掘进机工作面泡沫除尘系统的设计及应用

2020-03-14张旭峰

机械管理开发 2020年1期

张旭峰

（阳煤寺家庄有限责任公司开拓三队，山西晋中 045300）

引言

随着采掘技术和巷道掘进速度的不断提升，所产生的粉尘也在不断增加，严重威胁着掘进工作面作业人员的身体健康。为此，急需一款有效的降尘装置服务于巷道的掘进机[1]。喷雾降尘装置作为当前应用较为广泛的降尘措施，尽管其能够实时跟踪产尘点达到高效降尘的效果，但是，喷雾装置的降尘耗水量大，且在实际应用中容易出现喷嘴阻塞的问题。为解决喷雾装置的上述缺陷，提出了泡沫除尘的技术。

1 掘进工作面产尘特点的分析

掘进工作面的粉尘主要来源于机械打眼产生的粉尘、装车和装载点产生的粉尘。其中，机械打眼产生的粉尘为原生粉尘，占据掘进工作面全部粉尘的80%左右。因此，针对机械打眼产生的粉尘为掘进工作面粉尘防治的重点[2]。装车和装载点产生的粉尘为次生粉尘，即积累与地面及表面的粉尘在外界的作用下重新扬起的粉尘。

目前，应用于实际生产的降尘措施主要有利用掘进机内喷雾装置、外喷雾装置进行降尘除尘操作；采用压入式风筒产生螺旋风流达到降尘的目的；在掘进机司机的位置处设置挡尘屏障，在此基础上利用除尘器所产生的负压吸收粉尘达到降尘的目的。经实践应用可知，上述降尘措施或多或少的存在一定的缺点，导致无法实现高效的除尘[3]。经对比分析，喷雾除尘的改造成本最低。针对喷雾降尘装置耗水量大且喷嘴易堵塞的缺陷，本文基于泡沫除尘技术解决上述问题。

2 发泡器的设计

泡沫除尘技术的核心为发泡器的设计。目前，泡沫发泡器主要包含有网式、液体射流式、涡轮式、同心管式以及挡板式泡沫发泡器。经对比分析，上述各类泡沫发泡器或多或少存在一定的缺陷。其中，挡板式泡沫发泡器应用于掘进工作面容易造成堵塞；涡轮式泡沫发泡器的结构相对复杂，其制造成本较高，不适用于掘进工作面中；其他类型的泡沫发泡器对发泡条件比较严苛。综上所述，本文将针对掘进工作面设计成本低、结构简单、维护方便的新型泡沫发泡器。

2.1 发泡器的功能要求

掘进工作面泡沫除尘效果与泡沫的效果相关，而泡沫的效果与发泡器及发泡条件息息相关。因此，为确保泡沫质量对发泡器提出如下要求：保证发泡器内的气体和液体形成高速紊流；确保液体能够形成相对分散的薄膜，增大气体与薄膜的接触面积；确保所产生的泡沫为细小均匀的；确保在发泡过程中不会出现堵塞的现象[4]。

2.2 发泡器结构参数的设计

结合2.1所提出的发泡器的功能要求，为确保发泡器内气体和液体形成高速紊流，在发泡器的入口设计成文丘里管的样式，加装扰流器，增大气体与薄膜的接触面积，增加挡板，确保所产生的泡沫细小而均匀，如图1所示。

如图1所示，发泡器的关键结构为渐缩管（2）、喉管（3）、渐扩管（4）、扰流器（5）以及挡板（9）。发泡器关键结构尺寸如下页表1所示。

表1 发泡器关键结构尺寸 mm

3 发泡质量影响因素的分析

发泡器产泡量除了与上述机械结构相关外，还与外界因素相关。外界因素主要指：供气量、供气压力、供液量及发泡剂的浓度等。本文将对比分析上述各外界参数对发泡量的影响程度，并确定具体的发泡条件，已达到最佳的发泡效果。影响发泡量外界因素如表2所示。

表2 外界因素统计表

采取控制变量的原则，对比分析不同外界因素条件下发泡器的发泡量。经过反复试验得出如图2所示的关系曲线。

分析图2可知：在供液量一定的前提下，发泡量随着供气量先增大后减小的趋势变化，发泡量与供气压力呈平稳变化趋势，且最佳供气压力为0.3～0.5 MPa；在供气压力一定的前提下，发泡量随着供液量的增加而增加，且当供液量增加到一定程度后其发泡量增幅不明显；在供液量一定的前提下，发泡量随着泡沫剂浓度的增加呈现先增大后减小的变化趋势，其最佳发泡量的泡沫剂浓度应在0.4%～0.6%之间。