煤礦泡沫除塵技術(shù)研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

趙緒帥+++徐加恒+++訾美幸

摘要：近年來(lái)，煤礦泡沫除塵技術(shù)的現(xiàn)狀及趨勢(shì)得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先介紹了泡沫除塵技術(shù)的機(jī)理與特點(diǎn)，分析了泡沫除塵技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從多個(gè)角度與方面就泡沫除塵技術(shù)和除塵效果展開(kāi)了研究，闡述了個(gè)人對(duì)此的幾點(diǎn)看法與認(rèn)識(shí)，望有助于相關(guān)工作的實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：煤礦；泡沫除塵；技術(shù)現(xiàn)狀；趨勢(shì)

一、前言

作為一項(xiàng)實(shí)際要求較高技術(shù)方法之一，煤礦泡沫除塵技術(shù)的特殊性不言而喻。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)煤礦泡沫除塵技術(shù)現(xiàn)狀問(wèn)題的分析與掌控力度，從而通過(guò)合理化的措施與途徑，進(jìn)一步優(yōu)化其在實(shí)際應(yīng)用中的最終整體效果。

二、泡沫除塵技術(shù)的機(jī)理與特點(diǎn)

除塵用的泡沫由空氣、水、發(fā)泡劑和多種助劑經(jīng)過(guò)物理發(fā)泡而成。將發(fā)泡劑加入到水中，降低了水的表面張力，將通過(guò)發(fā)泡器生成的大量細(xì)膩均勻的泡沫在壓縮空氣的作用下噴灑到塵源上或空氣中。與現(xiàn)有的除塵技術(shù)相比，泡沫除塵技術(shù)不但兼有一般噴霧和化學(xué)抑塵的優(yōu)點(diǎn)，還有以下特點(diǎn)：①當(dāng)泡沫噴灑并覆蓋到產(chǎn)塵源處，形成無(wú)空隙的泡沫體覆蓋和遮斷塵源，使得粉塵得以濕潤(rùn)和抑制，可有效阻止粉塵向外界擴(kuò)散；②當(dāng)泡沫液噴灑到含塵空氣中，泡沫群的總體積和總面積增大，大幅增加了與塵粒的碰撞概率；③泡沫的液膜中含有高效發(fā)泡的表面活性劑（發(fā)泡劑），能大幅度降低水的表面張力，發(fā)泡劑分子在水溶液和粉塵顆粒接觸的界面上吸附，迅速改變粉塵的濕潤(rùn)性能，增加了粉塵被濕潤(rùn)的速度；④泡沫具有很好的黏性，粉塵一旦和泡沫接觸將會(huì)迅速被泡沫粘附，從而也增加了泡沫和粉塵的粘附效率。根據(jù)不同粒徑粉塵的濕潤(rùn)性能，確定了發(fā)泡劑的最佳添加量是0.5%（體積分?jǐn)?shù)）

三、泡沫除塵技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）泡沫的制備技術(shù)

泡沫降塵的關(guān)鍵步驟是由泡沫試劑和發(fā)泡器制備泡沫。發(fā)泡器的主要結(jié)構(gòu)分為障礙版、擾流器、文丘里管和筒體等。將泡沫制劑與水相混合后，通過(guò)起旋器送入文丘里管，同時(shí)壓縮空氣從小孔進(jìn)入，在管喉部與靜壓降低的泡沫液均勻混合形成氣液混合射流，撞擊在擾流器上形成部分泡沫。在氣流的推動(dòng)作用下，泡沫液進(jìn)入障礙筒，再通過(guò)障礙充分?jǐn)_亂后形成足夠均勻的泡沫。

（二）泡沫除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與布置

當(dāng)前礦井的粉塵是煤炭開(kāi)采工作中主要危險(xiǎn)之一，制約了開(kāi)采工作。合理的設(shè)計(jì)和布置除塵系統(tǒng)不僅可以保證開(kāi)采工作的安全性，也大大提高了開(kāi)采量。對(duì)于泡沫除塵系統(tǒng)，要求其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)泡器和泡沫添加器以及發(fā)泡劑的儲(chǔ)存裝置由風(fēng)水聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)組合形成降塵機(jī)構(gòu)，同時(shí)還具有輸送管道和噴射裝置等。同時(shí)，為了達(dá)到良好的除塵效果，科學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)布置也是必不可少的。在對(duì)粉塵的擴(kuò)散軌跡進(jìn)行研究后表明，當(dāng)泡沫噴射范圍覆蓋包裹掘進(jìn)機(jī)的切割部位時(shí)，能夠達(dá)到較好的降塵效果。要擴(kuò)大噴射范圍，就需要對(duì)掘進(jìn)機(jī)的噴霧裝置加裝環(huán)形噴射支架，環(huán)形噴射支架能夠使得泡沫噴頭的噴射角度擴(kuò)大為45度，擴(kuò)大包裹范圍，但同時(shí)也需要加裝鋼板以保護(hù)噴頭，將降塵裝置通過(guò)磁力吸附與掘進(jìn)機(jī)上。出于作業(yè)安全考慮，要求泡沫降塵系統(tǒng)不影響正常的掘進(jìn)工作，因此首先需要保證降塵系統(tǒng)所需要的正常水壓和氣壓在和1.5MPa和0.7MPa以上，水流量和空氣流量也需要大于2m3/h和60m3/h，將空氣與水流管路各引出一條高壓膠管接在聯(lián)動(dòng)控制開(kāi)關(guān)上，再通過(guò)高壓膠管將泡沫出口和噴射器相連。

四、泡沫除塵技術(shù)和除塵效果探究

（一）泡沫除塵劑除塵效果和成本研究

將泡沫除塵技術(shù)和傳統(tǒng)的水幕除塵技術(shù)以及除塵風(fēng)機(jī)技術(shù)相對(duì)比，可研究泡沫除塵技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。購(gòu)得市售河南鞏義市泡沫除塵劑廠所生產(chǎn)的除塵劑，經(jīng)測(cè)定使用前后全塵濃度分別為322mg/m3和112mg/m3，呼吸性粉塵濃度分別為79mg/m3和37mg/m3，除塵效率由計(jì)算公式可得分別為75.5%和70.9%；而采用一道防塵水幕的總降塵效率和呼吸性降塵效率分別為42.2%和40.2%，采用兩道防塵水幕則分別為51.9%和48.8%。可以看出水幕除塵技術(shù)的除塵效率只有50%左右，而泡沫除塵技術(shù)除塵效率高過(guò)其50%。而實(shí)驗(yàn)測(cè)定除塵風(fēng)機(jī)的除塵效率更低，僅為51.3%和35.4%。比較之下，采用泡沫除塵技術(shù)或?qū)⑴菽龎m技術(shù)與水幕除塵相結(jié)合可以達(dá)到更好的除塵效果。從成本方面考慮，泡沫除塵需要購(gòu)買泡沫除塵劑，需要一定的成本支出，但相比較于水幕除塵，泡沫除塵節(jié)約了大量的水，顯著的除塵效果保障了井下作業(yè)人員的身體健康，綜合考慮成本，泡沫除塵技術(shù)更加具有應(yīng)用價(jià)值。

（二）泡沫除塵劑最佳配比的探究

泡沫除塵技術(shù)的除塵效果與泡沫的產(chǎn)生效果亦即泡沫除塵劑的配比有著較大關(guān)聯(lián)。因此探索泡沫除塵劑的最佳配比，能夠更好地提高除塵效果。除塵劑的主要成分為十二烷基硫酸鈉、羧甲基纖維素鈉和椰子油酰胺，這三種物質(zhì)的作用分別為發(fā)泡劑、濕潤(rùn)劑和穩(wěn)定劑。試驗(yàn)使用河南鞏義市新興泡沫除塵劑廠的發(fā)泡器，以及精度為0.0001g的電子天平。測(cè)量粉塵濃度的采樣器型號(hào)為KFC-92A型。分別按照90：4：6、85：9：6、80：8：12和70：12：18的比例配制三種試劑，分為A、B、C、D四組，同時(shí)保證總質(zhì)量為10kg，后加入40kg熱水進(jìn)行混合攪拌，得到20%質(zhì)量比的泡沫除塵劑。再將三種除塵劑分別進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)出各自的降塵效率：在除塵前全塵濃度為370kg/m3，呼吸性粉塵濃度為120mg/m3的情況下，測(cè)得A組的總降塵效率和呼吸性粉塵降塵效率分別為66.9%和77.9%；B組為70.6%和82.9%；C組為66.2%和75.0%；D組為61.2%和69.0%?？梢钥闯觯?dāng)十二烷基硫酸鈉、羧甲基纖維素鈉和椰子油酰胺配比為85：9：6時(shí)，除塵效率最好，基本達(dá)到了市售產(chǎn)品的使用效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)煤礦泡沫除塵技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)的研究分析，對(duì)于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的煤礦泡沫除塵技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，并注重其具體實(shí)施措施與方法的科學(xué)性。

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