泡沫降尘技术在淮南潘三矿掘进面的应用

李强

摘 要：针对淮南矿业集团潘三矿煤层综掘过程产生大量粉尘。传统喷水降尘措施用水量大.呼吸性粉尘的降尘效果差等问题。采用泡沫降尘技术，根据井下实际情况，实施时采用前置式喷头布置，降尘剂添加比例定为1.2%，现场实测数据显示，泡沫降尘技术降尘效率明显高于喷雾降尘技术。使用泡沫降尘时，在司机侧测得全尘及呼吸性粉尘降尘效率分别达到65.7%和58.6%。

关键词：综掘面、煤矿降尘、泡沫降尘剂

粉尘是煤矿生产中的主要灾害因素之一。其主要危害是引发尘肺病和煤尘爆炸。而掘进工作面是煤矿的主要产尘点之一。近年来随着掘进机的大量使用，井下掘进工作面的粉尘浓度急剧提升，严重降低工作面能见度，制约着巷道的进尺速度，并严重影响煤矿工人的身体健康。国内外学者在综合防尘方面做了大量的工作，从除尘方式到装备、手段都取得了很大的进步。有效地抑制了煤尘。但由于采取的技术措施缺乏针对性，水的表面张力较高.呼吸性粉尘不易被水迅速、有效地湿润.致使降尘效果不佳。为此，必须针对煤尘性质采取有效措施控制煤尘.争取用最少的水量达到最优的降尘效果[1]。结合淮南矿业集团潘三煤矿综掘工作面的实际情况，根据综掘工作面的产尘特点和泡沫降尘机理，确定最佳的发泡剂添加比例和泡沫降尘技术实施工艺和参数。

1、潘三17181运顺煤巷综掘工作面产尘特性

该综掘工作面为煤巷，宽：5米，高：3.7米，巷道水压是3MPa，气压是0.5 MPa，。采用三一重工EBZ160型掘进机割、装、运煤，并配合输送机出煤。主要的粉尘来源包括综掘机割煤、运输皮带转载处，打眼测瓦斯浓度等工序。其中最主要的产尘源是综掘机割煤部分。产尘量占总产尘量的95% 以上。目前该综掘面除尘措施主要有：压入式通风方式、综掘机掘进头安装内外喷雾头的喷水除尘和在后方安装的防尘喷雾帘3种。综掘机割煤时，工作面司机侧全尘浓度高达1667 mg/ m3（此时压入式通风方式和综掘机掘进头安装内外喷雾头的喷水除尘同时进行）。

2、泡沫降尘技术机理[2]

泡沫除尘是通过发泡器将空气、水和发泡剂按一定比例充分均匀混合，产生大量的泡沫喷洒到煤壁等尘源上，在碰撞、湿润、覆盖、黏附等多种机理综合作用下，依靠泡沫及其液膜良好的隔绝性、吸附性和湿润性等特点，捕捉粉尘，并使之沉降。泡沫降尘不但兼有一般喷雾和化学抑尘的优点，而且还具有以下特点： ①当泡沫喷洒到尘源上，造成无空隙的泡沫体覆盖产尘源，从根本上阻止粉尘向外界扩散；②当泡沫液喷洒到含尘空气中，则形成大量的泡沫粒子群，其总体积和总面积增大，增加了降尘剂与尘粒的碰撞效率； ③泡沫的液膜含有特制的泡沫降尘剂，可以大幅度降低水的表面张力，降尘剂分子能在水溶液和与粉尘颗粒接触的界面上吸附，迅速改变粉尘的湿润性能，增加粉尘被湿润的速度； ④泡沫具有很好的粘性，粉尘一旦和泡沫接触将会迅速被泡沫黏附，从而也增加泡沫对煤矿粉尘的吸附效率。

3泡沫降尘工艺实施[3]

掘进工作面空间小，人员多，作业地点变换频繁。因此，要求降尘系统的安装地点既要能保证其正常使用，又不影响矿工的工作。从EBZ160掘进机的实际情况及工人的使用方便性出发，最终确定将泡沫发生控制装置，安装在掘进机司机旁边的掘进机台面处，方便司机在操作掘进机工作的同时也可以控制泡沫发生控制装置。以工作面用水的一部分为水源，以工作面压风的一部分为气源，将泡沫降尘装置，装置上的风水阀门的两个接口分别与水管和风管连接，泡沫降尘装置生成的泡沫通过胶管输送至泡沫分配器，装有泡沫喷头的喷头支架和高压胶管与泡沫分配器的出口连接，最后由喷头喷射至截割产尘点，如图1、图2所示。

进水需要压力2-3MPa。压风管路需要压力0.3-0.5MPa 。其中，发泡剂添加采用负压方式将发泡剂直接吸入到管路与水混合，并通过控制阀控制其添加比例，可实现 0.1-2.5%比例的稳定添加。为高效的抑制粉尘扩散，必须在粉尘开始扩散之前进行有效的干预，切断粉尘扩散通道。针对 EBZ160掘进机的结构及割煤方式，破碎煤岩产生的粉尘分两部分，一部分部分沿着截齿运动轨迹的切线方向被带出来.，另一部分为大量煤块落地撞击铲尘。根据粉尘的产生方式及实际生产中综掘机截割头部分运动轨迹采用门字形喷头布置方式。即在综掘机截割头后方平台的上部及两侧采用外装方式固定泡沫喷头的方式，该方式可以有效地捕捉和覆盖粉尘，防止粉尘扩散，降低煤尘浓度。

经过反复测试，确定该降尘工艺的主要参数为： 1发泡倍数为 30-50倍； 2降尘剂的使用量为水的 0.1-2.0% ； 3 耗水量为1.0-2.3 m3/h。

4应用分析

泡沫降尘装置在掘进机上安装后，进行测尘实验。以掘进机司机处为粉尘浓度测试点，在尽可能保证测量时的外部条件（ 司机割煤的位置和顺序等） 一致的情况下，使用CCGZ-1000 型直读式粉尘仪分别测量：无降尘措施、使用外喷雾降尘和使用泡沫降尘3种条件下的全尘及呼吸性粉尘的浓度，见表1。

经对比分析，使用外喷雾降尘时的降尘率为：全尘35.4%，呼吸性粉尘31.3%。而泡沫降尘时的降尘率为：全尘65.7%，呼吸性粉尘58.6%。比使用外喷雾降尘分别提高了30.3 %和27.3%。经对比分析，使用泡沫降尘的降尘效果比用外喷雾降尘的降尘效果明显。同时使用泡沫降尘装置降尘后，工作面能见度显著提高，如图2 。

5 结论

1、通过总结前人的经验[4]及根据分析现场实际情况出发，采用泡沫发生装置和泡沫喷头分离的工艺，在靠近司机处的掘进机机身平台上安装泡沫降尘装置、在综掘机截割头后方平台的上部及两侧采用外装方式固定泡沫喷头，当泡沫输送至喷头，利用喷头良好的扩散性，使从喷头喷出的泡沫形成门字型结构。有效的对产生的煤尘进行抑制和防止粉尘扩散。

2、试验证明： 针对淮南潘三矿煤样特性，降尘剂添加量对发泡效果的影响试验显示： 降尘剂体积分数为 1.2%时发泡效果最好，确定该矿掘进面实施泡沫降尘的最佳发泡剂添加比例。

3、现场使用效果表明，泡沫降尘装置制备的泡沫能较好的减少和控制粉尘的产生，同时又能抑制已产生粉尘的扩散，对全尘的降尘效率为65.7%，对呼吸性粉尘的降尘效率为58.6%，降低了掘进面的粉尘浓度，提高了能见度，增加了工作的安全性。

4、泡沫降尘技术，丰富和发展了淮南矿业集团潘三煤矿的粉尘防治方法，为煤矿的综掘防尘提供了一项新的技术手段。

参 考 文 献

[1]马汉鹏，王德明.矿井粉尘防治技术探讨.洁净煤技术， 2005，11： 14-15

[2]任万兴. 煤矿井下泡沫除尘理论与技术研究[D]. 徐州：中国矿业大学，2009：14-18

[3]陆新晓，王德明，王和堂，等. 矿用除尘泡沫的实验研究[J]. 煤矿安全，.2011.42（6）：1-3

[4]高庆重，王得明。泡沫降尘技术在掘进面的应用[J]。金属矿山，2010，15（7），