2023年干喷法锚喷工艺产尘机理及降尘对策

PAGEPAGE6干喷法锚喷工艺产尘机理及降尘对策随着矿井机械化程度的不断提高，煤矿矿尘危害日趋突出。煤矿粉尘的危害性不仅表现在易发生煤尘或瓦斯煤尘爆炸事故，影响作业平安并危害矿区周围的生态环境；还表现在易引起工人患尘肺病。据不完全统计，2005年卫生部共收到尘肺病病例报告9173例，矽肺和煤工尘肺仍是最主要的尘肺病，分别为4358和3967例，两者共占尘肺病例总数的90.8%；尘肺新病例主要来自煤炭行业4477例，占48.80%。统计资料说明平均年死于尘肺病者比同期井下工人伤亡人数高一倍左右；煤炭行业尘肺病患者数呈增长趋势，一大批工人将因此丧失劳动能力，影响了煤炭行业的开展。因此，了解矿尘的根本特性和煤矿产尘规律，认真做好煤矿防尘工作，控制尘肺病发病率和煤尘爆炸事故，对于加强煤矿劳动保护、搞好平安文明生产、加速我国煤炭工业持续稳定地开展具有重要的现实意义。喷射混凝土技术应用近年来得到迅速开展，目前国内矿山锚喷普遍采用干喷法施工工艺。该工艺具有设备简单、移动方便、输送距离长等优点而被广泛采用；但其回弹率高、粉尘大、对施工人员和环境危害大等缺点。我国锚喷作业的粉尘浓度，当采用干喷法时一般为150mg/m3左右，少数到达400mg/m3左右，个别到达1000mg/m3，远远超过国家规定的20mg/m3(游离SiO2浓度lt;5%)的标准。干喷法工艺流程是将水泥、砂子、石子按一定比例混合成干拌和料后，用强制式拌和机拌和均匀，再投入到干式喷射机内用压缩空气输送到喷头，在喷头处加人水混合之后，以一定的压力、距离喷射到受喷面上。干喷法喷射混凝土施工中回弹率高，材料消耗增加，并因粗集料损失改变既定配合比，影响喷层强度；粉尘含量高，恶化作业环境影响工人健康，速成为困扰喷射混凝土技术开展的两大难题。1产尘机理干喷施工工艺下，锚喷产尘的主要影响因素主要是以下几个方面：(1)锚喷过程中形成的气料三相高速射流影响粉尘的产生。水泥、石子、砂子按配合比拌合成三相物料在喷枪处加水水化成混凝土团粒。喷射物料中的粉尘从喷浆机进入输送管道，利用压缩空气作为动力，从喷浆口喷出的过程中。喷射所产生的高速气流以及卷吸作用会破坏在空气运动过程中团粒的粘结，和空气中的粉尘一起形成物料气体双相流。强大的气流也会对混凝土团粒产生破坏作用。喷射过程中所形成的紊流射流的横向掺混作用强烈，在射流边界上的气体与周围气体发生动量交换、把周围气体带到射流中，随同射流一起流动，即所谓的卷吸作用，从而使射流的横断面及流量沿射程方向不断增加，形成圆锥型流场。由于动量交换，产生的高速气流会破坏团粒的粘结，并和空气中的粉尘一起形成物料气体双相流，从而造成锚喷粉尘污染源的产生。由于紊流的间歇现象(intermittency，即在流动中，某一点测得的流速在一段时间是脉动的而在另一段时间中测不到流速脉动)，在接近射流边缘处的间歇系数甚小，而在射流中心局部，射流流动全呈现脉动。在此流场中水泥、砂子和石子三相物料的粒径和重量不同，由于圆形射流紊动特性，悬浮的速度，输送速度和所受的力也不同，导致颗粒的直射、折射和旋转，产生三相物料的团粒分崩离析，气流含尘量高，质量大的石子携带的动能也大，造成回弹，产生粉尘。对于该壁面射流，水泥、石子、砂子水化成的混凝土团粒高速到达受喷外表时，与巷道外表或已附着的混凝土发生碰撞，团粒结构破坏，产生粉尘。(2)锚喷粉尘自身的特点，容易造成粉尘的产生和扩散。料气双相流冲击喷枪口，空间变大，速度骤然降低，气流对物料的携带能力也随之下降，局部物料沉落；另外，未被湿润的微小物料颗粒，在高压气流的吹动下，被气流吹起，造成回弹并产生粉尘。矿尘尘粒粒度越小，质量就越小，矿尘外表积就越大，吸附空气的能力也比拟强。这样在矿尘的外表就会形成一层空气膜，使得这种粒径小、质量小的矿尘不易沉降，可以常时间悬浮在井下空气中。在煤矿具体条件下，各种不同粒径的矿尘的悬浮情况，除受矿尘尘粒的密度和矿尘分散度因素影响外，还受到空间和风流方向的影响。在通常情况下，风速越高，悬浮的尘粒数量就越多，尘粒就越大。悬浮于空气中的矿尘，如果存在浓度差异，那么矿尘往往就会从高浓度区域向低浓度区域扩散移动，具有趋向于浓度均匀化，这种特性称为矿尘的扩散性。由于矿尘的这些特性，给锚喷粉尘的防治工作造成了一定影响。对锚喷粉尘的控制应该充分利用粉尘的各种性质，从而实现降尘的目的。(3)操作工艺的影响。在锚喷过程中，操作人员对水量大小的控制将直接影响着锚喷粉尘的产尘量。不同人员，不同地点，不同环境，对于锚喷物料水量的控制都不一样，这样就造成了锚喷过程中产尘的不稳定。喷枪口在喷射时所做的圆周或上下运动与锚喷自由射流所形成了复合流动――旋动射流。该射流流动更为复杂。旋动射流有一切向速度(旋转速度)，使喷嘴内的流体旋转起来，这样从喷嘴射出的流体就具有切向速度分量。除了无旋动射流中存在的轴向、径向速度分量外，旋转速度(切向速度)使径向、轴向产生压力梯度并影响整个射流。旋动射流射出后在周围环境流体中的扩展比相应的无旋动普通流体快，其卷吸能力、掺混作用、轴线速度的衰减比普通射流大。这样就极大的促进了锚喷粉尘的产生。在实际生产条件下，由于风流、热源、机械设备运转及人员操作等因素的影响，微细粉尘的沉降速度更慢。微细粉尘难以沉降，给降尘工作带来了不利因素。 上一页12下一页 内容总结

〔1〕干喷法锚喷工艺产尘机理及降尘对策

随着矿井机械化程度的不断提高，煤矿矿尘危害日趋突出

〔2〕该工艺具有设备简单、移动方便、输送距离长等优点而被广泛采用

〔3〕但其回弹率高、粉尘大、对施工人员和环境危害大等缺点

〔4〕水泥、石子、砂子按配合比拌合成三相物料在喷枪处加水水化成混凝土团粒

〔5〕喷枪口在喷射时所做的圆周或上下运动与锚喷自由射流所形成了复合流动――旋动射流

内容总结

（1）干喷法锚喷工艺产尘机理及降尘对策

随着矿井机械化程度的不断提高，煤矿矿尘危害日趋突出

（2）该工艺具有设备简