礦井塵源泡沫化治理技術(shù)研究與應(yīng)用

文/呂玉芝

（作者單位：山東能源新礦集團(tuán)內(nèi)蒙能源公司長(zhǎng)城五礦）

（責(zé)任編輯：龐永厚）

隨著現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智慧化礦山建設(shè)的發(fā)展，粉塵治理技術(shù)升級(jí)成為新時(shí)期煤礦企業(yè)迫切需要解決的重要問題。采掘工作面噴霧降塵技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)礦山選擇的主要降塵方法，但此技術(shù)的缺點(diǎn)是除塵效率較低。

泡沫除塵可以通過良好的覆蓋、濕潤(rùn)和黏附等方式作用于粉塵，從源頭上防止粉塵的擴(kuò)散，降低空氣中粉塵濃度，是礦山企業(yè)粉塵治理技術(shù)升級(jí)替代的重要技術(shù)選擇。

一、泡沫除塵技術(shù)機(jī)理

泡沫除塵技術(shù)自上個(gè)世紀(jì)50年代由英國(guó)問世后，得到了美國(guó)、前蘇聯(lián)、德國(guó)、日本等主要產(chǎn)煤國(guó)家的響應(yīng)和認(rèn)可，并相繼開展泡沫除塵技術(shù)應(yīng)用研究。進(jìn)入2000年后，我國(guó)煤礦企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)開始對(duì)泡沫除塵技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用，降塵效率普遍達(dá)到了80～90%左右。

泡沫除塵技術(shù)是根據(jù)除塵泡沫具有隔絕性、粘性、彈性和濕潤(rùn)性等特性，利用礦井的防塵供水系統(tǒng)和壓風(fēng)系統(tǒng)作為介質(zhì)和動(dòng)力源，將發(fā)泡劑與防塵水、壓風(fēng)通過發(fā)泡裝置混合形成泡沫噴灑至產(chǎn)塵點(diǎn)，粉塵在產(chǎn)生后的高濃度初始階段被泡沫所捕獲，繼而被泡沫所濕潤(rùn)、覆蓋和黏附，并在各種機(jī)理的共同作用下產(chǎn)生有效的除塵效果。

礦井塵源泡沫化控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和技術(shù)人員對(duì)發(fā)泡劑和除塵泡沫本身性質(zhì)的研究，以及關(guān)于該技術(shù)的應(yīng)用工藝方面的研究成果比較分散,相關(guān)泡沫除塵文獻(xiàn)數(shù)量較少,均未形成系統(tǒng)的理論成果。同時(shí)，受泡沫除塵高成本的影響,泡沫除塵技術(shù)在我國(guó)煤礦企業(yè)仍然處于試驗(yàn)應(yīng)用階段。隨著我國(guó)礦井智慧化、現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，以及國(guó)家環(huán)境保護(hù)和職業(yè)病危害防治等政策的要求，礦井建設(shè)對(duì)無(wú)塵化的要求更加嚴(yán)格，高效除塵無(wú)疑是現(xiàn)實(shí)需求，傳統(tǒng)的噴霧降塵技術(shù)亟待進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)。

二、泡沫除塵技術(shù)在煤礦企業(yè)的應(yīng)用

2018年，山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)防塵技術(shù)研究室對(duì)泡沫除塵技術(shù)進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，先后在長(zhǎng)城五礦、新巨龍公司、翟鎮(zhèn)礦業(yè)等進(jìn)行推廣應(yīng)用，大幅提升了礦井粉塵防治水平。

1. 轉(zhuǎn)載機(jī)破碎機(jī)泡沫除塵設(shè)計(jì)

長(zhǎng)城五礦主井口破碎機(jī)為山東新特機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的QRL1616型重錘式反擊破碎機(jī)，進(jìn)料尺寸≦900mm，出料尺寸≦70mm，生產(chǎn)能力每小時(shí)600～900t，破碎機(jī)房采用噴霧降塵及除塵風(fēng)機(jī)除塵，除塵效率低下。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查分析，井口破碎機(jī)主要產(chǎn)塵點(diǎn)為進(jìn)入破碎機(jī)的煤矸進(jìn)行破碎導(dǎo)致進(jìn)料口處粉塵外溢，以及破碎后的煤矸落入皮帶運(yùn)輸時(shí)出料口粉塵外溢，導(dǎo)致整個(gè)破碎機(jī)房上口及下口機(jī)房?jī)?nèi)粉塵飛揚(yáng)，粉塵濃度達(dá)到800～1000mg/m3，進(jìn)而影響到主井房空氣質(zhì)量。

設(shè)計(jì)在破碎機(jī)進(jìn)料口和出料口兩個(gè)產(chǎn)塵點(diǎn)安裝泡沫分配器，采用BW-CC(KPT-0.2/0.4)型泡沫發(fā)生器，規(guī)格700×450×400cm,設(shè)備進(jìn)水壓力≦0.5Mpa,耗水量1～1.5m3/h,進(jìn)氣壓力≦0.4Mpa,耗氣量80～120m3/h。

2. 綜掘工作面泡沫除塵設(shè)計(jì)

根據(jù)掘進(jìn)工作面綜掘機(jī)施工特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用BW-CC200型礦用泡沫降塵裝置，直接將箱體及泡沫產(chǎn)生設(shè)備安設(shè)在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上，泡沫分配器、泡沫噴頭及支架組成安設(shè)在掘進(jìn)機(jī)懸臂段，噴頭呈中上、左、右三面布置，裝置與發(fā)泡劑配合使用，截割作業(yè)時(shí)對(duì)炮頭三面全包圍泡沫滅塵。

3. 采煤工作面泡沫除塵設(shè)計(jì)

根據(jù)采煤工作面實(shí)際情況，設(shè)計(jì)在工作面刮板輸送機(jī)電纜槽內(nèi)敷設(shè)直徑19mm壓風(fēng)管路，并固定在電纜卡子內(nèi)，與電纜、供水管路同步移動(dòng)，選用BWCC-160型礦用泡沫降塵裝置，直接將箱體及泡沫產(chǎn)生設(shè)備安設(shè)在采煤機(jī)機(jī)身中部，泡沫噴頭及支架組成安設(shè)在采煤機(jī)上下兩個(gè)搖臂上，噴頭朝向滾筒上部噴射，截割作業(yè)時(shí)對(duì)滾筒上部所截割煤體泡沫滅塵。

4. 泡沫降塵劑技術(shù)指標(biāo)

（1）泡沫除塵劑類型：高濃縮型。

（2）氣味：略帶芳香。

（3）成分：純生物制劑，無(wú)毒害。

（4）安全等級(jí)：一類皮膚接觸。

（5）保質(zhì)期:一年。

5. 降塵效率

使用泡沫除塵后，各礦粉塵治理能力大幅提升，破碎機(jī)地點(diǎn)、綜掘工作面降塵效率顯著。破碎機(jī)地點(diǎn)全塵降塵率達(dá)到90%以上，呼塵降塵率達(dá)到81.1%；掘進(jìn)工作面全塵降塵率達(dá)到91%，呼塵降塵率達(dá)到了89%。

6. 成本與效益分析

泡沫降塵劑每噸20000元，每公斤20元，掘進(jìn)工作面每米進(jìn)尺消耗降塵劑約1.66kg，每米進(jìn)尺成本約34元。破碎機(jī)按日破碎煤矸約10000噸，日消耗降塵劑80kg，每破碎一噸煤消耗降塵劑約0.008kg，噸煤成本約0.16元/噸。

采用泡沫除塵后，降低了地面破碎機(jī)及綜掘工作面作業(yè)地點(diǎn)的粉塵濃度，提高了能見度，掘進(jìn)工作面工程質(zhì)量得到提高，有效提高了掘進(jìn)單進(jìn)水平，避免了職業(yè)病和煤塵事故的發(fā)生，同時(shí)為智慧化礦山可視化建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的環(huán)境基礎(chǔ)，環(huán)境保護(hù)效果突出，安全效益、經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

7. 泡沫除塵效果特點(diǎn)

（1）改善了破碎機(jī)轉(zhuǎn)載及掘進(jìn)工作面的工作環(huán)境，避免了職業(yè)病和煤塵事故的發(fā)生，尤其是提高了工作面迎頭能見度，加快了掘進(jìn)速度，提高了工程質(zhì)量和單進(jìn)水平。

（2）用水量下降降塵效率高，提升了綜合機(jī)械化采掘工作效率。

（3）泡沫除塵系統(tǒng)體積小適應(yīng)掘進(jìn)巷道范圍廣，從源頭降低粉塵飛揚(yáng)，為取消笨重的除塵風(fēng)機(jī)打下了良好基礎(chǔ)。

（4）噴嘴的大開口設(shè)計(jì)擺脫了因水中雜質(zhì)的堵塞對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。

（5）在試驗(yàn)中，采煤工作面受大傾角、大采高、大滾筒影響，泡沫除塵不能很好地封閉包裹全部滾筒，導(dǎo)致除塵效果未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，同時(shí)受到煤壁片幫影響，導(dǎo)致除塵設(shè)備多次被砸，即使加設(shè)防護(hù)罩也不能很好保護(hù)，導(dǎo)致試驗(yàn)終止。因此認(rèn)為泡沫除塵不適合大傾角、大采高采煤工作面，可應(yīng)用于近水平及小角度緩傾斜煤層開采。

三、結(jié)語(yǔ)

近幾年來(lái)，國(guó)家對(duì)粉塵防治要求不斷提高，高效除塵不僅是職業(yè)病防治、粉塵災(zāi)害防治及環(huán)境保護(hù)的需要，也是實(shí)現(xiàn)無(wú)人化、現(xiàn)代化、智慧化礦山建設(shè)的需要。

通過實(shí)踐應(yīng)用，泡沫除塵技術(shù)已經(jīng)是成熟可靠的降塵技術(shù)，能夠滿足礦山降塵要求。泡沫除塵技術(shù)能夠高效降低轉(zhuǎn)載破碎機(jī)、綜掘工作面產(chǎn)塵地點(diǎn)的粉塵濃度，從源頭避免了粉塵范圍的擴(kuò)大，改善了工作環(huán)境，有效避免了職業(yè)病危害和煤塵災(zāi)害事故的發(fā)生，為無(wú)人化、現(xiàn)代化、智慧化礦山開采打下了可靠基礎(chǔ)，可在行業(yè)內(nèi)廣泛推廣使用。

成本增加是目前阻礙煤礦企業(yè)泡沫除塵技術(shù)發(fā)展的主要障礙。國(guó)家在推行企業(yè)減稅降費(fèi)利好政策的基礎(chǔ)上，行業(yè)主管部門應(yīng)加大泡沫除塵技術(shù)推廣應(yīng)用的力度，制定鼓勵(lì)發(fā)展泡沫降塵劑規(guī)?；a(chǎn)的相關(guān)政策和制度，礦山企業(yè)也應(yīng)提高對(duì)泡沫除塵劑和相關(guān)發(fā)泡裝置制造技術(shù)的吸收和再制造能力，加大生產(chǎn)和推廣應(yīng)用力度，這是降低泡沫除塵技術(shù)成本的主要途徑。