CN104878712B - 一种极端条件下的运输道路厚大粉尘抑尘技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于极端条件下运输道路厚大粉尘控制的抑尘技术，可用于矿山低等级道路、生产场地等土质运输道路的粉尘控制，属环境领域。其抑尘剂水溶液由0.10‑1.50% 的聚丙烯酸钠及0.1‑0.50% 丙三醇组成，微补水系统不定期为路面补充微量的水分。本发明的有益效果是，将抑尘剂喷洒与微补水技术有机结合，在极端干燥条件下通过人工补充微量水分，使抑尘剂发挥凝并、吸湿和保水性能，提高抑尘时效，性价比高，技术工艺及操作简单，独立组分及其溶液无任何毒副作用和腐蚀作用，在自然界可生化降解，无任何二次污染。此抑尘剂除用于矿山土质道路特厚大粉尘的抑制外，还可用于其他硬基土质运输道路的粉尘抑制，具有广泛的应用性。

Description

一种极端条件下的运输道路厚大粉尘抑尘技术

技术领域：

本发明涉及一种用于极端条件下运输道路厚大粉尘控制的抑尘技术，可用于矿山低等级道路、生产场地等土质运输道路的粉尘控制，属环境领域。

背景技术：

目前，国内外常见的抑尘技术方法包括洒水及喷洒湿润剂、吸湿剂、粘尘剂以及多功能复合型抑尘剂等几种方法。这些抑尘方法在极端条件下很难达到理想的抑尘效果。这里，极端条件是指粉尘特别厚大、软土路基且粉尘很容易再生、气候非常干燥、大吨位车辆荷载等条件。在露天矿山，运输道路通常为土质路面，特别是缺少石材的矿山，由于路基土软而松散，因车轮碾压及车载散土等原因，粉尘可堆积数厘米到数十厘米，清扫后很容易再生。在坚固路基的土质道路上洒水一般能维持20分钟左右，但在特厚大粉尘的路面上，由于粉尘厚、车轮翻卷及散土覆盖，抑尘效果非常差，洒水抑尘时效约为10分钟左右，洒水频次高，水资源消耗大。当水资源缺乏时，洒水防尘受到严重的限制。采用湿润剂时，由于粉尘厚大，无法将水分子带入粉尘表面，同时在车轮运转荷载下，有限的水分子瞬即被干粉尘掩盖。吸湿剂抑尘的首要条件是空气中水分较充足，能在昼夜轮换之间将白天蒸发的水分及时得到补充，达到和延长抑尘时效。但在极端条件下，连续数月干旱，很难从空气中得到水分的补充。而粘尘剂抑尘则主要通过黏结凝并细小粉尘颗粒，并增强地面强度，提高地面抗碾压能力，并通过黏结凝并减少和抑制扬尘。但是，黏结强度不可能抵御极端条件下上百吨汽车荷载的碾压。近年来研制的多功能复合型生态抑尘剂，具有黏结、凝并、吸湿与保水等优越性能，可生化降解，无任何毒副作用，喷洒时无二次扬尘，固结路面，但在极端条件下亦难以收到好的抑尘效果。显然，现行抑尘技术不能解决极端条件下的粉尘控制问题。

发明内容：

为了克服现有抑尘方法在极端条件下抑尘效果差、性价比低、费用高昂等问题，本发明提供一种针对极端条件下露天矿运输道路的抑尘技术，

本发明的技术方案是：一种极端条件下的运输道路厚大粉尘抑尘技术，该技术采用喷洒抑尘剂和微补水一体化技术，先喷洒抑尘剂，后间歇性补充微量水分，抑尘剂具有黏结、吸湿和保水性能，通过微补水系统，在干旱气候条件下，人为补充抑尘路面微量水分，充分发挥抑尘剂性能，延长抑尘剂的抑尘时效。

一种实现上述技术的系统，该系统包括水压控制单元、数控单元、抑尘剂喷洒单元及微补水单元；

所述水压控制单元是包括压力水源、压力表、流量计及控制总阀；

其中，所述压力水源可以是高位水仓或高压水泵，以产生足够的出水压力，采用水仓时，其位置取决于抑尘段最高位置与水仓出水点的压力水头；

所述压力表为普通压力读数表或数字式远程读数表，用以实时测量高位水网或水泵的出水压力；

所述流量计为普通流量读数表或数字式远程读数表，用以实时测量高位水网或水泵的出水量；

所述控制总阀用以起闭系统水路总管和控制流量。

所述数控单元是包括接口设备、放大器/转换器、数字应变计、数据集成盒和终端；采用数字式控制单元时，所述压力表、流量计及控制阀均输出/输入信号均为电信号；

其中，所述电信号经转换盒转化成数字信号后通过所述数字应变仪进入所述数据集成盒（DIB），所述电信号经所述放大器放大后通过所述数字应变仪进入所述数据集成盒，进行数据集成然后上传到所述终端；

所述终端包括计算机，打印机和外部显示单元，所述计算机通过程序对进行数据分析、存储和输出，并实时通过控制阀对水压进行管理。

所述数据集成盒与所述数字应变仪采用CR-655接口电缆传输数据，所述数字应变仪与所述数据集成盒通过RS-232C接口电缆传输数据，所述数据集成盒与终端采用CR-553B接口电缆传输数据。

所述数字应变仪的直流工作电压为6V。

所述数据集成盒（DIB）的直流工作电压为12V。

所述抑尘剂喷洒单元包括第一控制阀、第一连接管、高压水枪、配制容器、抑尘剂及洒水车；通过抑尘剂喷洒单元形成抑尘剂制备及其喷洒技术工艺；

其中，所述第一控制阀用以控制抑尘剂喷洒单元压力水流量及水流压力；

所述第一连接管用以连接高压水枪或水管，为抑尘剂配制及洒水车注水提供管网；

所述高压水枪用以提供高压水射流，为抑尘剂的配制提供冲溶和匀化手段；

所述配制容器用于抑尘剂的配制，当即配即用时，可直接在洒水车内冲溶；

所述微补水单元是一种水雾或水滴的发生器，分别位于抑尘路段的两侧，所述微补水单元由第二控制阀、第二连接管、接头、微喷管、后校验压力计及封堵组成。

所述第二控制阀用以控制微补水单元的管网流量及水流压力；

所述第二连接管是压力水源出水的引长管，位于控制阀与微喷管之间，其长度取决于控制阀到微喷管抑尘段起点的管网路径；

所述微喷管的管壁上沿微喷管母线分单排或多排交错等距布置若干微孔，通过微孔从道路两侧向道路中心轴喷射微型水流。

所述后校验压力计安装在微喷管的末端，用以检验管网的最终压力，后校验压力计并为水压控制单元提供信息反馈；

所述封堵用以封闭微喷管末端，当微喷管需要延长管网时，改用接头替换或通过喷管之间的接头接入喷管。

进一步，所述抑尘剂由黏结、吸湿和保水三个主要部分组成的水溶液胶体。其一，黏结因子。该因子具有很强的黏结性，能将细小的粉尘颗粒凝并成较大的颗粒并具有良好的黏结强度。其二，吸湿因子。该因子具有很强的吸湿性，能吸收空气中的水份，维持抑尘路面的湿润。从而，增加粉尘颗粒的单重，减少扬尘。其三，是保水因子。该因子的作用是在被水包围的粉尘颗粒表面形成一层分子膜，以降低水份的蒸发速度，减少粉尘颗粒表面的水份蒸发流失。

所述抑尘剂中黏结因子为聚丙烯酸钠（Sodium Polyacrylate），白色絮状粉末，易溶于水为粘状透明液，可电离，无腐蚀、无毒，具有极强的黏结性。同时，所述黏结因子也是吸湿因子，具有极强的吸水性与吸湿性，在抑尘剂中该组分的含量为0.10-1.50%；

所述保水因子为丙三醇（Glycerine，亦称甘油），为无色液体，其液含量为0.10-0.50%。

所述抑尘剂制备及其喷洒技术工艺，采用即用即配的压力水冲溶或搅拌方法。以清洁淡水为溶剂，按溶液总重量和配比计算两组分的重量，先在配置容器中加入部分水溶液，并将各因子一次性加入水溶液中，然后采用高压水枪进行压力水冲溶，工作水压为0.10-0.40MPa，冲溶或搅拌完成后再将加足水量稀释至100％，采用普通洒水车进行喷洒。

制备后抑尘剂的性能指标为：（1）pH值：7.2-8.5；（2）黏度：≥9000mpas；（3）耐高温：≥45℃；25℃恒温下72小时的含水率14.00%，60℃恒高温下达到含水率4%时的抗蒸发时间为265min；（4）提高饱和吸水率：粉尘的饱和吸水率45.00%；（5）降低渗透率：粉尘在自然条件下的入渗速率平均为12.66mm/min，在抑尘剂下为7.92mm/min，提高了粉尘的表面吸附作用，吸湿保水时间长；（6）提高抗研磨性：采用RK/XPM–Φ120×3型三头研磨机，转速220r/min，将喷洒尘样经101FA-1型电热鼓风干燥箱高温烘干，连续研磨10秒钟，经150目标准分析筛连续振荡筛分1 min，然后用电子天平（JA21002）称量筛余量，获得筛余量所占百分比即抗研磨度为68.82%；（7）对细小粉尘具有强黏结作用，可防止洒水对土质路面造成的冲洗破坏；（8）采用BZY-101自动表面张力仪，表面张力为68.9mN/m，黏结和吸附，消除喷洒时的二次扬尘。

本发明的有益效果是，具有高黏结凝并特性，可实时补充路面附近大气水分，高强吸湿和保水，湿润路面，简单高效的制备及喷洒工艺，耗水量少，抑尘时效长，性价比高，无任何毒副和腐蚀作用，在自然界可生化降解，无任何二次污染。此抑尘技术适用于连续干旱、松软土质道路特厚大粉尘的抑制，同时，可用于硬石基础的矿山土质运输道路、装卸载广场等场地的厚大粉尘抑制，具有广泛的应用性。实践表明，喷洒一次（1.0-2.0 lit/m²）抑尘剂后，微补水30min/d，抑尘有效时间为5d以上，空气质量全部达到二级标准，并且大大减少喷洒的人力、物力和财力消耗，降低成本，提高效益。

附图说明：

图1为本发明的抑尘技术系统逻辑结构框图。

图2为本发明图1的抑尘剂制备工艺图。

图3为本发明图1的微补水系统图。

图4为本发明图3的微喷管微孔布置示意图。

图5为本发明图4的微喷管A-A剖面图。

所示， I.压力水输入，1.压力表，2.流量表，3.控制总阀，4.微补水控制阀，5.连接管，6.接头，7.微喷管，8.后校验压力计，9.微孔，O.压力水输出。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在图1的实施例中，系统主要由四部分组成：水压控制单元；数控单元；抑尘剂喷洒单元；微补水单元。水压控制单元为抑尘系统提供一定压力的水资源，并通过压力表、流量计及控制总阀进行水量和水压控制；数控单元是水压控制的高级形式，可按照设定程序实现对抑尘系统水压及水量的自动控制，水压及水量均由相应数字式传感器感应测量，所测信号为电流或电压等电信号，信号经接口设备、放大器/转换器、数字式应变仪、数据集成盒，输送到终端，所述终端包括计算机，打印机和外部显示单元，所述计算机通过程序对进行数据分析、存储和输出，并实时通过控制阀对水压进行管理。并通过专用软件或常用办公软件如EXCEL等进行数据的分析、显示、储存和打印；抑尘剂喷洒单元对道路施洒抑尘剂，通过第一控制阀、第一连接管将压力水输送到配制容器、高压水枪及洒水车，高压水枪用于冲溶抑尘剂，亦可直接在洒水车内冲溶、混合均匀；微补水单元为喷洒抑尘剂的道路补充微量的水分，压力水经第二控制阀、第二连接管、接头输送到达微喷管，经微喷管中的微孔实行微喷补水。

在图1的实施例中，用于土质道路及工业场地，所述抑尘技术先喷洒抑尘剂，然后，根据空气的干燥程度及温度进行间歇性微补水。

在图2的实施例中，取聚丙烯酸钠0.5kg、丙三醇0.1kg加入98kg水中，常温下充分搅拌或压力水枪冲溶3-5分钟即制备成100kg抑尘剂。在抑尘剂中，聚丙烯酸钠为0.5%，丙三醇为0.1%，水为98%。采用0.1-0.4MPa压力水冲溶。亦可先按比例配制到溶液总重，再用0.1-0.4MPa压缩空气管冲溶，完全溶解后抑尘剂即制备完成。此时，制备好的抑尘剂可灌装入洒水车或其他喷洒设备实现喷洒。

在图3的实施例中，两条微喷管对称布置于抑尘道路两侧非车辆碾压处，并使微孔一侧朝道路中心轴向布置；输入的压力水I经压力表1、流量计2、总控制阀3经管网连通4进入支路第二控制阀5，再经中间第二连接管6、接口7进入微喷管8，并由后验压力计对微喷管8的后验压力计9进行测量，该压力值反馈给实施例图1中所述水压控制单元或数控单元，实现水压的调节。

在图3的实施例中，可同时实施多个并行路段或工况点的抑尘，也可在同一支路中对不同路段或工况点实施串行式分段/间断式抑尘，只须将图3的实施例进行扩展。

在图4的实施例中，在微喷管一侧的一定位置及方向布置微孔，通过微孔对道路补充微量水分，以弥补干旱天气大气中水分的不足。

在图5的实施例中，微喷管断面为实施例图4的A-A横剖面，断面为椭圆型，微孔轴线通过椭圆中心轴。

应用实例：

本发明所述抑尘技术，在某土质厚大粉尘道路抑尘应用中，道路长度1.0km，采用的抑尘剂配方为0.5%的聚丙烯酸钠+0.1%的丙三醇，溶剂为清洁淡水，占98%。直接按质量配比加入洒水车，采用高压水枪冲溶2-3min，使溶液均匀，按2.0 lit/m²喷洒量对抑尘路段喷洒一次；微喷管采用高强PVC管，管径40mm，壁厚0.22mm，微孔径0.5mm，在工作压力为0.1～0.18 Mpa，单孔出水量为4.69～6.64Lit/h，每公里道路两边铺设的微喷管总长度为2000m，孔间距为0.25 m，喷孔数量为4000个/km，微喷管每公里小时耗水总量为37.52～53.12 m³/h，每天微喷设备工作30min，每公里一天的耗水量总为18.77～26.56 t。

本实施例采用液体喷洒方式施用，无须增加抑尘剂配制设施，可直接在洒水车内冲溶，配制时间与洒水加注水防尘相当。

Claims (4)

1.一种极端条件下的运输道路厚大粉尘抑尘方法的抑尘系统，该系统抑尘方法采用喷洒抑尘剂和微补水一体化技术，先喷洒抑尘剂，后间歇性补充微量水分，抑尘剂具有黏结、吸湿和保水性能，通过微补水系统，在干旱气候条件下，人为补充抑尘路面微量水分，充分发挥抑尘剂性能，延长抑尘剂的抑尘时效，其特征是：该系统包括水压控制单元、数控单元、抑尘剂喷洒单元和微补水单元；

所述水压控制单元是包括压力水源、压力表、流量计和控制总阀；

其中，所述压力水源是高位水仓或高压水泵，以产生足够的出水压力，采用高位水仓时，其位置取决于抑尘段最高位置与水仓出水点的压力水头；

所述压力表为压力读数表，用以实时测量高位水网或水泵的出水压力；

所述流量计为流量读数表，用以实时测量高位水网或水泵的出水量；

所述控制总阀用以启闭系统水路总管和控制流量；

所述数控单元是包括接口设备、放大器/转换器、数字应变仪、数据集成盒和终端；采用数控单元时，所述压力表、流量计及控制阀输出/输入信号均为电信号；

其中，所述电信号经转换器转化成数字信号后通过所述数字应变仪进入所述数据集成盒，所述电信号经所述放大器放大后通过所述数字应变仪进入所述数据集成盒，进行数据集成然后上传到所述终端；

所述终端包括计算机、打印机和外部显示单元，所述计算机通过程序进行数据分析、存储和输出，并实时通过控制阀对水压进行管理；

所述放大器/转换器与所述数字应变仪采用CR-655接口电缆传输数据，所述数字应变仪与所述数据集成盒通过RS-232C接口电缆传输数据，所述数据集成盒与终端采用CR-553B接口电缆传输数据；

所述抑尘剂喷洒单元包括第一控制阀、第一连接管、高压水枪、配制容器、抑尘剂及洒水车；通过抑尘剂喷洒单元形成抑尘剂制备及其喷洒技术工艺；

其中，所述第一控制阀用以控制抑尘剂喷洒单元压力水流量及水流压力；

所述第一连接管用以连接高压水枪或水管，为抑尘剂配制及洒水车注水提供管网；

所述高压水枪用以提供高压水射流，为抑尘剂的配制提供冲溶和匀化手段；

所述配制容器用于抑尘剂的配制，当即配即用时，直接在洒水车内冲溶；

所述微补水单元是一种水雾发生器，分别位于抑尘路段的两侧，所述微补水单元由第二控制阀、第二连接管、接头、微喷管、后校验压力计及封堵组成；

所述第二控制阀用以控制微补水单元的管网流量及水流压力；

所述第二连接管是压力水源出水的引长管，位于第二控制阀与微喷管之间，其长度取决于控制阀到微喷管抑尘段起点的管网路径；

所述微喷管的管壁上沿微喷管母线分单排或多排交错等距布置若干微孔，通过微孔从道路两侧向道路中心轴喷射微型水流；

所述后校验压力计安装在微喷管的末端，用以检验管网的最终压力，后校验压力计并为水压控制单元提供信息反馈；

所述封堵用以封闭微喷管末端，当微喷管需要延长管网时，通过微喷管之间的接头接入微喷管。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字应变仪的直流工作电压为6V。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据集成盒的直流工作电压为12V。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抑尘剂由聚丙烯酸钠和丙三醇组成，其配比的质量百分比分别为0.10-1.50%和0.1-0.50%，其余为水，在实施前，抑尘剂为两种独立的组分；实施时，用水作溶剂，制备成相应配比的溶液。