高效泡沫降尘技术在综掘工作面的应用

袁 佳，夏云龙，李昶锋

（中鼎国际工程有限责任公司，江西 南昌 330096）

煤矿井下综掘工作面在掘进过程中产生的粉尘浓度大、粒径小，特别是在岩巷掘进工作面，一般情况下岩石的游离SiO2含量较高，粉尘粒径也更小。高浓度小粒径的含有游离SiO2的粉尘将严重危害作业人员职业健康。掘进工人长期暴露在高浓度粉尘环境下，导致掘进面成为煤矿井下尘肺病发病率最高的工作场所。

1 问题提出

屯兰煤矿北三进风斜井基岩段施工为岩巷掘进，掘进围岩以泥岩和砂岩为主，断面为直墙半圆拱形，净断面宽6200 mm，高5000 mm，面积26.77 m2。选用EBZ-260A型掘进机配合DSJ-80型胶带输送机完成截割、转载、运输连续性作业，选用一台DBKJN O.75-2×55kW局部通风机供风。在掘进机使用过程中，产生了大量的粉尘，虽采用了常规的喷雾降尘，但降尘效果有限，而且出现巷道迎头积水严重，容易造成掘进机沉陷影响生产，常规的措施难于奏效。

2 技术方案

就上述难题，采用高效泡沫降尘技术，伴随掘进机切割，通过喷嘴喷洒至尘源，泡沫通过良好的覆盖、湿润和黏附等方式作用于粉尘，从根本上防止粉尘的扩散，有效的降低空气中粉尘浓度。

1）泡沫降尘原理

泡沫降尘就是由水和发泡剂按一定比例混合，通过泡沫发生器产生大量泡沫喷洒到尘源上或含尘空气中，当泡沫喷洒到产尘点 （煤岩或堆料）上时，就会使无空隙的泡沫体覆盖和遮断尘源，使粉尘得以湿润和抑制；当泡沫液喷射到含尘空气中,则形成大量的泡沫粒子群,其总体积和总面积很大,大大增加雾液与尘粒的接触面和附着力,提高了水雾的降尘效果。其除尘机理包括:拦截、黏附、湿润、沉降等,几乎可捕集所有与泡沫相遇的粉尘,尤其对呼吸性粉尘有更强的凝聚能力,而且耗水量少。

2）工艺流程

（1）现场采集掘进截割时产生的粉尘样本，在实验室内按照相关标准对粉尘的密度、粉尘中的游离SiO2含量、粉尘的湿润性及粉尘粒度分布等基本物理特性进行测定。

（2）针对现场粉尘的具体特性，通过复配试验，研制适应该掘进面粉尘特性的高效、经济的泡沫降尘剂。

（3）安装的泡沫降尘系统，见图1。

（4)启动掘进机，打开泡沫降尘系统，对掘进机截割产生的粉尘进行高效降尘。

图1 泡沫降尘系统布置

3） 辅助防尘

（1）于少数未被捕获的粉尘，采用喷雾降尘技术，在巷道迎头后方50 m及转载点分别设置一道喷雾净化水幕，对扩散的粉尘进行补充净化处理。

（2）所有作业人员佩戴防尘口罩进行个体防护。

4）实施效果

通过高效泡沫降尘技术对岩巷掘进工作面测点测定结果表明，掘进机司机两侧空气含尘量可从310 mg/m3降到30 mg/m3；转载点约10 m处的含尘量从750 mg/m3降到40 mg/m3。

3 关键技术

1）在现有泡沫降尘剂的基础上，根据屯兰煤矿北三进风斜井岩巷掘进时的粉尘物理特性，在实验室对泡沫降尘剂进行复配研究，寻找针对该掘进面粉尘特性的高效、经济的泡沫降尘剂。

2）对于喷头，一般的喷嘴主要是使液体雾化，仅仅适用于单相流体，而对泡沫一样的两相或多相并不适用。针对泡沫的喷头设计原则是：喷头内部不能出现使泡沫流出现突变的结构，也不能靠撞击和挤压泡沫的流动方向，要利用圆滑的导流边界使泡沫流线改变，充分利用泡沫的压缩和膨胀性能使其扩散。基于上述要求：喷头拟采用内表面为半椭圆面，头部有个V型槽，且V型槽的两个斜面有一定的圆弧，形成带有内凸圆弧状的狭长喷口，其结构见图2。

图2 泡沫喷头结构

3）根据井下水压和风压的实际情况以及岩巷掘进中的生产情况，利用已研制的高性能泡沫发生器及适合满足降尘工艺要求的高性能泡沫喷头，通过实验室及现场试验，掌握气体压力、水压与发泡效果（发泡倍数、含水量（发泡效率））的规律，寻找最佳发泡量获得优化的气体压力、水压参数。

4 结语

1）高效泡沫降尘技术其耗水量与喷雾除尘相比减少一半以上、具有泡沫表面积大、尤其对5μm以下的呼吸性粉尘除尘效率更高，泡沫中含润湿剂成分，以及设备本质安全等优点。

2）高效泡沫降尘技术明显降低掘进工作面的粉尘浓度，改善作业环境，保障工人职业健康，为实现安全、文明、达标的现代化作业环境创造条件，对工程的安全生产水平和职工尘肺病预防水平的提高起到积极的作用。

3）高效泡沫降尘技术提高生产效率，增强企业市场竞争力，具有良好的社会经济效益。可适用于煤矿井下采掘工作面、皮带运输机转载点、隧道掘进施工等空间狭小地点粉尘灾害的防治，具有广阔的推广应用前景。