煤礦井下泡沫除塵理論與技術應用探析

貟少強 李玉杰 寶銀曇

（陜西能源職業技術學院<煤炭與化工產業學院>，陜西 咸陽712000）

0 引言

在現代化煤礦井下作業時，已經運用了綜掘綜采等技術手段，輸送機輸煤系統在工作期間，也會導致粉塵濃度快速升高。結合煤礦井下泡沫除塵理論，對其技術原理進行研究，有效解決傳統噴霧除塵的缺陷，挖掘泡沫除塵技術應用的巨大潛力。

1 泡沫除塵技術特征

煤礦井下泡沫除塵技術主要結合礦井下的壓風管路以及除塵水管，在將水與泡沫劑按照一定的比例混合完成后，使用發泡器形成大量的泡沫狀態的液滴。由于泡沫粒子群具有附著力，會通過攔截、潤濕、黏附、沉降等原理捕獲粉塵，防止在礦工工作時間內粉塵快速逃逸[2]。

按照早先使用的噴霧除塵以及化學方式除塵，泡沫除塵都具有一定的優勢：

第一，當泡沫均勻分散到煤礦井下的空氣或者塵源時，能夠將塵源進行有效覆蓋，其中存在的空隙位置得到遮掩。同時，在將塵源處存在的煙塵進行潤濕后，可以抑制局部粉塵繼續擴散。

第二，如果泡沫噴灑到粉塵空氣環境中，對比傳統除塵方式，泡沫的體積更大，能夠接觸到空氣中存在的煙塵概率會增高，在接觸碰撞的概率提升后，對抑制空氣中的塵粒會起到明顯作用。

第三，泡沫在除塵期間，會借助自身的黏性，當粉塵和泡沫碰到一起時，泡沫會將粉塵黏附過來，加上有發泡劑的存在，會改善吸附后對粉塵的濕潤程度，提高除塵的效率。

2 泡沫除塵系統構成

根據泡沫除塵系統的構成，主要包括除塵發泡劑、發泡裝置和噴射裝置三個重要部分，如圖1所示。除塵發泡劑是整個系統的關鍵點，依托發泡裝置和噴射裝置來發揮除塵作用。

圖1 泡沫除塵系統示意圖

2.1 除塵發泡劑

針對煤礦井下作業，在實施階段通常環境相對密閉，處于半封閉的狀態下，促使產生的煙塵無法有效排出，會在井下工人工作的環境中進行沉積或擴散。利用泡沫除塵技術時，必須保證最終噴射出來的泡沫屬于安全成分，不會對工作人員造成傷害。具備濕潤性特征的發泡劑要先溶于水，在除塵階段，讓發泡劑形成的泡沫及時噴灑到塵源和含有微塵的環境區域，在足夠的泡沫量能夠將煤礦井下易產生塵源的地點有效覆蓋時，充分保障除塵效果[3]。在使用發泡劑時，還會加入特定的增泡劑和穩定劑等成分，實現在相對經濟的條件下，讓除塵發泡劑的作用最大限度地體現出來。

2.2 發泡裝置

依據發泡裝置的構成，主要包括發泡器、儲液箱、控制盤和微型文丘里管四個部分。工作期間首先會將發泡劑的原料放到儲液箱中，利用控制盤以及微型文丘里管的功能促使負壓的產生，在利用發泡器工作原理使泡沫形成并噴灑出。發泡裝置的設計并不復雜，在利用泡沫除塵技術工作時，可以從方便性和快捷性的角度出發，在控制盤上配備有其他功能的裝置，比如水流量計和閥門，提升發泡的效率，為科學和正確地工作創造條件。

2.3 噴射裝置

在泡沫除塵系統中，噴射裝置主要包括支架和噴頭兩個部分，噴頭設計的合理性對噴灑結果會產生直接影響。由于在泡沫噴灑階段，覆蓋面積的大小至關重要，所以在對噴射裝置進行設計時，要準確保障噴射的角度和控制到塵源的距離長短。在實際操作中，煤礦井下工作的掘進機附近會產生大量煙塵，需要將噴射裝置放置在整個泡沫除塵系統截面區域的1 m左右距離處，既能避免在噴射時受到引起塵源的設備或者不安全因素的影響，又能夠保障工作效率。泡沫在散播到空氣中或者覆蓋至塵源處時，要通過增大表面積來發揮泡沫除塵技術的優勢。

3 煤礦井下泡沫除塵理論與技術應用探析

3.1 泡沫除塵技術的使用條件

從泡沫除塵技術在使用中要具備的條件來觀察，應該保證煤礦井下的除塵水管和壓風管路兩個方面的限制。只有具備相關條件，才能夠將泡沫除塵系統放置于管路內，在注重生產效率的前提下，需滿足添加發泡劑后就能夠制備出除塵使用的泡沫群成分。同時，在設置期間要調整準確的參數，對耗水量、泡沫產生量、發泡的倍數等進行嚴格控制。

3.1.1 除塵水管

在制備泡沫期間需要滿足有穩定和充足的水源，由于使用的環境是在煤礦的井下，受限于工作區域，要保障除塵用水的供應。對于流量的要求，根據相關文獻調查，綜采工作面應維持在2 m3/h，掘進工作面要保證1 m3/h，整個工作環境的壓力控制在0.2~0.7 MPa范圍內。

3.1.2 壓風管路

泡沫制備階段，需要有壓風管路作為支持，結合文獻調查，應該將壓風管路的流量控制在40~80 m3/h范圍內，同時保證壓力在0.2 MPa~0.7 MPa范圍內，壓力環境與除塵水管工作壓力保持同步[4]。

3.2 煤礦井下泡沫除塵系統的安裝

在礦井掘進階段，主要會出現塵源的區域集中在設備的截齒附近。為了保證除塵的效果，需要將泡沫除塵系統相連的噴頭裝置設置在切割滾筒的周圍，確保對產生的粉塵粒子能夠及時有效清除。在具備條件下，該區域安裝的噴頭數量也要有明確的規定，可采取安裝4個噴頭的方式，讓泡沫噴灑出來后滿足對該區域空間的全覆蓋。在涉及安裝的角度問題時，結合泡沫噴灑出來的扇形或者弧形截面，保證工作狀態下泡沫除塵技術能夠安全有效運行。在將噴頭安裝后，還應該有效連接相關的除塵水管和壓風管路，保證整個發泡系統運行無誤。

在采用泡沫除塵系統后，要將整個系統安裝在靠近鉆孔的孔口附近，對塵源處進行及時防范處理。在泡沫除塵系統中，應包括泡沫發生器、支架等，為了起到更好的防護作用，還應具備除塵防護罩。煤層在鉆孔的同時，將連接噴頭的支架放置在合理的位置，保證噴頭對準塵源區域，在壓風的幫助下，讓泡沫發生器產生均勻泡沫分散到周圍，對粉塵進行潤濕和黏附，起到明顯的除塵效果。

3.3 粉塵檢測布局設置

無論是最初安裝時對泡沫除塵技術應用效果的檢測，還是在使用過程中隨時掌握泡沫除塵系統運行的狀態，都需要滿足對煤礦井下粉塵檢測的要求。在布局方面，要針對性地對粉塵測點進行設置，實現對除塵效果的驗證，從而保證在工作狀態下的安全性。在采樣過程中，需要借助專業采樣器對局部經過泡沫除塵系統處理過的空氣進行采集，利用高性能的吸氣泵把粉塵的有效吸收進去，通過最終的過濾階段，準確掌握現有的礦塵狀況，觀察粉塵濃度是否滿足安全生產的要求。借助這種粉塵檢測的模式，有效判斷出泡沫除塵系統的工作效率和除塵效果。

4 結語

煤礦井下工作階段，多項工作都會產生粉塵，粉塵的存在對工人、環境都造成極大的危害。在對煤礦井下除塵技術進行分析時，本文以泡沫除塵技術為方向，合理運用除塵發泡劑、發泡裝置以及噴射裝置，構建成完整的煤礦井下泡沫除塵系統。通過泡沫除塵新技術的應用，降低粉塵帶來的風險，保障煤礦正常生產過程中的安全性。