c070101混凝土喷射作业中化学抑尘技术的试验研究

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1、混凝土喷射作业中化学抑尘技术的试验研究张少波】于景泉2【1.煤炭科学研究总院南京研究所，江苏南京210018;开滦（集团）煤业公司，河北唐山063018】摘要分析了喷射混凝土作业中提高粉尘湿润效率的机理；以非离子表面活性剂和功能高分子材料为主要成分配制了三种湿润剂样品；利用正向渗透湿润试验、沉降试验对其湿润性能进行了测试和评价；考察了湿润剂对混凝土材料流动性、凝结时间和强度的影响。认为化学抑尘方法可提高水对微细粉尘的湿润效率且对混凝土材料有较好的适应性，因而可成为煤矿井下喷射混凝土作业中新的、有效的抑尘技术。关键词喷射混凝土化学抑尘机理湿润剂湿润性能对混凝土材料的适应性煤矿井下

2、混凝土喷射作业产生大虽粉尘，多年来主要围绕喷射机具和工艺开展研究以提高降尘效果，比如发展潮喷、湿喷技术减轻粉尘危害或解决喷射粉尘问题。但或是未达到国家锚喷支护技术标准对粉尘浓度的要求⑴，或是尚处于研究阶段，均未达到理想地降尘目的。在喷射机旁配置除尘器町以强化除尘效果⑵，但只对50“/〃以上粒径的尘粒有效，对于小于10〃刃以下粒径的呼吸性粉尘效果不佳。资料检索表明⑶⑷：化学抑尘方法是物理除尘技术之外另一种粉尘防治技术。英、美、苏等国早在20壯纪20〜40年代即将其用于煤矿井下防尘除尘;我国则于20世纪70年代末开始此类研究。目前，国内外化学抑尘技术研究成果呈增长趋势，但国内针对一

3、般人气粉尘开展的研究较多，围绕煤矿粉尘防治开展的研究较少。针对■喷射混凝土作业中降尘方而的研究几近空白（国外成果3例，国内仅1例⑸）。因此，有必耍开展混凝土喷射作业中的化学抑尘技术研究。木文对混凝土喷射作业时的化学抑尘机理、湿润剂主要组分选择、湿润剂湿润性能及对混凝土材料的适应性能进行了试验和分析，得出了初步结论。1混凝土喷射时的化学抑尘机理1.1混凝土喷射时喷头粉尘状态分析⑸采用干喷或潮喷方式喷射混凝土时，拌合水主耍在喷头处与干料混合，水、料接触时间短，水、料拌合均匀度差。未拌合均匀的水、料混合物即被高压空气输送出喷出口，产牛剧烈体积膨胀，从而把未润湿的干水泥粉和已润湿的湿水

4、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。山于界血张力的影响，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湿润和尘粒的凝聚，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。在静空气屮，10〜100〃/〃粒径的水泥干尘呈加速沉降状态，而105粒径以下干尘则呈等速沉降或不沉降状态。干尘变为湿尘后，沉降趋势会大大增加。因此，设法提高干尘（尤其是微小干尘）的湿润比率对于提简降尘效率具有重要意义。1.2喷射过程中液滴捕获尘粒并沉降过程在一个混凝土潮式喷射系统中，喷射时液滴捕获尘粒并从空气中分离（

5、沉降）的全部直接因素口J采用故障树分析法予以分析。将液滴捕获粉尘并使粉尘从空气中分离出來作为顶上事件，那么与此相关的事件就包括：干尘粒和液滴、干尘粒与湿尘粒之间发生碰撞；干尘粒易于被湿润；液滴能够湿润干尘粒或湿润效率提高；小直径湿牛•粒能够凝并沉降。各事件关系为逻辑与门关系（图l）o粉尘被液滴湿润现致含尘液滴尺度大于临界沉降液滴尺度粉尘颗粒能向液演表面進近粉尘颗竝易于湿润粉丕颖粒陷入液滴中（具有湿润能力）如果含尘肢滴直径小于临界沉降宜径，含尘液滴需进二步携琲頂.沉降第一步第二步第三步第四步图1液滴捕获尘粒过程润湿是一种流体从固体表而置换另一种流体的过程，置换过程分为三种类型，U

6、U：沾湿、浸湿和铺展。因此，如果能够提高尘粒向液滴或湿尘粒表而的靠近速度和液滴宦湿尘粒粘住粉尘的效率，降低粉尘陷入液滴及含尘液滴凝并和吸尘的难度，液滴捕获尘粒并从气体中分离出來的效率就会大大提高。尘粒向液滴表血的靠近速度与喷射工艺有关；而尘粒的易湿性和拌合水的湿润效率提高则需改变尘粒和液滴的表血性能予以实现。1.3化学抑尘基本理论及主要技术途径分析界而理论表明⑶，沾湿、浸湿和铺展三种湿润现象发生的热力学条件可分别由式（1）〜(1)(2)（3）來表达:=-AG=乙+/lg-人W’=-AG=ysg-yslS=7G=ysg+Zlg-7sl-2Zlg=巴-VV.（3）式屮：巴、叱、和S

7、分别为固-液界面粘附能、浸润能、液体的内聚能和液体在固体表面上的铺展系数；人、.和乓分别是单位面积固-液、固-气和液-气的界面张力。式（1）〜（3）表明：汕越小，上述三种湿润现象均易发生；若:W“、叱、SN0,则沾湿、铺展过程可自发进行；肖固体的表血自山能比固-液的界血自山能大时，浸湿过程也可H发进行。热力学条件的定量判断，可通过扬氏方程将液体在固体上的接触角与润湿热力学条件结合来实现：rsg=rsl+/igcoso⑷式小：0为液滴在固体表面上的接触角。将式（4）代入式（1）〜（3）,可得三