綜掘機機載泡沫降塵裝置的創新應用

張新和

【摘 要】本文創新性的對綜掘機泡沫降塵技術進行了應用， 研究設計了綜掘機機載泡沫降塵裝置，該裝置合理利用了礦井掘進工作面的水管以及高壓風管，在裝置內部將發泡劑與水混合后，加入部分壓風，同時通過發泡裝置能夠產生大體積的高倍數氣-液兩相泡沫。產生的泡沫將通過噴嘴向綜掘機切割煤巖的方向噴射，通過現場應用有效驗證了降塵效果。

【關鍵詞】泡沫降塵;降塵裝置;驗證

中圖分類號： TD714.4;TD421.8文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）22-0029-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.011

1 研究背景

煤塵危害是煤礦生產的六大災害之一，尤其近年來隨著機械化采煤的普及，煤礦產塵強度隨之加大，給煤礦安全生產帶來新的潛在威脅。特別是在目前井下煤礦巷道的掘進工作開始廣泛運用綜掘機，煤巖巷道的單進效率得到了大大提高，但是綜掘機在作業過程中會產生了大量的粉塵。為了緩解井下作業人員的職業病危害，確保工人的健康，改善綜掘機的井下作業環境，本研究在前人降塵技術的基礎上，設計研究了綜掘機機載泡沫降塵裝置。

2 機載泡沫降塵裝置的結構及工作原理介紹

2.1 工作原理

泡沫降塵工作原理簡單來說，就是利用礦山井下掘進工作面的水管和高壓風管，在裝置內部將發泡劑與水混合后，加入部分壓風，同時通過發泡裝置能夠產生大體積的高倍數氣-液兩相泡沫。產生的泡沫將通過噴嘴向綜掘機切割煤巖的方向噴射。這一部分噴射出來的泡沫將通過擴散作用、碰撞作用、截留效應、黏附效應等方式對粉塵進行抑制，有效降低井下煤礦井下的粉塵濃度。

2.2 結構組成

該裝置的組成裝置主要有吸、發泡裝置、水泡混合裝置、風水管道線路、箱體、噴嘴和閥門裝置。

下面我們將進行詳細的介紹和解釋每一個部件：

箱體（如圖1）屬于鋼板結構件，一般采用5mm的厚鋼板焊接而成。其主要作用是用于泡沫劑的存儲。箱體上部的注劑孔主要方便泡沫劑的補充，并用作發、吸泡裝置、閥門部件以及風水管道線路的載體。因此箱體是該套裝置的主要部件，其體積可根據具體的使用情況進行大小的調整。通常為了方便固定，會在主箱體的底部焊接4個有磁性的底座。

吸泡裝置是整個設備的核心部件（如圖2），其主要工作原理是基于負壓水射流的理論基礎，將箱體內的裝載的泡沫劑通過吸泡裝置吸入。然后利用內外水壓差把水和泡沫劑的混合物提供給發泡裝置。

發泡裝置（如圖3）的工作原理主要在吸泡裝置將水同泡沫劑的混合物傳送后，利用壓風把氣-液混合物提供到水泡混合裝置內。隨后通過各個管路分支到噴嘴，最終噴射至掘進機頭，以此實現降低粉塵濃度的目的。該部件由兩個關鍵部分組成，前部設計為兩個空心錐體，風壓通過一個小的空心錐體吹入一個大的空心錐體，在這個過程中實現了負壓卷吸引射的效果，同時有效避免了泡沫劑與水的回流。其后部等列錯位著數個片狀物，在對泡沫進行截留作用，碰撞作用、擴散效應之后，水分可以與泡沫劑得到充分的混合以形成均勻的泡沫。

圖4顯示了管道線路的整體布置，首先在主箱體的一邊布置有水管及風管，吸泡裝置通過管道跟箱體上部的吸泡孔連接?？梢钥闯龈鱾€管路都設置有相應的閘閥，利用這些閘閥能夠對風、水和泡沫劑的大小進行調節。除此之外，壓力表能夠觀察到設備內的水壓以及吸泡裝置工作過程中產生的負壓。因此可以利用壓力表，及時調節閘閥，使設備達到最佳的應用效果。

通過以上對該裝置主要組成部件的詳細介紹及解釋，利用各個管路分支把相關部件進行連接，就形成了如圖5所示的結構系統圖。

如圖5所示，該機載泡沫降塵裝置使用的水流是用于綜掘工作面原降塵用的高壓水的一個方面，氣源是用于綜掘工作面壓風的一個方面。其中，風壓及水壓都需要滿足以下幾個條件：水壓在3Mpa以上，風壓在0.6Mpa以上。首先，從水管以及風管的主要管道線路上引出來一個小的分支，該分支管路需要使用直徑約為19mm的高壓膠管。然后將裝置安裝在綜掘掘進機上，為了方便司機進行操作，安裝位置應該盡量靠近司機一側。利用50mm的膠管將產生的泡沫輸送至分配器，最終泡沫經過分配器均勻分配，由噴嘴噴射到掘進機截割產塵點，用于抑制粉塵的擴散。

3 機載泡沫降塵裝置的效果及優勢

泡沫降塵裝置的原理是利用發泡裝置噴射大量的泡沫到空氣或者井下作業工序的塵源中，其不但具有一般噴霧及化學抑塵技術的優點，而且還兼有以下幾個特點：

（1）覆蓋效果良好，形成致密的泡沫以覆蓋塵源，從而能夠從根本上阻止粉塵擴散到外界。

（2）接觸面積較大，形成的泡沫組總表面積較大，與粉塵顆粒的碰撞幾率增大。

（3）潤濕性能較好，由于在泡沫的液膜中含有表面活性劑，增加了粉塵的親水性，所以很容易潤濕粉塵。

（4）黏附能力較強，泡沫具有良好的粘度，泡沫和粉塵的黏附效率顯著提高。

（5）該裝置可以根據水的動力按照一定比例自動進行發泡劑的添加，一般采取風-水聯動的方式，操作較為簡單，并且由于裝置中沒有任何運動的部件，所以不需電力，本質十分安全。

（6）和其他濕式抑塵相比，泡沫降塵技術可以減少35～80%的用水量，同時提高2～5倍的抑塵率。

綜上所述，該泡沫降塵裝置可以使機械化采掘工作面的降塵效率得到大大提高，為綜采及綜掘工作面井下開采創造良好的工作環境，同時降低井下一線職工患職業病的概率，是一種理想的粉塵防治方法。

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