煤矿井下泡沫除尘理论与技术应用探析

貟少强 李玉杰 宝银昙

（陕西能源职业技术学院<煤炭与化工产业学院>，陕西 咸阳712000）

0 引言

在现代化煤矿井下作业时，已经运用了综掘综采等技术手段，输送机输煤系统在工作期间，也会导致粉尘浓度快速升高。结合煤矿井下泡沫除尘理论，对其技术原理进行研究，有效解决传统喷雾除尘的缺陷，挖掘泡沫除尘技术应用的巨大潜力。

1 泡沫除尘技术特征

煤矿井下泡沫除尘技术主要结合矿井下的压风管路以及除尘水管，在将水与泡沫剂按照一定的比例混合完成后，使用发泡器形成大量的泡沫状态的液滴。由于泡沫粒子群具有附着力，会通过拦截、润湿、黏附、沉降等原理捕获粉尘，防止在矿工工作时间内粉尘快速逃逸[2]。

按照早先使用的喷雾除尘以及化学方式除尘，泡沫除尘都具有一定的优势：

第一，当泡沫均匀分散到煤矿井下的空气或者尘源时，能够将尘源进行有效覆盖，其中存在的空隙位置得到遮掩。同时，在将尘源处存在的烟尘进行润湿后，可以抑制局部粉尘继续扩散。

第二，如果泡沫喷洒到粉尘空气环境中，对比传统除尘方式，泡沫的体积更大，能够接触到空气中存在的烟尘概率会增高，在接触碰撞的概率提升后，对抑制空气中的尘粒会起到明显作用。

第三，泡沫在除尘期间，会借助自身的黏性，当粉尘和泡沫碰到一起时，泡沫会将粉尘黏附过来，加上有发泡剂的存在，会改善吸附后对粉尘的湿润程度，提高除尘的效率。

2 泡沫除尘系统构成

根据泡沫除尘系统的构成，主要包括除尘发泡剂、发泡装置和喷射装置三个重要部分，如图1所示。除尘发泡剂是整个系统的关键点，依托发泡装置和喷射装置来发挥除尘作用。

图1 泡沫除尘系统示意图

2.1 除尘发泡剂

针对煤矿井下作业，在实施阶段通常环境相对密闭，处于半封闭的状态下，促使产生的烟尘无法有效排出，会在井下工人工作的环境中进行沉积或扩散。利用泡沫除尘技术时，必须保证最终喷射出来的泡沫属于安全成分，不会对工作人员造成伤害。具备湿润性特征的发泡剂要先溶于水，在除尘阶段，让发泡剂形成的泡沫及时喷洒到尘源和含有微尘的环境区域，在足够的泡沫量能够将煤矿井下易产生尘源的地点有效覆盖时，充分保障除尘效果[3]。在使用发泡剂时，还会加入特定的增泡剂和稳定剂等成分，实现在相对经济的条件下，让除尘发泡剂的作用最大限度地体现出来。

2.2 发泡装置

依据发泡装置的构成，主要包括发泡器、储液箱、控制盘和微型文丘里管四个部分。工作期间首先会将发泡剂的原料放到储液箱中，利用控制盘以及微型文丘里管的功能促使负压的产生，在利用发泡器工作原理使泡沫形成并喷洒出。发泡装置的设计并不复杂，在利用泡沫除尘技术工作时，可以从方便性和快捷性的角度出发，在控制盘上配备有其他功能的装置，比如水流量计和阀门，提升发泡的效率，为科学和正确地工作创造条件。

2.3 喷射装置

在泡沫除尘系统中，喷射装置主要包括支架和喷头两个部分，喷头设计的合理性对喷洒结果会产生直接影响。由于在泡沫喷洒阶段，覆盖面积的大小至关重要，所以在对喷射装置进行设计时，要准确保障喷射的角度和控制到尘源的距离长短。在实际操作中，煤矿井下工作的掘进机附近会产生大量烟尘，需要将喷射装置放置在整个泡沫除尘系统截面区域的1 m左右距离处，既能避免在喷射时受到引起尘源的设备或者不安全因素的影响，又能够保障工作效率。泡沫在散播到空气中或者覆盖至尘源处时，要通过增大表面积来发挥泡沫除尘技术的优势。

3 煤矿井下泡沫除尘理论与技术应用探析

3.1 泡沫除尘技术的使用条件

从泡沫除尘技术在使用中要具备的条件来观察，应该保证煤矿井下的除尘水管和压风管路两个方面的限制。只有具备相关条件，才能够将泡沫除尘系统放置于管路内，在注重生产效率的前提下，需满足添加发泡剂后就能够制备出除尘使用的泡沫群成分。同时，在设置期间要调整准确的参数，对耗水量、泡沫产生量、发泡的倍数等进行严格控制。

3.1.1 除尘水管

在制备泡沫期间需要满足有稳定和充足的水源，由于使用的环境是在煤矿的井下，受限于工作区域，要保障除尘用水的供应。对于流量的要求，根据相关文献调查，综采工作面应维持在2 m3/h，掘进工作面要保证1 m3/h，整个工作环境的压力控制在0.2~0.7 MPa范围内。

3.1.2 压风管路

泡沫制备阶段，需要有压风管路作为支持，结合文献调查，应该将压风管路的流量控制在40~80 m3/h范围内，同时保证压力在0.2 MPa~0.7 MPa范围内，压力环境与除尘水管工作压力保持同步[4]。

3.2 煤矿井下泡沫除尘系统的安装

在矿井掘进阶段，主要会出现尘源的区域集中在设备的截齿附近。为了保证除尘的效果，需要将泡沫除尘系统相连的喷头装置设置在切割滚筒的周围，确保对产生的粉尘粒子能够及时有效清除。在具备条件下，该区域安装的喷头数量也要有明确的规定，可采取安装4个喷头的方式，让泡沫喷洒出来后满足对该区域空间的全覆盖。在涉及安装的角度问题时，结合泡沫喷洒出来的扇形或者弧形截面，保证工作状态下泡沫除尘技术能够安全有效运行。在将喷头安装后，还应该有效连接相关的除尘水管和压风管路，保证整个发泡系统运行无误。

在采用泡沫除尘系统后，要将整个系统安装在靠近钻孔的孔口附近，对尘源处进行及时防范处理。在泡沫除尘系统中，应包括泡沫发生器、支架等，为了起到更好的防护作用，还应具备除尘防护罩。煤层在钻孔的同时，将连接喷头的支架放置在合理的位置，保证喷头对准尘源区域，在压风的帮助下，让泡沫发生器产生均匀泡沫分散到周围，对粉尘进行润湿和黏附，起到明显的除尘效果。

3.3 粉尘检测布局设置

无论是最初安装时对泡沫除尘技术应用效果的检测，还是在使用过程中随时掌握泡沫除尘系统运行的状态，都需要满足对煤矿井下粉尘检测的要求。在布局方面，要针对性地对粉尘测点进行设置，实现对除尘效果的验证，从而保证在工作状态下的安全性。在采样过程中，需要借助专业采样器对局部经过泡沫除尘系统处理过的空气进行采集，利用高性能的吸气泵把粉尘的有效吸收进去，通过最终的过滤阶段，准确掌握现有的矿尘状况，观察粉尘浓度是否满足安全生产的要求。借助这种粉尘检测的模式，有效判断出泡沫除尘系统的工作效率和除尘效果。

4 结语

煤矿井下工作阶段，多项工作都会产生粉尘，粉尘的存在对工人、环境都造成极大的危害。在对煤矿井下除尘技术进行分析时，本文以泡沫除尘技术为方向，合理运用除尘发泡剂、发泡装置以及喷射装置，构建成完整的煤矿井下泡沫除尘系统。通过泡沫除尘新技术的应用，降低粉尘带来的风险，保障煤矿正常生产过程中的安全性。