高效泡沫降塵技術在綜掘工作面的應用

袁 佳，夏云龍，李昶鋒

（中鼎國際工程有限責任公司，江西 南昌 330096）

煤礦井下綜掘工作面在掘進過程中產生的粉塵濃度大、粒徑小，特別是在巖巷掘進工作面，一般情況下巖石的游離SiO2含量較高，粉塵粒徑也更小。高濃度小粒徑的含有游離SiO2的粉塵將嚴重危害作業人員職業健康。掘進工人長期暴露在高濃度粉塵環境下，導致掘進面成為煤礦井下塵肺病發病率最高的工作場所。

1 問題提出

屯蘭煤礦北三進風斜井基巖段施工為巖巷掘進，掘進圍巖以泥巖和砂巖為主，斷面為直墻半圓拱形，凈斷面寬6200 mm，高5000 mm，面積26.77 m2。選用EBZ-260A型掘進機配合DSJ-80型膠帶輸送機完成截割、轉載、運輸連續性作業，選用一臺DBKJN O.75-2×55kW局部通風機供風。在掘進機使用過程中，產生了大量的粉塵，雖采用了常規的噴霧降塵，但降塵效果有限，而且出現巷道迎頭積水嚴重，容易造成掘進機沉陷影響生產，常規的措施難于奏效。

2 技術方案

就上述難題，采用高效泡沫降塵技術，伴隨掘進機切割，通過噴嘴噴灑至塵源，泡沫通過良好的覆蓋、濕潤和黏附等方式作用于粉塵，從根本上防止粉塵的擴散，有效的降低空氣中粉塵濃度。

1）泡沫降塵原理

泡沫降塵就是由水和發泡劑按一定比例混合，通過泡沫發生器產生大量泡沫噴灑到塵源上或含塵空氣中，當泡沫噴灑到產塵點 （煤巖或堆料）上時，就會使無空隙的泡沫體覆蓋和遮斷塵源，使粉塵得以濕潤和抑制；當泡沫液噴射到含塵空氣中,則形成大量的泡沫粒子群,其總體積和總面積很大,大大增加霧液與塵粒的接觸面和附著力,提高了水霧的降塵效果。其除塵機理包括:攔截、黏附、濕潤、沉降等,幾乎可捕集所有與泡沫相遇的粉塵,尤其對呼吸性粉塵有更強的凝聚能力,而且耗水量少。

2）工藝流程

（1）現場采集掘進截割時產生的粉塵樣本，在實驗室內按照相關標準對粉塵的密度、粉塵中的游離SiO2含量、粉塵的濕潤性及粉塵粒度分布等基本物理特性進行測定。

（2）針對現場粉塵的具體特性，通過復配試驗，研制適應該掘進面粉塵特性的高效、經濟的泡沫降塵劑。

（3）安裝的泡沫降塵系統，見圖1。

（4)啟動掘進機，打開泡沫降塵系統，對掘進機截割產生的粉塵進行高效降塵。

圖1 泡沫降塵系統布置

3） 輔助防塵

（1）于少數未被捕獲的粉塵，采用噴霧降塵技術，在巷道迎頭后方50 m及轉載點分別設置一道噴霧凈化水幕，對擴散的粉塵進行補充凈化處理。

（2）所有作業人員佩戴防塵口罩進行個體防護。

4）實施效果

通過高效泡沫降塵技術對巖巷掘進工作面測點測定結果表明，掘進機司機兩側空氣含塵量可從310 mg/m3降到30 mg/m3；轉載點約10 m處的含塵量從750 mg/m3降到40 mg/m3。

3 關鍵技術

1）在現有泡沫降塵劑的基礎上，根據屯蘭煤礦北三進風斜井巖巷掘進時的粉塵物理特性，在實驗室對泡沫降塵劑進行復配研究，尋找針對該掘進面粉塵特性的高效、經濟的泡沫降塵劑。

2）對于噴頭，一般的噴嘴主要是使液體霧化，僅僅適用于單相流體，而對泡沫一樣的兩相或多相并不適用。針對泡沫的噴頭設計原則是：噴頭內部不能出現使泡沫流出現突變的結構，也不能靠撞擊和擠壓泡沫的流動方向，要利用圓滑的導流邊界使泡沫流線改變，充分利用泡沫的壓縮和膨脹性能使其擴散?；谏鲜鲆螅簢婎^擬采用內表面為半橢圓面，頭部有個V型槽，且V型槽的兩個斜面有一定的圓弧，形成帶有內凸圓弧狀的狹長噴口，其結構見圖2。

圖2 泡沫噴頭結構

3）根據井下水壓和風壓的實際情況以及巖巷掘進中的生產情況，利用已研制的高性能泡沫發生器及適合滿足降塵工藝要求的高性能泡沫噴頭，通過實驗室及現場試驗，掌握氣體壓力、水壓與發泡效果（發泡倍數、含水量（發泡效率））的規律，尋找最佳發泡量獲得優化的氣體壓力、水壓參數。

4 結語

1）高效泡沫降塵技術其耗水量與噴霧除塵相比減少一半以上、具有泡沫表面積大、尤其對5μm以下的呼吸性粉塵除塵效率更高，泡沫中含潤濕劑成分，以及設備本質安全等優點。

2）高效泡沫降塵技術明顯降低掘進工作面的粉塵濃度，改善作業環境，保障工人職業健康，為實現安全、文明、達標的現代化作業環境創造條件，對工程的安全生產水平和職工塵肺病預防水平的提高起到積極的作用。

3）高效泡沫降塵技術提高生產效率，增強企業市場競爭力，具有良好的社會經濟效益?？蛇m用于煤礦井下采掘工作面、皮帶運輸機轉載點、隧道掘進施工等空間狹小地點粉塵災害的防治，具有廣闊的推廣應用前景。