泡沫降塵技術(shù)在淮南潘三礦掘進(jìn)面的應(yīng)用

李強(qiáng)

摘 要：針對(duì)淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三礦煤層綜掘過(guò)程產(chǎn)生大量粉塵。傳統(tǒng)噴水降塵措施用水量大.呼吸性粉塵的降塵效果差等問(wèn)題。采用泡沫降塵技術(shù)，根據(jù)井下實(shí)際情況，實(shí)施時(shí)采用前置式噴頭布置，降塵劑添加比例定為1.2%，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，泡沫降塵技術(shù)降塵效率明顯高于噴霧降塵技術(shù)。使用泡沫降塵時(shí)，在司機(jī)側(cè)測(cè)得全塵及呼吸性粉塵降塵效率分別達(dá)到65.7%和58.6%。

關(guān)鍵詞：綜掘面、煤礦降塵、泡沫降塵劑

粉塵是煤礦生產(chǎn)中的主要災(zāi)害因素之一。其主要危害是引發(fā)塵肺病和煤塵爆炸。而掘進(jìn)工作面是煤礦的主要產(chǎn)塵點(diǎn)之一。近年來(lái)隨著掘進(jìn)機(jī)的大量使用，井下掘進(jìn)工作面的粉塵濃度急劇提升，嚴(yán)重降低工作面能見度，制約著巷道的進(jìn)尺速度，并嚴(yán)重影響煤礦工人的身體健康。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在綜合防塵方面做了大量的工作，從除塵方式到裝備、手段都取得了很大的進(jìn)步。有效地抑制了煤塵。但由于采取的技術(shù)措施缺乏針對(duì)性，水的表面張力較高.呼吸性粉塵不易被水迅速、有效地濕潤(rùn).致使降塵效果不佳。為此，必須針對(duì)煤塵性質(zhì)采取有效措施控制煤塵.爭(zhēng)取用最少的水量達(dá)到最優(yōu)的降塵效果[1]。結(jié)合淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三煤礦綜掘工作面的實(shí)際情況，根據(jù)綜掘工作面的產(chǎn)塵特點(diǎn)和泡沫降塵機(jī)理，確定最佳的發(fā)泡劑添加比例和泡沫降塵技術(shù)實(shí)施工藝和參數(shù)。

1、潘三17181運(yùn)順煤巷綜掘工作面產(chǎn)塵特性

該綜掘工作面為煤巷，寬：5米，高：3.7米，巷道水壓是3MPa，氣壓是0.5 MPa，。采用三一重工EBZ160型掘進(jìn)機(jī)割、裝、運(yùn)煤，并配合輸送機(jī)出煤。主要的粉塵來(lái)源包括綜掘機(jī)割煤、運(yùn)輸皮帶轉(zhuǎn)載處，打眼測(cè)瓦斯?jié)舛鹊裙ば?。其中最主要的產(chǎn)塵源是綜掘機(jī)割煤部分。產(chǎn)塵量占總產(chǎn)塵量的95% 以上。目前該綜掘面除塵措施主要有：壓入式通風(fēng)方式、綜掘機(jī)掘進(jìn)頭安裝內(nèi)外噴霧頭的噴水除塵和在后方安裝的防塵噴霧簾3種。綜掘機(jī)割煤時(shí)，工作面司機(jī)側(cè)全塵濃度高達(dá)1667 mg/ m3（此時(shí)壓入式通風(fēng)方式和綜掘機(jī)掘進(jìn)頭安裝內(nèi)外噴霧頭的噴水除塵同時(shí)進(jìn)行）。

2、泡沫降塵技術(shù)機(jī)理[2]

泡沫除塵是通過(guò)發(fā)泡器將空氣、水和發(fā)泡劑按一定比例充分均勻混合，產(chǎn)生大量的泡沫噴灑到煤壁等塵源上，在碰撞、濕潤(rùn)、覆蓋、黏附等多種機(jī)理綜合作用下，依靠泡沫及其液膜良好的隔絕性、吸附性和濕潤(rùn)性等特點(diǎn)，捕捉粉塵，并使之沉降。泡沫降塵不但兼有一般噴霧和化學(xué)抑塵的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有以下特點(diǎn)： ①當(dāng)泡沫噴灑到塵源上，造成無(wú)空隙的泡沫體覆蓋產(chǎn)塵源，從根本上阻止粉塵向外界擴(kuò)散；②當(dāng)泡沫液噴灑到含塵空氣中，則形成大量的泡沫粒子群，其總體積和總面積增大，增加了降塵劑與塵粒的碰撞效率； ③泡沫的液膜含有特制的泡沫降塵劑，可以大幅度降低水的表面張力，降塵劑分子能在水溶液和與粉塵顆粒接觸的界面上吸附，迅速改變粉塵的濕潤(rùn)性能，增加粉塵被濕潤(rùn)的速度； ④泡沫具有很好的粘性，粉塵一旦和泡沫接觸將會(huì)迅速被泡沫黏附，從而也增加泡沫對(duì)煤礦粉塵的吸附效率。

3泡沫降塵工藝實(shí)施[3]

掘進(jìn)工作面空間小，人員多，作業(yè)地點(diǎn)變換頻繁。因此，要求降塵系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)既要能保證其正常使用，又不影響礦工的工作。從EBZ160掘進(jìn)機(jī)的實(shí)際情況及工人的使用方便性出發(fā)，最終確定將泡沫發(fā)生控制裝置，安裝在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)旁邊的掘進(jìn)機(jī)臺(tái)面處，方便司機(jī)在操作掘進(jìn)機(jī)工作的同時(shí)也可以控制泡沫發(fā)生控制裝置。以工作面用水的一部分為水源，以工作面壓風(fēng)的一部分為氣源，將泡沫降塵裝置，裝置上的風(fēng)水閥門的兩個(gè)接口分別與水管和風(fēng)管連接，泡沫降塵裝置生成的泡沫通過(guò)膠管輸送至泡沫分配器，裝有泡沫噴頭的噴頭支架和高壓膠管與泡沫分配器的出口連接，最后由噴頭噴射至截割產(chǎn)塵點(diǎn)，如圖1、圖2所示。

進(jìn)水需要壓力2-3MPa。壓風(fēng)管路需要壓力0.3-0.5MPa 。其中，發(fā)泡劑添加采用負(fù)壓方式將發(fā)泡劑直接吸入到管路與水混合，并通過(guò)控制閥控制其添加比例，可實(shí)現(xiàn) 0.1-2.5%比例的穩(wěn)定添加。為高效的抑制粉塵擴(kuò)散，必須在粉塵開始擴(kuò)散之前進(jìn)行有效的干預(yù)，切斷粉塵擴(kuò)散通道。針對(duì) EBZ160掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)及割煤方式，破碎煤巖產(chǎn)生的粉塵分兩部分，一部分部分沿著截齒運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向被帶出來(lái).，另一部分為大量煤塊落地撞擊鏟塵。根據(jù)粉塵的產(chǎn)生方式及實(shí)際生產(chǎn)中綜掘機(jī)截割頭部分運(yùn)動(dòng)軌跡采用門字形噴頭布置方式。即在綜掘機(jī)截割頭后方平臺(tái)的上部及兩側(cè)采用外裝方式固定泡沫噴頭的方式，該方式可以有效地捕捉和覆蓋粉塵，防止粉塵擴(kuò)散，降低煤塵濃度。

經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，確定該降塵工藝的主要參數(shù)為： 1發(fā)泡倍數(shù)為 30-50倍； 2降塵劑的使用量為水的 0.1-2.0% ； 3 耗水量為1.0-2.3 m3/h。

4應(yīng)用分析

泡沫降塵裝置在掘進(jìn)機(jī)上安裝后，進(jìn)行測(cè)塵實(shí)驗(yàn)。以掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處為粉塵濃度測(cè)試點(diǎn)，在盡可能保證測(cè)量時(shí)的外部條件（ 司機(jī)割煤的位置和順序等） 一致的情況下，使用CCGZ-1000 型直讀式粉塵儀分別測(cè)量：無(wú)降塵措施、使用外噴霧降塵和使用泡沫降塵3種條件下的全塵及呼吸性粉塵的濃度，見表1。

經(jīng)對(duì)比分析，使用外噴霧降塵時(shí)的降塵率為：全塵35.4%，呼吸性粉塵31.3%。而泡沫降塵時(shí)的降塵率為：全塵65.7%，呼吸性粉塵58.6%。比使用外噴霧降塵分別提高了30.3 %和27.3%。經(jīng)對(duì)比分析，使用泡沫降塵的降塵效果比用外噴霧降塵的降塵效果明顯。同時(shí)使用泡沫降塵裝置降塵后，工作面能見度顯著提高，如圖2 。

5 結(jié)論

1、通過(guò)總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)[4]及根據(jù)分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況出發(fā)，采用泡沫發(fā)生裝置和泡沫噴頭分離的工藝，在靠近司機(jī)處的掘進(jìn)機(jī)機(jī)身平臺(tái)上安裝泡沫降塵裝置、在綜掘機(jī)截割頭后方平臺(tái)的上部及兩側(cè)采用外裝方式固定泡沫噴頭，當(dāng)泡沫輸送至噴頭，利用噴頭良好的擴(kuò)散性，使從噴頭噴出的泡沫形成門字型結(jié)構(gòu)。有效的對(duì)產(chǎn)生的煤塵進(jìn)行抑制和防止粉塵擴(kuò)散。

2、試驗(yàn)證明： 針對(duì)淮南潘三礦煤樣特性，降塵劑添加量對(duì)發(fā)泡效果的影響試驗(yàn)顯示： 降塵劑體積分?jǐn)?shù)為 1.2%時(shí)發(fā)泡效果最好，確定該礦掘進(jìn)面實(shí)施泡沫降塵的最佳發(fā)泡劑添加比例。

3、現(xiàn)場(chǎng)使用效果表明，泡沫降塵裝置制備的泡沫能較好的減少和控制粉塵的產(chǎn)生，同時(shí)又能抑制已產(chǎn)生粉塵的擴(kuò)散，對(duì)全塵的降塵效率為65.7%，對(duì)呼吸性粉塵的降塵效率為58.6%，降低了掘進(jìn)面的粉塵濃度，提高了能見度，增加了工作的安全性。

4、泡沫降塵技術(shù)，豐富和發(fā)展了淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三煤礦的粉塵防治方法，為煤礦的綜掘防塵提供了一項(xiàng)新的技術(shù)手段。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]馬漢鵬，王德明.礦井粉塵防治技術(shù)探討.潔凈煤技術(shù)， 2005，11： 14-15

[2]任萬(wàn)興. 煤礦井下泡沫除塵理論與技術(shù)研究[D]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2009：14-18

[3]陸新曉，王德明，王和堂，等. 礦用除塵泡沫的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 煤礦安全，.2011.42（6）：1-3

[4]高慶重，王得明。泡沫降塵技術(shù)在掘進(jìn)面的應(yīng)用[J]。金屬礦山，2010，15（7），