煤礦泡沫除塵技術研究現狀及趨勢

趙緒帥+++徐加恒+++訾美幸

摘要：近年來，煤礦泡沫除塵技術的現狀及趨勢得到了業內的廣泛關注，研究其相關課題有著重要意義。本文首先介紹了泡沫除塵技術的機理與特點，分析了泡沫除塵技術及系統設計，并結合相關實踐經驗，分別從多個角度與方面就泡沫除塵技術和除塵效果展開了研究，闡述了個人對此的幾點看法與認識，望有助于相關工作的實踐。

關鍵詞：煤礦；泡沫除塵；技術現狀；趨勢

一、前言

作為一項實際要求較高技術方法之一，煤礦泡沫除塵技術的特殊性不言而喻。該項課題的研究，將會更好地提升對煤礦泡沫除塵技術現狀問題的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進一步優化其在實際應用中的最終整體效果。

二、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）

三、泡沫除塵技術及系統設計

（一）泡沫的制備技術

泡沫降塵的關鍵步驟是由泡沫試劑和發泡器制備泡沫。發泡器的主要結構分為障礙版、擾流器、文丘里管和筒體等。將泡沫制劑與水相混合后，通過起旋器送入文丘里管，同時壓縮空氣從小孔進入，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。在氣流的推動作用下，泡沫液進入障礙筒，再通過障礙充分擾亂后形成足夠均勻的泡沫。

（二）泡沫除塵系統的設計與布置

當前礦井的粉塵是煤炭開采工作中主要危險之一，制約了開采工作。合理的設計和布置除塵系統不僅可以保證開采工作的安全性，也大大提高了開采量。對于泡沫除塵系統，要求其具有結構簡單、操作簡便等優點。發泡器和泡沫添加器以及發泡劑的儲存裝置由風水聯動開關組合形成降塵機構，同時還具有輸送管道和噴射裝置等。同時，為了達到良好的除塵效果，科學的現場布置也是必不可少的。在對粉塵的擴散軌跡進行研究后表明，當泡沫噴射范圍覆蓋包裹掘進機的切割部位時，能夠達到較好的降塵效果。要擴大噴射范圍，就需要對掘進機的噴霧裝置加裝環形噴射支架，環形噴射支架能夠使得泡沫噴頭的噴射角度擴大為45度，擴大包裹范圍，但同時也需要加裝鋼板以保護噴頭，將降塵裝置通過磁力吸附與掘進機上。出于作業安全考慮，要求泡沫降塵系統不影響正常的掘進工作，因此首先需要保證降塵系統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動控制開關上，再通過高壓膠管將泡沫出口和噴射器相連。

四、泡沫除塵技術和除塵效果探究

（一）泡沫除塵劑除塵效果和成本研究

將泡沫除塵技術和傳統的水幕除塵技術以及除塵風機技術相對比，可研究泡沫除塵技術的應用價值。購得市售河南鞏義市泡沫除塵劑廠所生產的除塵劑，經測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的除塵效率只有50%左右，而泡沫除塵技術除塵效率高過其50%。而實驗測定除塵風機的除塵效率更低，僅為51.3%和35.4%。比較之下，采用泡沫除塵技術或將泡沫除塵技術與水幕除塵相結合可以達到更好的除塵效果。從成本方面考慮，泡沫除塵需要購買泡沫除塵劑，需要一定的成本支出，但相比較于水幕除塵，泡沫除塵節約了大量的水，顯著的除塵效果保障了井下作業人員的身體健康，綜合考慮成本，泡沫除塵技術更加具有應用價值。

（二）泡沫除塵劑最佳配比的探究

泡沫除塵技術的除塵效果與泡沫的產生效果亦即泡沫除塵劑的配比有著較大關聯。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，這三種物質的作用分別為發泡劑、濕潤劑和穩定劑。試驗使用河南鞏義市新興泡沫除塵劑廠的發泡器，以及精度為0.0001g的電子天平。測量粉塵濃度的采樣器型號為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，同時保證總質量為10kg，后加入40kg熱水進行混合攪拌，得到20%質量比的泡沫除塵劑。再將三種除塵劑分別進行試驗，測出各自的降塵效率：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%。可以看出，當十二烷基硫酸鈉、羧甲基纖維素鈉和椰子油酰胺配比為85：9：6時，除塵效率最好，基本達到了市售產品的使用效果。

五、結束語

綜上所述，加強對煤礦泡沫除塵技術現狀及趨勢的研究分析，對于其良好實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應用過程中，應該加強對其關鍵環節與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。

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