煤礦井下泡沫降塵技術(shù)的應(yīng)用研究

張益茂

（長治市煤礦技術(shù)服務(wù)中心，山西 長治 046099）

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)古縣東瑞煤業(yè)公司大力推進(jìn)智能化建設(shè)，目前已完成4 臺(tái)綜掘機(jī)改造并投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了可視化遠(yuǎn)程操控、人機(jī)分離作業(yè)和地面實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控；分別建成投運(yùn)了具備遠(yuǎn)程遙控功能的巖巷快掘作業(yè)線，巷道日均進(jìn)尺4.95 m，掘進(jìn)效率提高156.5%。但是快速掘進(jìn)帶來了高濃度的粉塵，必須加強(qiáng)粉塵治理。

1 工程概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)古縣東瑞煤業(yè)位于臨汾市古縣北平鎮(zhèn)前窯溝自然村北，井田面積4.871 3 km2，保有儲(chǔ)量2698 萬t，批準(zhǔn)開采煤層為2#～9#，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60 萬t/a。東瑞煤業(yè)2101 工作面位于二采區(qū)南翼，主采2#煤層，煤層平均厚度為3.52 m，頂板為泥巖或砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖。

2101 煤巷綜掘面巷道為矩形斷面，跟煤層頂?shù)装寰蜻M(jìn)，全高4.1 m，凈高4.0 m，全寬4.8 m，凈寬4.6 m，全斷面19.68 m2，凈斷面18.4 m2。采用EBZ-260H 型綜掘機(jī)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離“可視化”遙控作業(yè)。通過監(jiān)控?cái)z像頭和紅外攝像頭，傳感器和傳輸基站等設(shè)備，利用5G 技術(shù)互聯(lián)互通，將綜掘機(jī)實(shí)時(shí)工作畫面?zhèn)髦辆潞偷孛婕刂行?。根?jù)綜掘機(jī)司機(jī)預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡，做到定位截割，并做到一次成巷，成巷標(biāo)準(zhǔn)高。截割區(qū)域采用紅外技術(shù)人體活動(dòng)檢測預(yù)警系統(tǒng)，當(dāng)綜掘機(jī)啟動(dòng)及工作人員誤入截割區(qū)域時(shí)，會(huì)采取預(yù)警、停機(jī)操作，避免人員傷害，提高了綜掘機(jī)的安全水平。綜掘機(jī)位置風(fēng)壓0.5 MPa，水壓2.5 MPa；綜掘面風(fēng)筒直徑800 mm，風(fēng)筒風(fēng)口風(fēng)量為320 m3/min。

但是以往2101 煤巷綜掘面配備的“噴霧降塵+除塵器集塵”的除塵效率偏低，無法滿足快速掘進(jìn)引起的大產(chǎn)塵量帶來的除塵要求，同時(shí)掘進(jìn)面迎頭能見度低。針對(duì)這一情況，東瑞煤業(yè)委托長治市煤礦技術(shù)服務(wù)中心進(jìn)行高效泡沫降塵技術(shù)的實(shí)踐研究。

2 高效泡沫除塵技術(shù)方案的設(shè)計(jì)

綜掘面泡沫除塵技術(shù)除塵效率高，迎頭能見度高。因此，在分析東瑞煤業(yè)2101 綜掘面的現(xiàn)場情況后，設(shè)計(jì)了高效泡沫除塵技術(shù)方案并將其進(jìn)行實(shí)踐。

2.1 遠(yuǎn)程遙控高效泡沫除塵裝置

智能綜掘面用遠(yuǎn)程遙控高效泡沫除塵裝置[1-6]如圖1，主要包括遙控臺(tái)、電磁閥、發(fā)泡器、分配器、噴頭等部件。發(fā)泡器通過磁力吸盤固定在掘進(jìn)機(jī)平臺(tái)上部，設(shè)計(jì)時(shí)將以往水和發(fā)泡劑混合的混合器的部分集于發(fā)泡器內(nèi)。發(fā)泡器箱體容積0.08 m3，重量95 kg，主要由箱體、混料和控料集成塊、給水控制集成塊、發(fā)泡集成塊、給氣控制集成塊和發(fā)泡控制集成塊等部分組成。分配器由筒體、進(jìn)泡入口接頭、出泡出口接頭、連接底座等組成，對(duì)發(fā)泡介質(zhì)的能量進(jìn)一步儲(chǔ)存與重新分配。高效泡沫除塵裝置還安裝有智能控制系統(tǒng)，能對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

圖1 遠(yuǎn)程遙控高效泡沫除塵裝置布置示意圖

2.2 遠(yuǎn)程遙控高效泡沫除塵工藝流程分析

遠(yuǎn)程遙控高效泡沫除塵工藝的工作原理：利用泡沫發(fā)生器產(chǎn)生泡沫狀的液滴噴灑到含塵空氣中時(shí)形成大量的泡沫粒子群，利用泡沫粒子群對(duì)粉塵實(shí)施攔截、粘附、濕潤、沉降等作用，達(dá)到降塵除塵的效果。泡沫粒子群總體積和總面積很大，大大增加霧液與塵粒的接觸面和附著力，降塵效果理想。

遠(yuǎn)程遙控高效泡沫除塵工藝流程如圖2，主要有遠(yuǎn)程遙控啟動(dòng)→混合→發(fā)泡→分配→噴射→捕塵。遠(yuǎn)程遙控高效泡沫除塵裝置啟停由遙控臺(tái)進(jìn)行控制，泡沫除塵劑添加系統(tǒng)與綜掘機(jī)共用同一開關(guān)，即一旦綜掘機(jī)開啟，泡沫除塵劑添加裝置也會(huì)隨之開啟。發(fā)泡器所需的風(fēng)和水分別通過風(fēng)管和水管與綜掘工作面風(fēng)管和水管相連接，泡沫出口與泡沫輸出管道連接，泡沫輸出管道將發(fā)泡器產(chǎn)生的泡沫輸送到截割頭附近，進(jìn)而通過泡沫分配器將泡沫平均分配到各個(gè)噴嘴，最終由泡沫噴嘴噴出達(dá)到降塵的目的。應(yīng)用時(shí)均采用發(fā)泡器最佳氣液比進(jìn)行發(fā)泡。

圖2 遠(yuǎn)程遙控高效泡沫除塵工藝流程示意圖

發(fā)泡劑采用四種試劑混合組成的復(fù)配綠色發(fā)泡劑，配方：發(fā)泡劑為椰子油脂肪酸二乙醇酞胺，穩(wěn)泡劑為羧甲基纖維素，濕潤劑為脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷，增稠劑為陽離子聚丙烯酞胺，四種物質(zhì)的質(zhì)量比為32:1:5:1，發(fā)泡率達(dá)到18.72 倍。

3 效果分析

高效泡沫除塵技術(shù)方案在東瑞煤業(yè)2101 綜掘面進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，取得了良好效果。

3.1 掘進(jìn)巷道能見度分析

采用高清數(shù)碼防爆相機(jī)對(duì)東瑞煤業(yè)2101 綜掘面高效泡沫除塵技術(shù)應(yīng)用前后掘進(jìn)巷道不同位置的空氣環(huán)境進(jìn)行拍照，如圖3。從圖中可知，高效泡沫除塵裝置使用前，工作面迎頭及綜掘機(jī)等位置附近的視線比較模糊，能見度只有2.5 m 左右，無法對(duì)迎頭煤壁狀況進(jìn)行掌握，影響綜掘機(jī)司機(jī)的截割作業(yè)。高效泡沫除塵裝置使用后，工作面迎頭及綜掘機(jī)等位置附近的能見度有了明顯的改觀，工作面視覺效果好，能見度從之前的2.5 m 提高到4.3 m，工作面迎頭視線清晰，可清楚觀察到迎頭煤壁的狀況，方便綜掘機(jī)司機(jī)的截割作業(yè)。2101 綜掘面作業(yè)期間，現(xiàn)場工人呼吸順暢，鼻腔、喉嚨無不適感，面部粉塵有效減少。巷道能見度的提高，使得掘進(jìn)作業(yè)環(huán)境大幅度改善，誤操作減少。

圖3 高效泡沫除塵技術(shù)應(yīng)用前后掘進(jìn)巷道能見度情況

3.2 粉塵濃度測試及分析

為掌握高效泡沫除塵技術(shù)的應(yīng)用效果，對(duì)東瑞煤業(yè)2101 綜掘面使用高效泡沫除塵裝置前后的巷道粉塵濃度進(jìn)行了測試，并進(jìn)行對(duì)比分析。

測試設(shè)備為AKFC-92A 型礦用粉塵采樣器，粉塵測點(diǎn)布置情況如圖4。

高效泡沫除塵裝置使用前后的巷道粉塵濃度對(duì)比情況如圖5。

圖5 高效泡沫除塵裝置應(yīng)用前后粉塵濃度對(duì)比

由圖5 可知，高效泡沫除塵裝置應(yīng)用后，截割頭處、司機(jī)作業(yè)處、轉(zhuǎn)載機(jī)尾、伸縮皮帶機(jī)下風(fēng)側(cè)、距掘進(jìn)頭100 m 處、距掘進(jìn)頭200 m 的呼塵濃度和全塵濃度均有了大幅度的降低，呼塵濃度和全塵濃度均降低至40～80 mg/m3。呼塵的降塵率為81%～83.4%，平均降塵率為82.9%，全塵的降塵率為87%～90%，平均降塵率為88.5%，完全能滿足綜掘工作面綜合防塵技術(shù)規(guī)范的相關(guān)要求。

4 效果分析

高效泡沫除塵技術(shù)在東瑞煤業(yè)2101 綜掘面的應(yīng)用取得良好效果，主要表現(xiàn)在：呼塵平均降塵率為82.9%，全塵平均降塵率為88.5%；高效泡沫除塵技術(shù)的耗水量為0.86 m3/h，對(duì)比之前“噴霧降塵+除塵器集塵”的除塵耗水量11.3 m3/h，能大量節(jié)約水資源，降低除塵成本；巷道能見度大幅度提高，有利于綜掘機(jī)司機(jī)及其他現(xiàn)場工作人員的作業(yè)，工作面成型效果提升，縮短了刷底角時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效益顯著。