金雪琪，陳明健

（中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院，山西 太原 030006）

粉塵不僅對(duì)煤礦井下工人健康具有極大的危害，長(zhǎng)期吸入可導(dǎo)致肺部組織彌漫性纖維化，最終造成塵肺??；而且在發(fā)生瓦斯泄漏時(shí)有可能會(huì)引發(fā)煤塵爆炸，導(dǎo)致重、特大事故的發(fā)生，給企業(yè)和國(guó)家?guī)?lái)巨大的災(zāi)難和損失。泡沫除塵技術(shù)的研制對(duì)促進(jìn)礦井安全生產(chǎn)、保障煤礦工人身心健康具有重大意義[1]。

目前，國(guó)內(nèi)煤礦工作面粉塵的治理技術(shù)主要有噴霧降塵和除塵器除塵兩種[2]。噴霧降塵中，廣泛使用內(nèi)噴霧和外噴霧降塵。以掘進(jìn)機(jī)為例，機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)由于旋轉(zhuǎn)密封裝置壽命短、容易堵塞，更換困難，使用率較低，在使用過(guò)程中主要依靠外噴霧滅塵，但效果差、效率低，大量的積水惡化作業(yè)面環(huán)境，嚴(yán)重情況下甚至造成掘進(jìn)機(jī)的下沉。除塵器除塵雖然除塵率高，但體積龐大，移動(dòng)不方便，適應(yīng)性差，工作勞動(dòng)強(qiáng)度高。

本文設(shè)計(jì)了一種泡沫除塵裝置，該礦用泡沫抑塵裝置產(chǎn)生的泡沫通過(guò)良好的覆蓋、濕潤(rùn)、黏附等方式作用于粉塵，使粉塵得到全面包覆，從根本上阻止粉塵的產(chǎn)生及向外擴(kuò)散，進(jìn)而有效地降低采掘面上粉塵濃度，提高抑塵效率，降低抑塵成本，改善采掘工作面環(huán)境，提高井下作業(yè)人員工作效率，有效降低采掘一線職工塵肺病的發(fā)病率。見(jiàn)圖1.

圖1 泡沫抑塵裝置結(jié)構(gòu)圖

1 礦用泡沫除塵裝置

1.1 裝置結(jié)構(gòu)

礦用泡沫抑塵裝置是利用井下的冷卻水源和壓風(fēng)管路，在水中配入一定量抑塵劑，通過(guò)專用的泡沫發(fā)生裝置，引入風(fēng)壓，產(chǎn)生高倍數(shù)泡沫，再連接到掘進(jìn)機(jī)本身的內(nèi)噴霧和外噴霧系統(tǒng)，泡沫通過(guò)截留，碰撞、擴(kuò)散、黏附等方式作用于粉塵，從而有效地降低粉塵濃度。

礦用泡沫除塵裝置主要由進(jìn)水管路、進(jìn)氣管路、混合段3部分組成。主裝置包括儲(chǔ)液箱、操作模塊、混合發(fā)泡器等，還包括一些零件：風(fēng)壓表、水壓表、液位計(jì)等計(jì)量裝置；三聯(lián)件、氣水分離器等過(guò)濾裝置；球閥、針閥等調(diào)節(jié)裝置；膠管和接頭等管路配件。除噴頭外其余所有部件都安裝在一個(gè)箱體內(nèi)，占用空間小，可直接安裝在掘進(jìn)機(jī)上。使用時(shí)只需要接入井下風(fēng)源和高壓水，即可操作該裝置進(jìn)行發(fā)泡。裝置實(shí)物如圖2所示。

圖2 泡沫抑塵裝置實(shí)物圖

1.2 工作原理

工作時(shí)將井下水源通過(guò)水量控制閥定量壓入混合發(fā)泡器，井下壓風(fēng)管路通過(guò)三通接頭分為兩路：一路作為吸液裝置的動(dòng)力源，通過(guò)風(fēng)量控制閥、針閥等將儲(chǔ)液罐中的起泡劑定量吸入混合發(fā)泡器；另一路進(jìn)入混合發(fā)泡器內(nèi)。起泡劑和井下水源按一定的比例進(jìn)入混合發(fā)泡器，形成大量的泡沫粒子群，使整個(gè)工作區(qū)域被無(wú)縫隙泡沫覆蓋。空氣中的粉塵在與泡沫間的截留、慣性碰撞、擴(kuò)散、粘附等多種作用下，由小顆粒聚集成大顆粒，最終同破裂的泡沫液一起沉降下來(lái)，并被吸附在礦石表面上，從根本上阻止粉塵向外界擴(kuò)散，使得整個(gè)工作過(guò)程都能有效地抑制粉塵的產(chǎn)生及散發(fā)。

1.3 操作方法

首先觀察抑塵箱右側(cè)液位計(jì)，檢查料箱內(nèi)起泡劑液位高低，以確保起泡劑足夠，如出現(xiàn)料箱液位過(guò)低，應(yīng)向料箱內(nèi)加入足夠的起泡劑。然后接入水源、氣源、噴頭管路。

泡沫系統(tǒng)調(diào)節(jié)：泡沫發(fā)生裝置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行適量調(diào)節(jié)，如果現(xiàn)場(chǎng)泡沫量不夠，可調(diào)大吸液裝置出口處的流量調(diào)節(jié)閥，增加泡沫發(fā)生裝置的產(chǎn)泡量，如現(xiàn)場(chǎng)泡沫量過(guò)多，可調(diào)小吸液裝置出口處的流量調(diào)節(jié)閥，并適量調(diào)節(jié)水路流量調(diào)節(jié)閥即可。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)水壓沒(méi)有變化而泡沫稀少的情況，可根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)節(jié)氣路的風(fēng)量控制閥，直到泡沫達(dá)到使用要求為準(zhǔn)。（注：進(jìn)氣量并不是越大越好）

1.4 礦用泡沫抑塵裝置特點(diǎn)

和傳統(tǒng)除塵方式相比，泡沫抑塵裝置具有以下工作特性：

（1）除塵使用率高。以掘進(jìn)機(jī)為例，機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)由于旋轉(zhuǎn)密封裝置壽命短，噴嘴容易堵塞，更換困難，使用率較低；而使用外噴霧系統(tǒng)滅塵時(shí)，由于用水量較大，噴射出的水霧隨回風(fēng)運(yùn)動(dòng)，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)使操作掘進(jìn)機(jī)采煤的現(xiàn)場(chǎng)工人濕透，改用泡沫除塵裝置能很好地解決這些問(wèn)題。

（2）除塵效果恒定。泡沫抑塵裝置的除塵效果，長(zhǎng)期恒定有效，不會(huì)產(chǎn)生因設(shè)備運(yùn)行損耗而造成除塵效果降低的情況。

（3）無(wú)除塵副產(chǎn)品，無(wú)二次污染。泡沫抑塵裝置不會(huì)產(chǎn)生噴水除塵的二次水污染，該技術(shù)使用的是一種特殊的環(huán)保泡沫抑塵專用液，在自然環(huán)境中可以完全分解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

（4）用戶綜合投資成本低。購(gòu)買泡沫抑塵裝置后，用戶只需把水、氣接入設(shè)備即可，客戶除了定期加起泡劑外，無(wú)需再投資其他輔助材料和設(shè)備，除塵裝置就可運(yùn)行。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為了方便掘進(jìn)機(jī)司機(jī)操作，以及不遮擋司機(jī)視線，泡沫抑塵裝置安裝在司機(jī)操作位右側(cè)的平臺(tái)上，安裝位置如圖3所示。安裝到位后用螺栓固定在平臺(tái)上。將井下風(fēng)源連接在本裝置進(jìn)氣口處，掘進(jìn)機(jī)冷卻循環(huán)水可以替代井下水源，接在本裝置進(jìn)水口處，通過(guò)膠管將出泡口和安裝在截割部的泡沫型專用噴嘴相連。從而使泡沫流能完全立體化覆蓋掘進(jìn)機(jī)。

圖3 整機(jī)布置圖

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)照片如圖4所示，經(jīng)多次井下實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)泡沫抑塵裝置在井下壓風(fēng)0.6～0.8 MPa、水源流量10～30 L/min、發(fā)泡劑流量0.02～0.1 L/min的工況下效果最好，發(fā)泡倍數(shù)為50倍左右，泡沫最遠(yuǎn)射程可達(dá)5 m，能取得良好的抑塵效果。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，證明泡沫抑塵裝置在井下壓風(fēng)0.6～0.8 MPa、水源流量10～30 L/min、發(fā)泡劑流量0.02～0.1 L/min的工況下效果最好，發(fā)泡倍數(shù)為50倍左右，泡沫最遠(yuǎn)射程可達(dá)5 m.

該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可以大大降低煤塵的積聚、凈化工作面空氣，從而減輕事故的發(fā)生率，防止礦工職業(yè)病的發(fā)生，進(jìn)一步為企業(yè)的安全生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為職工造福，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。