張旭峰

（陽煤寺家莊有限責(zé)任公司開拓三隊(duì)， 山西 晉中 045300）

引言

隨著采掘技術(shù)和巷道掘進(jìn)速度的不斷提升，所產(chǎn)生的粉塵也在不斷增加，嚴(yán)重威脅著掘進(jìn)工作面作業(yè)人員的身體健康。為此，急需一款有效的降塵裝置服務(wù)于巷道的掘進(jìn)機(jī)[1]。噴霧降塵裝置作為當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的降塵措施，盡管其能夠?qū)崟r(shí)跟蹤產(chǎn)塵點(diǎn)達(dá)到高效降塵的效果，但是，噴霧裝置的降塵耗水量大，且在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)噴嘴阻塞的問題。為解決噴霧裝置的上述缺陷，提出了泡沫除塵的技術(shù)。

1 掘進(jìn)工作面產(chǎn)塵特點(diǎn)的分析

掘進(jìn)工作面的粉塵主要來源于機(jī)械打眼產(chǎn)生的粉塵、裝車和裝載點(diǎn)產(chǎn)生的粉塵。其中，機(jī)械打眼產(chǎn)生的粉塵為原生粉塵，占據(jù)掘進(jìn)工作面全部粉塵的80%左右。因此，針對機(jī)械打眼產(chǎn)生的粉塵為掘進(jìn)工作面粉塵防治的重點(diǎn)[2]。裝車和裝載點(diǎn)產(chǎn)生的粉塵為次生粉塵，即積累與地面及表面的粉塵在外界的作用下重新?lián)P起的粉塵。

目前，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的降塵措施主要有利用掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧裝置、外噴霧裝置進(jìn)行降塵除塵操作；采用壓入式風(fēng)筒產(chǎn)生螺旋風(fēng)流達(dá)到降塵的目的；在掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的位置處設(shè)置擋塵屏障，在此基礎(chǔ)上利用除塵器所產(chǎn)生的負(fù)壓吸收粉塵達(dá)到降塵的目的。經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用可知，上述降塵措施或多或少的存在一定的缺點(diǎn)，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)高效的除塵[3]。經(jīng)對比分析，噴霧除塵的改造成本最低。針對噴霧降塵裝置耗水量大且噴嘴易堵塞的缺陷，本文基于泡沫除塵技術(shù)解決上述問題。

2 發(fā)泡器的設(shè)計(jì)

泡沫除塵技術(shù)的核心為發(fā)泡器的設(shè)計(jì)。目前，泡沫發(fā)泡器主要包含有網(wǎng)式、液體射流式、渦輪式、同心管式以及擋板式泡沫發(fā)泡器。經(jīng)對比分析，上述各類泡沫發(fā)泡器或多或少存在一定的缺陷。其中，擋板式泡沫發(fā)泡器應(yīng)用于掘進(jìn)工作面容易造成堵塞；渦輪式泡沫發(fā)泡器的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，其制造成本較高，不適用于掘進(jìn)工作面中；其他類型的泡沫發(fā)泡器對發(fā)泡條件比較嚴(yán)苛。綜上所述，本文將針對掘進(jìn)工作面設(shè)計(jì)成本低、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便的新型泡沫發(fā)泡器。

2.1 發(fā)泡器的功能要求

掘進(jìn)工作面泡沫除塵效果與泡沫的效果相關(guān)，而泡沫的效果與發(fā)泡器及發(fā)泡條件息息相關(guān)。因此，為確保泡沫質(zhì)量對發(fā)泡器提出如下要求：保證發(fā)泡器內(nèi)的氣體和液體形成高速紊流；確保液體能夠形成相對分散的薄膜，增大氣體與薄膜的接觸面積；確保所產(chǎn)生的泡沫為細(xì)小均勻的；確保在發(fā)泡過程中不會出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象[4]。

2.2 發(fā)泡器結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)

結(jié)合2.1所提出的發(fā)泡器的功能要求，為確保發(fā)泡器內(nèi)氣體和液體形成高速紊流，在發(fā)泡器的入口設(shè)計(jì)成文丘里管的樣式，加裝擾流器，增大氣體與薄膜的接觸面積，增加擋板，確保所產(chǎn)生的泡沫細(xì)小而均勻，如圖1所示。

如圖1所示，發(fā)泡器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)為漸縮管（2）、喉管（3）、漸擴(kuò)管（4）、擾流器（5）以及擋板（9）。發(fā)泡器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸如下頁表1所示。

表1 發(fā)泡器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸 mm

3 發(fā)泡質(zhì)量影響因素的分析

發(fā)泡器產(chǎn)泡量除了與上述機(jī)械結(jié)構(gòu)相關(guān)外，還與外界因素相關(guān)。外界因素主要指：供氣量、供氣壓力、供液量及發(fā)泡劑的濃度等。本文將對比分析上述各外界參數(shù)對發(fā)泡量的影響程度，并確定具體的發(fā)泡條件，已達(dá)到最佳的發(fā)泡效果。影響發(fā)泡量外界因素如表2所示。

表2 外界因素統(tǒng)計(jì)表

采取控制變量的原則，對比分析不同外界因素條件下發(fā)泡器的發(fā)泡量。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得出如圖2所示的關(guān)系曲線。

分析圖2可知：在供液量一定的前提下，發(fā)泡量隨著供氣量先增大后減小的趨勢變化，發(fā)泡量與供氣壓力呈平穩(wěn)變化趨勢，且最佳供氣壓力為0.3～0.5 MPa；在供氣壓力一定的前提下，發(fā)泡量隨著供液量的增加而增加，且當(dāng)供液量增加到一定程度后其發(fā)泡量增幅不明顯；在供液量一定的前提下，發(fā)泡量隨著泡沫劑濃度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，其最佳發(fā)泡量的泡沫劑濃度應(yīng)在0.4%～0.6%之間。

圖2 外界因素與發(fā)泡量關(guān)系曲線

綜上所述，該發(fā)泡器的最佳發(fā)泡條件如下：供液量在35～50 L/h；供氣量在35～45 m3/h;供氣壓力在0.3～0.5 MPa；泡沫劑濃度在0.4%～0.6%的范圍之內(nèi)。

4 泡沫除塵效果驗(yàn)證

基于本文所設(shè)計(jì)的泡沫發(fā)泡劑設(shè)計(jì)對應(yīng)的泡沫除塵方案并將其應(yīng)用于掘進(jìn)工作面的實(shí)際掘進(jìn)過程中，并在該工作面選取5個位置進(jìn)行粉塵濃度的監(jiān)測，對比采用泡沫除塵和噴霧除塵的效果[5]。對比結(jié)果如表3所示。

表3 不同除塵方案降塵效果對比

經(jīng)應(yīng)用對比可知，采用泡沫除塵效率的55%優(yōu)于采用噴霧裝置除塵效率的32%。即，說明本文所設(shè)計(jì)泡沫除塵器發(fā)泡劑及發(fā)泡條件的可行性和高效性。

5 結(jié)論

1）經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)得出該發(fā)泡器的最佳發(fā)泡條件為：供液量在 35～50 L/h；供氣量在 35～45 m3/h;供氣壓力在0.3～0.5 MPa；泡沫劑濃度在0.4%～0.6%的范圍之內(nèi)。

2）本文所設(shè)計(jì)發(fā)泡劑及發(fā)泡條件的泡沫除塵方案的降塵效率可達(dá)55%，遠(yuǎn)大于噴霧降塵的32%。