綜采工作面泡沫復(fù)合除塵技術(shù)應(yīng)用

孫月明

（山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

綜采工作面回采期間采煤機(jī)割煤、刮板輸送機(jī)運(yùn)煤、破碎機(jī)破煤以及帶式輸送機(jī)卸煤等都會產(chǎn)生粉塵，不利于施工人員身體健康，而且高濃度粉塵降低了工作面能見度，導(dǎo)致施工人員誤操作現(xiàn)象。高濃度懸浮粉塵在靜電以及明火下很容易發(fā)生粉塵爆炸事故，威脅著工作面安全高效生產(chǎn)。綜采工作面?zhèn)鹘y(tǒng)主要采用噴霧灑水裝置進(jìn)行除塵，但是由于水霧顆粒吸附性差，降塵效果差。本文以阜生煤礦1103 工作面為例，對工作面采取泡沫復(fù)合除塵技術(shù)[1-5]，通過實際應(yīng)用效果來看，達(dá)到了有效的降塵目的。

1 概述

山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司1103 工作面位于井田一采區(qū)，工作面北部為1102 采空區(qū)，南部為1104 工作面，以東為井田邊界。

1103 工作面設(shè)計走向長度為960 m，傾向長度為150 m，工作面回采煤層為15#層，均厚6.5 m。工作面采用綜合放頂煤回采工藝，采煤高度為3.5 m，放煤高度為2.0 m。15#煤層為黑色，半亮型～半暗型煤，塊狀為主，夾部分粉末。煤巖成分以亮煤為主，暗煤少量，偶見絲炭。玻璃光澤，均一構(gòu)造，條帶狀構(gòu)造，參差狀，眼球狀斷口。內(nèi)生裂隙不發(fā)育，見平行層狀節(jié)理，含黃鐵礦結(jié)核及散晶。

實測1103工作面煤層瓦斯含量最大為5.66 m3/t，采用“U”型通風(fēng)方式，工作面進(jìn)風(fēng)巷為1103 運(yùn)輸順槽，工作面污風(fēng)從1103 回風(fēng)順槽回至一采區(qū)回風(fēng)巷，如圖1 所示。工作面割煤期間采用噴霧灑水進(jìn)行降塵，但是通過現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，回采前期工作面全塵濃度高達(dá)124 mg/m3，呼吸性粉塵濃度達(dá)到166 mg/m3，噴霧灑水降塵效果相對較差。

圖1 1103 工作面布置及通風(fēng)系統(tǒng)布置示意圖

2 泡沫復(fù)合除塵技術(shù)應(yīng)用

2.1 除塵原理

泡沫復(fù)合除塵技術(shù)主要是將高濃度泡沫顆粒噴灑在煤塵擴(kuò)撒空間內(nèi)，泡沫群總體積和總面積增大，加大了泡沫群與粉塵顆粒碰撞幾率，阻止粉塵顆粒向外界擴(kuò)散；同時，泡沫顆粒具有的吸附性強(qiáng)、擴(kuò)張力低、黏度高等的優(yōu)點(diǎn)，使其能夠很快吸附粉塵顆粒，產(chǎn)生大顆粒沉降作用。

2.2 泡沫除塵裝置

（1）1103 工作面主要采用采煤機(jī)切割頭外噴霧除塵方式，泡沫除塵裝置安裝在采煤機(jī)截割部上。除塵系統(tǒng)主要由泡沫生產(chǎn)系統(tǒng)、分配器、噴霧架、旋轉(zhuǎn)搖臂等部分組成，如圖2。

圖2 泡沫除塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

（2）泡沫生產(chǎn)系統(tǒng)是整個裝置核心部件。該系統(tǒng)主要由箱體、吸料控制器、給水裝置、發(fā)泡控制器、吹泡控制器等部分組成。箱體規(guī)格為長×寬×高=1.0 m×0.7 m×0.5 m，由厚度為3 mm 不銹鋼制成。

2.3 發(fā)泡材料

1103 工作面在進(jìn)行泡沫復(fù)合除塵過程中，發(fā)泡材料主要由發(fā)泡劑、潤濕劑以及穩(wěn)泡劑三種化學(xué)材料混合組成。該發(fā)泡材料屬于無毒無味化學(xué)材料，阻燃效果好，發(fā)泡期間吸熱性能強(qiáng)。

（1）發(fā)泡劑主要為濃度0.7%的十二烷基二甲基氧化胺，潤濕劑主要為濃度0.6%的月桂酰胺丙基氧化胺，穩(wěn)泡劑主要由聚乙烯醇、淀粉、聚丙烯酰胺等三種材料以1:1.2:0.9 的配比混合而成。

（2）發(fā)泡劑與潤濕劑配比為4:1:1.5 時混合劑發(fā)泡效果及穩(wěn)泡效果最好。通過現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，以該配比的混合劑在發(fā)泡期間靜止5 min 時發(fā)泡體積達(dá)340 ml。

2.4 泡沫復(fù)合除塵技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）傳統(tǒng)噴霧灑水裝置主要利用水分子與粉塵之間產(chǎn)生橋連作用，吸附粉塵顆粒從而達(dá)到降塵目的；而泡沫復(fù)合除塵技術(shù)主要利用泡沫分子對粉塵顆粒進(jìn)行包裹，控制粉塵顆粒擴(kuò)散范圍，并進(jìn)行沉降作用。

（2）與傳統(tǒng)噴霧灑水裝置相比，泡沫復(fù)合除塵時噴灑的泡沫顆粒體積大于水霧顆粒，從而增加泡沫顆粒與粉塵顆粒碰撞幾率。

（3）泡沫復(fù)合除塵時產(chǎn)生的泡沫表面的液膜主要成分為發(fā)泡劑，泡沫與粉塵顆粒接觸后能夠迅速將粉塵顆粒濕潤，且增加粉塵顆粒濕潤速度。

（4）泡沫生產(chǎn)液中含有高濃度粘接劑，產(chǎn)生泡沫具有較強(qiáng)的附著力，采用泡沫降塵時泡沫能夠迅速與粉塵顆粒接觸，提高了降塵效果。

（5）與傳統(tǒng)噴霧灑水裝置以及除塵風(fēng)機(jī)相比，泡沫除塵系統(tǒng)安裝在采煤機(jī)截割部，設(shè)備體積小，可隨著采煤機(jī)進(jìn)行移動，解決了傳統(tǒng)降塵裝置移動困難、降塵空間有限等技術(shù)難題。

2.5 除塵裝置工作原理

（1）在1103 工作面采煤機(jī)截割部以及刮板輸送機(jī)機(jī)頭處各安裝了一套泡沫除塵裝置，其中采煤機(jī)上兩套除塵裝置通過聯(lián)鎖開關(guān)與采煤機(jī)電控箱聯(lián)鎖控制，刮板輸送機(jī)機(jī)頭處除塵裝置通過聯(lián)鎖開關(guān)與輸送機(jī)電機(jī)聯(lián)鎖控制。

（2）當(dāng)工作面割煤后，通過聯(lián)鎖開關(guān)控制，對除塵裝置泡沫生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行供電，供電后給水裝置及時對箱體供水，并在發(fā)泡控制器的作用箱體內(nèi)產(chǎn)生高濃度泡沫。

（3）箱體產(chǎn)生泡沫后在吹泡控制器的控制下，高濃度泡沫經(jīng)分配器、高壓噴頭噴出進(jìn)行降塵。當(dāng)采煤機(jī)或刮板輸送機(jī)停止運(yùn)行時，再次通過聯(lián)鎖開關(guān)控制切斷除塵系統(tǒng)電源，系統(tǒng)停止運(yùn)行。

3 實際應(yīng)用效果分析

2019 年2 月，1103 工作面采煤機(jī)安裝了三套泡沫復(fù)合除塵裝置，通過2 個月實際應(yīng)用后，分別對落煤點(diǎn)、機(jī)道以及上隅角處全塵以及呼吸性粉塵濃度分析對比發(fā)現(xiàn)，采用泡沫復(fù)合除塵后工作面全塵濃度平均控制在35 mg/m3以下，呼吸性粉塵濃度控制在54 mg/m3以下，見表1。

表1 不同措施下工作面粉塵濃度測試值

4 結(jié)論

阜生煤礦針對1103 工作面回采期間傳統(tǒng)噴霧灑水裝置主要存在的問題，采用了泡沫復(fù)合除塵技術(shù)，通過實際應(yīng)用取得了明顯成效。

（1）與傳統(tǒng)噴霧灑水裝置相比，1103 工作面采用泡沫復(fù)合除塵技術(shù)后，實現(xiàn)了工作面高效除塵的目的，提高了工作面除塵效果，降低了工作面粉塵濃度，保障了礦工的身心健康和井下的正常生產(chǎn)。

（2）1103 工作面采用的泡沫復(fù)合除塵技術(shù)利用泡沫對粉塵進(jìn)行吸附沉降，不僅降塵效果好，而且解決了傳統(tǒng)噴霧灑水裝置降塵時導(dǎo)致工作面靜壓水流失量大、工作面標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量差的問題，為其他采掘工作面高效除塵提供了借鑒。

（3）1103 工作面采用泡沫復(fù)合除塵技術(shù)后雖然降低了工作面回采期間粉塵濃度，但是該技術(shù)在實際應(yīng)用中還存在一些問題，需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)：① 該系統(tǒng)安裝在采煤機(jī)截割部上，由于采煤過程中落煤點(diǎn)產(chǎn)生高濃度粉塵，對系統(tǒng)污染嚴(yán)重，很容易導(dǎo)致高壓噴霧系統(tǒng)產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象；② 該系統(tǒng)相比傳統(tǒng)噴霧灑水裝置降塵效果好，但是裝置及降塵材料成本費(fèi)用高，而且該裝置局限性大，無法實現(xiàn)綜采工作面大面積降塵目的，需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。