淺談泡沫除塵技術在煤礦生產中的研究與應用

段熙濤 李長波 張超 趙業躍

摘?要：在煤礦開采過程中，每個生產環節會產生大量的粉塵，普通除塵方式對呼吸性粉塵除塵效率低，工人長期吸入粉塵，尤其是呼吸性粉塵，將會給工人的職業健康帶來嚴重危害，嚴重的可能導致職業病的發生，因此需要采取先進高效的除塵技術來降低煤礦生產中的粉塵濃度。通過分析研究國內外先進的除塵技術，通過從除塵效果，成本效果等方面的對比，研究泡沫除塵技術的應用價值。

關鍵詞：泡沫除塵;煤礦生產;研究與應用

在煤礦開采過程中，每個生產環節如采煤、掘進、運輸、提升、洗選等，都會產生大量粉塵。隨著機械化水平的不斷提高，煤礦井下生產高度集中，導致粉塵產生量越來越多，粉塵濃度越來越高，高濃度的礦塵將給井下生產帶來三大危害：一是嚴重的污染井下的作業環境，長期從事粉塵作業環境的職工，能引起職業病;二是在采掘等機械化程度高的環境中，若粉塵達到一定濃度，會影響施工人員的正常操作，可能會造成事故;三是粉塵具有自燃性和爆炸的危險性，對井下安全生產帶來巨大的威脅。因此，加強粉塵的治理研究和工程應用是十分必要和迫切的。

一、國內外先進除塵技術的分析研究

據測定，粉塵中呼吸性粉塵的分散度所占比例很大，工人在此環境下作業必將吸入大量粉塵，導致工人患塵肺病。目前我國礦山主要采用的除塵措施有噴霧灑水、通風除塵和除塵設備除塵等。噴霧灑水除塵簡單易行，但對呼吸性粉塵的除塵效率較低;使用高效除塵設備能很好地捕集呼吸性粉塵，如文丘里除塵器、布袋式除塵器、靜電除塵器等，但這些除塵設備存在能耗大、易損壞、投資高、需抽塵密閉設備等問題。因此，需要探索更好的除塵方法。

（一）噴霧降塵

噴霧降塵是向空氣中噴射水霧，使水霧與空氣中的粉塵產生接觸，通過增加粉塵塵粒的重量，達到降塵效果。

（二）煤層注水

煤層注水是利用水的壓力通過鉆孔把水注入準備進行回采的煤層中，使煤體得到預先濕潤，后期開采時，可以減少回采時粉塵產生量。這種措施降塵效果較好，一般可降低粉塵濃度60%～90%左右。

（三）除塵器除塵

除塵器除塵時利用除塵器將懸浮于空氣中的粉塵分離出來，從而達到降低空氣中粉塵含量的目的。目前，國內外都在煤礦井下廣泛使用除塵器進行除塵。除塵器具有塵效率高，消音效果好，處理污染風量大等優點，但是除塵器體積大、笨重也是其不可忽視的缺點。

（四）泡沫除塵技術

泡沫除塵技術是利用泡沫劑與水按比例混合，通過發泡器產生大量高倍數泡沫狀的液滴，噴灑到塵源或空氣中，通過與粉塵的接觸，起到降塵效果。泡沫除塵產生的降塵效果比較好，能夠達到90%左右，特別是對粒徑在5mm以下的粉塵，除塵效率能夠達到80%以上。泡沫除塵與普通噴霧除塵相比，耗水量能夠減少1/2以上。

二、泡沫除塵技術的研究與應用

（一）泡沫除塵技術的基本原理

泡沫除塵技術是利用井下的除塵水管和壓風管路，泡沫劑與水按比例混合，通過發泡器產生大量高倍數泡沫狀的液滴，噴灑到塵源或空氣中，當泡沫噴灑到粉塵時，造成無空隙的泡沫體覆蓋和遮斷塵源，使粉塵得以濕潤和抑制;當泡沫液噴到含塵空氣中則形成大量的泡沫粒子群，其總體積和總面積很大，大大增加霧液與塵粒的接觸面和附著力，提高了水霧的除塵效果。其除塵機理包括：攔截、粘附、濕潤、沉降等，幾乎可捕集所有與泡沫相遇的粉塵，尤其對呼吸性粉塵有更強的凝聚能力。相比較于現有的除塵技術，泡沫除塵具有多種優點：泡沫在粉塵塵源處的濕潤作用可有效降低粉塵的擴散;由于泡沫具有較大的表面積，在空氣中更易與粉塵相遇，將其捕獲;泡沫較好的粘著性可以有效提高粉塵的粘附效率，防止粉塵逸散。

（二）泡沫除塵技術除塵效果研究

將泡沫除塵技術和傳統的水幕除塵技術以及除塵風機技術相對比，可從除塵效果方面研究泡沫除塵技術的應用價值。其中，總粉塵降塵效率計算公式為：總粉塵降塵效率=（總粉塵濃度-降塵后總粉塵濃度）/總粉塵濃度*100%，呼吸性粉塵降塵效率=（呼吸性粉塵濃度-降塵后呼吸性粉塵濃度）/呼吸性粉塵濃度*100%。經實驗測定，泡沫除塵技術使用后，總降塵效率和呼吸性降塵效率可達到75.5%和70.9%;采用一道防塵水幕的總降塵效率和呼吸性降塵效率約為42.5%和41.2%，采用兩道防塵水幕約為51.9%和48.8%。可以看出水幕除塵技術的除塵效率只有50%左右，而泡沫除塵技術除塵效率高過其50%。而實驗測定除塵風機的除塵效率更低，僅為51.3%和35.4%。比較之下，采用泡沫除塵技術或將泡沫除塵技術與水幕除塵相結合可以達到更好的除塵效果。

（三）泡沫除塵技術成本研究

將泡沫除塵技術和傳統的水幕除塵技術以及除塵風機技術相對比，可從成本要求方面研究泡沫除塵技術的應用價值。將泡沫除塵技術和傳統的水幕除塵技術以及除塵風機技術相對比，從成本方面考慮，泡沫除塵需要購買泡沫除塵劑，需要一定的成本支出，但相比較于水幕除塵，泡沫除塵節約了大量的水，顯著的除塵效果保障了井下作業人員的身體健康，綜合考慮成本，泡沫除塵技術更加具有應用價值。

（四）泡沫除塵劑最佳配比的探究

泡沫除塵技術的除塵效果與泡沫的產生效果亦即泡沫除塵劑的配比有著較大關聯。因此探索泡沫除塵劑的最佳配比，能夠更好地提高除塵效果。除塵劑的主要成分為十二烷基硫酸鈉、羧甲基纖維素鈉和椰子油酰胺，這三種物質的作用分別為發泡劑、濕潤劑和穩定劑。通過實驗測定，當十二烷基硫酸鈉、羧甲基纖維素鈉和椰子油酰胺配比為85∶9∶6時，除塵效率最好，基本達到了市售產品的使用效果。

三、結論

泡沫除塵技術相比較于傳統的水幕水霧除塵，以及風機除塵等，其顯著特點就是具有更好的除塵效率。雖然購買除塵劑會產生一定的費用，但相比較于傳統除塵方法大量的水資源消耗以及由于除塵效果不好帶來的健康成本而言，泡沫除塵技術還是有著很高的應用價值。在開發更好的泡沫除塵技術時，主要著眼于泡沫除塵劑的配制以及發泡器的改良等。本文僅對現有的泡沫除塵技術進行了一定程度的總結和探究，對于改良井下除塵技術、改善煤礦作業的安全性具有一定的參考意義。

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