泡沫降塵技術在淮南潘三礦掘進面的應用

李強

摘 要：針對淮南礦業集團潘三礦煤層綜掘過程產生大量粉塵。傳統噴水降塵措施用水量大.呼吸性粉塵的降塵效果差等問題。采用泡沫降塵技術，根據井下實際情況，實施時采用前置式噴頭布置，降塵劑添加比例定為1.2%，現場實測數據顯示，泡沫降塵技術降塵效率明顯高于噴霧降塵技術。使用泡沫降塵時，在司機側測得全塵及呼吸性粉塵降塵效率分別達到65.7%和58.6%。

關鍵詞：綜掘面、煤礦降塵、泡沫降塵劑

粉塵是煤礦生產中的主要災害因素之一。其主要危害是引發塵肺病和煤塵爆炸。而掘進工作面是煤礦的主要產塵點之一。近年來隨著掘進機的大量使用，井下掘進工作面的粉塵濃度急劇提升，嚴重降低工作面能見度，制約著巷道的進尺速度，并嚴重影響煤礦工人的身體健康。國內外學者在綜合防塵方面做了大量的工作，從除塵方式到裝備、手段都取得了很大的進步。有效地抑制了煤塵。但由于采取的技術措施缺乏針對性，水的表面張力較高.呼吸性粉塵不易被水迅速、有效地濕潤.致使降塵效果不佳。為此，必須針對煤塵性質采取有效措施控制煤塵.爭取用最少的水量達到最優的降塵效果[1]。結合淮南礦業集團潘三煤礦綜掘工作面的實際情況，根據綜掘工作面的產塵特點和泡沫降塵機理，確定最佳的發泡劑添加比例和泡沫降塵技術實施工藝和參數。

1、潘三17181運順煤巷綜掘工作面產塵特性

該綜掘工作面為煤巷，寬：5米，高：3.7米，巷道水壓是3MPa，氣壓是0.5 MPa，。采用三一重工EBZ160型掘進機割、裝、運煤，并配合輸送機出煤。主要的粉塵來源包括綜掘機割煤、運輸皮帶轉載處，打眼測瓦斯濃度等工序。其中最主要的產塵源是綜掘機割煤部分。產塵量占總產塵量的95% 以上。目前該綜掘面除塵措施主要有：壓入式通風方式、綜掘機掘進頭安裝內外噴霧頭的噴水除塵和在后方安裝的防塵噴霧簾3種。綜掘機割煤時，工作面司機側全塵濃度高達1667 mg/ m3（此時壓入式通風方式和綜掘機掘進頭安裝內外噴霧頭的噴水除塵同時進行）。

2、泡沫降塵技術機理[2]

泡沫除塵是通過發泡器將空氣、水和發泡劑按一定比例充分均勻混合，產生大量的泡沫噴灑到煤壁等塵源上，在碰撞、濕潤、覆蓋、黏附等多種機理綜合作用下，依靠泡沫及其液膜良好的隔絕性、吸附性和濕潤性等特點，捕捉粉塵，并使之沉降。泡沫降塵不但兼有一般噴霧和化學抑塵的優點，而且還具有以下特點： ①當泡沫噴灑到塵源上，造成無空隙的泡沫體覆蓋產塵源，從根本上阻止粉塵向外界擴散；②當泡沫液噴灑到含塵空氣中，則形成大量的泡沫粒子群，其總體積和總面積增大，增加了降塵劑與塵粒的碰撞效率； ③泡沫的液膜含有特制的泡沫降塵劑，可以大幅度降低水的表面張力，降塵劑分子能在水溶液和與粉塵顆粒接觸的界面上吸附，迅速改變粉塵的濕潤性能，增加粉塵被濕潤的速度； ④泡沫具有很好的粘性，粉塵一旦和泡沫接觸將會迅速被泡沫黏附，從而也增加泡沫對煤礦粉塵的吸附效率。

3泡沫降塵工藝實施[3]

掘進工作面空間小，人員多，作業地點變換頻繁。因此，要求降塵系統的安裝地點既要能保證其正常使用，又不影響礦工的工作。從EBZ160掘進機的實際情況及工人的使用方便性出發，最終確定將泡沫發生控制裝置，安裝在掘進機司機旁邊的掘進機臺面處，方便司機在操作掘進機工作的同時也可以控制泡沫發生控制裝置。以工作面用水的一部分為水源，以工作面壓風的一部分為氣源，將泡沫降塵裝置，裝置上的風水閥門的兩個接口分別與水管和風管連接，泡沫降塵裝置生成的泡沫通過膠管輸送至泡沫分配器，裝有泡沫噴頭的噴頭支架和高壓膠管與泡沫分配器的出口連接，最后由噴頭噴射至截割產塵點，如圖1、圖2所示。

進水需要壓力2-3MPa。壓風管路需要壓力0.3-0.5MPa 。其中，發泡劑添加采用負壓方式將發泡劑直接吸入到管路與水混合，并通過控制閥控制其添加比例，可實現 0.1-2.5%比例的穩定添加。為高效的抑制粉塵擴散，必須在粉塵開始擴散之前進行有效的干預，切斷粉塵擴散通道。針對 EBZ160掘進機的結構及割煤方式，破碎煤巖產生的粉塵分兩部分，一部分部分沿著截齒運動軌跡的切線方向被帶出來.，另一部分為大量煤塊落地撞擊鏟塵。根據粉塵的產生方式及實際生產中綜掘機截割頭部分運動軌跡采用門字形噴頭布置方式。即在綜掘機截割頭后方平臺的上部及兩側采用外裝方式固定泡沫噴頭的方式，該方式可以有效地捕捉和覆蓋粉塵，防止粉塵擴散，降低煤塵濃度。

經過反復測試，確定該降塵工藝的主要參數為： 1發泡倍數為 30-50倍； 2降塵劑的使用量為水的 0.1-2.0% ； 3 耗水量為1.0-2.3 m3/h。

4應用分析

泡沫降塵裝置在掘進機上安裝后，進行測塵實驗。以掘進機司機處為粉塵濃度測試點，在盡可能保證測量時的外部條件（ 司機割煤的位置和順序等） 一致的情況下，使用CCGZ-1000 型直讀式粉塵儀分別測量：無降塵措施、使用外噴霧降塵和使用泡沫降塵3種條件下的全塵及呼吸性粉塵的濃度，見表1。

經對比分析，使用外噴霧降塵時的降塵率為：全塵35.4%，呼吸性粉塵31.3%。而泡沫降塵時的降塵率為：全塵65.7%，呼吸性粉塵58.6%。比使用外噴霧降塵分別提高了30.3 %和27.3%。經對比分析，使用泡沫降塵的降塵效果比用外噴霧降塵的降塵效果明顯。同時使用泡沫降塵裝置降塵后，工作面能見度顯著提高，如圖2 。

5 結論

1、通過總結前人的經驗[4]及根據分析現場實際情況出發，采用泡沫發生裝置和泡沫噴頭分離的工藝，在靠近司機處的掘進機機身平臺上安裝泡沫降塵裝置、在綜掘機截割頭后方平臺的上部及兩側采用外裝方式固定泡沫噴頭，當泡沫輸送至噴頭，利用噴頭良好的擴散性，使從噴頭噴出的泡沫形成門字型結構。有效的對產生的煤塵進行抑制和防止粉塵擴散。

2、試驗證明： 針對淮南潘三礦煤樣特性，降塵劑添加量對發泡效果的影響試驗顯示： 降塵劑體積分數為 1.2%時發泡效果最好，確定該礦掘進面實施泡沫降塵的最佳發泡劑添加比例。

3、現場使用效果表明，泡沫降塵裝置制備的泡沫能較好的減少和控制粉塵的產生，同時又能抑制已產生粉塵的擴散，對全塵的降塵效率為65.7%，對呼吸性粉塵的降塵效率為58.6%，降低了掘進面的粉塵濃度，提高了能見度，增加了工作的安全性。

4、泡沫降塵技術，豐富和發展了淮南礦業集團潘三煤礦的粉塵防治方法，為煤礦的綜掘防塵提供了一項新的技術手段。

參 考 文 獻

[1]馬漢鵬，王德明.礦井粉塵防治技術探討.潔凈煤技術， 2005，11： 14-15

[2]任萬興. 煤礦井下泡沫除塵理論與技術研究[D]. 徐州：中國礦業大學，2009：14-18

[3]陸新曉，王德明，王和堂，等. 礦用除塵泡沫的實驗研究[J]. 煤礦安全，.2011.42（6）：1-3

[4]高慶重，王得明。泡沫降塵技術在掘進面的應用[J]。金屬礦山，2010，15（7），