阮國義

(潞安環(huán)能股份公司 漳村煤礦，山西 長治 046032)

煤塵治理是煤礦面臨的重大難題，煤塵不但造成塵肺病的發(fā)生，還會造成重大災(zāi)難事故[1]。漳村煤礦井下綜掘工作面受到巷道空間、設(shè)備大小限制以及降塵方式約束等，煤塵濃度嚴(yán)重超標(biāo)，雖然采取了“靜壓水噴霧降塵”的方式進(jìn)行降塵，但由于水霧在空中停留時(shí)間短、落地快，且與煤塵接觸的有效面積相對較小，效果并不理想。

為了降低煤塵濃度，保障作業(yè)人員身體健康，預(yù)防事故發(fā)生，漳村煤礦先后對掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴霧噴嘴的種類、角度以及出水方式等進(jìn)行改進(jìn)，雖然取得了較好的效果，但沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。為了更好地降低煤塵濃度，在全面調(diào)研、分析的基礎(chǔ)上決定在2603回風(fēng)巷綜掘工作面使用泡沫除塵技術(shù)。

1 掘進(jìn)工作面產(chǎn)塵原理

掘進(jìn)工作面粉塵主要是由掘進(jìn)機(jī)截齒截割煤體致使煤巖破碎所產(chǎn)生的煤塵組成，占掘進(jìn)工作面粉塵的95%以上。掘進(jìn)機(jī)截齒截割煤體時(shí)，在截齒周圍產(chǎn)生很高的接觸應(yīng)力，隨著負(fù)荷的增加，煤體逐漸破碎，形成密實(shí)的煤粉核，束縛在截齒周圍；當(dāng)截齒載荷達(dá)到臨界值時(shí)，煤體裂紋失穩(wěn)擴(kuò)張使大碎塊從自由面崩落，解除了粉煤核約束狀態(tài)，粉煤核釋放能量，形成大量飛揚(yáng)的粉塵，產(chǎn)塵原理如圖1所示。

圖1 掘進(jìn)機(jī)粉塵產(chǎn)生過程示意

2 泡沫除塵特點(diǎn)

泡沫通過覆蓋、濕潤、黏附等方式作用于采掘工作面粉塵，降低粉塵濃度，提高巷道能見度，優(yōu)化井下工作面空氣質(zhì)量，提高礦井的采掘效率[2-3]，同時(shí)，降低井下作業(yè)人員粉塵吸入量，減少塵肺病的發(fā)病率[4]。

礦用泡沫除塵系統(tǒng)是利用井下的除塵水管和壓風(fēng)管路，在水中加入一定的添加劑，引入壓風(fēng)，采用專用的泡沫產(chǎn)生設(shè)備，完成吸料、混料、發(fā)泡等一系列工藝流程，產(chǎn)生泡沫后通過分配器、噴頭支架組件噴灑至塵源上[5]。

泡沫除塵與其他除塵方式相比，具有以下特點(diǎn)[6-7]：

1) 噴出的泡沫包裹掘進(jìn)機(jī)切割落下的煤巖體，從根本上阻止粉塵向外擴(kuò)散，與傳統(tǒng)水噴霧漫天撒網(wǎng)式的降塵方式有本質(zhì)的區(qū)別；

2) 當(dāng)泡沫液噴灑到含塵空氣中，由于泡沫總體積和總表面積和水霧相比大幅度增加，大大增加了與塵粉的碰撞幾率；

3) 泡沫的液膜中含有高效發(fā)泡的發(fā)泡劑，迅速改變粉塵的濕潤性，增加了粉塵被濕潤的速度；

4) 泡沫抑塵液含有特殊的添加劑，能提高泡沫的粘附力，使泡沫具有很好的粘性，粉塵一旦和泡沫接觸將會迅速被泡沫黏附；

5) 設(shè)備體積小，與除塵風(fēng)機(jī)相比，彌補(bǔ)了除塵風(fēng)機(jī)體積大、搬運(yùn)水箱工作繁瑣等缺點(diǎn)。

3 泡沫除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

礦用泡沫除塵系統(tǒng)是由箱體及泡沫產(chǎn)生設(shè)備、分配器和噴頭架三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖2 泡沫除塵系統(tǒng)示意

參數(shù)耗水量/(m3·h-1)產(chǎn)泡量/(m3·h-1)耗氣量/(m3·h-1)發(fā)泡劑添加量/%發(fā)泡倍數(shù)數(shù)值1～1.250～10070～1200.3～0.550～60

3.2 箱體及泡沫產(chǎn)生設(shè)備

這是泡沫除塵系統(tǒng)最重要組成部分，主要由箱體、吸料集成塊、給水控制系統(tǒng)、吸料控制系統(tǒng)、混料裝置、發(fā)泡集成塊、給氣控制、發(fā)泡控制系統(tǒng)、再生泡裝置、吹泡控制系統(tǒng)等構(gòu)成。箱體采用304不銹鋼制作，其余各金屬零部件均采用45號鋼制作，并進(jìn)行耐酸及耐堿防腐處理和泄漏試驗(yàn)，確保氣密性，主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 箱體及泡沫產(chǎn)生設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

3.3 分配器

分配器主要由殼體和進(jìn)、出泡端接頭組成，其作用是把通過進(jìn)泡端進(jìn)入的泡沫介質(zhì)進(jìn)一步儲存和重新分配。

3.4 噴頭架

噴頭架主要由導(dǎo)泡管、噴頭、擋板等部分組成，其作用是將一定能量的發(fā)泡介質(zhì)噴送至粉塵表面，促使發(fā)泡介質(zhì)與粉塵大面積碰撞，抑制揚(yáng)塵的大量產(chǎn)生。

4 泡沫除塵的應(yīng)用

在漳村煤礦2603回風(fēng)巷綜掘工作面進(jìn)行了泡沫除塵技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)，對使用前后工作面粉塵濃度進(jìn)行檢測，通過數(shù)據(jù)分析，檢驗(yàn)泡沫除塵效果。

在2603回風(fēng)巷產(chǎn)塵嚴(yán)重的掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位置和回風(fēng)口處檢測粉塵濃度，檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 2603回風(fēng)巷泡沫除塵技術(shù)使用前后粉塵濃度

由表3可知，在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位置使用泡沫除塵后，呼塵降低了97%，總塵降低了96%；在回風(fēng)口處使用泡沫除塵后，呼塵降低了99%，總塵降低了98%，降塵率達(dá)到了預(yù)期的95%以上，降塵效果非常明顯，此技術(shù)已經(jīng)在漳村煤礦全面推廣應(yīng)用。

5 結(jié) 語

泡沫除塵技術(shù)通過在漳村煤礦2603回風(fēng)巷的成功應(yīng)用，大幅度降低了工作面的粉塵，保障了作業(yè)人員的身體健康，保證了礦井的安全生產(chǎn)，為類似條件的礦井探索出了一條粉塵治理新路，值得借鑒。