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北露天煤矿卡车道路保湿型抑尘剂研发及工业试验

赵晓亮 杜婧 夏诗杨 宋子岭 杨国华 王闯 郭猛 马志敏

赵晓亮,杜婧,夏诗杨,等.北露天煤矿卡车道路保湿型抑尘剂研发及工业试验[J].环境工程技术学报,2024,14(2):446-454 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230355
引用本文: 赵晓亮,杜婧,夏诗杨,等.北露天煤矿卡车道路保湿型抑尘剂研发及工业试验[J].环境工程技术学报,2024,14(2):446-454 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230355
ZHAO X L,DU J,XIA S Y,et al.Research and industrial testing of truck road moisturizing dust suppressant for North Open-pit Coal Mine[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2024,14(2):446-454 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230355
Citation: ZHAO X L,DU J,XIA S Y,et al.Research and industrial testing of truck road moisturizing dust suppressant for North Open-pit Coal Mine[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2024,14(2):446-454 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230355

北露天煤矿卡车道路保湿型抑尘剂研发及工业试验

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230355
基金项目: 国家重点研发计划项目(2019YFC180380103);辽宁省教育厅科技项目(LJ2020JCL031)
详细信息
    作者简介:

    赵晓亮(1981—),男,副教授,主要研究方向为大气污染控制工程、粉尘污染控制、矿山环境工程,zhaoxiaoliang2008@126.com

    通讯作者:

    夏诗杨(1996—),女,博士研究生,主要研究方向为矿山环境工程,1194150360@qq.com

  • 中图分类号: X511

Research and industrial testing of truck road moisturizing dust suppressant for North Open-pit Coal Mine

  • 摘要:

    卡车道路运输是露天煤矿最大粉尘源之一,尤其在夏季高温环境下路面水分蒸发量极大、卡车扰动强度极高。以霍林河北露天煤矿卡车路面为研究对象,分析NET200自卸卡车轮胎黏结粉尘受力状态及产尘机理;采集并测试道路岩土含水率、化学官能团及粒径分布,确定研发抑尘剂保湿、润湿及凝并的功能定位。单体优选试验确定保湿剂丙三醇、润湿剂十二烷基苯磺酸钠、凝并剂聚丙烯酰胺作为正交试验材料,以蒸发量作为主控指标,采用极差法确定保湿型抑尘剂最佳配方为3.0%丙三醇、0.25%十二烷基苯磺酸钠、0.05%聚丙烯酰胺;通过观测不同喷洒量下粉尘表面成膜状态和含水率变化,确定单位路面最佳喷洒量为1.6~2.0 L/m2。北露天煤矿12 d抑尘工业试验结果表明:单次试验周期内所有路段全尘、呼尘浓度均呈逐渐增高趋势,3次试验期间喷洒抑尘剂承重、非承重路段的全尘、呼尘浓度均显著低于常规洒水路段,且均分别低于全尘(4 mg/m3)、呼尘(2 mg/m3)规定限值,表明自主研发保湿型抑尘剂单次喷洒有效抑尘时间为3~4 d;喷洒抑尘剂能够有效提高粉尘中大颗粒占比,凝并团聚效果显著;喷洒抑尘剂承重、非承重路段土壤平均含水率分别为14%、12%,均为常规洒水路段2倍以上。保湿型抑尘剂能够大幅度延长单次喷洒有效抑尘时间,对矿区道路等动态工况抑尘具有显著适用性。

     

  • 图  1  黏结在轮胎上的粉尘的受力状态

    注:Ts为轮胎与粉尘的黏结力,与轮胎磨损度、车载重量、粉尘性质等有关;Fc为空气浮力;Tf为粉尘受轮胎摩擦力;Fw为空气阻力;Fb为离心力,与车速、粉尘质量有关;W为粉尘受到的重力作用。

    Figure  1.  Stress state of the dust bonded on the tire

    图  2  卡车诱导气流下空气压强梯度变化

    注:Ph为卡车尾部附近空气压强;P0为轮胎底部路面附近空气压强。

    Figure  2.  Variation of air pressure gradient under truck-induced airflow

    图  3  北露天煤矿卡车道路粉尘红外光谱与接触角测试结果

    Figure  3.  Test results of trunk road dust infrared spectroscopy and contact angle in North Open-pit Coal Mine

    图  4  喷洒保湿剂后粉尘水分蒸发量变化

    Figure  4.  Variation of dust moisture evaporation after moisturizer spraying

    图  5  喷洒润湿剂后粉尘渗透速率变化

    Figure  5.  Variation of dust infiltration rate after wetting agent spraying

    图  6  不同体积分数凝并剂溶液黏度变化

    Figure  6.  Changes in viscosity of coagulant solutions of different concentrations

    图  7  5种不同抑尘剂喷洒量下粉尘表面成膜状态

    Figure  7.  Five dust surface film forming states under different spraying amounts

    图  8  不同抑尘剂喷洒量下粉尘含水率的变化趋势

    Figure  8.  Variation trend of dust moisture content under different spraying amounts

    图  9  北露天煤矿夏季抑尘试验现场路段

    注:蓝色线、黄色线分别为非承重、承重路段。

    Figure  9.  Road section of summer dust suppression test site of North Open-pit Coal Mine

    图  10  北露天煤矿夏季抑尘试验现场路面粉尘浓度

    注:a1、a2为抑尘承重路段;b1、b2为洒水承重路段;c1、c2为抑尘非承重路段;d1、d2为洒水非承重路段。

    Figure  10.  Pavement dust concentration of dust suppression test site of North Open-pit Coal Mine

    图  11  北露天煤矿夏季抑尘试验现场路面土壤含水率

    Figure  11.  Soil moisture content of pavement dust of suppression test site of North Open-pit Coal Mine

    表  1  试验所用试剂

    Table  1.   Materials used in the experiment

    材料种类 材料名称 级别 原料来源
    保湿剂 聚丙烯酸钠 分析纯 天津市福晨化学试剂厂
    三乙醇胺 分析纯 济南贝亚特化工科技
    有限公司
    丙三醇 分析纯 济南贝亚特化工科技
    有限公司
    润湿剂 十二烷基苯磺酸钠 分析纯 天津市福晨化学试剂厂
    椰油酰胺丙基甜菜碱 分析纯 天津市福晨化学试剂厂
    十二烷基硫酸钠 分析纯 天津市福晨化学试剂厂
    十六烷基三甲基溴化铵 分析纯 山东优索华工科技
    有限公司
    凝并剂 聚丙烯酰胺 分析纯 山东优索华工科技
    有限公司
    羧甲基纤维素 分析纯 江阴海融环保科技
    有限公司
    羧甲基纤维素钠 分析纯 江阴海融环保科技
    有限公司
    可溶性淀粉 分析纯 济南贝亚特化工科技
    有限公司
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    表  2  正交试验因素水平

    Table  2.   Orthogonal test factor levels % 

    水平BNT
    12.50.030.25
    23.00.040.35
    33.50.050.45
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    表  3  正交试验结果

    Table  3.   Orthogonal test results

    项目因素蒸发量/(g/m2
    BNT
    1113213.30
    2121159.26
    3132115.08
    421190.10
    5222140.96
    6233116.69
    7312147.08
    8323110.23
    933193.81
    K1487.64450.48343.17
    K2347.75410.45403.12
    K3351.12325.58440.22
    R139.89117.997.05
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    表  4  北露天煤矿夏季抑尘试验现场路面粉尘粒径分布

    Table  4.   Analysis of particle size of pavement dust of dust suppression test site of North Open-pit Coal Mine

    喷洒时间/d粒径分布占比/%
    >0.50 mm0.25~0.50 mm<0.25 mm
    未喷洒抑尘剂34.0720.7445.19
    第1次喷洒66.6614.7718.58
    52.2918.2129.50
    44.8717.6037.53
    第2次喷洒158.0416.3125.65
    256.2619.1424.60
    349.7018.0932.21
    438.8915.5145.60
    第3次喷洒168.0214.0917.89
    246.7815.3937.83
    342.0215.0942.89
    436.2717.3046.43
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-10
  • 录用日期:  2023-11-08
  • 修回日期:  2023-10-09

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