泡沫除塵技術在煤礦井下的應用展望

摘 要：為了有效防治煤礦井下粉塵的擴散，改善工人工作環境、提高除塵效率和增強井下工作安全性，通過對泡沫除塵技術原理及其優越性的分析.提出了泡沫除塵法在煤礦井下的應用并對井下除塵系統的結構作了設計，提出并開發出了一整套新型礦用泡沫降塵技術，分析了該技術的除塵優點；本文介紹了泡沫的制備、泡沫發生器的研制和泡沫除塵裝置的研制

關鍵詞：煤礦：泡沫除塵；鉆孔；突出軟煤層

中圖分類號：TD79 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

礦井粉塵主要來源于采煤、運輸、掘進、爆破、裝巖、鉆孔等工序，是煤炭開采過程中主要災害之一。礦井粉塵的危害主要表現在兩個方面，一是發生煤塵爆炸，造成礦毀人亡，嚴重制約著煤礦的安全生產；二是誘發矽肺病、慢性中毒、皮膚病等，嚴重威脅作業人員的身心健康。目前，煤礦井下除塵方式主要有噴霧灑水、通風除塵、煤層注水和除塵設備等。噴霧灑水耗水量大、影響井下施工環境、噴嘴易堵塞，通風除塵只能作為輔助除塵、煤層注水易形成積水，除塵設備投資大等；為了克服以上除塵技術除塵效果的不足，在分析、研究當前國內外除塵技術現狀的基礎上，研究高效防治礦井粉塵的泡沫技術及裝備，有效治理了煤礦井下粉塵災害，為粉塵災害的防治提供了新的技術手段和理論基礎。

一、泡沫除塵技術的機理與特點

除塵用的泡沫由空氣、水、發泡劑和多種助劑經過物理發泡而成。將發泡劑加入到水中，降低了水的表面張力，將通過發泡器生成的大量細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。與現有的除塵技術相比，泡沫除塵技術不但兼有一般噴霧和化學抑塵的優點，還有以下特點：（1）當泡沫噴灑并覆蓋到產塵源處，形成無空隙的泡沫體覆蓋和遮斷塵源，使得粉塵得以濕潤和抑制，可有效阻止粉塵向外界擴散；（2）當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泡的表面活性劑（發泡劑），能大幅度降低水的表面張力，發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性能，增加了粉塵被濕潤的速度；（4）泡沫具有很好的黏性，粉塵一旦和泡沫接觸將會迅速被泡沫粘附，從而也增加了泡沫和粉塵的粘附效率。根據不同粒徑粉塵的濕潤性能，確定了發泡劑的最佳添加量是0.5%（體積分數）。

二、泡沫除塵系統

（一）泡沫除塵系統機理

泡沫除塵系統機理（如圖1所示）。A點接井下壓風管經高壓空氣過濾器在C點三通處分為兩路，一路進入氣動定量添加泵，在負壓的作用下將發泡劑液箱內的發泡劑引入D點的混合器，同時混合器在由B點引入的壓力水經過濾器13過濾，利用壓力水與發泡劑和空氣的混合物的摩擦，產生非常均勻的混合液，從而壓入泡沫發生器10：另一路經減壓閥6進入泡沫發生器10，壓縮空氣鼓吹發泡網上的液膜.使其產生大量細膩的泡沫.泡沫由發泡器泡沫出口排出.經橡膠軟管送至噴沫裝置8.由噴沫裝置上的泡沫噴頭將泡沫噴出。

圖1 泡沫除塵系統原理

1、高壓空氣過濾器；2、透氣塞；3、發泡劑液箱；4、節流閥；5、氣動定量添加泵；6、減壓閥；7、節流閥；8、噴沫裝置；9、橡膠軟管；10、發泡器；11、混合器；12、節流閥；13、水過濾器；14、截止閥

（二）泡沫發生器結構

壓力水流與發泡劑的混合液由1孔注入泡沫發生器，再經5.在發泡器5中.含有發泡劑的混合液體通過發泡器5內部的螺旋形空心錐噴嘴4呈空心圓錐狀噴至發泡網（見圖2所示），同時由進氣孔2（見圖2）進入的壓縮空氣經壓縮空氣噴口鼓吹發泡網上的液膜.使其產生大量的泡沫.泡沫由發泡器泡沫出口排出。

圖2 泡沫發生器

1、混合液注入口；2、壓縮空氣入口；3、壓縮空氣噴口；4、螺旋形空心錐噴嘴；5、發泡網；6、發泡器出口；

（三）泡沫除塵技術在煤礦井下的應用展望

在煤礦井下松軟突出煤層鉆孔施工過程中，產塵量超標嚴重，并且除塵非常困難，為此本文介紹一種用于松軟突出煤層鉆孔除塵的裝置（如圖3所示），利用上述泡沫除塵系統，在孔口安裝，下圖3所示，泡沫除塵裝置主要由泡沫發生器、支架和除塵罩組成。鉆孔前先將支架調整到合適的位置，然后開啟泡沫發生器，此時均勻細膩的泡沫被壓風吹入除塵罩，鉆孔過程中產生的粉塵被泡沫包裹、濕潤，最后在重力的作用下掉在除塵罩底部的溜煤孔。

圖3 煤層鉆孔除塵的裝置

掘進機在煤礦井下掘進工作面掘進過程中產生的揚塵，在內外噴霧的降塵作用下雖然能部分抑制，但是在每次掘進工作后，掘進機前部總是殘留很多積水，影響了后續探放作業的工作進度。利用泡沫除塵系統能夠覆蓋到產塵源處，形成無空隙的泡沫體覆蓋和遮斷塵源，使得粉塵得以濕潤和抑制，可有效阻止粉塵向外界擴散，并且能夠顯著減少掘進面積水。

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[作者簡介]杜俊良（1980-），河北井陘人，從事煤礦井下鉆機設計，研究。