1、潞安矿区综合防尘技术及实践8 高效水炮泥降尘技术8.1 高效水炮泥降尘机理水炮泥降尘的实质是用盛水的塑料袋代替或部分代替炮泥充填于炮眼内，爆破时水袋破裂， 在高温高压爆炸波的作用下， 大部分水被汽化， 然后重新凝结成极细的雾滴并和同时产生的矿尘相接触， 形成雾滴的凝结核或被雾滴所湿润而起到降尘作用。这种方法既能降低爆破后产生的大量煤尘， 又能有效地降低有毒有害气体的浓度，是一种积极而有效的防尘技术 1 。由于纯水的表面张力大， 爆破后不易雾化或雾化程度不高，因此不能充分地湿润煤尘，也就不能达到较好的降尘效果。本文研究的高效水炮泥是对普通水炮泥的改造，加入某些吸水性很强的无机盐类溶液以及表面活性
2、物质，以降低溶液的表面张力，提高雾化程度、湿润能力和捕捉粉尘的能力。在爆破以后，空气中的粉尘与高效水炮泥颗粒相撞，经过吸附、增重、沉降等过程之后，起到迅速降低烟尘量的作用， 从而是粉尘长期失去飞扬能力。 其次由于加入了无机盐类， 高效水炮泥水溶液的比重较纯水大， 爆炸时也更加具有迸发力， 所以已汽化的溶液重新凝结成极细的雾滴与矿尘相撞时， 因其所形成的凝结核或被雾滴所湿润的矿尘比重均较大，碰撞时相对速度更大，因此其降尘效果比纯水好一些2 。同时，高效水炮泥在被粉碎成微粒时，能析出大量的游离水， 在高温高压下水呈蒸气状态，遇到空气中粉尘可使粉尘湿润、增重、沉降。水蒸气与CO 和NO2 等有毒有害
3、气体发生化学反应，特别是矿岩中含有Fe2 O3、Al 2O3、 SiO2、MgO 等催化剂的情况下反应加快，起到降毒作用。8.1.1 煤尘表面润湿机理1）界面、表面活性和表面活性剂（1）界面界面是指两相之交界处， 随两相性质不同， 界面可以分为气液界面， 气固界面，液液界面，和固液界面。各种界面中有气相参与的参与构成的常被称作表面，即液体表面和固体表面。 相界面不是一个简单的分界面，而是从一个相到另一个171潞安矿区综合防尘技术及实践相的过渡层， 它具有几个分子的厚度， 通常称为表面相。 表面相的分子和内部分子处境不同，其状态如图8-1 所示。拉力拉力图 8-1 表面扩张时分子移动情况从图中可
4、以看出，分布在表面相的分子都受着液体内部分子的吸引力，故液体的表面都有自动缩小到其最小面积的倾向。 欲使面积增大， 相当于把更多的分子从液体的内部迁移到表面相， 这就需要反抗内部分子的引力， 即需要外界对表面作功，如图 8-1 所示。这种形成新表面的过程中所消耗的功，称为表面功。从热力学观点看，对于纯液体而言，在恒温恒压下，表面积增量dA 与所作功 dW 成正比。设比例常数为，则dW可逆dA（ 8-1）如果扩大液体表面积所作的功，完全转化为表面自由能，则有W可逆dG t P（ 8-2）将式（ 8-1）和式（ 8-2）合并得dG（ 8-3）dA t P式中： G 自由能， mJ；2这就是说， 乃
5、恒温恒压下增加单位表面积时体系自由能的增量，称作比表面自由能，简称表面自由能。 表面张力和表面自由能分别是用力学方法和热力学方法研究液体表面现象时采用的物理量， 从而又可把比表面自由能能称为表面张力，其物理涵义是表面层分子作用于表面的单位长度上使表面收缩的力。 本文主要研究固液（表面活性剂溶液）界面之间的润湿机理。（2）表面活性和表面活性剂一切液体，在一定条件下均有一定的表面张力， 能使溶剂的表面张力降低的性质，我们称为表面活性。 表面活性剂是这样一类物质， 它加入很少量时即能大大172潞安矿区综合防尘技术及实践降低溶剂的表面张力，改变体系的界面组成与结构，成为人们改变界面性质以适应各种要求的
6、重要手段。表面活性剂的分子结构特点是具有不对称性。整个分子可以分为两部分， 一部分是亲油的非极性基团， 叫做疏水基或亲油基； 另一部分是极性基团， 叫亲水基。因此表面活性剂分子具有两亲性质，被称为两亲分子。亲油基一般是碳氢链、聚氧丙烯链CH2-CH3-CH-O- 、碳氟链和硅烷链等；而亲水基一般则是重复-COOM 、-SO3M 、烯链-OSO3M 和聚氧乙烯链（ CH2-CH 2-O）n等。这样在一个分子中既具有亲水基又具有亲油基，即构成了表面活性剂分子的“两亲性”。多数表面活性剂的疏水基呈长链状，故形象地把疏水基叫做“尾巴”，亲水基叫做“头”。整个表面活性剂分子如图8-2所示。亲水基疏水基图
7、 8-2 表面活性剂分子结构特征示意图表面活性剂亲水基的种类很多，按照它的电性质可分为两大类，即离子型和非离子型。离子型又分为阳离子型、阴离子型和两性型。此外，还有近来发展较快的、既有离子型亲水基又有非离子型亲水基的混合型表面活性剂。这种分类法就是 ISO分类法。除上述四大类外，还有含氟、含硅以及高分子表面活性剂等。这些表面活性剂不仅具有表面活性，而且还具有缓蚀、抗静电、乳化、润湿、分散及增稠等多项功能。表面活性剂水溶液通常具有四方面的特性，即表面特性、 溶液特性、 溶解度特性和溶油特性。表面活性剂溶液的表面特性表现在此类化合物具有很好的降低水表面张力的能力和效率。 所谓能力是指能把溶剂的表面
8、张力降低的程度，而效率则是指使表面张力降低一定值所需表面活性剂的浓度。表面活性剂的这个特点是由于它具有强烈的表面吸附作用。表面活性剂降低水表面张力的另一特点是溶液达到一定浓度后，表面张力并不随溶液浓度进一步增加而降低。图 8-3 所示为一典型的表面活性剂水溶液的表面张力曲线。173潞安矿区综合防尘技术及实践cmclnCcmc图 8-3 表面活性剂水溶液曲线转折点处的浓度（cmc）和表面张力（ cmc）可以分别指示该表面活性剂降低水表面张力的能力和效率，所以，是表面活性剂的主要性能参数。2）表面活性剂的表面吸附表面活性剂的许多实际应用都依赖于它在表面上的吸附及形成的吸附层， 表面活性剂在这些作用
9、中主要有两个方面的贡献： 一是降低液体的表面张力使增加气液界面的过程容易进行； 二是形成表面活性剂分子或离子紧密定向排列的表面吸附层，或称作吸附膜、吸附单层，由于吸附层中疏水基和疏水基、亲水基和亲水基的横向相互作用， 使得表面膜具有一定的强度， 能够承受一定的外力而不被破坏，从而对所形成的气液界面起稳定作用 3 。因此，表面活性剂溶液的许多功能依赖于它降低表面张力的能力和形成的表面吸附膜的强度。表面活性剂降低水表面张力的能力可以用临界胶团浓度时的表面压 cmc 或溶液表面张力 cmc 来表示。此能力首先受它的分子结构影响， 也与溶液的温度及组成有关。（1）表面活性剂类型的影响离子型表面活性剂与
10、同样疏水链长的非离子表面活性剂相比其cmc 值总是较大。特别是极性头大小相近的，例如 C10 123 与 C10H214，差别更为HSOCHSO Na明显。即使是大极性头的非离子表面活性剂，如C1021 （）3，其 cmc 也比H O EOH相应的离子型表面活性剂小，见表8-1。（2）不同疏水基的影响174潞安矿区综合防尘技术及实践疏水基的不同包括三种情况， 一是疏水基的化学成分不同； 二是疏水基的长度不同；三是疏水基结构不同。 疏水基具有不同化学组成的表面活性剂降低水表面张力的能力有明显差别， 碳氢链表面活性剂的cmc 与碳氟链表面活性剂的cmc相比较要大。疏水基长度变化对cmc 的影响相对
11、较小，表8-2 给出疏水基碳链长度影响的典型数据，一般的规律是疏水基链增长，cmc 变小。而相同组成和大小的疏水基，结构不同时，表面活性剂水溶液的cmc 也有明显的差别， 主要是疏水基中带有分支结构和端基结构不同的影响，疏水链中存在分支结构会使cmc 降低，以 CH3 为端基的与以 CH2 为端基的相比，有较低的cmc 值。表 8-1表面活性剂类型与cmc表面活性剂A mcmcC10H 21SO4Na40.50.56C1OH21N（ CH3）3 Br40.60.53C10H12SOCH 324.50.31C10H 21O（EO） 3H27.00.38表 8-2疏水基链长对cmc 的影响表面活性
12、剂A mcmcC8H 17SO4Na41.5C10H21SO4Na40.50.56C12H25SO4Na39.50.53C14H29SO4Na35.00.45表面活性剂降低水表面张力的能力主要决定于它在水溶液表面饱和吸附时最外层的原子或原子团。 对分子间相互作用贡献大的原子或原子团占据表面， cmc 就较高，反之， cmc 较低。一般来说，最外层带有极性基团比带有非极性表面张力高。非极性基团对降低表面张力能力的贡献有下列次序： CF3CF2 CH3 CH2 CH=CH总之，表面活性剂在水溶液表面吸附的过程是溶液表面最外层化学组成变化的过程，是以非极性基团逐步代替水分子的过程。 表面活性剂降低水
13、表面张力的能力就在于它能以什么样的基团来代替水和能取代到何种程度。 因此表面活性剂疏水基的化学组成， 特别是它的末端基团的组成， 和它的最大吸附量是影响其降低表面张力能力的主要因素。3）煤尘润湿过程1754 。潞安矿区综合防尘技术及实践润湿是指在固体表面上一种液体取代另一种与之不相混溶的流体的过程。 常见的润湿现象是固体表面上的气体被液体取代的过程。 水对煤尘表面的润湿实质上是水溶液取代煤尘固体表面气相的过程， 因此，欲较深入地研究水对煤尘的润湿机理，就必须分析煤尘的润湿过程。煤尘润湿过程可以分为三类：沾湿、浸湿和铺展（1）沾湿过程煤尘沾湿是指液体与煤尘从不接触到接触， 变液气界面和固气界面为
14、固液界面的过程，如图 8-4，设形成的接触面积为单位值，此过程中体系自由能降低值（ G）应为：GsglgslWa（ 8-4）式中， sg 为气固界面自由能；lg 为液体表面自由能； sl 为固液界面自由能。W a 称为粘附功，是沾湿过程体系对外所能做的最大功，也是将接触的固体和液体自交界处拉开，外界所需做的最小功。Wa 越大，固液结合越牢，越易湿润。（2）浸湿过程浸湿是指固体浸入液体的过程。此过程的实质是固气界面为固液界面所代替，而液体表面在过程中并无变化，如图 8-5 所示。在浸湿面积为单位值时，此过程的自由能降低值为：GsgslWi（ 8-5）Wi 为浸润功，它反映液体在固体表面上取代气体
15、的能力，Wi 是浸润过程能否自动进行的判据。LLGGGSLLSSS图 8-4 沾湿过程图 8-5 浸湿过程（3）铺展过程铺展过程的实质是以固液界面代替气固界面的同时还扩展了气液界面，如图176潞安矿区综合防尘技术及实践8-6。GlgGabL slsgSS图 8-6 铺展过程图 8-7 接触角示意图当铺展面积为单位值时体系自由能降低为：GsgsllgS（ 8-6）S 称为铺展系数。在恒温恒压下，S0 时液体可以在固体表面上自动展开，连续地从固体表面上取代气体。只要用量足够， 液体将会自行铺满固体表面。由式（ 8-5）与（ 8-6）可得 S Wilg ，此式说明若要铺展系数S 大于 0，则 Wi必
16、须大于 lg。W i 体现了固体与液体间粘附的能力。又称粘附张力，用符号A 表示：Asgsl（ 8-7）因上述各式中的 sg 和 sl 尚难直接测算， 所以前人根据液尘润湿固体时力的平衡关系（见图 8-7），得到了如下表达式 ：sgsllg cos（ 8-8）此式即为著名的 Young 方程。式中 称作液体对固体的接触角，是气、固、液三相交界点沿液滴表面引出的切线与固体表面的夹角方程代入式（ 8-4）、式（ 8-5）及式（ 8-6）得如下的简化式：Walg (cos1)（ 8-9）AWilg cos（8-10）Slg (cos1)（8-11）根据以上讨论， 自发进行的润湿过程的润湿功必须为正数
17、，因此判别各种润湿过程的判据如下：沾湿润湿： Wa0，即 180；177潞安矿区综合防尘技术及实践浸湿润湿： A 0，即 90；铺展润湿： S 0，即 =0。综上所述，液体对固体的润湿效果的好坏，可通过其润湿类型确定， 而润湿类型又可通过润湿能力的大小测定。水对煤尘的润湿过程是这三种润湿过程综合作用的结果。煤（岩）表面性质对润湿性质的影响。3）煤（岩）表面性质对润湿性质的影响5（1）接触角滞后现象在固、液、气三相组成的体系， 液固界面取代气固界面与气固界面取代液固界面后形成的接触角常不相同，这种现角叫做前进角，用 A 表示；气固界面取代固液界面后形成的接触角叫做后退角， R 表示。前进角通常大
18、于后退角。 造成接触角滞后的主要原因是表面不平和表面不均匀。 污染是导致表面不均匀的一个主要原因。水滴在理想的光滑倾斜煤壁上，水将自由展开，接触角稳定。如图8-8 所示。R煤壁A图 8-8 煤壁表面上的水滴（2）煤体表面不均匀性如果煤体表面由对水溶液有不同亲和力的煤尘和岩尘两部分组成，两者各占有表面分数 xc 和 xr。这种表面称为复合表面。水对煤体复合表面的接触角与对煤尘和岩尘表面成分自身的接触角的关系是：cosxc cos c xr cos r（8-12）煤体表面不均是造成接触角滞后的一个重要原因，直接影响到水对煤体的润湿效果。3）煤体表面粗糙度任何固体表面的平整总是相对的， 即使肉眼看起
19、来光滑， 如果放大来看也是凹凸不平的，如图 8-9 所示。178潞安矿区综合防尘技术及实践S图 8-9 煤体表面粗糙度模型煤体表面不平的程度就是煤体表面的粗糙度。 煤体表面粗糙也是造成接触角滞后的一个重要因素。用 值表示粗糙的程度， 值越大表面越粗糙，接触角滞后现象越严重。 Wenzel 研究了固体表面粗糙度对润湿性的影响。他指出，一个给定的集合面粗化后具有较大的真实面积。用 r 代表真实面积与表观面积之比，称为粗度因子。显然， r 越大表面越不平。润湿方程用于这样的体系时应加粗度校正，变为：r ( sgsl ) lg cos （8-13）其中 代表在粗糙表面上的接触角。与平滑表面的情况相比较
20、可以得到cos （8-14）rcos此式给出接触角与固体表面粗度的关系，叫做Wenzel 方程。该式表明：粗糙表面的接触角余弦函数的绝对值总是比平滑表面的大。 这就是说 大于 90时，表面粗化将使 变大，而 小于 90时，表面粗化将使 变小。因此，对于可以润湿的煤体， 表面粗化时体系的润湿性更好， 而对于不能润湿的煤体， 煤体表面粗化则体系更不润湿。4）表面活性剂对润湿性的影响6应用表面活性剂来改变煤水体系的润湿性质是达到煤尘湿润的主要手段， 这种作用主要是通过表面活性剂在界面上的吸附作用实现的。 由于表面活性剂吸附作用可能同时发生在气液和固液两个界面上， 而这两种吸附作用对润湿性所产生的效果
21、并不一定相同， 有时甚至是相反的。 因此，分析表面活性剂影响润湿性的原理和规律，正确使用表面活性剂，对于解决有关润湿性的问题是至关重要的。（1）润湿剂从润湿方程（Young 方程）可知，液体润湿煤尘的能力取决于它的表面张力。表面张力越低， 润湿能力越强。 煤尘表面能的高低要具体的测定， 我国煤尘表面多是低能表面， 由于水的表面张力高而不能在固体表面上铺展。 表面活性剂可以179潞安矿区综合防尘技术及实践有效地降低水的表面张力， 故可作为润湿剂加到水中以改善水的湿润能力。 因此应该选择低水表面张力能力最强的、 效率最高的表面活性剂， 也就是 cmc 和 cmc 最低的表面活性剂， 作为润湿剂。还
22、必须注意此表面活性剂在固体表面上的吸附性质。它不应在要润湿的固体表面上形成疏水基向外的吸附层。 由由于固体表面常常是带负电的，阳离子型表面活性剂在固液界面常常形成这样的吸附层而不适于用作润湿剂。（2）固体表面改性剂也可以选择通过改变煤尘表面的性质的表面活性剂来改变水煤体系的润湿效果，表面活性剂通过吸附作用来改变煤尘表面的组成和结构， 使低能表面变为高能表面而使煤尘容易润湿。 这种吸附作用可以是物理吸附， 也可以是化学吸附。煤炭表面改性剂是通过吸附表面活性剂形成亲水基向外的吸附层而改善其润湿性能。这方面的研究在国内外还是空白。8.1.2 炮孔中水炮泥的运动规律及水炮泥堵塞长度的确定工程爆破中合理
23、的爆破参数不仅需要获得好的爆破效果， 而且必须保证周围环境的安全，爆破参数中炮眼深度和炮眼直径由工程条件具体确定， 岩石破碎所需的单位耗药量由岩体性质决定， 合理炮眼堵塞长度必须保证装药在炮孔中有一定的作用时间， 使周围岩体得以充分破碎， 并保证爆生气体以较低的速度和压力逸出孔口，以防沿炮孔方向飞石的产生。 水炮泥由于其消焰阻燃作用广泛被用于有瓦斯危害的矿井施工中。 合理的确定水炮泥的堵塞长度对于工程爆破施工有重要研究意义。1）炮孔中水炮泥运动规律的探讨对于水炮泥在炮孔中的运动可以作如下假设：（1）水炮泥是不可压缩的；（2）水炮泥和炮孔壁的摩擦力可以忽略不计。将装药长度为 LC的炸药放在垂直的
24、炮孔中，炮泥堵塞长度为 L f，炸药的引爆面为炮孔底面。 炸药引爆后在炸药体内产生爆轰波并跟随膨胀波，膨胀波遇炮泥时将产生反射稀疏波，稀疏波遇底面时将再次产生反射。现用流体力学的观点分析水炮泥在炮孔中的运动规律，得出了水炮泥的运动180潞安矿区综合防尘技术及实践速度和时间及炮孔堵塞的关系7 。令G = 16me ，则被驱动炮泥运动方程为：27mfdu fG3（8-15）dtCbLc D式中： Lc装药长度；me装药质量， me=0sLc；mf 炮泥质量；uf炮泥的运动速度；D炸药的爆速；Cb被驱动物体表面处爆轰产物流动声速。1令 E= 1 2G 1Lc2，爆破后水炮泥的运动速度为：Dtu f1
25、 ELc（8-16）D 1DtGE水炮泥在不同时刻到达的位置：x fDt 1 1 E（8-17）GE2）水炮泥在炮孔中运动时间的确定及水炮泥堵塞长度的计算炮泥在炮孔中的运动时间可以根据爆生气体在周围岩体中形成裂隙的时间即岩石开始破裂的时间确定，岩石开始破裂的时间可用式4-94表示 :c2（8-18）t 2 k1B cD式中： t 岩石开始破裂时间；k 与岩石泊松比 有关的系数，当 =0.20.3时， k=1.82.1；=0.10.2时， k=1.61.8；c 岩体中的纵波速度（ ms-1 ）；D 炸药的爆速；181潞安矿区综合防尘技术及实践B 最小抵抗。据式（8-18）可以确定水炮泥在炮孔中的
26、作用时间，结合式（8-15）、式（8-16）、式（8-17）在已知炮孔深度的条件下可以通过在假设装药长度已知的条件下通过迭代求出水炮泥堵塞长度、爆生气体出口压力和速度。通过流体力学理论建立的不可压缩水炮泥的堵塞长度模型， 可以较好地确定不同爆破参数条件下水炮泥的堵塞长度， 克服了以往水炮泥长度计算中理论过于简化的局限性，对工程实际有一定的指导作用。根据煤矿安全规程 第三百二十九条规定： 炮眼深度和炮眼的封泥长度应符合下列要求 8 ：（1）炮眼深度小于 0.6m时不得装药、爆破；在特殊条件下，如挖底、刷帮、挑顶确需浅眼爆破时， 必须制定安全措施， 炮眼深度可以小于 0.6m，但必须封满炮泥。（2
27、）炮眼深度为 0.6 1m时，封泥长度不得小于炮眼深度的1/2。（3）炮眼深度超过 1m时，封泥长度不得小于 0.5m。（4）炮眼深度超过 2.5m时，封泥长度不得小于 1m。（5）光面爆破时，周边光爆炮眼应用炮泥封实，且封泥长度不得小于 0.3 （6）工作面有 2个或 2个以上自由面时， 在煤层中最小抵抗线不得小于 0.5m，在岩层中最小抵抗线不得小于 0.3m。浅眼装药爆破大岩块时， 最小抵抗线和封泥长度都不得小于 0.3m。8.2 高效水炮泥制作工艺8.2.1 传统水炮泥制作工艺原有的制作水炮泥的加工方案是：水炮泥袋和水炮泥分开加工，爆破开始前，先配制好水炮泥溶液， 然后用针管将溶液注入
28、水炮泥袋中， 利用水炮泥袋特有结构的自动封口性能完成密封 9 。图 8-10 为水炮泥袋。182潞安矿区综合防尘技术及实践（ a）（ b）图 8-10 水炮泥袋（ a）小炮眼规格（内径 28mm）；（ b）大炮眼规格（内径 32mm）缺点分析：1）如果是在井下配制溶液，则具有一定的难度，难以较为准确地控制溶液的浓度，无法达到理想的降尘效果；2）如果是由生产厂灌装好后，则不方便运输，增加了成本。针对以上具体情况，需要做出相应的改进方案。最好的办法是在水炮泥添加剂袋加工出来的同时， 定量的水炮泥药片已经封装在添加剂袋内。 在井下使用时只需直接注水即可。这样，既有利于控制添加剂的浓度，提高降尘效率；
29、又方便使用，减少了运输成本，而且对水炮泥的防水解、防变质有一定的帮助。8.2.2 高效水炮泥制作工艺的比较及确定1）方案一在水炮泥药片生产的原工序最后加一套粉碎工序和自动灌装封口工序，灌装材料可以是水溶性纸或其他水溶性材料（不影响药片的溶解速度和水炮泥溶液性能），将定量的水炮泥颗粒利用自动封装机装到水溶性纸袋中，完成包装后，到添加剂袋加工厂夹在两层添加剂袋原材料间与之一起成型。如图8-11 所示：12图 8-11 方案一水炮泥成品图1 水炮泥袋； 2 水炮泥材料（包装材料可溶于水）183潞安矿区综合防尘技术及实践2）方案二增添一套粉碎工序和自动灌装封口工序，保留传统水炮泥袋的部分加工工艺，将原
30、来工艺的一次成型分为两次成型进行。第一次成型后留出底部不封口，然后在底部开口处灌装已粉碎的水炮泥药剂，并将口封上即可，见图8-12。123图 8-12 方案二水炮泥成品图1 水炮泥袋； 2 水炮泥材料； 3 注射装置3）方案三此方案为方案一的变化形式， 具体方法是要求在原生产最后一道工序后增加一道成片工序，将水炮泥药片成品加工成为大小统一的切片（长宽 高=120302mm），然后将切片夹在加工添加剂袋的材料中间（摆放在合适位置），最后一起加工成型。如图8-13 所示。12图 8-13 方案三水炮泥成品图1 水炮泥袋； 2 块状水炮泥材料（125204）4）方案四此方案与以上方案的设计有所差别，
31、重新设计添加剂袋， 利用市场上现有的包装条件，可使用手动封口袋， 在添加剂袋开口处加工出手动封口装置。添加剂袋加工出来以后，可装入水炮泥添加剂，然后手动封口。在井下使用时，先将封口打开，注水溶解后再进行手动封口处理，最后再投入使用。5）方案五184潞安矿区综合防尘技术及实践与传统的方案类似。 传统方案是直接用针管将溶液注入水炮泥袋中，本方案是加了一个生活用吸管， 先将吸管插入水炮泥袋中， 然后将浓粘尘剂溶液用针管吸入后，将针管插入吸管注入到水炮泥袋中。然后将注入粘尘剂的水炮泥袋拿到井下灌装后爆破。如图8-14 所示。123图 8-14 方案五水炮泥成品图1 吸管； 1 水炮泥袋； 2 水炮泥材
32、料以上五种方案的分析比较1）方案一需要增加工序，适宜于流水线操作，批量生产，但需要加大投入。2）方案二对水炮泥药片的加工工艺改动不大，但需要改进添加剂袋的加工工艺，有可能要涉及模具的改动。3）方案三加工工艺比前两种要简单，但规则形状的水炮泥药片加工难度较大。4）方案四虽操作简单，但要采用全新的添加剂袋加工方案，需增加资金投入，且手动封口无法保证添加剂袋装满添加剂后的密封性能。5）方案加工工艺较简单，操作简便，但投入的人力较大。在充分比较了以上几种具体添加方式的优缺利弊之后，不难看出，方案五的工艺相比其他方案更加简单，易于实现， 生产工艺的灵活度大， 所以确定方案五为最终选用的方案。并且制作了4
33、00 个不同浓度的水炮泥供工作面应用。8.3 炮掘工作面打眼粉尘浓度测定1）工作面概况在煤电钻干式打眼和湿式打眼时各测点对比式分别测量其粉尘浓度，采样点的布置见后面的具体表格中的数据，测粉尘浓度所使用的仪器是常熟产的AHFQ粉尘采样器。当时工作面的情况如表8-3 所示。进入工作面时无水幕，只有洒水185潞安矿区综合防尘技术及实践降尘。表 8-3 21 炮采掘进工作面打眼时的参数参数风速 V （m/s）断面面积 S（ m2）风量 Q（ m3/s）温度 T（）数值0.712.3245182）粉尘浓度的分布情况21炮掘工作面煤电钻干式打眼和湿式打眼时的粉尘浓度的测量数据如表8-4所示。干式打眼和湿式
34、打眼时粉尘浓度与距离的关系对比关系曲线如图8-15 所示。表 8-4干式打眼和湿式打眼时的粉尘浓度（单位：mg/m3）打眼方式距离打眼处的距离2m5m10m20m40m100m干式打眼46512050201510干式打眼4251154017.51510湿式打眼2756520151010湿式打眼15550251510103)-m500450400350g300m/(250度浓 200尘粉 150100500020406080100离打眼处的距离 (/m)干式打眼1干式打眼2湿式打眼1湿式打眼2图 8-15 打眼粉尘浓度与距离关系曲线图根据表 8-4 和图 8-15，我们可以进行如下分析：（1）干
35、式打眼时粉尘浓度最大值出现在打眼迎头2m 处，随后粉尘浓度迅速降低，迅速沉降后到迎头10m 处趋于平缓， 20m 处几乎完全沉降。（2）湿式打眼时粉尘浓度变化情况基本和干式打眼时相同，浓度最大值出现在打眼迎头 2m 处，随后粉尘浓度迅速降低，迅速沉降后到迎头5m 处趋于平186潞安矿区综合防尘技术及实践缓， 10m 处几乎完全沉降。（3）一般干式打眼产生的粉尘浓度比湿式打眼高5-10 倍。但是这里的煤由于润湿性不是很好，粉尘浓度未能有效降低。 因此在漳村煤矿发现仅为两倍左右，主要是因为煤的润湿性不是很好。（4）一般来说，打底眼和边眼时产尘较少，在高处打眼的粉尘容易在空中扩散，浓度较大。我们这次
36、测的打眼时的粉尘都是高处打眼，所以粉尘浓度较高。8.4 高效水炮泥在炮掘工作面的应用选用了不同浓度的粘尘棒（NCZ-1）溶液添加到水炮泥中制成高效水炮泥且和普通水炮泥的降尘效果进行了对比。用针头注射器向自动封口的水炮泥注入了不同浓度的粘尘棒（NCZ-1 ）水溶液，添加比例如表8-5 所示。添加高效水炮泥的方法和普通水炮泥的方法一致，如图 8-16 所示。测定了普通水炮泥和不同浓度粘尘棒（NCZ 1）水溶液高效水炮泥的降尘效果，配方如表 8-5 所示。为了进一步深入分析与研究高效水炮泥的特性，还对粉尘的沉降时间进行了对比， 通过测量爆破后不同时间的粉尘浓度，从而计算出了不同配方时的沉降时间。12
37、13图 8-16 高效水炮泥装填示意图1 黄泥； 2 高效水炮泥； 3 炸药掘进爆破 30 秒后，测尘仪同时作业，测尘点距离炮采工作面15m 的巷道中央，测定高度均为1.5m 左右，测尘时间为2 分钟，测尘仪流量为20L/min 。爆破时每个炮眼均装填12 个水炮泥（视炮眼的大小而定） 。表 8-5 添加比例配方表编号水：粘尘剂（重量比）含固量编号水：粘尘剂（重量比）含固量187潞安矿区综合防尘技术及实践A1： 0.2514.08%C1： 135.20%B1：0.523.47%D1： 1.542.24%粉尘浓度采样主要器具为： 测呼吸性粉尘所使用的仪器是广州产的AHFC20A 呼吸性粉尘采样器
38、，测全尘所使用的仪器是常熟产的AHFQ 粉尘采样器。8.5 降尘效果的测定及对比21 炮掘工作面添加普通水炮泥和高效水炮泥的粉尘浓度的测量数据的对比如表 8-6 所示。降尘效果图如图8-17 所示。这里得给出两个定义公式10：呼尘相对降尘率：C1C2100%1C1（8-19）式中： C1 普通水炮泥时的呼吸性粉尘浓度， mg/m3； C2 高效水炮泥时的呼吸性粉尘浓度， mg/m3。全尘相对降尘率：12100%21（8-20）3式中：1 普通水炮泥时的全尘浓度，mg/m ；2 高效水炮泥时的全尘浓度， mg/m3。表 8-6 21 炮掘工作面粉尘测定数据表添加比例放炮前粉尘普通水炮泥高效水炮泥呼尘相对降全尘相对降当时爆破（ mg/m3）（mg/m 3）尘率尘率编号浓度（ mg/m3 ）的情况呼尘全尘呼尘全尘1（ %）2（% ）1A251205605532554.141.910 个炮眼2B35
