泡沫抑塵技術(shù)在綜掘工作面的應(yīng)用

文/張書(shū)國(guó)

隨著《職業(yè)危害防治法》的實(shí)施，煤礦的粉塵防治工作被提到了前所未有的高度。但是，由于粉塵危害的長(zhǎng)期性和隱蔽性，造成一些煤礦對(duì)粉塵的危害認(rèn)識(shí)不足，加之全國(guó)各地的防治水平發(fā)展不平衡，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)煤礦粉塵危害的治理仍不容樂(lè)觀。大多數(shù)煤礦井下作業(yè)場(chǎng)所的粉塵濃度遠(yuǎn)未達(dá)到國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。即使一些生產(chǎn)條件好的煤礦，其綜采、綜掘工作面的粉塵濃度仍較高，塵肺病的發(fā)病率仍在逐年上升，煤塵爆炸事故仍有發(fā)生，與世界主要產(chǎn)煤國(guó)家相比，存在著明顯的差距。

從泡沫抑塵技術(shù)的原理及在邢臺(tái)礦綜掘工作面的實(shí)際應(yīng)用情況看，泡沫抑塵技術(shù)是一種推廣前景廣闊的粉塵防治新技術(shù)，對(duì)減少礦井職業(yè)危害，創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境具有重要作用。

一、泡沫抑塵技術(shù)的原理

泡沫抑塵是采用封閉孔隙的泡沫體覆蓋塵源，使得剛產(chǎn)生的粉塵迅速得到濕潤(rùn)和沉積，其抑塵過(guò)程是利用表面活性物與水混合后，用發(fā)泡裝置射向塵源。

泡沫之所以能捕集到粉塵，主要是靠慣性碰撞、截留、擴(kuò)散、黏附、重力沉降等多種機(jī)理綜合作用的結(jié)果。對(duì)于大顆粒粉塵在低速條件下，截留和重力起主要作用，而對(duì)于微細(xì)粉塵，擴(kuò)散、靜電力等因素起主要作用。由于生成的泡沫體積很大，能大大增加塵粒與泡沫表面的相互作用幾率，延長(zhǎng)相互作用的過(guò)程，由此不僅易于隔絕塵源，而且易于潤(rùn)濕最小的粉塵粒。

1.慣性碰撞效應(yīng)

建立模型是假設(shè)塵粒沒(méi)有質(zhì)量，只有體積，而在慣性碰撞時(shí)正好相反。因此在慣性碰撞中，假設(shè)有質(zhì)量為mp的粒子沿流線運(yùn)動(dòng)繞流時(shí)，由于慣性作用而偏離流線，與泡沫相撞而被捕集。

2.截留效應(yīng)

截留機(jī)理認(rèn)為，粒子有大小而無(wú)質(zhì)量或粒徑小于5μm時(shí)，不同大小的粒子都跟著氣體的流線而流動(dòng)。當(dāng)流動(dòng)的氣體對(duì)著泡沫流動(dòng)時(shí)，氣流將在泡沫的上游折轉(zhuǎn)而繞泡沫流過(guò)。如果在某一流線上的粒子中心正好能接觸到泡沫，則該粒子被截留。

3.擴(kuò)散效應(yīng)

微細(xì)塵粒在氣流中受到熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子撞擊后，并不均衡地跟隨流線，而是在氣體中作布朗運(yùn)動(dòng)。由于這種不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，在緊靠泡沫附近，微細(xì)塵?？赡芘c泡沫相碰撞而被捕集，稱為擴(kuò)散效應(yīng)。隨著粉塵顆粒減小，流速減慢，溫度增加，塵粒的熱運(yùn)動(dòng)加速，從而與泡沫的碰撞概率也就增加，擴(kuò)散效應(yīng)增強(qiáng)。

4.黏附效應(yīng)

泡沫外表面具有黏附粉塵的功能，當(dāng)具有一定速度的泡沫向粉塵運(yùn)動(dòng)，粉塵經(jīng)過(guò)碰撞、截留和擴(kuò)散等一系列作用后到達(dá)泡沫表面，被泡沫所黏附。

二、泡沫抑塵技術(shù)在邢臺(tái)礦的實(shí)際應(yīng)用

泡沫抑塵技術(shù)先后在邢臺(tái)礦7905工作面溜子道、7111工作面運(yùn)料巷和7620軌道上山等地點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用。以具有代表性的7905工作面為例，該面位于邢臺(tái)礦西南部，設(shè)計(jì)為走向長(zhǎng)壁綜采工作面，走向長(zhǎng)度670m，煤層厚度6.2m，采用分層開(kāi)采，上分層巷道為矩形斷面，規(guī)格為寬×高=4m×3m，錨網(wǎng)支護(hù)，煤層傾角25°，瓦斯絕對(duì)涌出量0.8m3/t。

為了證實(shí)泡沫抑塵技術(shù)的應(yīng)用效果，對(duì)噴霧滅塵、除塵風(fēng)機(jī)和泡沫抑塵三種抑（除）塵方式進(jìn)行了比較試驗(yàn)，分別測(cè)得工作面后方5m處的粉塵濃度。

1.影響泡沫抑塵效果的主要因素

影響泡沫抑塵效果的主要因素有粉塵粒徑和速度，泡沫的濕潤(rùn)性、黏附性、直徑大小等?？梢酝ㄟ^(guò)改進(jìn)泡沫表面活性劑的特性、增加發(fā)泡倍數(shù)、增大發(fā)泡量等方法來(lái)提高泡沫抑塵效率。工作面粉塵濃度除了與掘進(jìn)機(jī)工作參數(shù)和煤巖的性質(zhì)有關(guān)外，還與切割方法、截割煤巖深度、破碎程度、工作面風(fēng)流速度等多種因素有關(guān)，因此，在采用泡沫抑塵的同時(shí)可以通過(guò)改善其他因素的條件來(lái)增加抑塵效率，例如試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)應(yīng)用附壁風(fēng)筒改變風(fēng)流速度能有效提高抑塵效果。

2.泡沫抑塵技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，泡沫抑塵技術(shù)可以在掘進(jìn)工作面煤壁噴上一層泡沫，使掘進(jìn)機(jī)的截割頭始終在泡沫中工作，產(chǎn)生的煤塵在第一時(shí)間被泡沫包圍，隨煤流外運(yùn)，避免煤塵漂浮，進(jìn)入回風(fēng)流中。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用泡沫抑塵技術(shù)，抑塵效果是噴霧滅塵的13.5倍，是采用除塵風(fēng)機(jī)的3.9倍，抑塵效果理想。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，泡沫抑塵技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，只需將泡沫發(fā)生器用磁鐵吸附在掘進(jìn)機(jī)上，接通壓風(fēng)和水即可，使用時(shí)按量加入泡沫液，不用外接電源，比除塵風(fēng)機(jī)減少了供電負(fù)荷，可以在高瓦斯掘進(jìn)工作面使用，不用再鋪設(shè)除塵風(fēng)筒，更加安全可靠。產(chǎn)生的泡沫無(wú)毒無(wú)副作用，在隨煤流外運(yùn)過(guò)程中，快速破裂，不會(huì)對(duì)人體和煤質(zhì)產(chǎn)生任何影響。掘進(jìn)機(jī)司機(jī)視線清晰，工作狀況得到很大改善。

通過(guò)計(jì)算，在正常施工條件下，采用泡沫抑塵每掘進(jìn)1m煤巷（12m2），需要增加除塵費(fèi)用約20元，與除塵風(fēng)機(jī)的費(fèi)用基本相當(dāng)。隨著操作技能不斷熟練，其費(fèi)用可能有所降低。

泡沫抑塵減少礦井職業(yè)危害，創(chuàng)造良好作業(yè)環(huán)境

三、泡沫抑塵技術(shù)的推廣應(yīng)用前景

目前，我國(guó)采掘工作面的粉塵占礦井總產(chǎn)塵量的80%以上，對(duì)職工的身心健康造成嚴(yán)重危害，超過(guò)了國(guó)家規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，存在導(dǎo)致塵肺病的重大隱患。

傳統(tǒng)的噴霧降塵，用水量大，工作面非常潮濕，環(huán)境惡化，在降塵的過(guò)程中，容易使職工患上風(fēng)濕疾病。除塵風(fēng)機(jī)除塵，受到巷道斷面和煤層瓦斯涌出量的限制，不能在第一時(shí)間消滅煤塵。

因此煤礦迫切需求一種高效經(jīng)濟(jì)的抑塵手段，而泡沫抑塵能夠大大提高機(jī)械化采掘工作面的抑塵效率，節(jié)約水源，為采掘工作面創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，提高井下作業(yè)人員的工作效率，同時(shí)降低采掘一線職工患職業(yè)病的概率，是一種理想的抑塵方法，能夠有效解決我國(guó)煤炭行業(yè)粉塵災(zāi)害嚴(yán)重且治理困難的問(wèn)題，適合在煤炭行業(yè)大范圍推廣。