矿井尘源泡沫化治理技术研究与应用

文/吕玉芝

（作者单位：山东能源新矿集团内蒙能源公司长城五矿）

（责任编辑：庞永厚）

随着现代化、自动化、智慧化矿山建设的发展，粉尘治理技术升级成为新时期煤矿企业迫切需要解决的重要问题。采掘工作面喷雾降尘技术一直是国内矿山选择的主要降尘方法，但此技术的缺点是除尘效率较低。

泡沫除尘可以通过良好的覆盖、湿润和黏附等方式作用于粉尘，从源头上防止粉尘的扩散，降低空气中粉尘浓度，是矿山企业粉尘治理技术升级替代的重要技术选择。

一、泡沫除尘技术机理

泡沫除尘技术自上个世纪50年代由英国问世后，得到了美国、前苏联、德国、日本等主要产煤国家的响应和认可，并相继开展泡沫除尘技术应用研究。进入2000年后，我国煤矿企业及科研机构开始对泡沫除尘技术进行现场试验应用，降尘效率普遍达到了80～90%左右。

泡沫除尘技术是根据除尘泡沫具有隔绝性、粘性、弹性和湿润性等特性，利用矿井的防尘供水系统和压风系统作为介质和动力源，将发泡剂与防尘水、压风通过发泡装置混合形成泡沫喷洒至产尘点，粉尘在产生后的高浓度初始阶段被泡沫所捕获，继而被泡沫所湿润、覆盖和黏附，并在各种机理的共同作用下产生有效的除尘效果。

矿井尘源泡沫化控制是一项系统工程，国内外学者和技术人员对发泡剂和除尘泡沫本身性质的研究，以及关于该技术的应用工艺方面的研究成果比较分散,相关泡沫除尘文献数量较少,均未形成系统的理论成果。同时，受泡沫除尘高成本的影响,泡沫除尘技术在我国煤矿企业仍然处于试验应用阶段。随着我国矿井智慧化、现代化建设的发展，以及国家环境保护和职业病危害防治等政策的要求，矿井建设对无尘化的要求更加严格，高效除尘无疑是现实需求，传统的喷雾降尘技术亟待进行转型升级。

二、泡沫除尘技术在煤矿企业的应用

2018年，山东能源新汶矿业集团防尘技术研究室对泡沫除尘技术进行了大量的现场试验，先后在长城五矿、新巨龙公司、翟镇矿业等进行推广应用，大幅提升了矿井粉尘防治水平。

1. 转载机破碎机泡沫除尘设计

长城五矿主井口破碎机为山东新特机械设备有限公司生产的QRL1616型重锤式反击破碎机，进料尺寸≦900mm，出料尺寸≦70mm，生产能力每小时600～900t，破碎机房采用喷雾降尘及除尘风机除尘，除尘效率低下。

经现场勘查分析，井口破碎机主要产尘点为进入破碎机的煤矸进行破碎导致进料口处粉尘外溢，以及破碎后的煤矸落入皮带运输时出料口粉尘外溢，导致整个破碎机房上口及下口机房内粉尘飞扬，粉尘浓度达到800～1000mg/m3，进而影响到主井房空气质量。

设计在破碎机进料口和出料口两个产尘点安装泡沫分配器，采用BW-CC(KPT-0.2/0.4)型泡沫发生器，规格700×450×400cm,设备进水压力≦0.5Mpa,耗水量1～1.5m3/h,进气压力≦0.4Mpa,耗气量80～120m3/h。

2. 综掘工作面泡沫除尘设计

根据掘进工作面综掘机施工特点，设计采用BW-CC200型矿用泡沫降尘装置，直接将箱体及泡沫产生设备安设在掘进机机身上，泡沫分配器、泡沫喷头及支架组成安设在掘进机悬臂段，喷头呈中上、左、右三面布置，装置与发泡剂配合使用，截割作业时对炮头三面全包围泡沫灭尘。

3. 采煤工作面泡沫除尘设计

根据采煤工作面实际情况，设计在工作面刮板输送机电缆槽内敷设直径19mm压风管路，并固定在电缆卡子内，与电缆、供水管路同步移动，选用BWCC-160型矿用泡沫降尘装置，直接将箱体及泡沫产生设备安设在采煤机机身中部，泡沫喷头及支架组成安设在采煤机上下两个摇臂上，喷头朝向滚筒上部喷射，截割作业时对滚筒上部所截割煤体泡沫灭尘。

4. 泡沫降尘剂技术指标

（1）泡沫除尘剂类型：高浓缩型。

（2）气味：略带芳香。

（3）成分：纯生物制剂，无毒害。

（4）安全等级：一类皮肤接触。

（5）保质期:一年。

5. 降尘效率

使用泡沫除尘后，各矿粉尘治理能力大幅提升，破碎机地点、综掘工作面降尘效率显著。破碎机地点全尘降尘率达到90%以上，呼尘降尘率达到81.1%；掘进工作面全尘降尘率达到91%，呼尘降尘率达到了89%。

6. 成本与效益分析

泡沫降尘剂每吨20000元，每公斤20元，掘进工作面每米进尺消耗降尘剂约1.66kg，每米进尺成本约34元。破碎机按日破碎煤矸约10000吨，日消耗降尘剂80kg，每破碎一吨煤消耗降尘剂约0.008kg，吨煤成本约0.16元/吨。

采用泡沫除尘后，降低了地面破碎机及综掘工作面作业地点的粉尘浓度，提高了能见度，掘进工作面工程质量得到提高，有效提高了掘进单进水平，避免了职业病和煤尘事故的发生，同时为智慧化矿山可视化建设打下坚实的环境基础，环境保护效果突出，安全效益、经济效益非常显著。

7. 泡沫除尘效果特点

（1）改善了破碎机转载及掘进工作面的工作环境，避免了职业病和煤尘事故的发生，尤其是提高了工作面迎头能见度，加快了掘进速度，提高了工程质量和单进水平。

（2）用水量下降降尘效率高，提升了综合机械化采掘工作效率。

（3）泡沫除尘系统体积小适应掘进巷道范围广，从源头降低粉尘飞扬，为取消笨重的除尘风机打下了良好基础。

（4）喷嘴的大开口设计摆脱了因水中杂质的堵塞对系统正常运行的影响。

（5）在试验中，采煤工作面受大倾角、大采高、大滚筒影响，泡沫除尘不能很好地封闭包裹全部滚筒，导致除尘效果未达到预期目标，同时受到煤壁片帮影响，导致除尘设备多次被砸，即使加设防护罩也不能很好保护，导致试验终止。因此认为泡沫除尘不适合大倾角、大采高采煤工作面，可应用于近水平及小角度缓倾斜煤层开采。

三、结语

近几年来，国家对粉尘防治要求不断提高，高效除尘不仅是职业病防治、粉尘灾害防治及环境保护的需要，也是实现无人化、现代化、智慧化矿山建设的需要。

通过实践应用，泡沫除尘技术已经是成熟可靠的降尘技术，能够满足矿山降尘要求。泡沫除尘技术能够高效降低转载破碎机、综掘工作面产尘地点的粉尘浓度，从源头避免了粉尘范围的扩大，改善了工作环境，有效避免了职业病危害和煤尘灾害事故的发生，为无人化、现代化、智慧化矿山开采打下了可靠基础，可在行业内广泛推广使用。

成本增加是目前阻碍煤矿企业泡沫除尘技术发展的主要障碍。国家在推行企业减税降费利好政策的基础上，行业主管部门应加大泡沫除尘技术推广应用的力度，制定鼓励发展泡沫降尘剂规模化生产的相关政策和制度，矿山企业也应提高对泡沫除尘剂和相关发泡装置制造技术的吸收和再制造能力，加大生产和推广应用力度，这是降低泡沫除尘技术成本的主要途径。