煤礦井下泡沫除塵理論與技術(shù)應(yīng)用探析

貟少?gòu)?qiáng) 李玉杰 寶銀曇

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院<煤炭與化工產(chǎn)業(yè)學(xué)院>，陜西 咸陽(yáng)712000）

0 引言

在現(xiàn)代化煤礦井下作業(yè)時(shí)，已經(jīng)運(yùn)用了綜掘綜采等技術(shù)手段，輸送機(jī)輸煤系統(tǒng)在工作期間，也會(huì)導(dǎo)致粉塵濃度快速升高。結(jié)合煤礦井下泡沫除塵理論，對(duì)其技術(shù)原理進(jìn)行研究，有效解決傳統(tǒng)噴霧除塵的缺陷，挖掘泡沫除塵技術(shù)應(yīng)用的巨大潛力。

1 泡沫除塵技術(shù)特征

煤礦井下泡沫除塵技術(shù)主要結(jié)合礦井下的壓風(fēng)管路以及除塵水管，在將水與泡沫劑按照一定的比例混合完成后，使用發(fā)泡器形成大量的泡沫狀態(tài)的液滴。由于泡沫粒子群具有附著力，會(huì)通過攔截、潤(rùn)濕、黏附、沉降等原理捕獲粉塵，防止在礦工工作時(shí)間內(nèi)粉塵快速逃逸[2]。

按照早先使用的噴霧除塵以及化學(xué)方式除塵，泡沫除塵都具有一定的優(yōu)勢(shì)：

第一，當(dāng)泡沫均勻分散到煤礦井下的空氣或者塵源時(shí)，能夠?qū)m源進(jìn)行有效覆蓋，其中存在的空隙位置得到遮掩。同時(shí)，在將塵源處存在的煙塵進(jìn)行潤(rùn)濕后，可以抑制局部粉塵繼續(xù)擴(kuò)散。

第二，如果泡沫噴灑到粉塵空氣環(huán)境中，對(duì)比傳統(tǒng)除塵方式，泡沫的體積更大，能夠接觸到空氣中存在的煙塵概率會(huì)增高，在接觸碰撞的概率提升后，對(duì)抑制空氣中的塵粒會(huì)起到明顯作用。

第三，泡沫在除塵期間，會(huì)借助自身的黏性，當(dāng)粉塵和泡沫碰到一起時(shí)，泡沫會(huì)將粉塵黏附過來，加上有發(fā)泡劑的存在，會(huì)改善吸附后對(duì)粉塵的濕潤(rùn)程度，提高除塵的效率。

2 泡沫除塵系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)泡沫除塵系統(tǒng)的構(gòu)成，主要包括除塵發(fā)泡劑、發(fā)泡裝置和噴射裝置三個(gè)重要部分，如圖1所示。除塵發(fā)泡劑是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)，依托發(fā)泡裝置和噴射裝置來發(fā)揮除塵作用。

圖1 泡沫除塵系統(tǒng)示意圖

2.1 除塵發(fā)泡劑

針對(duì)煤礦井下作業(yè)，在實(shí)施階段通常環(huán)境相對(duì)密閉，處于半封閉的狀態(tài)下，促使產(chǎn)生的煙塵無法有效排出，會(huì)在井下工人工作的環(huán)境中進(jìn)行沉積或擴(kuò)散。利用泡沫除塵技術(shù)時(shí)，必須保證最終噴射出來的泡沫屬于安全成分，不會(huì)對(duì)工作人員造成傷害。具備濕潤(rùn)性特征的發(fā)泡劑要先溶于水，在除塵階段，讓發(fā)泡劑形成的泡沫及時(shí)噴灑到塵源和含有微塵的環(huán)境區(qū)域，在足夠的泡沫量能夠?qū)⒚旱V井下易產(chǎn)生塵源的地點(diǎn)有效覆蓋時(shí)，充分保障除塵效果[3]。在使用發(fā)泡劑時(shí)，還會(huì)加入特定的增泡劑和穩(wěn)定劑等成分，實(shí)現(xiàn)在相對(duì)經(jīng)濟(jì)的條件下，讓除塵發(fā)泡劑的作用最大限度地體現(xiàn)出來。

2.2 發(fā)泡裝置

依據(jù)發(fā)泡裝置的構(gòu)成，主要包括發(fā)泡器、儲(chǔ)液箱、控制盤和微型文丘里管四個(gè)部分。工作期間首先會(huì)將發(fā)泡劑的原料放到儲(chǔ)液箱中，利用控制盤以及微型文丘里管的功能促使負(fù)壓的產(chǎn)生，在利用發(fā)泡器工作原理使泡沫形成并噴灑出。發(fā)泡裝置的設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，在利用泡沫除塵技術(shù)工作時(shí)，可以從方便性和快捷性的角度出發(fā)，在控制盤上配備有其他功能的裝置，比如水流量計(jì)和閥門，提升發(fā)泡的效率，為科學(xué)和正確地工作創(chuàng)造條件。

2.3 噴射裝置

在泡沫除塵系統(tǒng)中，噴射裝置主要包括支架和噴頭兩個(gè)部分，噴頭設(shè)計(jì)的合理性對(duì)噴灑結(jié)果會(huì)產(chǎn)生直接影響。由于在泡沫噴灑階段，覆蓋面積的大小至關(guān)重要，所以在對(duì)噴射裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要準(zhǔn)確保障噴射的角度和控制到塵源的距離長(zhǎng)短。在實(shí)際操作中，煤礦井下工作的掘進(jìn)機(jī)附近會(huì)產(chǎn)生大量煙塵，需要將噴射裝置放置在整個(gè)泡沫除塵系統(tǒng)截面區(qū)域的1 m左右距離處，既能避免在噴射時(shí)受到引起塵源的設(shè)備或者不安全因素的影響，又能夠保障工作效率。泡沫在散播到空氣中或者覆蓋至塵源處時(shí)，要通過增大表面積來發(fā)揮泡沫除塵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

3 煤礦井下泡沫除塵理論與技術(shù)應(yīng)用探析

3.1 泡沫除塵技術(shù)的使用條件

從泡沫除塵技術(shù)在使用中要具備的條件來觀察，應(yīng)該保證煤礦井下的除塵水管和壓風(fēng)管路兩個(gè)方面的限制。只有具備相關(guān)條件，才能夠?qū)⑴菽龎m系統(tǒng)放置于管路內(nèi)，在注重生產(chǎn)效率的前提下，需滿足添加發(fā)泡劑后就能夠制備出除塵使用的泡沫群成分。同時(shí)，在設(shè)置期間要調(diào)整準(zhǔn)確的參數(shù)，對(duì)耗水量、泡沫產(chǎn)生量、發(fā)泡的倍數(shù)等進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3.1.1 除塵水管

在制備泡沫期間需要滿足有穩(wěn)定和充足的水源，由于使用的環(huán)境是在煤礦的井下，受限于工作區(qū)域，要保障除塵用水的供應(yīng)。對(duì)于流量的要求，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)查，綜采工作面應(yīng)維持在2 m3/h，掘進(jìn)工作面要保證1 m3/h，整個(gè)工作環(huán)境的壓力控制在0.2~0.7 MPa范圍內(nèi)。

3.1.2 壓風(fēng)管路

泡沫制備階段，需要有壓風(fēng)管路作為支持，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)查，應(yīng)該將壓風(fēng)管路的流量控制在40~80 m3/h范圍內(nèi)，同時(shí)保證壓力在0.2 MPa~0.7 MPa范圍內(nèi)，壓力環(huán)境與除塵水管工作壓力保持同步[4]。

3.2 煤礦井下泡沫除塵系統(tǒng)的安裝

在礦井掘進(jìn)階段，主要會(huì)出現(xiàn)塵源的區(qū)域集中在設(shè)備的截齒附近。為了保證除塵的效果，需要將泡沫除塵系統(tǒng)相連的噴頭裝置設(shè)置在切割滾筒的周圍，確保對(duì)產(chǎn)生的粉塵粒子能夠及時(shí)有效清除。在具備條件下，該區(qū)域安裝的噴頭數(shù)量也要有明確的規(guī)定，可采取安裝4個(gè)噴頭的方式，讓泡沫噴灑出來后滿足對(duì)該區(qū)域空間的全覆蓋。在涉及安裝的角度問題時(shí)，結(jié)合泡沫噴灑出來的扇形或者弧形截面，保證工作狀態(tài)下泡沫除塵技術(shù)能夠安全有效運(yùn)行。在將噴頭安裝后，還應(yīng)該有效連接相關(guān)的除塵水管和壓風(fēng)管路，保證整個(gè)發(fā)泡系統(tǒng)運(yùn)行無誤。

在采用泡沫除塵系統(tǒng)后，要將整個(gè)系統(tǒng)安裝在靠近鉆孔的孔口附近，對(duì)塵源處進(jìn)行及時(shí)防范處理。在泡沫除塵系統(tǒng)中，應(yīng)包括泡沫發(fā)生器、支架等，為了起到更好的防護(hù)作用，還應(yīng)具備除塵防護(hù)罩。煤層在鉆孔的同時(shí)，將連接噴頭的支架放置在合理的位置，保證噴頭對(duì)準(zhǔn)塵源區(qū)域，在壓風(fēng)的幫助下，讓泡沫發(fā)生器產(chǎn)生均勻泡沫分散到周圍，對(duì)粉塵進(jìn)行潤(rùn)濕和黏附，起到明顯的除塵效果。

3.3 粉塵檢測(cè)布局設(shè)置

無論是最初安裝時(shí)對(duì)泡沫除塵技術(shù)應(yīng)用效果的檢測(cè)，還是在使用過程中隨時(shí)掌握泡沫除塵系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，都需要滿足對(duì)煤礦井下粉塵檢測(cè)的要求。在布局方面，要針對(duì)性地對(duì)粉塵測(cè)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵效果的驗(yàn)證，從而保證在工作狀態(tài)下的安全性。在采樣過程中，需要借助專業(yè)采樣器對(duì)局部經(jīng)過泡沫除塵系統(tǒng)處理過的空氣進(jìn)行采集，利用高性能的吸氣泵把粉塵的有效吸收進(jìn)去，通過最終的過濾階段，準(zhǔn)確掌握現(xiàn)有的礦塵狀況，觀察粉塵濃度是否滿足安全生產(chǎn)的要求。借助這種粉塵檢測(cè)的模式，有效判斷出泡沫除塵系統(tǒng)的工作效率和除塵效果。

4 結(jié)語

煤礦井下工作階段，多項(xiàng)工作都會(huì)產(chǎn)生粉塵，粉塵的存在對(duì)工人、環(huán)境都造成極大的危害。在對(duì)煤礦井下除塵技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，本文以泡沫除塵技術(shù)為方向，合理運(yùn)用除塵發(fā)泡劑、發(fā)泡裝置以及噴射裝置，構(gòu)建成完整的煤礦井下泡沫除塵系統(tǒng)。通過泡沫除塵新技術(shù)的應(yīng)用，降低粉塵帶來的風(fēng)險(xiǎn)，保障煤礦正常生產(chǎn)過程中的安全性。