煤矿泡沫除尘技术研究现状及趋势

赵绪帅+++徐加恒+++訾美幸

摘要：近年来，煤矿泡沫除尘技术的现状及趋势得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先介绍了泡沫除尘技术的机理与特点，分析了泡沫除尘技术及系统设计，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就泡沫除尘技术和除尘效果展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

关键词：煤矿；泡沫除尘；技术现状；趋势

一、前言

作为一项实际要求较高技术方法之一，煤矿泡沫除尘技术的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对煤矿泡沫除尘技术现状问题的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化其在实际应用中的最终整体效果。

二、泡沫除尘技术的机理与特点

除尘用的泡沫由空气、水、发泡剂和多种助剂经过物理发泡而成。将发泡剂加入到水中，降低了水的表面张力，将通过发泡器生成的大量细腻均匀的泡沫在压缩空气的作用下喷洒到尘源上或空气中。与现有的除尘技术相比，泡沫除尘技术不但兼有一般喷雾和化学抑尘的优点，还有以下特点：①当泡沫喷洒并覆盖到产尘源处，形成无空隙的泡沫体覆盖和遮断尘源，使得粉尘得以湿润和抑制，可有效阻止粉尘向外界扩散；②当泡沫液喷洒到含尘空气中，泡沫群的总体积和总面积增大，大幅增加了与尘粒的碰撞概率；③泡沫的液膜中含有高效发泡的表面活性剂（发泡剂），能大幅度降低水的表面张力，发泡剂分子在水溶液和粉尘颗粒接触的界面上吸附，迅速改变粉尘的湿润性能，增加了粉尘被湿润的速度；④泡沫具有很好的黏性，粉尘一旦和泡沫接触将会迅速被泡沫粘附，从而也增加了泡沫和粉尘的粘附效率。根据不同粒径粉尘的湿润性能，确定了发泡剂的最佳添加量是0.5%（体积分数）

三、泡沫除尘技术及系统设计

（一）泡沫的制备技术

泡沫降尘的关键步骤是由泡沫试剂和发泡器制备泡沫。发泡器的主要结构分为障碍版、扰流器、文丘里管和筒体等。将泡沫制剂与水相混合后，通过起旋器送入文丘里管，同时压缩空气从小孔进入，在管喉部与静压降低的泡沫液均匀混合形成气液混合射流，撞击在扰流器上形成部分泡沫。在气流的推动作用下，泡沫液进入障碍筒，再通过障碍充分扰乱后形成足够均匀的泡沫。

（二）泡沫除尘系统的设计与布置

当前矿井的粉尘是煤炭开采工作中主要危险之一，制约了开采工作。合理的设计和布置除尘系统不仅可以保证开采工作的安全性，也大大提高了开采量。对于泡沫除尘系统，要求其具有结构简单、操作简便等优点。发泡器和泡沫添加器以及发泡剂的储存装置由风水联动开关组合形成降尘机构，同时还具有输送管道和喷射装置等。同时，为了达到良好的除尘效果，科学的现场布置也是必不可少的。在对粉尘的扩散轨迹进行研究后表明，当泡沫喷射范围覆盖包裹掘进机的切割部位时，能够达到较好的降尘效果。要扩大喷射范围，就需要对掘进机的喷雾装置加装环形喷射支架，环形喷射支架能够使得泡沫喷头的喷射角度扩大为45度，扩大包裹范围，但同时也需要加装钢板以保护喷头，将降尘装置通过磁力吸附与掘进机上。出于作业安全考虑，要求泡沫降尘系统不影响正常的掘进工作，因此首先需要保证降尘系统所需要的正常水压和气压在和1.5MPa和0.7MPa以上，水流量和空气流量也需要大于2m3/h和60m3/h，将空气与水流管路各引出一条高压胶管接在联动控制开关上，再通过高压胶管将泡沫出口和喷射器相连。

四、泡沫除尘技术和除尘效果探究

（一）泡沫除尘剂除尘效果和成本研究

将泡沫除尘技术和传统的水幕除尘技术以及除尘风机技术相对比，可研究泡沫除尘技术的应用价值。购得市售河南巩义市泡沫除尘剂厂所生产的除尘剂，经测定使用前后全尘浓度分别为322mg/m3和112mg/m3，呼吸性粉尘浓度分别为79mg/m3和37mg/m3，除尘效率由计算公式可得分别为75.5%和70.9%；而采用一道防尘水幕的总降尘效率和呼吸性降尘效率分别为42.2%和40.2%，采用两道防尘水幕则分别为51.9%和48.8%。可以看出水幕除尘技术的除尘效率只有50%左右，而泡沫除尘技术除尘效率高过其50%。而实验测定除尘风机的除尘效率更低，仅为51.3%和35.4%。比较之下，采用泡沫除尘技术或将泡沫除尘技术与水幕除尘相结合可以达到更好的除尘效果。从成本方面考虑，泡沫除尘需要购买泡沫除尘剂，需要一定的成本支出，但相比较于水幕除尘，泡沫除尘节约了大量的水，显著的除尘效果保障了井下作业人员的身体健康，综合考虑成本，泡沫除尘技术更加具有应用价值。

（二）泡沫除尘剂最佳配比的探究

泡沫除尘技术的除尘效果与泡沫的产生效果亦即泡沫除尘剂的配比有着较大关联。因此探索泡沫除尘剂的最佳配比，能够更好地提高除尘效果。除尘剂的主要成分为十二烷基硫酸钠、羧甲基纤维素钠和椰子油酰胺，这三种物质的作用分别为发泡剂、湿润剂和稳定剂。试验使用河南巩义市新兴泡沫除尘剂厂的发泡器，以及精度为0.0001g的电子天平。测量粉尘浓度的采样器型号为KFC-92A型。分别按照90：4：6、85：9：6、80：8：12和70：12：18的比例配制三种试剂，分为A、B、C、D四组，同时保证总质量为10kg，后加入40kg热水进行混合搅拌，得到20%质量比的泡沫除尘剂。再将三种除尘剂分别进行试验，测出各自的降尘效率：在除尘前全尘浓度为370kg/m3，呼吸性粉尘浓度为120mg/m3的情况下，测得A组的总降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率分别为66.9%和77.9%；B组为70.6%和82.9%；C组为66.2%和75.0%；D组为61.2%和69.0%。可以看出，当十二烷基硫酸钠、羧甲基纤维素钠和椰子油酰胺配比为85：9：6时，除尘效率最好，基本达到了市售产品的使用效果。

五、结束语

综上所述，加强对煤矿泡沫除尘技术现状及趋势的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的煤矿泡沫除塵技术应用过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献：

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