综掘工作面表面活性剂的降尘工艺与应用.pdf

8 6 童 堪晨 舛枝 2 0 1 5 年 第 5 期 综掘工作面表面活性剂的降尘工艺与应用 王玉海 ，王 丹 ，韩 磊 I ． 山西汾河焦煤股份有限公司，山西 临汾0 4 1 0 0 0 ； 2 ． 山东科技大学矿业与安全工程学院，山东 青岛2 6 6 5 9 0 摘要为了降低煤矿开采过程 中产生的粉尘浓度，针对烷基酚聚氧乙烯醚 O P l O 、S A S 、B S 一 1 2 和 F C - 4四种表 面活性卉 】 溶液，利用J K 9 9 C型全自动表面张力仪，测定在 6中浓度下表面活性剂的表面张力，确定质量浓度0 ．0 5 ％ 为其 C i v i C。 对6 种单体两两复配后的溶液试验， 优选出降尘配方是质量浓度为0 ． 0 5 ％的烷基酚聚氧乙烯醚和S A S 混合复配溶液。 将此 配方应用于 山西 焦煤 霍州煤电集 团汾河公 司三交河煤矿 2 - 5 0 8 巷综掘 工作面 中，各个工序 全部 测尘点的平均全 尘和 平均呼 尘降 尘率分别提 高了 2 5 ％ 左右 ，全尘及 呼尘降尘率达到 9 0 ％ 左右。 关键词表 面活性剂接触 角 表面张力 降尘率 中图分类号T D7 1 4 ． 4 文献标识码B d o i 1 0 ．3 9 6 9 6． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 5 ． 0 5 ． 4 2 T e c h n o l o g ya n d Ap p l i c a t i o no f Du s t S u p p r e s s i o no HS u r f a c e Ac t i v e Ag e n t s i nCo mp r e h e n s i v e t u n n e l i n g wo r k i n g f a ce Wa n gY u h a l ， Wa n gDa I 1 2 ， Ha nL e i 1 ． F e n h e r i v e r i n S h a n x i c o k i n g c o a l c o r p o r a t i o n ， S h a n x i F e n h e 0 4 1 0 0 0 ； 2 ． C o l l e g e o f Mi n i n g S a f e t y E n g i n e e r i n g , S b a n d o n g U n i v e r s i tyo f S c i e n c e T e c h n o l o g y , S h a n d o n g Q d a o 2 6 6 5 9 0 Ab s t r a c t I n o r d e r t o r e d u c e t h e c o n c e n t r a t i o n o f d u s t p r o d u c e d i n the p r o c e s s o f c o a l mi n i n g ， f o r OP 一 1 0 ， S AS ， BS 一 1 2 a n dF C- 4f o u r k i n d s o f s u r f a eta n t s o l u t i o n ， u s i n g J K9 9 C a u t o ma t i c s u r f a c et e n s i o ni n s t r u me n t t o d e t e r mina t ethe s u r f a c e t e n s i o n u n d e r 6 c o n c e n t r a t i o n s u r f a cta n t ． d e t e r mi n ing t h e ma s s c o n c e n tra t i o n O fO ． O 5 ％ f o r the CMC． Au tho r ma k e s e x p e r i me n t wi t h 6 kin d s o fmo n o me r s mi x e d s o l u t i o n ． fi n d i n g the o p t i ma l f o rm u l a t i o n s也a t a l e s u i t a b l e f o r d u s t c o n c e n t r a t i o nwa sO ．0 5 ％ OP- 1 0 a n dS ASmi x e d c o mb i n a t i o n s o l u t i o n ． Ap p l yt h i sf o rm u l a to S h a n x i c o k ing c o a l in Hu o z h o u c o a l e l e c t r i c i t y g r o u p c o mp a n y o f f e n h e R i v e r i n S a n j i a o h e 2 - 5 0 8 2 i n f u l l - me c h a n i z e d e x c a v a t i o n c o a l mi n e ， a v e r a g et o t a l du st a n ddu std u s t r e d u c t i o n r a t e si n c r e a s e d o n a v e r a g eb y a b o u t 2 5 ％ in a l l me a s u r i n gp o i n t wi t h e a c hp r o c e s s ， a l l du standthedust f o r d u st s u p p r e s s i o nr a t e o f 9 0 ％ p er c e n t ． Ke ywo r d s s u r f a c e a c t i v e a g ent s c o n tac t a n g l e s u r f a c et en s i o n du str e d u c fi 0 nr a t e l 表面活性剂的除尘机理及特性研究 在喷雾系统中，液滴和尘粒之间的碰撞对抑制 粉尘才是有效的。矿山防尘措施中，在水中添加表 面活性剂的方法来提高水的捕尘能力 ，从而减少防 尘中的用水量。而在矿井防尘用水中加入表面活性 剂 ，可降低溶液的表面张力 ，改善其润湿性，因而 可有效提高除尘效率。而表面活性剂通过减低水的 表面张力来改变其润湿的能力，按结构划分为阳离 子型、阴离子型、非离子型和双性离子型 qj 。 1 ． 1 表面张力的测定 先把 4 种表 面活性剂 S AS 、烷基酚聚氧乙烯 收稿日期2 0 1 5 一 O l 一 2 O 作者简介王玉海 1 9 6 3 一 ，男，大专，山西临县人，现任山 西汾河 焦煤股份有 限公 司总工程师 。 醚、F C 一 4 、B S 一 1 2各 自配 制 成 7种 浓 度 分 别 为 0 ． 0 0 0 0 0 5 ％ 、 0 ． 0 0 0 0 5 ％ 、 0 。 0 0 0 5 ％ 、 0 ． 0 0 5 ％ 0 ． 05 ％ 0 ． 5 ％、5 ％的溶液 ，再应用 J K9 9 C型全 自动表面张 力仪对这 4 种表面活性剂不同浓度溶液的表面张力 进行测试 ，测试结果如下图 1 所示。 质量浓度 图 1 四种表面活性剂不同质量浓度溶液的表面张力 2 0 1 5年第 5期 童 嫂茬 斜枝 8 7 由图 1 可知，4种表面活性剂溶液 的质量浓度 在达到 0 ． 0 5 ％前 ， 表面张力都会有一个明显的下降， 在溶液浓度达到 0 ． 0 5 ％后 ，下降趋势趋于缓和，说 明这四种溶液的 C MC均在 0 ． 0 5 ％左右。在质量浓 度为 0 ． 0 5 ％时 ，表面张力均在 3 2 m N ／ m以下 ，满足 矿井喷雾降尘的需要。因此，确定四种表面活性剂 溶液的配比浓度均为 0 ． 0 5 ％。 1 ． 2 接 触角的测定 为测定不同质量浓度的表面活性剂溶液对同一 规格的煤饼试片的润湿效果，从山西焦煤霍州煤电 集团汾河公司三交河煤矿 2 - 5 0 8 巷综掘工作面采 集煤样 ，经仪器制作成粉量均为 0 ． 2 g的圆形试片。 利用 D S A1 0 0型视频光学接触角测量仪测定溶液和 试片间的接触角 J 。实验所用蒸馏水的接触角为 8 9 ． 7 1 0 ． 3 6 ，结果 如表 1 所示 。 由表 1 可知 ，在 溶液质 量浓度 为 0 ．0 5 ％ 时 ，接 触角都会明显下降，在浓度达到 5 ％后 ，接触角变 为 0 。 ，其中，S A S和烷基酚聚氧乙烯醚在质量浓度 为 0 ． 0 5 ％ 时接触角就已经变为 0 。 ，说明这两种表面 活性剂的润湿效果 比较好 。 表 1 四种表面活性剂不同质量浓度溶液的接触角 。 质量浓度 质量浓度 质量浓度 质量浓度 质量浓度 质量浓度 质量浓度 编号 表面活性剂 O ． 0 0 0 0 5 ％ 0 ． 0 0 0 5 ％ 0 ． 0 0 5 ％ 0 ． 0 5 ％ 0 ． 5 ％ 5 ％ 0 ． 0 0 0 0 0 5 ％ 1 烷基酚聚氧乙烯醚 5 9 ．8 6 0 ． 5 6 5 8 _ 3 3 0 ．5 9 5 8 ． 4 5 0 ．O 9 2 4 ． 8 8 O O O 2 S AS 5 4．010．68 6 3 ． 6 60． 1 8 6 6 ． 2 60．81 5 9 ． 6 00 ． 1 5 O O O 3 BS l 2 4 9．610． 7 6 5 3 ． 7 7O．o6 5 7 ． 4l0．4 6 5 8 ． 2 2O ． 31 4 8 ． 6 9O ． 7l 1 6． 5 1 O 4 FC一 4 5 0．91O． 2 6 28 ． 5 1 5 4．98O_ 3 l 6 0 ． O 2 1 0．6 7 4 2 ． 4 0 1 ． O 6 4 2 - 2 81 ． 4 6 2 9 ． 51 2 表面活性剂的复配实验及配方优选 3 工程应用 2 ． 1 沉降实验和反 向渗透实验 为了总结表面活性剂溶液对煤尘的润湿性能， 进而对4 种表面活性剂复配后的溶液进行沉降试验 和反向渗透实验 ，找到最优的复配方案 m 。实验 记录如表 2 、表 3 。 表 2 沉降实验记录表 序号 配 方 平 均沉降时间 清浊状 况 h mm s s ． X N 1 1 2 0 0 0 4 0 ． 2 7 浑浊 2 1 3 0 0 2 0 4 ． 8 8 浑浊 3 1 4 0 0 5 2 7 - 3 3 浑浊 4 2 3 0 0 l 1 4 ． 1 0 浑浊 5 2 4 0 0 1 3 6 ． 6 7 浑浊 6 3 4 0 0 6 1 5 _3 2 浑浊 表 3 反向渗透试验增重记录表 序号 1 2 3 4 5 6 配方 l 2 1 3 1 4 2 3 2 4 3 4 平均增重 g 0 ． 5 5 O ． 2 5 0 ． 2 2 0 ．4 5 O ．2 6 O ． 1 7 2 ． 2配 方优 选 通过两表得到的数据对 比发现，煤尘沉降时间 从短到长 和反向渗透增重 从重到轻 对应的 表面活性剂 的复配溶液排序是一致 的。所以不同 复配溶液对煤尘的润湿能力的大小顺序为烷基 酚聚氧 乙烯醚 S AS S A S B S 一 1 2 S AS F C 一 4 烷 基 酚聚氧 乙烯醚 B S 一 1 2 烷基 酚聚氧 乙烯 醚 F C 一 4 BS 一 1 2 F C - - 4 。由以上的两个实验可找到对煤尘 润湿性能较好 地配方 为 S AS 和 B S 一 1 2的复配溶 液。 将上述实验确定的最佳降尘配方 S AS和 B S 一 1 2 溶液充分混合后 ，压人到山西焦煤霍州煤 电集团汾 河公司三交河煤矿 2 - 5 0 8 巷综掘工作面喷雾除尘系 统中进行喷洒。测试结果见表 4 。 由表 4 可知，喷雾降尘时添加表面活性剂前后， 所有测尘点平均全尘和平均呼尘降尘率分别提高 2 5 ％ 左右，各工序中的全尘、呼尘降尘率达到 9 0 ％左右。 4 结 论 1 针对烷基酚聚氧乙烯醚、S AS 、B S 一 1 2和 F C 一 4四种表面活性剂溶液 ， 通过表面张力的测定， 确定质量浓度 0 ． 0 5 ％为表面活性剂溶液的配比浓度。 2对表面活性剂单体进行两两复配，通过 试验 ，优选出降尘配方是烷基酚聚氧乙烯醚和 S AS 混合复配溶液。将此配方应用于三交河煤矿 2 - 5 0 8 巷综掘工作面中，全部测尘点的平均全尘和平均呼 尘降尘率分别提高了2 5 ％左右 ，各工序中的全尘及 呼尘降尘率达到 9 0 ％左右。 【 参考文献 】 [ 1 ] 聂文，程卫民，周刚 ． 掘进面喷雾雾化粒度受风 流扰动影响实验研究 [ J ]． 中国矿业大学学报 ， 2 0 1 2 ，4 1 33 7 8 3 8 3 ． [ 2 ] 斯志怀 ． 煤尘化学抑 尘技术及应用 [ J ] ． 科技创 新导报 ，2 0 1 3 3 5 4 9 5 0 ． [ 3] 聂文，程卫民，郭允相 ． 综掘 面空气幕封 闭式除 8 8 童 堪晨 斜 肢 2 0 1 5 年 第 5 期 表4 采用不同除尘技术时全岩综掘面的粉尘测定数据 采用除尘技 粉尘数据 测尘点 术状况 落煤 司机处 放煤 移架 前 部溜头 后部溜头 多工序 破碎机 转载机 回风巷 未采用除尘 全尘浓度 mg ／ m3 l O O ． 9 5 2 ． 5 1 4 0 ． 5 2 0 0 ．4 4 1 ．2 4 7 ．3 5 8 ． 3 4 8 ． 5 5 3 ． 5 4 3 ． 5 技术 呼尘浓 度 mg ／ ma 1 7 0 ．5 1 2 7 ． 1 2 91 ． 5 3 51 ． 1 7 2_2 1 0 4． 1 1 2 1 ．2 9 3 ． 8 1 O O ． 1 8 4 ． 2 全尘浓度 mg ／ m3 3 7 ． 4 2 0 ． 2 5 3 ． 7 1 0 1 ．2 l 5 _ 3 2 3 ． 8 2 8 ． 2 2 4 ． 5 2 6 ． 5 2 1 -4 采用清水喷 呼尘浓度 mg ／ m 3 7 5 ． 6 5 4 ． 6 l l 8 ． 6 1 8 1 ． 1 3 2 ．6 5 1 ．9 6 0 ． 5 4 5 ． 8 5 0 ． 2 4 1 ． 6 雾 全尘降尘率 ％ 6 2 ．9 5 ％ 6 3 ． 5 1 ％ 61 ． 1 5 ％ 5 0 ． 0l ％ 6 2 ． 5 8 ％ 5 0．2 4 ％ 5 2_31 ％ 5 0． 3 2 ％ 5 0 ． 8 8 ％ 5 0 ． 2 6 ％ 呼尘降尘率 ％ 5 5 ．4 9 ％ 5 7 ． 3 1 ％ 5 9 - 3 O ％ 4 8 ． 6 0 ％ 5 6 ． 8 7 ％ 5 0 ． 1 5 ％ 5 0 ．2 9 ％ 5 1 ．2 1 ％ 4 9 ． 7 l ％ 5 0 ． 2 8 ％ 添加 S AS 全尘浓度 mg ／ m3 6 ． 5 3 ． 4 9 ． 6 2 0 ． 6 2 ． 5 4 ． 6 5 ． 5 4 ． 3 5 ． 2 3 _8 和 B S l 2 呼尘浓度 mg ／ m3 l 3 ． 6 9 ． 7 1 7 ． 8 3 7 ． 9 5 ． 9 9 _ 3 l 1 ． 9 9 ． 6 8 ． 9 8 ． 1 混合溶液喷 全尘降尘率 ％ 9 3 ．42 ％ 9 3 ． 3 2 ％ 9 3 ． 1 2 ％ 8 9 ． 9 6 ％ 9 3 ． 4l ％ 9 0．5 6 ％ 91 ．O 2 ％ 9 1 ． 5 9 ％ 9 0 ． 5 2 ％ 91 ． 4 8 ％ 雾 呼尘 降尘率 ％ 9 2 ．1 l ％ 9 2 ． 4 3 ％ 9 3 ． 9 7 ％ 8 8 ． 9 7 ％ 9 2 ． 4 2 ％ 91 ．2l ％ 9 0．41 ％ 8 9 ． 7 1 ％ 9l J O 6 ％ 9 0 ． 6 2 ％ 尘系统的研究与应用 [ J ] ． 煤矿安全，2 0 0 9 3 ． [ 4] 王新会 ． 煤尘抑尘剂的研究[ D] ． 内蒙古工业大学， 2 0 1 0 ． [ 5 ] 朱 良，周刚，孙明东． 喷雾降尘用化学除尘剂的 实验研究 [ J ]． 煤炭工程 ，2 0 1 4 99 6 1 0 2 ． [ 6] 杨静 ，王琨，方孝敏 ． 新型煤尘抑尘剂的研制与 性能测试 [ J ]． 煤矿安全，2 0 1 1 81 - 4 ． [ 7 ] 刘伟，程卫 民，于岩斌 ． 综放工作 面表面活性剂 抑尘 实验与应用研 究 [ J ]． 矿 业安全与环保 ， 2 0 1 2 6 1 - 6 ． [ 8 ] 程卫民，聂文，周刚 ． 煤矿 高压喷雾雾化粒度的 降尘性能研究 [ J ] ． 中国矿业大学学报， 2 0 1 1 2 ． 上接 第 8 5页 注水作业通常 2 个孔同时注水，注水时间达到 标准煤壁有显著湿润现象为基准。 2 ． 6注水 水压要 求 不低于 2 MP a 。 2 ． 7 劳动组织及注意事项 1 注水作业每天在检修班集中式进行。 2打眼作业 注意事项打孔前首先对煤壁 进行敲打， 去掉活动煤块，防止掉落的煤块砸伤人； 两人协作进行作业；在仔细查看周围支架稳定牢靠 后 ，才可以进行打孔作业。 3打孔作业顺序 自下而上。 4注水作业应在采煤工作前完成。 3 煤层注水效果分析 通过注水作业 ，煤层工作面的应力向煤体深处 转移，让瓦斯均匀释放 ，具体而言 ，体现在下列几 个 方面 1 减小测试钻孔周围的瓦斯含量 。注水孔 没有执行注水作业时，经测试钻孔周围瓦斯浓度大 约 2 ． 8 ％；执行注水工作 2 h后，同一个注水孔周围 的瓦斯浓度减少到 1 ． 0 ％左右。 2 减少回采工作面上隅角和回风巷中的瓦斯 含量。没有执行注水作业时注水前，回采期间K8 2 0 5 工作面上隅角的瓦斯浓度保持在 0 ． 6 ,- 0 ． 7 ％，回风巷 中的瓦斯浓度为 O ．4 ％，不利于煤矿的安全开采 ；注 水作业后，K8 2 0 5 工作面回采面上隅角的瓦斯浓度 降为 O ． 3 ． 4 ％，回风巷中的瓦斯浓度仅为 0 ． 2 0 ／ 0 左右。 3 其他方面。煤层经过注水后 ，有效地降 低了工作面的温度。通常可降低工作面 1 ． 5 c c，间 接地改善了作业环境温度。水对煤层起到一定软化 和湿润作用，能够降低采掘机械的工作阻力 ，降低 采掘机械的故障率，水分能够降低煤尘飞扬 ，提高 工作面能见度，还能够降低工人的作业强度。 4 影响煤层注水效果的因素及改进方法 4 ． 1 影响因素 1 煤层注水量受煤层间隙、 裂缝状况因素影响。 煤层裂缝大，有利于注水；遇到硬度大的煤体作业面， 因裂隙小，注水作业难度提高；而且注水出现回水现 象几率大。当存在一些较大的裂缝时，注入的水可能 流失或距离工作面较远的区域 ，降低注水效率。 2煤层裂缝较小 ，原生煤层裂隙和孔隙压 缩的很小，降低了煤层的偷税性，加大了注水难度。 K 8 2 0 5工作面煤质疏松 ，裂缝大，有利于注水作业。 4 ． 2改进措 施 1 间歇性注水作业。间歇性注水作业能提 高水分渗透效果，得到良好的注水效果。 2 采用湿润剂。 下转 第 9 l页