煤礦噴霧泡沫降塵技術

劉杰

(同煤集團煤峪口礦，山西 大同037041)

1 引言

由于我國煤炭生產機械化程度的提高，各種大型機械設備投入使用，雖然提高了煤礦生產效率，但是也導致了煤塵濃度的大幅提升。煤塵濃度太大不但會產生煤礦安全生產隱患，還會造成作業人員身體健康危害和煤塵進入機械設備內部造成磨損失效，甚至引發煤塵爆炸事故。因此，研究煤礦噴霧降塵技術具有重要的意義。

目前，國內的煤礦降塵技術主要有除塵器降塵、噴霧降塵、通風除塵以及煤層注水等方式。除塵器降塵存在體積大、移動困難、環境適應性差等缺點。廣泛應用的噴霧降塵技術，主要有內噴霧降塵系統和外噴霧降塵系統兩大類。就煤礦井下掘進機為例，內噴霧降塵系統由于密封裝置易發生磨損、堵塞等使得壽命短，更換困難，增加了作業人員的勞動強度。外噴霧降塵系統除塵效果差，而且容易造成生產作業面環境出現積水惡化。

2 煤塵產生過程及粉塵的運動規律

研究新型的煤塵降塵技術之前，首先應該了解煤塵產生的過程及煤塵的運動規律，進而選擇合理有效的降塵技術方案。

大數據顯示，煤礦井下的粉塵85%以上是由于采掘設備切割煤巖所造成。采掘機的截齒破碎煤巖，煤巖分散成粉末狀，由于體積小、質量輕，通過采掘機的能量傳遞，粉塵發生移動，同時也發生二次破碎，從而形成大規模的粉塵彌漫。

通過模型的數值分析可知粉塵的運動規律。煤礦井下采掘工作面的粉塵運動方向不固定，可以順風擴散、逆風擴散、橫向擴散、縱向擴散，呈現無規則擴散運動。粉塵的擴散受到采掘機的風流的影響。距采掘機越近，粉塵的濃度越大。

3 噴霧泡沫降塵技術

噴霧泡沫降塵裝備，通過噴霧泡沫作用于煤塵，使得煤塵被全面包裹，有效地阻礙了煤塵的產生、擴散，從而實現了“兩低一高”，即降低了煤塵的濃度、降低了除塵成本以及提高了除塵效率。大大改善了井下生產工作面的環境，提高了生產效率，保障了生產安全，同時也降低了煤礦生產作業人員塵肺病的發病率。

3.1 噴霧泡沫降塵的機理與特點

噴霧泡沫降塵機理與特點：(1)泡沫噴射到塵源處，形成緊密無隙的泡沫體包圍覆蓋和阻斷塵源，濕潤和抑制粉塵，阻止粉塵向外界擴散。(2)泡沫液噴射到含有粉塵的空氣中，由于泡沫體積迅速膨脹，泡沫群的總體積和總面積增大，這樣可以大大增加與塵粒的碰撞概率。(3)泡沫的液膜中含有發泡劑，由于發泡劑具有張力削弱作用，同時發泡劑分子在泡沫表面上的粉塵顆粒接觸吸附，能快速改變粉塵的濕潤性能，大幅度增加粉塵被濕潤的速度。(4)泡沫具粘性，只要粉塵和泡沫一接觸就會將粉塵迅速粘附在泡沫上，不會出現粉塵外泄現象，進而增加了泡沫和粉塵的粘附效率。據多次仿真實驗及煤礦井下現場調試，確定發泡劑添加量按體積分數為0.5%添加時效果最佳。

通過發泡器裝置產生大體積高倍數的液、氣兩相泡沫，由噴霧泡沫系統的噴嘴向掘進機切割煤巖部位噴射。噴出的泡沫通過截留、碰撞、擴散、粘附等方式作用在擴散的粉塵上，有效降低了粉塵的濃度。泡沫除塵與傳統的除塵技術相比，具有用水量少、除塵效率高等顯著特點。

3.2 噴霧泡沫降塵系統結構

噴霧泡沫降塵用的泡沫是由空氣、水、發泡劑以及助劑經過物理發泡而成。將發泡劑加到水中降低了水的表面張力，再通過發泡器發泡產生大量的細膩均勻泡沫，通過壓縮空氣或者水力引射的作用噴灑到塵源上或空氣中。

噴霧泡沫降塵系統主要有發泡裝置和風水管路等系統組成。水流管路中的流量為0.8 m3/h，壓力為0.5～0.8 MPa，水流注于發泡器內。然后設置流量為45～85 m3/h，壓力為0.5～0.8 MPa的氣流管路，連接于發泡器。應用負壓引射進行混合操作，最后在掘進機設備上方有序地設置發泡劑箱體、發泡器以及添加裝置，借助這一裝置將泡沫運輸到不同的發射口，發射口設有調節裝置，可以根據作業要求、粉塵大小，進行調節，有效地抑制粉塵擴散。

4 應用效果

發泡倍數≥19 倍，水管流量≥0.8 m3/h，氣管流量≥16 m3/h，水管壓力和氣管壓力控制在0.5～0.8 MPa，每小時的耗水量1 m3，發泡劑濃度為0.75%～0.85%，每小時產生的泡沫量≥18 m3。

該技術應用于某煤礦，在掘進工作面巷道寬4.6 m，高3.5 m，掘進方式為縱軸式掘進機，系統所用的風水管路采用工作面相應的管路。采用粉塵測量儀，不同條件下的粉塵分析結果見表1。

通過表格數據對比，無任何防塵措施的粉塵濃度高，傳統噴霧降塵時粉塵濃度中等，噴霧泡沫降塵時粉塵濃度最低。說明噴霧泡沫降塵技術的除塵效果明顯，值得推廣應用。

表1 不同條件下降塵效率對比（mg/m3）

結束語

綜上所述，煤礦井下巷道采掘作業面粉塵彌漫，采用噴霧泡沫降塵技術提高了粉塵的吸附效率，抑制了粉塵的擴散。采用噴霧泡沫降塵技術大幅地降低了粉塵深度，一方面為降塵技術研究積累經驗，更重要的是促進了采掘作業的工作效率，保障了作業人員的身體健康，有效地促進了煤礦事業的可持續發展。