邢臺煤礦綜掘工作面泡沫抑塵技術的應用

劉 剛 張云峰 張仁貴 周福寶

(中國礦業大學安全工程學院,江蘇省徐州市,221008)

邢臺煤礦綜掘工作面泡沫抑塵技術的應用

劉 剛 張云峰 張仁貴 周福寶

(中國礦業大學安全工程學院,江蘇省徐州市,221008)

針對邢臺礦采掘工作面粉塵量大嚴重威脅人員健康的問題,在邢臺煤礦綜掘工作面應用了泡沫抑塵技術,結果表明,泡沫抑塵對全塵的抑塵效率達到90%以上,對呼吸性粉塵的抑塵效率達到80%以上,粉塵濃度由800～1000 mg/m3以上降低到100 mg/m3左右,呼吸性粉塵的濃度由150 mg/m3以上降低到25 mg/m3左右,抑塵效果顯著。

粉塵控制 泡沫抑塵 抑塵效率 綜掘工作面

泡沫抑塵技術可以從源頭上抑制粉塵的產生,具有除塵效率高、用水量少的優點。該技術在主要產煤國家生產中得到了廣泛應用,且大都是在滾筒采煤機割煤時向截割部噴射。我國泡沫抑塵的研究起步較晚,近年來在泡沫除塵機理、發泡器結構與性能、發泡劑配方等方面進行了研究,在掘進工作面、帶式輸送機轉載點、松軟煤層鉆孔等方面進行了工業試驗,取得了顯著進展,但發泡設備、發泡工藝等方面對煤礦井下條件的適應性不強,尤其是綜掘工作面泡沫抑塵技術缺少與之配套的設備及工藝。本文結合泡沫抑塵技術在邢臺礦綜掘工作面的應用情況,對泡沫抑塵技術進行研究。

1 泡沫抑塵技術概述

泡沫抑塵技術是一種化學抑塵的方法,將發泡劑和水通過發泡設備產生大量的泡沫,將泡沫噴射到產塵點上。泡沫抑塵同噴霧灑水除塵相比,其耗水量減少50%以上。

1.1 發泡劑

發泡劑的優劣在很大程度上決定了發泡的效果,為此研發了既適合煤塵又適合巖塵的 KFJ礦用發泡劑。該發泡劑主要成分為表面活性劑、增泡劑、穩泡劑和濕潤劑等。應用時發泡劑與水的混合比為1∶300,若提高發泡劑和水的混合比,則可增加發泡倍數。泡沫粒徑小,細膩,粘度高,易于潤濕較小的粉塵顆粒,對粉塵的吸附性強,產成的泡沫體積大,穩定性好,覆蓋面廣,發泡倍數達30～50倍。該發泡劑無毒、無皮膚刺激性,對煤質無影響。

1.2 泡沫抑塵設備

泡沫抑塵設備的主要動力是礦井的壓風和高壓水,主要部件由儲液箱、控制箱、混合發泡器、噴嘴裝置、磁力吸盤等組成。儲液箱用來儲存發泡劑;控制箱用來控制設備發泡情況,上有液閥、水閥、氣閥、壓力表、水流量計、液流量計;混合發泡器是用來將發泡劑、水、氣三者充分混合并使之發泡的部件;噴嘴裝置包括噴嘴和噴嘴支架;磁力吸盤是用磁力將設備固定在掘進機上,使泡沫抑塵設備隨掘進機移動。

泡沫抑塵設備的特點是:(1)抑塵效率高,不用電,不必進行防爆處理,在各種礦井都適用,工作時安全可靠;(2)操作簡便,方便井下工人操作和使用;(3)安裝在掘進機上,隨掘進機行走,減少搬運工作。

2 現場應用

2010年5月至8月,在邢臺礦7905和7111綜掘工作面應用泡沫抑塵技術,在7905工作面試驗總進尺數380 m,在7111工作面試驗總進尺數670 m。7905巷道是半煤巖巷道,寬3.7 m,高2.4 m,風量200～300 m3/min,使用 EBZ100型掘進機掘進,煤塵爆炸指數35%左右,未采用任何除塵措施時,粉塵量達到800～1000 mg/m3以上,呼吸性粉塵達150 mg/m3以上,之前采用除塵風機和噴霧除塵相結合的除塵方式,除塵風機型號為KCS-225ZZ,吸風量200 m3/min,除塵效率僅40%左右,粉塵量仍然很大,在500～600 mg/m3以上。7905工作面風壓0.7 MPa,水壓3 MPa,具備試驗條件。7111巷道是煤巷,其它方面與7905工作面基本一致。

圖1 泡沫抑塵(巖塵)

將泡沫抑塵設備放置在掘進機上,使控制箱靠近司機,用磁力吸盤使之固定,接好噴嘴裝置,調整噴嘴角度,使噴嘴對準截割部。安裝好設備后,加入發泡劑,接上風管和水管,打開風閥、水閥和液閥,檢查管路是否有漏氣漏液現象,觀察發泡情況,調節各路流量,使之達到最佳發泡效果。圖1、圖2是從現場拍攝到的泡沫抑塵情況。

圖2 泡沫抑塵(煤塵)

試驗發現,泡沫從噴嘴噴出后,一部分噴到轉動的截割頭上,完全包裹截割頭,割煤時泡沫能夠隨截割頭一起深入煤壁內,從源頭上抑制了煤塵的產生;另一部分泡沫噴向煤壁和截割頭周圍空間,掛在煤壁上的泡沫首先浸潤煤體表面,截割頭周圍空間的泡沫則用來捕獲從截割點處逃逸出來的粉塵。泡沫附著在煤壁上,且隨落煤大量堆積,形成一道保護膜,經帶式輸送機運輸時,泡沫包裹煤粒,這都有減緩瓦斯放散速度,降低工作面瓦斯濃度的作用。綜掘機連續割煤時,噴嘴隨截割搖臂的擺動而改變噴射方向,始終覆蓋截割頭部分,泡沫隨割下來的煤一起落下并由綜掘機刮板運送至帶式輸送機上。

應用泡沫抑塵設備以后,工作面粉塵濃度顯著下降,司機割煤時提高了視線清晰度,截割一次到位,提高了工作效率。

3 數據測試及分析

為了考察泡沫抑塵的效果,對粉塵濃度進行了測試,7905半煤巖巷對全塵的統計情況見表1,7111煤巷對呼吸性粉塵的統計情況見表2。

經過抑塵效率的計算,泡沫對全塵的抑塵效率達到了90%以上,平均93.2%,泡沫抑制全塵的效率分析見圖3,可以看出泡沫對呼吸性粉塵的抑塵效率達到了80%以上,平均83.3%,泡沫抑制呼吸性粉塵的效率分析見圖4。而除塵風機、噴霧降塵的除塵效率達32.4%～50.6%,平均38.8%。通過表1、表2可以發現,粉塵濃度由800～1000 mg/m3以上降低到100 mg/m3左右,呼吸性粉塵的濃度由150 mg/m3以上降低到25 mg/m3左右。

表1 7905半煤巖(全塵)試驗數據(2010年6月)

表2 7111呼吸性粉塵(煤塵)測試數據(2010年8月)

從圖5可知,使用泡沫抑塵后,工作面粉塵濃度70 mg/m3以下的數據占總測試數據的10.3%,70～80 mg/m3之間的數據占33.3%,80～90 mg/m3之間的數據占23.1%,90～100 mg/m3之間的數據占12.8%,說明100 mg/m3以下的粉塵濃度共占總數的79.5%,而100～160 mg/m3的數據僅為20.5%。

圖5 泡沫抑塵粉塵(全塵)濃度綜合分析圖

總之,泡沫對全塵和呼塵的抑塵效率都非常高,而且設備符合現場應用的條件,能為廣大工人所接受,滿足現場推廣應用的要求。

4 結論

從泡沫抑塵技術在邢臺礦的應用看,泡沫抑塵技術具有如下特點。

(1)采用無孔隙封閉的泡沫體直接覆蓋塵源,抑塵效率高,尤其是對呼吸性粉塵的抑制作用更有效,對于改善作業環境、提高勞動效率、預防塵肺病、防止煤塵爆炸等方面起到重要作用。

(2)KFJ礦用發泡劑適合抑制煤塵、巖塵,泡沫抑塵效率高、穩定性好,發泡倍數為30～50倍,無皮膚刺激性,無吸入毒性,對煤質無影響。

(3)新型機載式泡沫抑塵設備無需用電,形成了整套應用工藝,安裝可靠,操作簡單。

(4)在邢臺礦煤巷、半煤巖巷綜掘工作面的工業試驗表明,顯著降低了工作面粉塵濃度,操作視野清晰,提高了掘進速度,泡沫抑塵效率達90%以上,呼吸性粉塵抑塵效率達到80%以上,用水量較噴霧降塵減少50%以上。

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(責任編輯 梁子榮)

Application of dust removal technology by using of foam at the fully mechanized heading face of Xingtai Coal Mine

Liu Gang,Zhang Yunfeng,Zhang Rengui,Zhou Fubao
(School of Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China)

In connection with the issues of,workers health is seriously threatened at the heading face of Xingtai Mine,dust removal technology is applied there by using foam.The result shows that,dust removal efficiency by using foam achieves 90%of the whole dust,80%of the breathing dust,and dust consistency in the air is reduced from 800～1000 mg/m3to about 100 mg/m3,while the breathing dust consistency is reduced from 150 mg/m3to around 25 mg/m3.It is a sound result.

dust control,dust removal by using foam,dust removal efficiency,fully mechanized heading face

TD714.4

B

劉剛(1982-),男,山東泰安,在讀碩士,研究方向為礦井粉塵防治、礦井通風與安全。