泡沫降尘技术及装备中国矿业大学全国防尘技术现场会

中国矿业大学矿用泡沫降尘技术及装备中国矿业大学任万兴博士、副教授内容提纲一、研究背景二、技术内容及特点三、现场应用及效果四、推广情况及成果一、研究背景粉尘灾害已经成为影响煤炭工业快速发展的潜在危机；截止到2010年底，全国累计报告尘肺病676541例，死亡149110例，死率为22.04%；煤炭行业尘肺病检出率高达7.2%；截止2013年底,全国累计尘肺病约75万例,其中煤炭行业尘肺病患者占50%以上；我国煤矿每年有5.7万人患上尘肺病，因尘肺病死亡的达6000余人，是安全生产事故死亡总人数的6倍；煤炭行业每年因尘肺病造成直接经济损失达100亿元以上，间接损失在200-300亿元。1、立项背景据不完全统计，自2000年以来全国发生特大煤尘爆炸的事故有15起，造成960多人死亡。事故时间事故煤矿死伤人数事故类型2000年9月27日贵州水城木冲沟煤矿死亡162人，受伤37人瓦斯、煤尘爆炸2001年7月22日徐州贾汪岗子五副井死亡92人煤尘爆炸2001年8月20日枣庄市西夹埠煤矿死亡13人煤尘爆炸2001年12月27日山东新汶汶南煤矿死亡22人，受伤24人煤尘爆炸2003年5月13日淮北芦岭煤矿死亡86人，受伤28人瓦斯、煤尘爆炸2003年10月21日内蒙古乌海骆驼山矿死亡6人煤尘爆炸2004年5月18日山西吕梁蔡家沟煤矿死亡33人煤尘爆炸2005年2月14日辽宁阜新孙家湾煤矿死亡214人瓦斯、煤尘爆炸2005年11月27日黑龙江七台河东风煤矿死亡146人瓦斯、煤尘爆炸2006年10月29日新疆建设兵团某矿死亡14人煤尘爆炸2006年2月24日山东枣矿集团联创公司死亡15人，受伤12人瓦斯、煤尘爆炸2007年4月16日河南平顶山王庄煤矿33人失踪煤尘爆炸2007年12月7日山西洪洞县新窑煤矿死亡105人煤尘爆炸2008年5月21日山西阳泉地区万隆矿死亡5人，受伤1人煤尘爆炸2009年3月10日山东朱留店煤矿死亡18人，伤51人煤尘爆炸一、研究背景1、立项背景除尘技术优点缺点煤层注水1、煤体湿润均匀；2、有利于瓦斯治理。1、设备复杂、工程量大、一次性投入大；2、耗水量大，容易恶化工作面环境；3、存在封孔工艺及注水方法的难题，降尘效率低。喷雾除尘1、设备简单，占地空间小；2、造价低、维修费用低。1、多数煤尘具有疏水性，水的表面张力大，煤尘不易被水完全润湿和捕捉；2、除尘效率低，尤其对呼吸性粉尘；3、耗水量大、喷洒的水容易恶化工作面环境；4、喷头容易堵塞。降尘器除尘除尘效率高1、设备自身结构复杂、体积大、笨重；2、处理风量有限，满足不了工作面的需要。通风除尘成本低除尘效率低，易造成二次污染一、研究背景针对煤矿井下防治粉尘灾害的迫切需求和现有技术的不足，开展泡沫降尘技术的研究具有重要意义。二、技术内容及特点针对矿尘难以被水湿润的现象，研究发泡和湿润能力强的泡沫降尘添加剂；针对泡沫需要连续制备的需求，研发能够瞬时发泡的泡沫降尘设备；针对泡沫如何降尘的难题，研制泡沫降尘新工艺并研制可任意调节角度的泡沫喷头；为了方便井下应用，设计包含泡沫输送、泡沫制备和泡沫立体喷撒的一体化泡沫降尘系统。技术内容05101520250.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1发泡剂含量（％）湿润时长（min）BAC024681012140102030405060708090100A组分含量（％）湿润时长（min）00.511.522.530102030405060708090100A组分含量（％）湿润时长（min）024681012140102030405060708090100B组分含量（％）湿润时长（min）A＋BA＋CB＋C100～150目1、泡沫添加剂的研制湿润性能实验010203040500.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1发泡剂含量（％）湿润时长（min）B复配AC200目05101520250.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1发泡剂含量（％）湿润时长（min）B复配AC150~200目051015200.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1发泡剂含量（％）湿润时长（min）B复配AC100~150目051015202530350.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1发泡剂含量（％）湿润时长（min）B复配AC80~100目05101520250102030405060708090100B组分含量（％）泡沫高度（cm）05101520250102030405060708090100A组分含量（％）泡沫高度（cm）05101520250102030405060708090100A组分含量（％）泡沫高度（cm）051015202500.10.20.30.40.50.60.70.80.9发泡剂添加浓度（％）泡沫高度（cm）B＋CA＋CA＋B发泡性能实验1、泡沫添加剂的研制相同条件下，含有添加剂的水对粉尘的湿润速度是纯水的1480倍!研制出了发泡能力强，无毒无害，安全环保，且能迅速提升粉尘表面湿润性能的添加剂。请看对比实验视频1、泡沫添加剂的研制江苏省疾控中心检验结果为无毒级贵州省疾控中心检验结果为无毒级添加剂将水形成的泡沫具有很好的粘性，粉尘一旦和泡沫接触将会迅速被泡沫黏附，而被泡沫液膜中的泡沫液湿润，进而沉降。1、泡沫添加剂的研制2、泡沫降尘设备的研制设备特点：以水流和压风为动力，不含电气元件，具有本质安全、维护方便的优点。发泡阀块加料阀块添加剂箱压力分布速度分布采用CFD技术研究了关键结构及其尺寸大小对发泡器内部压力和速度分布的影响。泡沫喷头泡沫作用范围粉尘轨迹粉尘轨迹切割滚筒煤壁截齿的运动轨迹煤壁切割滚筒粉尘轨迹粉尘轨迹截齿运动轨迹3、降尘工艺及泡沫喷头的研制1）降尘工艺的确定根据井下粉尘产生的特点，利用泡沫覆盖的原理，改变传统的被动降尘为主动抑尘。要实现该功能，泡沫喷头是关键，其喷洒的泡沫必须能完全罩住尘源。3、降尘工艺及泡沫喷头的研制2）泡沫喷头的研制0246810120.10.20.30.40.50.60.7流量/m3/h压力/MPa10mm11mm12mm13mm14mm4060801001201400.10.20.30.40.50.60.7扩散角/°压力/MPa10mm11mm12mm13mm14mm0246810120.10.20.30.40.50.60.7流量/m3/h压力/MPa2mm3mm4mm5mm6mm0204060801001200.10.20.30.40.50.60.7扩散角/°压力/MPa2mm3mm4mm5mm6mm0246810120.10.20.30.40.50.60.7流量/m3/h压力/MPa7mm8mm9mm10mm11mm开口宽度d1对扩散角的影响0204060801000.10.20.30.40.50.60.7扩散角/°压力/MPa7mm8mm9mm10mm11mm切深对扩散角的影响开口宽度d2对扩散角的影响泡沫喷头的内表面为半椭球面，头部是一个V型槽，V型槽的两个斜面有一定的圆弧，并关于喷头轴线对称，形成带有内凸圆弧状的狭长的喷口。四个关键参数：入口直径D(mm)；V型槽中间宽度d1(mm)；V型槽两端宽度d2(mm)；V型槽切身h(mm)；3、降尘工艺及泡沫喷头的研制2）泡沫喷头的研制泡沫喷头的特点：流量大，喷射距离远；分散均匀，能够准确定位产尘点；扩散范围广，覆盖面宽；不堵塞、不脱落、角度可以任意调节。具有很好的覆盖性能如动画所示，喷洒出的泡沫能形成无空隙的泡沫体罩住尘源，使综掘机的截齿在泡沫体内完成对煤岩的切割，从根本上阻止粉尘向外界扩散；传统的方法是在粉尘扬起之后再使其沉降，属于被动捕获；而泡沫降尘是利用覆盖的原理防治粉尘扬起，属于主动抑制。3、降尘工艺及泡沫喷头的研制系统特点不含电气元件，依靠水的动力按照比例添加发泡剂；控制方便、操作简单；没有运动部件，不易损坏，维护简便。系统构成泡沫降尘设备（包含：加料阀块、发泡阀块、添加剂箱、风水联动阀门）泡沫喷头和喷头支架泡沫分配器快速连接管件4、发明了煤矿井下泡沫降尘系统系统流程图压缩空气泡沫降尘设备水管泡沫喷头添加剂泡沫分配器4、发明了煤矿井下泡沫降尘系统泡沫降尘设备泡沫分配器泡沫喷洒机构接水管接风管泡沫降尘系统安装过程动画视频4、发明了煤矿井下泡沫降尘系统泡沫具有高效的降尘特点：覆盖性能好，形成无空隙的泡沫体罩住尘源，阻止粉尘向外界扩散，变被动降尘为主动抑尘；接触面积大，泡沫群总表面积大，增加了与尘粒的碰撞几率；湿润速度快，泡沫的液膜中含有发泡剂，增加了粉尘被湿润的速度；黏附性能好，泡沫具有很好的粘性，增加了泡沫和粉尘的黏附效率。二、技术内容及特点应用过程中有如下特点：适用范围广，不需要高压水；设备安装方便，操作维护简单。技术特点应用工况：有稳定的水流，掘进工作面的流量为1m3/h，综采工作面2～3m3/h，压力0.4～0.7MPa；有稳定的压风，流量为40～80m3/h，压力0.4～0.7MPa。耗水量（m3/h）泡沫倍数产泡量（m3/h）添加剂使用比例（％）1～230～5030～1000.5～1%技术参数：压缩空气抑尘设备水管泡沫喷头专用液泡沫分配器工艺流程：三、现场应用及效果采一区采二区采三区四采四区21129运输巷22203外上山13121回风巷141822运输巷21108运输巷22187运输巷13121运输巷10123回风巷21129回风巷22182回风巷13185回风联络巷10123运输巷22189运输巷22182运输巷141822回风巷运输石门22189回风巷22152运输巷157运输巷21157运输巷157回风巷21157回风巷1811瓦斯治理巷21128运输巷山脚树矿应用地点统计山脚树矿粉尘在线监测显示泡沫降尘的效果本项目研究成果先后在盘江精煤公司5个矿的50多个采掘工作面进行了应用，取得了显著的降尘效果。三、现场应用及效果21129回风巷的应用掘进机工作时泡沫抑尘效果图泡沫抑尘技术停用2分钟后效果图有效降低了粉尘浓度，提高了工作面的能见度；提高生产效率，有利于巷道中心控制，提高断面成形质量；减少降尘水对底板的影响，避免掘进机趴窝，有利于掘进机效率的发挥和煤炭水份控制。三、现场应用及效果综掘工作面水雾降尘效果综掘工作面泡沫降尘效果请观看录像三、现场应用及效果金佳矿综采工作面的应用2014年1月，国家安全生产监督管理总局职业安全卫生研究中心任意选取了4个采掘工作面进行了降尘效果的现场测试。在金佳煤矿11181综采工作面应用时，分别在回风隅角处、回风隅角回风侧5米处、回风隅角回风侧10米处设置粉尘浓度检测装置，每个地点每种降尘措施检测两次粉尘浓度。综采工作面总粉尘平均浓度柱状图综采工作面呼吸性粉尘平均浓度柱状图三、现场应用及效果050100150200250300350400回风隅角回风隅角回风侧5米处回风隅角回风侧20米处综采工作面总粉尘平均浓度mg/cm3泡沫除尘水喷雾未采取措施020406080100120140160180200回风隅角回风隅角回风侧5米处回风隅角回风侧20米处综采工作面呼吸性粉尘平均浓度mg/cm3泡沫除尘水喷雾未采取措施金佳矿综掘工作面的应用金佳矿11225回风巷掘进工作面应用时，国家安全生产监督管理总局职业安全卫生研究中心对应用效果进行了监测。检测人员分别在掘进机司机处、掘进机司机处回风侧10米处、掘进机司机回风侧20米处三处设置粉尘浓度检测装置，每个地点每种降尘措施检测两次粉尘浓度。综掘工作面总粉尘平均浓度柱状图综掘工作面呼吸性粉尘平均浓度柱状图三、现场应用及效果050010001500200025003000掘进机司机处掘进机司机回风测10米掘进机司机回风测20米综掘工作面总粉尘平均浓度mg/cm3泡沫除尘未采取措施0200400600800100012001400掘