綜采工作面泡沫復合除塵技術應用

孫月明

（山西潞安集團左權阜生煤業有限公司，山西 晉中 032600）

綜采工作面回采期間采煤機割煤、刮板輸送機運煤、破碎機破煤以及帶式輸送機卸煤等都會產生粉塵，不利于施工人員身體健康，而且高濃度粉塵降低了工作面能見度，導致施工人員誤操作現象。高濃度懸浮粉塵在靜電以及明火下很容易發生粉塵爆炸事故，威脅著工作面安全高效生產。綜采工作面傳統主要采用噴霧灑水裝置進行除塵，但是由于水霧顆粒吸附性差，降塵效果差。本文以阜生煤礦1103 工作面為例，對工作面采取泡沫復合除塵技術[1-5]，通過實際應用效果來看，達到了有效的降塵目的。

1 概述

山西潞安集團左權阜生煤業有限公司1103 工作面位于井田一采區，工作面北部為1102 采空區，南部為1104 工作面，以東為井田邊界。

1103 工作面設計走向長度為960 m，傾向長度為150 m，工作面回采煤層為15#層，均厚6.5 m。工作面采用綜合放頂煤回采工藝，采煤高度為3.5 m，放煤高度為2.0 m。15#煤層為黑色，半亮型～半暗型煤，塊狀為主，夾部分粉末。煤巖成分以亮煤為主，暗煤少量，偶見絲炭。玻璃光澤，均一構造，條帶狀構造，參差狀，眼球狀斷口。內生裂隙不發育，見平行層狀節理，含黃鐵礦結核及散晶。

實測1103工作面煤層瓦斯含量最大為5.66 m3/t，采用“U”型通風方式，工作面進風巷為1103 運輸順槽，工作面污風從1103 回風順槽回至一采區回風巷，如圖1 所示。工作面割煤期間采用噴霧灑水進行降塵，但是通過現場檢測發現，回采前期工作面全塵濃度高達124 mg/m3，呼吸性粉塵濃度達到166 mg/m3，噴霧灑水降塵效果相對較差。

圖1 1103 工作面布置及通風系統布置示意圖

2 泡沫復合除塵技術應用

2.1 除塵原理

泡沫復合除塵技術主要是將高濃度泡沫顆粒噴灑在煤塵擴撒空間內，泡沫群總體積和總面積增大，加大了泡沫群與粉塵顆粒碰撞幾率，阻止粉塵顆粒向外界擴散；同時，泡沫顆粒具有的吸附性強、擴張力低、黏度高等的優點，使其能夠很快吸附粉塵顆粒，產生大顆粒沉降作用。

2.2 泡沫除塵裝置

（1）1103 工作面主要采用采煤機切割頭外噴霧除塵方式，泡沫除塵裝置安裝在采煤機截割部上。除塵系統主要由泡沫生產系統、分配器、噴霧架、旋轉搖臂等部分組成，如圖2。

圖2 泡沫除塵裝置結構示意圖

（2）泡沫生產系統是整個裝置核心部件。該系統主要由箱體、吸料控制器、給水裝置、發泡控制器、吹泡控制器等部分組成。箱體規格為長×寬×高=1.0 m×0.7 m×0.5 m，由厚度為3 mm 不銹鋼制成。

2.3 發泡材料

1103 工作面在進行泡沫復合除塵過程中，發泡材料主要由發泡劑、潤濕劑以及穩泡劑三種化學材料混合組成。該發泡材料屬于無毒無味化學材料，阻燃效果好，發泡期間吸熱性能強。

（1）發泡劑主要為濃度0.7%的十二烷基二甲基氧化胺，潤濕劑主要為濃度0.6%的月桂酰胺丙基氧化胺，穩泡劑主要由聚乙烯醇、淀粉、聚丙烯酰胺等三種材料以1:1.2:0.9 的配比混合而成。

（2）發泡劑與潤濕劑配比為4:1:1.5 時混合劑發泡效果及穩泡效果最好。通過現場試驗發現，以該配比的混合劑在發泡期間靜止5 min 時發泡體積達340 ml。

2.4 泡沫復合除塵技術優點

（1）傳統噴霧灑水裝置主要利用水分子與粉塵之間產生橋連作用，吸附粉塵顆粒從而達到降塵目的；而泡沫復合除塵技術主要利用泡沫分子對粉塵顆粒進行包裹，控制粉塵顆粒擴散范圍，并進行沉降作用。

（2）與傳統噴霧灑水裝置相比，泡沫復合除塵時噴灑的泡沫顆粒體積大于水霧顆粒，從而增加泡沫顆粒與粉塵顆粒碰撞幾率。

（3）泡沫復合除塵時產生的泡沫表面的液膜主要成分為發泡劑，泡沫與粉塵顆粒接觸后能夠迅速將粉塵顆粒濕潤，且增加粉塵顆粒濕潤速度。

（4）泡沫生產液中含有高濃度粘接劑，產生泡沫具有較強的附著力，采用泡沫降塵時泡沫能夠迅速與粉塵顆粒接觸，提高了降塵效果。

（5）與傳統噴霧灑水裝置以及除塵風機相比，泡沫除塵系統安裝在采煤機截割部，設備體積小，可隨著采煤機進行移動，解決了傳統降塵裝置移動困難、降塵空間有限等技術難題。

2.5 除塵裝置工作原理

（1）在1103 工作面采煤機截割部以及刮板輸送機機頭處各安裝了一套泡沫除塵裝置，其中采煤機上兩套除塵裝置通過聯鎖開關與采煤機電控箱聯鎖控制，刮板輸送機機頭處除塵裝置通過聯鎖開關與輸送機電機聯鎖控制。

（2）當工作面割煤后，通過聯鎖開關控制，對除塵裝置泡沫生產系統進行供電，供電后給水裝置及時對箱體供水，并在發泡控制器的作用箱體內產生高濃度泡沫。

（3）箱體產生泡沫后在吹泡控制器的控制下，高濃度泡沫經分配器、高壓噴頭噴出進行降塵。當采煤機或刮板輸送機停止運行時，再次通過聯鎖開關控制切斷除塵系統電源，系統停止運行。

3 實際應用效果分析

2019 年2 月，1103 工作面采煤機安裝了三套泡沫復合除塵裝置，通過2 個月實際應用后，分別對落煤點、機道以及上隅角處全塵以及呼吸性粉塵濃度分析對比發現，采用泡沫復合除塵后工作面全塵濃度平均控制在35 mg/m3以下，呼吸性粉塵濃度控制在54 mg/m3以下，見表1。

表1 不同措施下工作面粉塵濃度測試值

4 結論

阜生煤礦針對1103 工作面回采期間傳統噴霧灑水裝置主要存在的問題，采用了泡沫復合除塵技術，通過實際應用取得了明顯成效。

（1）與傳統噴霧灑水裝置相比，1103 工作面采用泡沫復合除塵技術后，實現了工作面高效除塵的目的，提高了工作面除塵效果，降低了工作面粉塵濃度，保障了礦工的身心健康和井下的正常生產。

（2）1103 工作面采用的泡沫復合除塵技術利用泡沫對粉塵進行吸附沉降，不僅降塵效果好，而且解決了傳統噴霧灑水裝置降塵時導致工作面靜壓水流失量大、工作面標準化質量差的問題，為其他采掘工作面高效除塵提供了借鑒。

（3）1103 工作面采用泡沫復合除塵技術后雖然降低了工作面回采期間粉塵濃度，但是該技術在實際應用中還存在一些問題，需進一步優化改進：① 該系統安裝在采煤機截割部上，由于采煤過程中落煤點產生高濃度粉塵，對系統污染嚴重，很容易導致高壓噴霧系統產生堵塞現象；② 該系統相比傳統噴霧灑水裝置降塵效果好，但是裝置及降塵材料成本費用高，而且該裝置局限性大，無法實現綜采工作面大面積降塵目的，需進一步優化改進。