掘进机泡沫除尘技术的研究应用

阮国义

(潞安环能股份公司 漳村煤矿，山西 长治 046032)

煤尘治理是煤矿面临的重大难题，煤尘不但造成尘肺病的发生，还会造成重大灾难事故[1]。漳村煤矿井下综掘工作面受到巷道空间、设备大小限制以及降尘方式约束等，煤尘浓度严重超标，虽然采取了“静压水喷雾降尘”的方式进行降尘，但由于水雾在空中停留时间短、落地快，且与煤尘接触的有效面积相对较小，效果并不理想。

为了降低煤尘浓度，保障作业人员身体健康，预防事故发生，漳村煤矿先后对掘进机内外喷雾喷嘴的种类、角度以及出水方式等进行改进，虽然取得了较好的效果，但没有达到预期的目标。为了更好地降低煤尘浓度，在全面调研、分析的基础上决定在2603回风巷综掘工作面使用泡沫除尘技术。

1 掘进工作面产尘原理

掘进工作面粉尘主要是由掘进机截齿截割煤体致使煤岩破碎所产生的煤尘组成，占掘进工作面粉尘的95%以上。掘进机截齿截割煤体时，在截齿周围产生很高的接触应力，随着负荷的增加，煤体逐渐破碎，形成密实的煤粉核，束缚在截齿周围；当截齿载荷达到临界值时，煤体裂纹失稳扩张使大碎块从自由面崩落，解除了粉煤核约束状态，粉煤核释放能量，形成大量飞扬的粉尘，产尘原理如图1所示。

图1 掘进机粉尘产生过程示意

2 泡沫除尘特点

泡沫通过覆盖、湿润、黏附等方式作用于采掘工作面粉尘，降低粉尘浓度，提高巷道能见度，优化井下工作面空气质量，提高矿井的采掘效率[2-3]，同时，降低井下作业人员粉尘吸入量，减少尘肺病的发病率[4]。

矿用泡沫除尘系统是利用井下的除尘水管和压风管路，在水中加入一定的添加剂，引入压风，采用专用的泡沫产生设备，完成吸料、混料、发泡等一系列工艺流程，产生泡沫后通过分配器、喷头支架组件喷洒至尘源上[5]。

泡沫除尘与其他除尘方式相比，具有以下特点[6-7]：

1) 喷出的泡沫包裹掘进机切割落下的煤岩体，从根本上阻止粉尘向外扩散，与传统水喷雾漫天撒网式的降尘方式有本质的区别；

2) 当泡沫液喷洒到含尘空气中，由于泡沫总体积和总表面积和水雾相比大幅度增加，大大增加了与尘粉的碰撞几率；

3) 泡沫的液膜中含有高效发泡的发泡剂，迅速改变粉尘的湿润性，增加了粉尘被湿润的速度；

4) 泡沫抑尘液含有特殊的添加剂，能提高泡沫的粘附力，使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；

5) 设备体积小，与除尘风机相比，弥补了除尘风机体积大、搬运水箱工作繁琐等缺点。

3 泡沫除尘系统结构及参数

3.1 系统结构及主要技术参数

矿用泡沫除尘系统是由箱体及泡沫产生设备、分配器和喷头架三部分组成，系统结构示意如图2所示，主要技术参数见表1。

图2 泡沫除尘系统示意

参数耗水量/(m3·h-1)产泡量/(m3·h-1)耗气量/(m3·h-1)发泡剂添加量/%发泡倍数数值1～1.250～10070～1200.3～0.550～60

3.2 箱体及泡沫产生设备

这是泡沫除尘系统最重要组成部分，主要由箱体、吸料集成块、给水控制系统、吸料控制系统、混料装置、发泡集成块、给气控制、发泡控制系统、再生泡装置、吹泡控制系统等构成。箱体采用304不锈钢制作，其余各金属零部件均采用45号钢制作，并进行耐酸及耐碱防腐处理和泄漏试验，确保气密性，主要技术参数见表2。

表2 箱体及泡沫产生设备主要技术参数

3.3 分配器

分配器主要由壳体和进、出泡端接头组成，其作用是把通过进泡端进入的泡沫介质进一步储存和重新分配。

3.4 喷头架

喷头架主要由导泡管、喷头、挡板等部分组成，其作用是将一定能量的发泡介质喷送至粉尘表面，促使发泡介质与粉尘大面积碰撞，抑制扬尘的大量产生。

4 泡沫除尘的应用

在漳村煤矿2603回风巷综掘工作面进行了泡沫除尘技术应用试验，对使用前后工作面粉尘浓度进行检测，通过数据分析，检验泡沫除尘效果。

在2603回风巷产尘严重的掘进机司机位置和回风口处检测粉尘浓度，检测数据见表3。

表3 2603回风巷泡沫除尘技术使用前后粉尘浓度

由表3可知，在掘进机司机位置使用泡沫除尘后，呼尘降低了97%，总尘降低了96%；在回风口处使用泡沫除尘后，呼尘降低了99%，总尘降低了98%，降尘率达到了预期的95%以上，降尘效果非常明显，此技术已经在漳村煤矿全面推广应用。

5 结 语

泡沫除尘技术通过在漳村煤矿2603回风巷的成功应用，大幅度降低了工作面的粉尘，保障了作业人员的身体健康，保证了矿井的安全生产，为类似条件的矿井探索出了一条粉尘治理新路，值得借鉴。