掘進工作面自動泡沫抑塵技術研究推廣

＊楊 超

（山西蘭花科技創業股份有限公司望云煤礦分公司 山西 048400）

前言

煤礦行業在長期發展的過程中，傳統的發展思路和模式逐步被現代化的發展理念所取代，煤礦企業在開展生產作業的過程中，越來越關注生產安全。伴隨著深度煤層的開發，掘進工作面上的開采作業進行中產生了大量的粉塵，這種粉塵嚴重污染了作業環境，隨著人們對粉塵控制的關注，煤礦企業都從自身掘進工作面的粉塵產生源頭、產生量和擴散規律等角度，進行了相應的抑塵技術創新，尤其是自動泡沫抑塵技術的出現，給粉塵控制提供了一定的技術指導，未來的發展潛力巨大。

1.工程概況

礦井田位于高平市北西約10km處，井田范圍跨越寺莊鎮與永祿鄉，東西寬約3.33km，南北長約6.48km，其地理坐標為北緯35°51′34″～35°55′04″，東經112°51′33″～112°53′46″。井田位于太行山南段西側，沁水盆地東南緣，區內地表基巖廣泛出露，經長期風化侵蝕，梁嶺連綿，溝谷縱橫，形成了侵蝕型低山丘陵地貌。總觀井田地形為北部高南部低，最高點位于井田東北部山梁上，標高為1078.03m，最低點位于井田西南部西陽村附近，標高868.60m，相對高差209.43m。15號煤層位于太原組下部K2灰巖之下，上距9號煤層約41m，煤層厚2.40m（103號孔）～12.55m（12號孔），平均厚4.86m，除急劇變厚的12號鉆孔厚度12.55m外，其它鉆孔揭露厚度為2.40～6.00m，該煤層為穩定的全區可采煤層。煤層結構簡單—復雜，含0～4層夾矸，單層矸石厚0.03～0.60m。頂板一般為K2灰巖；底板為黑色泥巖、砂質泥巖。15號煤層為低灰—中灰、中高硫—高硫、中等固定碳—高固定碳、高熱值—特高熱值之無煙煤，含硫量偏高，在掘進作業進行時，存在有巖塵、煤塵、煙塵和水泥塵。

2.傳統泡沫抑塵技術的缺點

傳統的泡沫抑塵技術在泡沫產生時，是通過壓縮空氣來進行的，導致在掘進面中的泡沫使用受到了一定的限制。總之，傳統泡沫抑塵技術存在著很多的不足，具體表現在以下幾個方面：地下礦山壓縮空氣所能夠供應的壓力具有不穩定性，無法嚴格根據泡沫抑塵的技術需求來進行對應的調整，也就對設備高壓水回流產生了巨大的干擾；同向發動機的壓縮空氣管道在掘進工作面、巷道中占有一定的空間，整個作業環境的構成更具復雜性，如果工作面較為狹窄，一般無法采用這種抑塵技術；傳統泡沫抑塵技術下的泡沫發生器中通過定量添加劑泵的使用來添加發泡劑，系統構成復雜，包含了多個構成要素，燃燒性更強。因此，正是因為傳統泡沫抑塵技術的這些缺點，使得在技術不斷進步的過程中，逐步在此技術基礎上進行了相應的改進，形成了自動泡沫抑塵技術。

3.自動泡沫抑塵技術應用

當下的條件下，為克服在該工作面上抑塵技術的缺陷，進行了抑塵技術的創新，引入了自動泡沫技術，通過自動泡沫抑塵裝置的配備，使得在掘進作業進行時發揮了該裝置的降塵和抑塵作用，為作業人員創造了相對安全且良好的條件[1]。

(1)MFD型自動泡沫抑塵裝置結構

結合該掘進作業面現場條件的調查，經由市場上多種自動泡沫抑塵裝置的性能、功能和價格等對比，選擇的是MFD型自動泡沫抑塵裝置，該裝置中具體包含了螺旋式噴頭、泡沫產生器、除塵風水管路、電控液閥、聯鎖開關、PLC控制柜、粉塵濃度監測系統等多個構成模塊，具體如圖1所示。該掘進工作面上的泡沫抑塵裝置中，總共安裝有3個螺旋式噴頭，為使得在該裝置的運行過程中，能夠起到良好的抑塵作用，這些螺旋式噴頭呈現出從高到低邁步疊加式的布置方法，其中，1#和3#螺旋式噴頭分布安裝于與頂板相距0.5m的位置處和與巷幫相距1.0m的位置處，2#螺旋式噴頭安裝在與頂板相距1.0m、與巷幫相距2.0m的位置處，在裝置進行抑塵處理的過程中，噴頭在泡沫噴灑時呈現出螺旋狀，單噴頭噴灑直徑保持在1.2m。電控液閥中包含了多個構成要素，手動閥門、電控模塊、風水管控制器均是其中不可或缺的構成部分，在裝置運行時，電控液閥主要負責進行風水管的控制，這一控制過程具有高度的自動化特點，一旦液閥電控模塊在抑塵過程中出現了故障，可以立即通過手動閥門來完成相應模塊的控制。聯鎖開關分別與電控液閥、PLC控制柜加以連接起來，這種連接方式下，其中的PLC控制模塊可以發揮其自動控制的功能，使得聯鎖開關能夠在裝置運行中得到有效的管控，整體的控制效率高、精度足、抗干擾性好。粉塵監控系統中設置有監控分站和三個粉塵濃度傳感器，監控分站的存在可以將各個傳感器動作保護值加以科學設定，一旦粉塵濃度值超出了規定限值，就會立即啟動動作保護。

圖1 MFD型自動泡沫抑塵裝置結構

(2)MFD型自動泡沫抑塵裝置工作原理

在掘進工作面的掘進作業進行中，MFD型自動泡沫抑塵裝置的工作原理表現為：

①伴隨著巷道掘進工作的推進，自動泡沫抑塵裝置中包含了多個傳感器，這些傳感器可以在裝置運行時實時進行巷道、工作面的粉塵濃度、顆粒直徑等監測，一旦這些指標超出了正常限值，傳感器就會立即將這些信息反饋給監控分站，由監控分站的信息接收、處理和分析來進行相應的問題反饋。

②PLC控制柜在接收到對應的反饋信息以后，就可以立即進行相應的處理，并制定對應的指令，并將所確定的指令傳輸到聯鎖開關，而聯鎖開關能夠在相應的指令下及時打開對應的電控液閥供電電源，在電控液閥通電以后打開風水管路集控器。當電控液閥打開以后，泡沫發生器主機中的泡沫產生劑受到風水壓力以后，也就可以同步產生一定量的泡沫，這些泡沫在分配器分配以后最終以螺旋式噴頭噴出，實現了對掘進工作面的抑塵處理[2]。

4.實際應用效果及優缺點分析

(1)實際應用效果

根據該自動泡沫抑塵裝置在該巷道中的應用效果，其應用效果相對理想，完全克服了傳統泡沫抑塵技術的局限。當在該巷道掘進到560m處的位置時，每間隔300m的距離就需要進行MFD自動泡沫抑塵裝置的布設，在對該抑塵裝置進行了為期三個月的調查和分析以后，發現這一裝置應用以后粉塵控制效果極為理想，給作業人員提供了相對良好的條件[3]。

(2)優點

根據MFD型自動泡沫抑塵技術在其中的應用效果來看，其優勢表現在以下方面：①自動化控制。因為在MFD型自動泡沫抑塵裝置中安裝有多個傳感器，這些傳感器無論是在信息的采集還是傳輸方面都具有高度的自動化特征。②故障和事故幾率顯著降低。由于該裝置結構的特殊性，所噴出的抑塵源為高濃度泡沫且為非導電介質，在噴出一定的時間段以后能夠快速凝固，基本上不會對巷道中的作業和機械運轉產生不利的影響，故障幾率低且事故發生少。③除塵效果好。MFD型自動泡沫抑塵裝置下的噴頭為螺旋狀，且呈現邁步疊加布置的方式，在裝置運行的過程中，單個噴頭的降塵面積就達到了2.0m2甚至更高，除塵效率高且面積大。

(3)缺點

但MFD型自動泡沫抑塵裝置同樣存在著一定的缺陷，主要體現在：自動泡沫抑塵裝置的設備成本費用相對較高，與常規的噴霧灑水裝置相比，成本投入較高；為使得該裝置能夠在掘進工作面中保持最佳的運行狀態，實現粉塵濃度的科學控制，煤礦企業應安排專人定期對每臺設備的泡沫產生器添加一定量的泡沫生成劑，費用投入過高[4]。

5.結束語

煤礦開采作業中的粉塵產生量龐大，尤其是掘進工作面中隨著掘進作業的進行，可能會產生高濃度的粉塵，加劇了掘進作業的難度。因此，各個煤礦企業都應該重視掘進工作面的抑塵和降塵，通過自動泡沫抑塵裝置和技術的使用，將粉塵濃度控制在合理的范圍內。