张新和
【摘 要】本文创新性的对综掘机泡沫降尘技术进行了应用， 研究设计了综掘机机载泡沫降尘装置，该装置合理利用了矿井掘进工作面的水管以及高压风管，在装置内部将发泡剂与水混合后，加入部分压风，同时通过发泡装置能够产生大体积的高倍数气-液两相泡沫。产生的泡沫将通过喷嘴向综掘机切割煤岩的方向喷射，通过现场应用有效验证了降尘效果。
【关键词】泡沫降尘;降尘装置;验证
中图分类号： TD714.4;TD421.8文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）22-0029-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.011
1 研究背景
煤尘危害是煤矿生产的六大灾害之一，尤其近年来随着机械化采煤的普及，煤矿产尘强度随之加大，给煤矿安全生产带来新的潜在威胁。特别是在目前井下煤矿巷道的掘进工作开始广泛运用综掘机，煤岩巷道的单进效率得到了大大提高，但是综掘机在作业过程中会产生了大量的粉尘。为了缓解井下作业人员的职业病危害，确保工人的健康，改善综掘机的井下作业环境，本研究在前人降尘技术的基础上，设计研究了综掘机机载泡沫降尘装置。
2 机载泡沫降尘装置的结构及工作原理介绍
2.1 工作原理
泡沫降尘工作原理简单来说，就是利用矿山井下掘进工作面的水管和高压风管，在装置内部将发泡剂与水混合后，加入部分压风，同时通过发泡装置能够产生大体积的高倍数气-液两相泡沫。产生的泡沫将通过喷嘴向综掘机切割煤岩的方向喷射。这一部分喷射出来的泡沫将通过扩散作用、碰撞作用、截留效应、黏附效应等方式对粉尘进行抑制，有效降低井下煤矿井下的粉尘浓度。
2.2 结构组成
该装置的组成装置主要有吸、发泡装置、水泡混合装置、风水管道线路、箱体、喷嘴和阀门装置。
下面我们将进行详细的介绍和解释每一个部件：
箱体（如图1）属于钢板结构件，一般采用5mm的厚钢板焊接而成。其主要作用是用于泡沫剂的存储。箱体上部的注剂孔主要方便泡沫剂的补充，并用作发、吸泡装置、阀门部件以及风水管道线路的载体。因此箱体是该套装置的主要部件，其体积可根据具体的使用情况进行大小的调整。通常为了方便固定，会在主箱体的底部焊接4个有磁性的底座。
吸泡装置是整个设备的核心部件（如图2），其主要工作原理是基于负压水射流的理论基础，将箱体内的装载的泡沫剂通过吸泡装置吸入。然后利用内外水压差把水和泡沫剂的混合物提供给发泡装置。
发泡装置（如图3）的工作原理主要在吸泡装置将水同泡沫剂的混合物传送后，利用压风把气-液混合物提供到水泡混合装置内。随后通过各个管路分支到喷嘴，最终喷射至掘进机头，以此实现降低粉尘浓度的目的。该部件由两个关键部分组成，前部设计为两个空心锥体，风压通过一个小的空心锥体吹入一个大的空心锥体，在这个过程中实现了负压卷吸引射的效果，同时有效避免了泡沫剂与水的回流。其后部等列错位着数个片状物，在对泡沫进行截留作用，碰撞作用、扩散效应之后，水分可以与泡沫剂得到充分的混合以形成均匀的泡沫。
图4显示了管道线路的整体布置，首先在主箱体的一边布置有水管及风管，吸泡装置通过管道跟箱体上部的吸泡孔连接。可以看出各个管路都设置有相应的闸阀，利用这些闸阀能够对风、水和泡沫剂的大小进行调节。除此之外，压力表能够观察到设备内的水压以及吸泡装置工作过程中产生的负压。因此可以利用压力表，及时调节闸阀，使设备达到最佳的应用效果。
通过以上对该装置主要组成部件的详细介绍及解释，利用各个管路分支把相关部件进行连接，就形成了如图5所示的结构系统图。
如图5所示，该机载泡沫降尘装置使用的水流是用于综掘工作面原降尘用的高压水的一个方面，气源是用于综掘工作面压风的一个方面。其中，风压及水压都需要满足以下几个条件：水压在3Mpa以上，风压在0.6Mpa以上。首先，从水管以及风管的主要管道线路上引出来一个小的分支，该分支管路需要使用直径约为19mm的高压胶管。然后将装置安装在综掘掘进机上，为了方便司机进行操作，安装位置应该尽量靠近司机一侧。利用50mm的胶管将产生的泡沫输送至分配器，最终泡沫经过分配器均匀分配，由喷嘴喷射到掘进机截割产尘点，用于抑制粉尘的扩散。
3 机载泡沫降尘装置的效果及优势
泡沫降尘装置的原理是利用发泡装置喷射大量的泡沫到空气或者井下作业工序的尘源中，其不但具有一般喷雾及化学抑尘技术的优点，而且还兼有以下几个特点：
（1）覆盖效果良好，形成致密的泡沫以覆盖尘源，从而能够从根本上阻止粉尘扩散到外界。
（2）接触面积较大，形成的泡沫组总表面积较大，与粉尘颗粒的碰撞几率增大。
（3）润湿性能较好，由于在泡沫的液膜中含有表面活性剂，增加了粉尘的亲水性，所以很容易润湿粉尘。
（4）黏附能力较强，泡沫具有良好的粘度，泡沫和粉尘的黏附效率显著提高。
（5）該装置可以根据水的动力按照一定比例自动进行发泡剂的添加，一般采取风-水联动的方式，操作较为简单，并且由于装置中没有任何运动的部件，所以不需电力，本质十分安全。
（6）和其他湿式抑尘相比，泡沫降尘技术可以减少35～80%的用水量，同时提高2～5倍的抑尘率。
综上所述，该泡沫降尘装置可以使机械化采掘工作面的降尘效率得到大大提高，为综采及综掘工作面井下开采创造良好的工作环境，同时降低井下一线职工患职业病的概率，是一种理想的粉尘防治方法。
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