn)濕團(tuán)聚的效果^[25]。

2.4 風(fēng)速變化結(jié)果Fluent數(shù)值模擬結(jié)果及Z=0.5 m的XY平面巷道風(fēng)流場(chǎng)風(fēng)速變化云圖，如圖6所示。從圖6（b）可知，在水平方向上，風(fēng)流以5.8 m/s經(jīng)進(jìn)風(fēng)口速度進(jìn)入，隨著水平距離增加，風(fēng)速逐漸減小。

風(fēng)流從擴(kuò)散風(fēng)筒進(jìn)入巷道，截面面積變化，在進(jìn)入巷道內(nèi)后風(fēng)速迅速減小，在達(dá)到巷道尾部時(shí)風(fēng)速明顯下降。經(jīng)過巷道尾部進(jìn)入出風(fēng)口位置時(shí)，由于出風(fēng)口截面面積減小，使得風(fēng)流聚集，在出風(fēng)口處風(fēng)速增大。在垂直方向上，風(fēng)速由中間向兩邊變化逐步遞減，在整個(gè)巷道風(fēng)速變化規(guī)律中，貼壁風(fēng)速始終無(wú)變化。利用風(fēng)速儀進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，模擬各點(diǎn)位風(fēng)速與實(shí)際風(fēng)速測(cè)量結(jié)果如圖7所示。從圖7可知，實(shí)驗(yàn)測(cè)量風(fēng)速變化規(guī)律與數(shù)值模擬同點(diǎn)位風(fēng)速變化規(guī)律相同，水平位置從進(jìn)風(fēng)口至巷道尾部風(fēng)速逐漸減小。

1^#點(diǎn)測(cè)量風(fēng)速4 m/s，5^#點(diǎn)測(cè)量風(fēng)速2.1 m/s，風(fēng)速變化52.5%；模擬風(fēng)速最大風(fēng)速值4.13 m/s，最小風(fēng)速值2.27 m/s，風(fēng)速變化46.1%。巷道風(fēng)速變化規(guī)律滿足粉塵運(yùn)動(dòng)需求且與現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速規(guī)律相吻合。

根據(jù)巷道風(fēng)速模擬測(cè)量變化規(guī)律結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)情況結(jié)合，最終選擇距巷道尾部0.7 m處即4^#點(diǎn)位處作為風(fēng)速基準(zhǔn)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)使用風(fēng)速0.5 m/s。

根據(jù)風(fēng)速0.5 m/s對(duì)巷道全塵粉塵濃度分布情況進(jìn)行測(cè)定，前采樣器測(cè)得濃度為47 mg/m³，后采樣器測(cè)得濃度為40 mg/m³，巷道平均全塵粉塵濃度43.5 mg/m³。

2.5 噴霧霧化特性影響分析3種噴嘴在1 MPa壓力下霧化狀態(tài)如圖8所示，不同霧化狀態(tài)對(duì)抑塵效果影響如圖9所示。

從圖9可知，使用復(fù)配試劑作為噴霧介質(zhì)進(jìn)行降塵對(duì)比，3種噴頭降塵效率表現(xiàn)不同的效果。A1^#噴嘴噴霧降塵前粉塵濃度35 mg/m³，噴霧降塵后粉塵濃度12.5 mg/m³，降塵效率為64.29%；A2^#噴嘴噴霧降塵前粉塵濃度35 mg/m³，噴霧降塵后粉塵濃度5 mg/m³，降塵效率為85.71%；B1^#噴嘴噴霧降塵前粉塵濃度35 mg/m³，噴霧降塵后粉塵濃度11.67 mg/m³，降塵效率為66.67%。結(jié)果表明，A2^#噴嘴降塵效果表現(xiàn)最佳。

分析霧場(chǎng)影響全塵降塵效果因素，將A1^#與 A2^#噴嘴對(duì)比，A2^#較A1^#降塵效率高21.42%。2個(gè)型號(hào)噴嘴噴霧場(chǎng)均為實(shí)心圓錐型霧場(chǎng)，其中A1^#噴射角度為65°，A2^#為120°。降塵實(shí)驗(yàn)時(shí)在霧場(chǎng)角度影響下，廣角噴嘴形成霧場(chǎng)面積更大，與粉塵顆粒碰撞并進(jìn)行粉塵捕捉范圍增加，霧場(chǎng)空白面積較小，因此降塵效率提高。對(duì)A2^#噴嘴與B1^#噴嘴對(duì)比，兩者噴射角度均為120°，但降塵效率相差19.04%。其主要原因?yàn)锽1^#噴嘴為空心霧場(chǎng)，霧場(chǎng)噴霧顆粒數(shù)量較少，與煤塵顆粒碰撞幾率下降，有效捕塵面積減少。因此，實(shí)心霧場(chǎng)A2^#噴嘴全塵粉塵降塵效率更高。

通過對(duì)A1^#與B1^#噴嘴對(duì)比，兩者降塵效率相差2.4%。由于B1^#噴嘴流量為9.5 L/min，A1^#噴嘴流量為8.7 L/min，噴霧流量相近，因此兩者雖霧場(chǎng)狀態(tài)相差較多但抑塵效率接近。 綜合考慮各霧場(chǎng)參數(shù)抑塵實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，選用A2^#噴嘴作為實(shí)驗(yàn)霧場(chǎng)噴霧載體。

2.6 噴霧溶液降塵性能對(duì)比分析噴霧溶液對(duì)降塵效果影響如圖10所示，不同溶液作為噴霧介質(zhì)降塵效果表現(xiàn)不同。水溶液降塵效率為42.86%，0.05wt%SDBS溶液降塵效率為61.54%，0.05wt%XTG溶液降塵效率為45.45%，復(fù)合試劑降塵效率為85.71%。

同時(shí)對(duì)采取降塵措施前后粉塵濃度對(duì)比，采取降塵措施前，前粉塵采樣器測(cè)得全塵濃度為47 mg/m³，后采樣器測(cè)得全塵濃度為40 mg/m³；采用復(fù)配抑塵劑降塵措施后，前采樣器全塵濃度35 mg/m³，后采樣器全塵濃度5 mg/m³。通過對(duì)比，前采樣器全塵粉塵濃度下降25.5%，后采樣器全塵粉塵濃度下降81.25%，噴灑復(fù)配抑塵劑與未采取措施時(shí)相比，降塵效果明顯，且對(duì)前后粉塵濃度均有改善作用。從圖10可知，在同一抑塵條件下，復(fù)配團(tuán)聚試劑抑塵效率比水、0.05wt%XTG，0.05wt%SDBS分別增加了42.85%，40.26%，24.17%。表面活性劑SDBS溶液能夠改變煤體的表面自由能增加對(duì)煤塵的潤(rùn)濕作用，提高液滴對(duì)煤塵的沉降捕捉效果，實(shí)現(xiàn)高效降塵。在復(fù)配試劑中，表面活性劑會(huì)促進(jìn)液體橋的形成，使得煙煤粉塵在粘結(jié)力的作用下分布在液滴表面，從而促進(jìn)煤塵的團(tuán)聚和沉降。因此，復(fù)配試劑在改善潤(rùn)濕性的同時(shí)，還能有效改善團(tuán)聚特性，實(shí)現(xiàn)煙煤粉塵的聚集沉降，減少二次揚(yáng)塵的發(fā)生，控制工作環(huán)境中的煙煤粉塵濃度，有效增加了噴霧的降塵效率。

3 結(jié) 論

1）復(fù)配團(tuán)聚抑塵劑靜態(tài)抑塵效果明顯。復(fù)配試劑能快速滲透煤塵，通過表面活性劑特性提高對(duì)煤粉的潤(rùn)濕作用，在SDBS與XTG的相互作用下，改善對(duì)煤粉的團(tuán)聚作用效果，形成更致密團(tuán)聚體，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤塵的潤(rùn)濕團(tuán)聚作用。

2）模擬巷道水平位置風(fēng)速?gòu)倪M(jìn)風(fēng)口至巷道尾部風(fēng)速逐漸減小，確定模擬工業(yè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)風(fēng)速為距巷道尾部0.7 m處0.5 m/s。復(fù)配抑塵劑降塵效率受噴嘴霧化角度影響，廣角實(shí)心噴嘴在流量相同的條件下降塵效率更高。3）復(fù)配抑塵劑在動(dòng)態(tài)降塵過程中，能夠有效提高全塵粉塵降塵效率，復(fù)配試劑降塵效率相較水及SDBS，XTG單體分別增加了42.85%，40.26%，24.17%，復(fù)配抑塵劑全塵降塵效率可達(dá)85.71%，與未采取措施時(shí)巷道全塵粉塵濃度對(duì)比，前采樣器全塵粉塵濃度下降25.5%，后采樣器全塵粉塵濃度下降81.25%。根據(jù)結(jié)果可知，復(fù)配溶液間的增效作用會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)煤塵顆粒間固體橋的形成，通過氫鍵作用提高捕塵效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤塵的潤(rùn)濕團(tuán)聚作用，改善對(duì)煤粉的團(tuán)聚作用效果。因此，復(fù)配試劑能有效抑制煤塵的產(chǎn)生和擴(kuò)散。

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