邢台煤矿综掘工作面泡沫抑尘技术的应用

刘 刚 张云峰 张仁贵 周福宝

(中国矿业大学安全工程学院,江苏省徐州市,221008)

邢台煤矿综掘工作面泡沫抑尘技术的应用

刘 刚 张云峰 张仁贵 周福宝

(中国矿业大学安全工程学院,江苏省徐州市,221008)

针对邢台矿采掘工作面粉尘量大严重威胁人员健康的问题,在邢台煤矿综掘工作面应用了泡沫抑尘技术,结果表明,泡沫抑尘对全尘的抑尘效率达到90%以上,对呼吸性粉尘的抑尘效率达到80%以上,粉尘浓度由800～1000 mg/m3以上降低到100 mg/m3左右,呼吸性粉尘的浓度由150 mg/m3以上降低到25 mg/m3左右,抑尘效果显著。

粉尘控制 泡沫抑尘 抑尘效率 综掘工作面

泡沫抑尘技术可以从源头上抑制粉尘的产生,具有除尘效率高、用水量少的优点。该技术在主要产煤国家生产中得到了广泛应用,且大都是在滚筒采煤机割煤时向截割部喷射。我国泡沫抑尘的研究起步较晚,近年来在泡沫除尘机理、发泡器结构与性能、发泡剂配方等方面进行了研究,在掘进工作面、带式输送机转载点、松软煤层钻孔等方面进行了工业试验,取得了显著进展,但发泡设备、发泡工艺等方面对煤矿井下条件的适应性不强,尤其是综掘工作面泡沫抑尘技术缺少与之配套的设备及工艺。本文结合泡沫抑尘技术在邢台矿综掘工作面的应用情况,对泡沫抑尘技术进行研究。

1 泡沫抑尘技术概述

泡沫抑尘技术是一种化学抑尘的方法,将发泡剂和水通过发泡设备产生大量的泡沫,将泡沫喷射到产尘点上。泡沫抑尘同喷雾洒水除尘相比,其耗水量减少50%以上。

1.1 发泡剂

发泡剂的优劣在很大程度上决定了发泡的效果,为此研发了既适合煤尘又适合岩尘的 KFJ矿用发泡剂。该发泡剂主要成分为表面活性剂、增泡剂、稳泡剂和湿润剂等。应用时发泡剂与水的混合比为1∶300,若提高发泡剂和水的混合比,则可增加发泡倍数。泡沫粒径小,细腻,粘度高,易于润湿较小的粉尘颗粒,对粉尘的吸附性强,产成的泡沫体积大,稳定性好,覆盖面广,发泡倍数达30～50倍。该发泡剂无毒、无皮肤刺激性,对煤质无影响。

1.2 泡沫抑尘设备

泡沫抑尘设备的主要动力是矿井的压风和高压水,主要部件由储液箱、控制箱、混合发泡器、喷嘴装置、磁力吸盘等组成。储液箱用来储存发泡剂;控制箱用来控制设备发泡情况,上有液阀、水阀、气阀、压力表、水流量计、液流量计;混合发泡器是用来将发泡剂、水、气三者充分混合并使之发泡的部件;喷嘴装置包括喷嘴和喷嘴支架;磁力吸盘是用磁力将设备固定在掘进机上,使泡沫抑尘设备随掘进机移动。

泡沫抑尘设备的特点是:(1)抑尘效率高,不用电,不必进行防爆处理,在各种矿井都适用,工作时安全可靠;(2)操作简便,方便井下工人操作和使用;(3)安装在掘进机上,随掘进机行走,减少搬运工作。

2 现场应用

2010年5月至8月,在邢台矿7905和7111综掘工作面应用泡沫抑尘技术,在7905工作面试验总进尺数380 m,在7111工作面试验总进尺数670 m。7905巷道是半煤岩巷道,宽3.7 m,高2.4 m,风量200～300 m3/min,使用 EBZ100型掘进机掘进,煤尘爆炸指数35%左右,未采用任何除尘措施时,粉尘量达到800～1000 mg/m3以上,呼吸性粉尘达150 mg/m3以上,之前采用除尘风机和喷雾除尘相结合的除尘方式,除尘风机型号为KCS-225ZZ,吸风量200 m3/min,除尘效率仅40%左右,粉尘量仍然很大,在500～600 mg/m3以上。7905工作面风压0.7 MPa,水压3 MPa,具备试验条件。7111巷道是煤巷,其它方面与7905工作面基本一致。

图1 泡沫抑尘(岩尘)

将泡沫抑尘设备放置在掘进机上,使控制箱靠近司机,用磁力吸盘使之固定,接好喷嘴装置,调整喷嘴角度,使喷嘴对准截割部。安装好设备后,加入发泡剂,接上风管和水管,打开风阀、水阀和液阀,检查管路是否有漏气漏液现象,观察发泡情况,调节各路流量,使之达到最佳发泡效果。图1、图2是从现场拍摄到的泡沫抑尘情况。

图2 泡沫抑尘(煤尘)

试验发现,泡沫从喷嘴喷出后,一部分喷到转动的截割头上,完全包裹截割头,割煤时泡沫能够随截割头一起深入煤壁内,从源头上抑制了煤尘的产生;另一部分泡沫喷向煤壁和截割头周围空间,挂在煤壁上的泡沫首先浸润煤体表面,截割头周围空间的泡沫则用来捕获从截割点处逃逸出来的粉尘。泡沫附着在煤壁上,且随落煤大量堆积,形成一道保护膜,经带式输送机运输时,泡沫包裹煤粒,这都有减缓瓦斯放散速度,降低工作面瓦斯浓度的作用。综掘机连续割煤时,喷嘴随截割摇臂的摆动而改变喷射方向,始终覆盖截割头部分,泡沫随割下来的煤一起落下并由综掘机刮板运送至带式输送机上。

应用泡沫抑尘设备以后,工作面粉尘浓度显著下降,司机割煤时提高了视线清晰度,截割一次到位,提高了工作效率。

3 数据测试及分析

为了考察泡沫抑尘的效果,对粉尘浓度进行了测试,7905半煤岩巷对全尘的统计情况见表1,7111煤巷对呼吸性粉尘的统计情况见表2。

经过抑尘效率的计算,泡沫对全尘的抑尘效率达到了90%以上,平均93.2%,泡沫抑制全尘的效率分析见图3,可以看出泡沫对呼吸性粉尘的抑尘效率达到了80%以上,平均83.3%,泡沫抑制呼吸性粉尘的效率分析见图4。而除尘风机、喷雾降尘的除尘效率达32.4%～50.6%,平均38.8%。通过表1、表2可以发现,粉尘浓度由800～1000 mg/m3以上降低到100 mg/m3左右,呼吸性粉尘的浓度由150 mg/m3以上降低到25 mg/m3左右。

表1 7905半煤岩(全尘)试验数据(2010年6月)

表2 7111呼吸性粉尘(煤尘)测试数据(2010年8月)

从图5可知,使用泡沫抑尘后,工作面粉尘浓度70 mg/m3以下的数据占总测试数据的10.3%,70～80 mg/m3之间的数据占33.3%,80～90 mg/m3之间的数据占23.1%,90～100 mg/m3之间的数据占12.8%,说明100 mg/m3以下的粉尘浓度共占总数的79.5%,而100～160 mg/m3的数据仅为20.5%。

图5 泡沫抑尘粉尘(全尘)浓度综合分析图

总之,泡沫对全尘和呼尘的抑尘效率都非常高,而且设备符合现场应用的条件,能为广大工人所接受,满足现场推广应用的要求。

4 结论

从泡沫抑尘技术在邢台矿的应用看,泡沫抑尘技术具有如下特点。

(1)采用无孔隙封闭的泡沫体直接覆盖尘源,抑尘效率高,尤其是对呼吸性粉尘的抑制作用更有效,对于改善作业环境、提高劳动效率、预防尘肺病、防止煤尘爆炸等方面起到重要作用。

(2)KFJ矿用发泡剂适合抑制煤尘、岩尘,泡沫抑尘效率高、稳定性好,发泡倍数为30～50倍,无皮肤刺激性,无吸入毒性,对煤质无影响。

(3)新型机载式泡沫抑尘设备无需用电,形成了整套应用工艺,安装可靠,操作简单。

(4)在邢台矿煤巷、半煤岩巷综掘工作面的工业试验表明,显著降低了工作面粉尘浓度,操作视野清晰,提高了掘进速度,泡沫抑尘效率达90%以上,呼吸性粉尘抑尘效率达到80%以上,用水量较喷雾降尘减少50%以上。

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(责任编辑 梁子荣)

Application of dust removal technology by using of foam at the fully mechanized heading face of Xingtai Coal Mine

Liu Gang,Zhang Yunfeng,Zhang Rengui,Zhou Fubao
(School of Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China)

In connection with the issues of,workers health is seriously threatened at the heading face of Xingtai Mine,dust removal technology is applied there by using foam.The result shows that,dust removal efficiency by using foam achieves 90%of the whole dust,80%of the breathing dust,and dust consistency in the air is reduced from 800～1000 mg/m3to about 100 mg/m3,while the breathing dust consistency is reduced from 150 mg/m3to around 25 mg/m3.It is a sound result.

dust control,dust removal by using foam,dust removal efficiency,fully mechanized heading face

TD714.4

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刘刚(1982-),男,山东泰安,在读硕士,研究方向为矿井粉尘防治、矿井通风与安全。