張新和

【摘 要】本文創(chuàng)新性的對綜掘機(jī)泡沫降塵技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用， 研究設(shè)計(jì)了綜掘機(jī)機(jī)載泡沫降塵裝置，該裝置合理利用了礦井掘進(jìn)工作面的水管以及高壓風(fēng)管，在裝置內(nèi)部將發(fā)泡劑與水混合后，加入部分壓風(fēng)，同時(shí)通過發(fā)泡裝置能夠產(chǎn)生大體積的高倍數(shù)氣-液兩相泡沫。產(chǎn)生的泡沫將通過噴嘴向綜掘機(jī)切割煤巖的方向噴射，通過現(xiàn)場應(yīng)用有效驗(yàn)證了降塵效果。

【關(guān)鍵詞】泡沫降塵;降塵裝置;驗(yàn)證

中圖分類號： TD714.4;TD421.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）22-0029-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.011

1 研究背景

煤塵危害是煤礦生產(chǎn)的六大災(zāi)害之一，尤其近年來隨著機(jī)械化采煤的普及，煤礦產(chǎn)塵強(qiáng)度隨之加大，給煤礦安全生產(chǎn)帶來新的潛在威脅。特別是在目前井下煤礦巷道的掘進(jìn)工作開始廣泛運(yùn)用綜掘機(jī)，煤巖巷道的單進(jìn)效率得到了大大提高，但是綜掘機(jī)在作業(yè)過程中會(huì)產(chǎn)生了大量的粉塵。為了緩解井下作業(yè)人員的職業(yè)病危害，確保工人的健康，改善綜掘機(jī)的井下作業(yè)環(huán)境，本研究在前人降塵技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研究了綜掘機(jī)機(jī)載泡沫降塵裝置。

2 機(jī)載泡沫降塵裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理介紹

2.1 工作原理

泡沫降塵工作原理簡單來說，就是利用礦山井下掘進(jìn)工作面的水管和高壓風(fēng)管，在裝置內(nèi)部將發(fā)泡劑與水混合后，加入部分壓風(fēng)，同時(shí)通過發(fā)泡裝置能夠產(chǎn)生大體積的高倍數(shù)氣-液兩相泡沫。產(chǎn)生的泡沫將通過噴嘴向綜掘機(jī)切割煤巖的方向噴射。這一部分噴射出來的泡沫將通過擴(kuò)散作用、碰撞作用、截留效應(yīng)、黏附效應(yīng)等方式對粉塵進(jìn)行抑制，有效降低井下煤礦井下的粉塵濃度。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

該裝置的組成裝置主要有吸、發(fā)泡裝置、水泡混合裝置、風(fēng)水管道線路、箱體、噴嘴和閥門裝置。

下面我們將進(jìn)行詳細(xì)的介紹和解釋每一個(gè)部件：

箱體（如圖1）屬于鋼板結(jié)構(gòu)件，一般采用5mm的厚鋼板焊接而成。其主要作用是用于泡沫劑的存儲。箱體上部的注劑孔主要方便泡沫劑的補(bǔ)充，并用作發(fā)、吸泡裝置、閥門部件以及風(fēng)水管道線路的載體。因此箱體是該套裝置的主要部件，其體積可根據(jù)具體的使用情況進(jìn)行大小的調(diào)整。通常為了方便固定，會(huì)在主箱體的底部焊接4個(gè)有磁性的底座。

吸泡裝置是整個(gè)設(shè)備的核心部件（如圖2），其主要工作原理是基于負(fù)壓水射流的理論基礎(chǔ)，將箱體內(nèi)的裝載的泡沫劑通過吸泡裝置吸入。然后利用內(nèi)外水壓差把水和泡沫劑的混合物提供給發(fā)泡裝置。

發(fā)泡裝置（如圖3）的工作原理主要在吸泡裝置將水同泡沫劑的混合物傳送后，利用壓風(fēng)把氣-液混合物提供到水泡混合裝置內(nèi)。隨后通過各個(gè)管路分支到噴嘴，最終噴射至掘進(jìn)機(jī)頭，以此實(shí)現(xiàn)降低粉塵濃度的目的。該部件由兩個(gè)關(guān)鍵部分組成，前部設(shè)計(jì)為兩個(gè)空心錐體，風(fēng)壓通過一個(gè)小的空心錐體吹入一個(gè)大的空心錐體，在這個(gè)過程中實(shí)現(xiàn)了負(fù)壓卷吸引射的效果，同時(shí)有效避免了泡沫劑與水的回流。其后部等列錯(cuò)位著數(shù)個(gè)片狀物，在對泡沫進(jìn)行截留作用，碰撞作用、擴(kuò)散效應(yīng)之后，水分可以與泡沫劑得到充分的混合以形成均勻的泡沫。

圖4顯示了管道線路的整體布置，首先在主箱體的一邊布置有水管及風(fēng)管，吸泡裝置通過管道跟箱體上部的吸泡孔連接?？梢钥闯龈鱾€(gè)管路都設(shè)置有相應(yīng)的閘閥，利用這些閘閥能夠?qū)︼L(fēng)、水和泡沫劑的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。除此之外，壓力表能夠觀察到設(shè)備內(nèi)的水壓以及吸泡裝置工作過程中產(chǎn)生的負(fù)壓。因此可以利用壓力表，及時(shí)調(diào)節(jié)閘閥，使設(shè)備達(dá)到最佳的應(yīng)用效果。

通過以上對該裝置主要組成部件的詳細(xì)介紹及解釋，利用各個(gè)管路分支把相關(guān)部件進(jìn)行連接，就形成了如圖5所示的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖。

如圖5所示，該機(jī)載泡沫降塵裝置使用的水流是用于綜掘工作面原降塵用的高壓水的一個(gè)方面，氣源是用于綜掘工作面壓風(fēng)的一個(gè)方面。其中，風(fēng)壓及水壓都需要滿足以下幾個(gè)條件：水壓在3Mpa以上，風(fēng)壓在0.6Mpa以上。首先，從水管以及風(fēng)管的主要管道線路上引出來一個(gè)小的分支，該分支管路需要使用直徑約為19mm的高壓膠管。然后將裝置安裝在綜掘掘進(jìn)機(jī)上，為了方便司機(jī)進(jìn)行操作，安裝位置應(yīng)該盡量靠近司機(jī)一側(cè)。利用50mm的膠管將產(chǎn)生的泡沫輸送至分配器，最終泡沫經(jīng)過分配器均勻分配，由噴嘴噴射到掘進(jìn)機(jī)截割產(chǎn)塵點(diǎn)，用于抑制粉塵的擴(kuò)散。

3 機(jī)載泡沫降塵裝置的效果及優(yōu)勢

泡沫降塵裝置的原理是利用發(fā)泡裝置噴射大量的泡沫到空氣或者井下作業(yè)工序的塵源中，其不但具有一般噴霧及化學(xué)抑塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而且還兼有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）覆蓋效果良好，形成致密的泡沫以覆蓋塵源，從而能夠從根本上阻止粉塵擴(kuò)散到外界。

（2）接觸面積較大，形成的泡沫組總表面積較大，與粉塵顆粒的碰撞幾率增大。

（3）潤濕性能較好，由于在泡沫的液膜中含有表面活性劑，增加了粉塵的親水性，所以很容易潤濕粉塵。

（4）黏附能力較強(qiáng)，泡沫具有良好的粘度，泡沫和粉塵的黏附效率顯著提高。

（5）該裝置可以根據(jù)水的動(dòng)力按照一定比例自動(dòng)進(jìn)行發(fā)泡劑的添加，一般采取風(fēng)-水聯(lián)動(dòng)的方式，操作較為簡單，并且由于裝置中沒有任何運(yùn)動(dòng)的部件，所以不需電力，本質(zhì)十分安全。

（6）和其他濕式抑塵相比，泡沫降塵技術(shù)可以減少35～80%的用水量，同時(shí)提高2～5倍的抑塵率。

綜上所述，該泡沫降塵裝置可以使機(jī)械化采掘工作面的降塵效率得到大大提高，為綜采及綜掘工作面井下開采創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，同時(shí)降低井下一線職工患職業(yè)病的概率，是一種理想的粉塵防治方法。

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