浅谈泡沫除尘技术在煤矿生产中的研究与应用

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　　摘 要：在煤矿开采过程中，每个生产环节会产生大量的粉尘，普通除尘方式对呼吸性粉尘除尘效率低，工人长期吸入粉尘，尤其是呼吸性粉尘，将会给工人的职业健康带来严重危害，严重的可能导致职业病的发生，因此需要采取先进高效的除尘技术来降低煤矿生产中的粉尘浓度。通过分析研究国内外先进的除尘技术，通过从除尘效果，成本效果等方面的对比，研究泡沫除尘技术的应用价值。
　　关键词：泡沫除尘;煤矿生产;研究与应用
　　在煤矿开采过程中，每个生产环节如采煤、掘进、运输、提升、洗选等，都会产生大量粉尘。随着机械化水平的不断提高，煤矿井下生产高度集中，导致粉尘产生量越来越多，粉尘浓度越来越高，高浓度的矿尘将给井下生产带来三大危害：一是严重的污染井下的作业环境，长期从事粉尘作业环境的职工，能引起职业病;二是在采掘等机械化程度高的环境中，若粉尘达到一定浓度，会影响施工人员的正常操作，可能会造成事故;三是粉尘具有自燃性和爆炸的危险性，对井下安全生产带来巨大的威胁。因此，加强粉尘的治理研究和工程应用是十分必要和迫切的。
　　一、国内外先进除尘技术的分析研究
　　据测定，粉尘中呼吸性粉尘的分散度所占比例很大，工人在此环境下作业必将吸入大量粉尘，导致工人患尘肺病。目前我国矿山主要采用的除尘措施有喷雾洒水、通风除尘和除尘设备除尘等。喷雾洒水除尘简单易行，但对呼吸性粉尘的除尘效率较低;使用高效除尘设备能很好地捕集呼吸性粉尘，如文丘里除尘器、布袋式除尘器、静电除尘器等，但这些除尘设备存在能耗大、易损坏、投资高、需抽尘密闭设备等问题。因此，需要探索更好的除尘方法。
　　（一）喷雾降尘
　　喷雾降尘是向空气中喷射水雾，使水雾与空气中的粉尘产生接触，通过增加粉尘尘粒的重量，达到降尘效果。
　　（二）煤层注水
　　煤层注水是利用水的压力通过钻孔把水注入准备进行回采的煤层中，使煤体得到预先湿润，后期开采时，可以减少回采时粉尘产生量。这种措施降尘效果较好，一般可降低粉尘浓度60%～90%左右。
　　（三）除尘器除尘
　　除尘器除尘时利用除尘器将悬浮于空气中的粉尘分离出来，从而达到降低空气中粉尘含量的目的。目前，国内外都在煤矿井下广泛使用除尘器进行除尘。除尘器具有尘效率高，消音效果好，处理污染风量大等优点，但是除尘器体积大、笨重也是其不可忽视的缺点。
　　（四）泡沫除尘技术
　　泡沫除尘技术是利用泡沫剂与水按比例混合，通过发泡器产生大量高倍数泡沫状的液滴，喷洒到尘源或空气中，通过与粉尘的接触，起到降尘效果。泡沫除尘产生的降尘效果比较好，能够达到90%左右，特别是对粒径在5mm以下的粉尘，除尘效率能够达到80%以上。泡沫除尘与普通喷雾除尘相比，耗水量能够减少1/2以上。
　　二、泡沫除尘技术的研究与应用
　　（一）泡沫除尘技术的基本原理
　　泡沫除尘技术是利用井下的除尘水管和压风管路，泡沫剂与水按比例混合，通过发泡器产生大量高倍数泡沫状的液滴，喷洒到尘源或空气中，当泡沫喷洒到粉尘时，造成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，提高了水雾的除尘效果。其除尘机理包括：拦截、粘附、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。相比较于现有的除尘技术，泡沫除尘具有多种优点：泡沫在粉尘尘源处的湿润作用可有效降低粉尘的扩散;由于泡沫具有较大的表面积，在空气中更易与粉尘相遇，将其捕获;泡沫较好的粘着性可以有效提高粉尘的粘附效率，防止粉尘逸散。
　　（二）泡沫除尘技术除尘效果研究
　　将泡沫除尘技术和传统的水幕除尘技术以及除尘风机技术相对比，可从除尘效果方面研究泡沫除尘技术的应用价值。其中，总粉尘降尘效率计算公式为：总粉尘降尘效率=（总粉尘浓度-降尘后总粉尘浓度）/总粉尘浓度*100%，呼吸性粉尘降尘效率=（呼吸性粉尘浓度-降尘后呼吸性粉尘浓度）/呼吸性粉尘浓度*100%。经实验测定，泡沫除尘技术使用后，总降尘效率和呼吸性降尘效率可达到75.5%和70.9%;采用一道防尘水幕的总降尘效率和呼吸性降尘效率约为42.5%和41.2%，采用两道防尘水幕约为51.9%和48.8%。可以看出水幕除尘技术的除尘效率只有50%左右，而泡沫除尘技术除尘效率高过其50%。而实验测定除尘风机的除尘效率更低，仅为51.3%和35.4%。比较之下，采用泡沫除尘技术或将泡沫除尘技术与水幕除尘相结合可以达到更好的除尘效果。
　　（三）泡沫除尘技术成本研究
　　将泡沫除尘技术和传统的水幕除尘技术以及除尘风机技术相对比，可从成本要求方面研究泡沫除尘技术的应用价值。将泡沫除尘技术和传统的水幕除尘技术以及除尘风机技术相对比，从成本方面考虑，泡沫除尘需要购买泡沫除尘剂，需要一定的成本支出，但相比较于水幕除尘，泡沫除尘节约了大量的水，显著的除尘效果保障了井下作业人员的身体健康，综合考虑成本，泡沫除尘技术更加具有应用价值。
　　（四）泡沫除尘剂最佳配比的探究
　　泡沫除尘技术的除尘效果与泡沫的产生效果亦即泡沫除尘剂的配比有着较大关联。因此探索泡沫除尘剂的最佳配比，能够更好地提高除尘效果。除尘剂的主要成分为十二烷基硫酸钠、羧甲基纤维素钠和椰子油酰胺，这三种物质的作用分别为发泡剂、湿润剂和稳定剂。通过实验测定，当十二烷基硫酸钠、羧甲基纤维素钠和椰子油酰胺配比为85∶9∶6时，除尘效率最好，基本达到了市售产品的使用效果。
　　三、结论
　　泡沫除尘技术相比较于传统的水幕水雾除尘，以及风机除尘等，其显著特点就是具有更好的除尘效率。虽然购买除尘剂会产生一定的费用，但相比较于傳统除尘方法大量的水资源消耗以及由于除尘效果不好带来的健康成本而言，泡沫除尘技术还是有着很高的应用价值。在开发更好的泡沫除尘技术时，主要着眼于泡沫除尘剂的配制以及发泡器的改良等。本文仅对现有的泡沫除尘技术进行了一定程度的总结和探究，对于改良井下除尘技术、改善煤矿作业的安全性具有一定的参考意义。
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