錨噴產(chǎn)塵機(jī)理及降塵復(fù)合外加劑的研究.pdf

1、錨噴粉塵是井下巷道掘進(jìn)施工中重要的粉塵來源，它不僅損害著職工的身體健康，同時(shí)也嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)。
　　論文在對錨噴粉塵的性質(zhì)和空間運(yùn)動受力分析的基礎(chǔ)上，對錨噴粉塵的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了研究。錨噴特殊的施工工藝是造成粉塵產(chǎn)生的主要原因；錨噴粉塵的特性和噴射物料間的粘性是錨噴粉塵產(chǎn)生的內(nèi)因；噴口處的壓強(qiáng)梯度力、高速噴射射流場、錨噴物料壁面彈性碰撞以及外部風(fēng)流的影響是錨噴粉塵產(chǎn)生的外因。
　　運(yùn)用FLUENT軟件，對錨噴獨(dú)頭巷道

2、內(nèi)含塵風(fēng)流的流場和靜壓分布進(jìn)行三維模擬，模擬表明錨噴巷道空間內(nèi)的粉塵分布是不均勻的。根據(jù)模擬結(jié)果將錨噴巷道空間粉塵分布劃分為射流區(qū)、摻混區(qū)、回流區(qū)以及渦流區(qū)四個(gè)區(qū)域，得出了錨噴巷道空間四區(qū)域內(nèi)粉塵濃度分布的計(jì)算公式，利用該公式計(jì)算了不同區(qū)域內(nèi)粉塵濃度值，結(jié)果表明錨噴粉塵濃度最高的區(qū)域是摻混區(qū)。
　　對錨噴噴射過程中隨高壓氣流噴出的水霧捕捉粉塵的性能進(jìn)行研究，建立了錨噴水霧對粉塵捕捉效率的關(guān)系式。提高錨噴高壓水流的捕塵效率需要對施工

3、工藝中的噴射風(fēng)壓、水壓、物料配比、水量大小等因素進(jìn)行考慮。研究表明隨錨噴高速氣流噴射出的水霧潤濕性能以及混凝土團(tuán)粒的粘性有助于錨噴降塵。
　　錨噴過程中由于噴射物料不能被充分被潤濕，噴口處流場空間突然變大，速度驟然降低，細(xì)小粉塵顆粒將受噴頭處壓強(qiáng)梯度場的影響，聚集于噴嘴出口。另外由于物料與粉塵顆粒的粘性較小，在錨噴高速射流的吹動、物料與壁面碰撞以及外部風(fēng)流的影響也會造成錨噴產(chǎn)塵。降低錨噴粉塵應(yīng)從粉塵產(chǎn)生的根源出發(fā)，通過改善錨噴水霧

4、的表面張力，提高錨噴物料的粘性和潤濕性能，加快錨噴物料中的水泥粉塵和水霧的潤濕和水化反應(yīng)速度為出發(fā)點(diǎn)來降低錨噴粉塵。
　　為降低錨噴粉塵，設(shè)計(jì)了四組試驗(yàn)方案，利用正交試驗(yàn)法對各試驗(yàn)方案的組份配比進(jìn)行優(yōu)化并在現(xiàn)場試驗(yàn),確定了有機(jī)高分子聚合物P和無機(jī)蒙脫土型復(fù)合外加劑作為錨噴降塵外加劑，簡稱PMRD外加劑。
　　利用電鏡掃描、紅外光譜、粉塵接觸角測量儀等儀器設(shè)備對PMRD外加劑的降塵機(jī)理研究，研究表明PMRD外加劑可加快水泥漿體

5、的潤濕速度，提高漿體的粘度，降低噴射混凝土的含堿量，改善了物料的電化學(xué)特性和和易性。微觀結(jié)構(gòu)研究表明PMRD外加劑的加入改善了混凝土的性能，減少了錨噴混凝土試塊中的空隙，促進(jìn)了水泥中C-S-H凝膠的形成,提高了混凝土的支護(hù)強(qiáng)度和粘度。
　　對PMRD外加劑進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用測定其降塵效果，結(jié)果表明在不改變現(xiàn)有施工工藝的前提下，使用PMRD降塵外加劑后粉塵濃度降低60％，降塵效果顯著；同時(shí)該外加劑還能明顯減少錨噴回彈并能提高噴射混凝土的早