一種礦用泡沫除塵裝置的研究

金雪琪，陳明健

（中國煤炭科工集團太原研究院，山西 太原 030006）

粉塵不僅對煤礦井下工人健康具有極大的危害，長期吸入可導致肺部組織彌漫性纖維化，最終造成塵肺病；而且在發生瓦斯泄漏時有可能會引發煤塵爆炸，導致重、特大事故的發生，給企業和國家帶來巨大的災難和損失。泡沫除塵技術的研制對促進礦井安全生產、保障煤礦工人身心健康具有重大意義[1]。

目前，國內煤礦工作面粉塵的治理技術主要有噴霧降塵和除塵器除塵兩種[2]。噴霧降塵中，廣泛使用內噴霧和外噴霧降塵。以掘進機為例，機內噴霧系統由于旋轉密封裝置壽命短、容易堵塞，更換困難，使用率較低，在使用過程中主要依靠外噴霧滅塵，但效果差、效率低，大量的積水惡化作業面環境，嚴重情況下甚至造成掘進機的下沉。除塵器除塵雖然除塵率高，但體積龐大，移動不方便，適應性差，工作勞動強度高。

本文設計了一種泡沫除塵裝置，該礦用泡沫抑塵裝置產生的泡沫通過良好的覆蓋、濕潤、黏附等方式作用于粉塵，使粉塵得到全面包覆，從根本上阻止粉塵的產生及向外擴散，進而有效地降低采掘面上粉塵濃度，提高抑塵效率，降低抑塵成本，改善采掘工作面環境，提高井下作業人員工作效率，有效降低采掘一線職工塵肺病的發病率。見圖1.

圖1 泡沫抑塵裝置結構圖

1 礦用泡沫除塵裝置

1.1 裝置結構

礦用泡沫抑塵裝置是利用井下的冷卻水源和壓風管路，在水中配入一定量抑塵劑，通過專用的泡沫發生裝置，引入風壓，產生高倍數泡沫，再連接到掘進機本身的內噴霧和外噴霧系統，泡沫通過截留，碰撞、擴散、黏附等方式作用于粉塵，從而有效地降低粉塵濃度。

礦用泡沫除塵裝置主要由進水管路、進氣管路、混合段3部分組成。主裝置包括儲液箱、操作模塊、混合發泡器等，還包括一些零件：風壓表、水壓表、液位計等計量裝置；三聯件、氣水分離器等過濾裝置；球閥、針閥等調節裝置；膠管和接頭等管路配件。除噴頭外其余所有部件都安裝在一個箱體內，占用空間小，可直接安裝在掘進機上。使用時只需要接入井下風源和高壓水，即可操作該裝置進行發泡。裝置實物如圖2所示。

圖2 泡沫抑塵裝置實物圖

1.2 工作原理

工作時將井下水源通過水量控制閥定量壓入混合發泡器，井下壓風管路通過三通接頭分為兩路：一路作為吸液裝置的動力源，通過風量控制閥、針閥等將儲液罐中的起泡劑定量吸入混合發泡器；另一路進入混合發泡器內。起泡劑和井下水源按一定的比例進入混合發泡器，形成大量的泡沫粒子群，使整個工作區域被無縫隙泡沫覆蓋。空氣中的粉塵在與泡沫間的截留、慣性碰撞、擴散、粘附等多種作用下，由小顆粒聚集成大顆粒，最終同破裂的泡沫液一起沉降下來，并被吸附在礦石表面上，從根本上阻止粉塵向外界擴散，使得整個工作過程都能有效地抑制粉塵的產生及散發。

1.3 操作方法

首先觀察抑塵箱右側液位計，檢查料箱內起泡劑液位高低，以確保起泡劑足夠，如出現料箱液位過低，應向料箱內加入足夠的起泡劑。然后接入水源、氣源、噴頭管路。

泡沫系統調節：泡沫發生裝置可根據現場的實際生產情況進行適量調節，如果現場泡沫量不夠，可調大吸液裝置出口處的流量調節閥，增加泡沫發生裝置的產泡量，如現場泡沫量過多，可調小吸液裝置出口處的流量調節閥，并適量調節水路流量調節閥即可。當設備出現水壓沒有變化而泡沫稀少的情況，可根據情況適當調節氣路的風量控制閥，直到泡沫達到使用要求為準。（注：進氣量并不是越大越好）

1.4 礦用泡沫抑塵裝置特點

和傳統除塵方式相比，泡沫抑塵裝置具有以下工作特性：

（1）除塵使用率高。以掘進機為例，機內噴霧系統由于旋轉密封裝置壽命短，噴嘴容易堵塞，更換困難，使用率較低；而使用外噴霧系統滅塵時，由于用水量較大，噴射出的水霧隨回風運動，短時間內就會使操作掘進機采煤的現場工人濕透，改用泡沫除塵裝置能很好地解決這些問題。

（2）除塵效果恒定。泡沫抑塵裝置的除塵效果，長期恒定有效，不會產生因設備運行損耗而造成除塵效果降低的情況。

（3）無除塵副產品，無二次污染。泡沫抑塵裝置不會產生噴水除塵的二次水污染，該技術使用的是一種特殊的環保泡沫抑塵專用液，在自然環境中可以完全分解，不會對環境造成二次污染。

（4）用戶綜合投資成本低。購買泡沫抑塵裝置后，用戶只需把水、氣接入設備即可，客戶除了定期加起泡劑外，無需再投資其他輔助材料和設備，除塵裝置就可運行。

2 現場應用

為了方便掘進機司機操作，以及不遮擋司機視線，泡沫抑塵裝置安裝在司機操作位右側的平臺上，安裝位置如圖3所示。安裝到位后用螺栓固定在平臺上。將井下風源連接在本裝置進氣口處，掘進機冷卻循環水可以替代井下水源，接在本裝置進水口處，通過膠管將出泡口和安裝在截割部的泡沫型專用噴嘴相連。從而使泡沫流能完全立體化覆蓋掘進機。

圖3 整機布置圖

現場實驗照片如圖4所示，經多次井下實驗，發現泡沫抑塵裝置在井下壓風0.6～0.8 MPa、水源流量10～30 L/min、發泡劑流量0.02～0.1 L/min的工況下效果最好，發泡倍數為50倍左右，泡沫最遠射程可達5 m，能取得良好的抑塵效果。

圖4 現場試驗圖

3 結束語

通過在現場應用后，證明泡沫抑塵裝置在井下壓風0.6～0.8 MPa、水源流量10～30 L/min、發泡劑流量0.02～0.1 L/min的工況下效果最好，發泡倍數為50倍左右，泡沫最遠射程可達5 m.

該項技術的應用，可以大大降低煤塵的積聚、凈化工作面空氣，從而減輕事故的發生率，防止礦工職業病的發生，進一步為企業的安全生產奠定堅實的基礎，為職工造福，具有明顯的經濟和社會效益。