综掘工作面泡沫综合抑尘

1、综掘工作面泡沫抑尘综合技术研究 中国矿业大学中国矿业大学 20132013年年7 7月月目 录n 项目背景项目背景 n 泡沫抑尘综合技术理论研究泡沫抑尘综合技术理论研究 n 泡沫抑尘综合设备实验研究泡沫抑尘综合设备实验研究n 现场应用及分析现场应用及分析 n 项目总结项目总结n粉尘危害粉尘危害一、项目背景一、项目背景 n 煤尘具有自燃性和爆炸煤尘具有自燃性和爆炸性，煤尘爆炸危险普遍存性，煤尘爆炸危险普遍存在，危害严重。在，危害严重。n 煤矿粉尘防治不当会造煤矿粉尘防治不当会造成严重的职业危害。成严重的职业危害。恐怖的尘肺病恐怖的尘肺病n国内粉尘治理技术现状国内粉尘治理技术现状n喷雾降尘喷雾降尘

2、 国内广泛使用内喷雾和外喷雾降尘。国内广泛使用内喷雾和外喷雾降尘。掘进机内喷雾掘进机内喷雾系统由于旋转密封装置寿命短、更换困难，使用率较低；系统由于旋转密封装置寿命短、更换困难，使用率较低；在掘进机过程中依靠外喷雾灭尘，效果差。在掘进机过程中依靠外喷雾灭尘，效果差。n 除尘器除尘除尘器除尘 除尘效果好，体积庞大，移动不方便，工作劳动除尘效果好，体积庞大，移动不方便，工作劳动强度高。强度高。 抑尘效率一般可达抑尘效率一般可达90%90%以上，尤其对以上，尤其对5m5m以下的呼吸性以下的呼吸性粉尘，除尘率可达粉尘，除尘率可达80%80%以上。以上。n 泡沫除尘技术泡沫除尘技术n 原理原理n 特点特

3、点 采用封闭孔隙的泡沫体覆盖尘源，使得刚产生的粉尘迅速采用封闭孔隙的泡沫体覆盖尘源，使得刚产生的粉尘迅速得到湿润和沉积。得到湿润和沉积。 通过两种除尘方法的综合作用，为掘进机工作面有效通过两种除尘方法的综合作用，为掘进机工作面有效降尘提供技术保障。降尘提供技术保障。n 泡沫抑尘综合技术泡沫抑尘综合技术n 原理原理n 特点特点 采用泡沫抑尘联合内喷雾系统改造，解决掘进机内喷雾系统采用泡沫抑尘联合内喷雾系统改造，解决掘进机内喷雾系统旋转密封装置密封压力低易失效泄漏、使用寿命短以及更换困难旋转密封装置密封压力低易失效泄漏、使用寿命短以及更换困难等问题。等问题。二、泡沫综合抑尘技术理论研究二、泡沫综合

4、抑尘技术理论研究 n 截留效应截留效应n 惯性碰撞效应惯性碰撞效应n 扩散效应扩散效应n 黏附效应黏附效应 截留机理认为截留机理认为, ,粒子有大小粒子有大小而无质量或粒径小于而无质量或粒径小于5 5 mm时，时，不同大小的粒子都跟着气体的不同大小的粒子都跟着气体的流线而流动。如图所示，当流流线而流动。如图所示，当流动的气体对着泡沫流动时，气动的气体对着泡沫流动时，气流将在泡沫的上游折转而绕泡流将在泡沫的上游折转而绕泡沫流过。如果在某一流线上的沫流过。如果在某一流线上的粒子中心正好使粒子中心正好使dpdp/ 2 / 2 能接触能接触到泡沫，则该粒子被截留。到泡沫，则该粒子被截留。截留效应截留效

5、应 惯性碰撞效应惯性碰撞效应 在惯性碰撞中，粒子沿流线运动绕流时在惯性碰撞中，粒子沿流线运动绕流时, ,由于惯性作由于惯性作用而偏离流线用而偏离流线, ,与泡沫相撞而被捕集与泡沫相撞而被捕集, ,如下图中虚线所示。如下图中虚线所示。 扩散效应扩散效应 微细尘粒微细尘粒( ( dpdp 1m) , 1m) ,在气流中受到热运动的气在气流中受到热运动的气体分子撞击后体分子撞击后, ,并不均衡地跟随流线并不均衡地跟随流线, ,而是在气体中作布朗而是在气体中作布朗运动。由于这种不规则的热运动运动。由于这种不规则的热运动, ,在紧靠泡沫附近在紧靠泡沫附近, ,微细尘微细尘粒可能与泡沫相碰撞而被捕集粒可能

6、与泡沫相碰撞而被捕集, ,称为扩散效应。随着粉尘称为扩散效应。随着粉尘颗粒减小颗粒减小, ,流速减慢流速减慢, ,温度增加温度增加, ,尘粒的热运动加速尘粒的热运动加速, ,从而与从而与泡沫的碰撞概率也就增加泡沫的碰撞概率也就增加, ,扩散效应增强。扩散效应增强。 黏附效应黏附效应 泡沫外表面具有泡沫外表面具有黏附粉尘的功能黏附粉尘的功能, ,其捕尘其捕尘机理如右图所示。当具机理如右图所示。当具有一定速度的泡沫向粉有一定速度的泡沫向粉尘运动尘运动, ,粉尘经过碰撞、粉尘经过碰撞、截留和扩散等一系列作截留和扩散等一系列作用后到达泡沫表面用后到达泡沫表面, ,被泡被泡沫所黏附沫所黏附。三、泡沫综合

7、抑尘设备的实验研究三、泡沫综合抑尘设备的实验研究n泡沫综合抑尘实验原理泡沫综合抑尘实验原理 水密封压力表减压阀球形阀球形阀 过滤器混合器发泡剂流量计压水系统压风系统空气压力表泡沫喷嘴泡沫输送管路风水联动阀门水流量计 阀门水喷雾喷嘴 阀门发泡剂射流喷头n高压旋转密封结构设计高压旋转密封结构设计 1-截割轴；1-1 -主流道；1-2 -出水口；2-联接法兰；4-截割箱体；5-端盖；7-高压密封装置；3、6、8、9-螺栓； 为满足采掘机械内喷雾系统旋转密封性能要求，方案下图所示。高压旋转密封结构1（A）1-截割轴；1-1 -主流道；4-截割箱体；4-1 -进水口；7-1导水壳体；7-2进水道；7-3

8、 -O形密封圈；7-4 -导水套；7-5 -挡圈；7-6 -齿形组合密封；7-7 -泄流槽；7-8 -O形密封圈；7-9 -漏水道；7-10 -内六角螺栓；7-11 -漏水道高压旋转密封结构1（B）试验框图试验框图: :n旋转密封装置性能研究旋转密封装置性能研究 试验台试验台: :试验台组成1-高压水泵站；2-水箱；3-压力传感器；4-旋转密封试验装置；5-联接装置；6-扭矩传感器；7-动力装置；8-支撑装置试验结果分析： 水压越大摩擦扭矩越大，密封圈寿命越短。摩擦力矩-水压曲线 n泡沫实验方法泡沫实验方法 根据实验系统图连接所需的仪器和管路，检查各部件根据实验系统图连接所需的仪器和管路，检查

9、各部件连接情况，确保连接处的气密性。连接情况，确保连接处的气密性。 实验步骤：将发泡剂加入储液箱，打开空气压缩机和实验步骤：将发泡剂加入储液箱，打开空气压缩机和水泵，通过阀门调节各流量计流量，观察压力表变化情况，水泵，通过阀门调节各流量计流量，观察压力表变化情况，有规律的调节各仪表的读数，观察泡沫产生的变化，记录有规律的调节各仪表的读数，观察泡沫产生的变化，记录流量、压力及发泡倍数等相关数据。流量、压力及发泡倍数等相关数据。 n实验过程实验过程 n 发泡剂材料及其配比发泡剂材料及其配比 确定了适宜的发泡剂，主要成分是表面活性剂、增泡剂、湿润剂确定了适宜的发泡剂，主要成分是表面活性剂、增泡剂、湿

10、润剂等。应用时发泡剂与水的混合比为等。应用时发泡剂与水的混合比为1 1：5050。n 发泡剂性能特点发泡剂性能特点n实验结果实验结果n 泡沫粒径小，细腻，粘度高，易于润湿较小的粉尘颗粒，对粉尘泡沫粒径小，细腻，粘度高，易于润湿较小的粉尘颗粒，对粉尘的吸附性强；的吸附性强；n 产成的泡沫体积大，稳定性强，覆盖面广；产成的泡沫体积大，稳定性强，覆盖面广；n 发泡倍数达发泡倍数达20-3020-30倍。倍。n 最佳工作参数确定最佳工作参数确定 风压风压0.4 0.4 MPaMPa 水压水压0.5 0.5 MPaMPa 发泡剂流量发泡剂流量0.2 L/min0.2 L/min 水流量水流量10 L/m

11、in10 L/min 发泡量发泡量:200 L/min:200 L/min300 L/min300 L/minn发泡装置系统的确定发泡装置系统的确定系统原理图系统原理图控制箱储液箱混合器水发泡剂气水喷嘴气虹吸式喷嘴 抑尘试验设备主要包括储液箱、混合发泡器、控制箱、抑尘试验设备主要包括储液箱、混合发泡器、控制箱、喷嘴装置等。喷嘴装置等。 n抑尘设备的主要部件 储液箱 控制箱 混合器 管线箱 控制箱 磁力吸附底座n 不用电，不必进行防爆处理，工作时安全可靠；不用电，不必进行防爆处理，工作时安全可靠；n 用水量小，节约水源用水量小，节约水源50%50%以上；以上；n 操作简便，方便井下工人操作和使用

12、；操作简便，方便井下工人操作和使用；n 安装在掘进机上，随掘进机行走，减少搬运工作。安装在掘进机上，随掘进机行走，减少搬运工作。n抑尘设备的主要特点抑尘设备的主要特点 n晋城矿区粉尘治理现状晋城矿区粉尘治理现状 晋城矿区煤质坚硬，硬度系数为晋城矿区煤质坚硬，硬度系数为2 24 4，机械化开采程度，机械化开采程度高，开采强度大，煤尘亲水性差，产尘量极大。高，开采强度大，煤尘亲水性差，产尘量极大。n 概况概况n 掘进工作面防尘措施掘进工作面防尘措施n 防治粉尘效果防治粉尘效果 掘进工作面粉尘浓度达到掘进工作面粉尘浓度达到6006001000mg/m1000mg/m3 3。喷雾降尘与除尘风机相结合的

13、除尘方式。喷雾降尘与除尘风机相结合的除尘方式。四、现场应用及分析四、现场应用及分析n测试地点选择测试地点选择 本次试验在掘进巷道本次试验在掘进巷道9322693226巷、巷、9210392103巷和巷和9210492104巷进巷进行。其中行。其中9322693226为半煤岩巷，高为半煤岩巷，高2.2m2.2m，宽，宽3.6m3.6m，矸石厚，矸石厚约约0.6m0.6m；9210392103为全煤巷，高为全煤巷，高2.65m2.65m，宽，宽4.3m4.3m，9210492104为为全煤巷，高全煤巷，高2.5m2.5m，宽，宽4.8m4.8m。工作面配备有压缩空气，压。工作面配备有压缩空气，压力

14、为力为0.20.20.4 0.4 MPaMPa，水压，水压1.5 1.5 MPaMPa左右，基本具备试验左右，基本具备试验的条件，可以开展上述工作。的条件，可以开展上述工作。n 应用泡沫抑尘工作面示意图应用泡沫抑尘工作面示意图煤壁掘进工作面高压风管高压水管泡沫除尘设备掘进机泡沫喷头司机操作台风筒风筒n 试验设备的安装方法试验设备的安装方法n设备到达掘进工作面，先将矿用泡沫降尘装置按指定位置摆放于设备到达掘进工作面，先将矿用泡沫降尘装置按指定位置摆放于掘进机上，用磁力吸盘将设备固定牢固，设备放置地点要以不影掘进机上，用磁力吸盘将设备固定牢固，设备放置地点要以不影响司机割煤视线、方便司机操作为原则

15、。响司机割煤视线、方便司机操作为原则。n将泡沫喷嘴装置置于掘进机切割部摇臂上，使喷嘴出口距切割刀将泡沫喷嘴装置置于掘进机切割部摇臂上，使喷嘴出口距切割刀头距离在头距离在8008001000 mm1000 mm，调节喷嘴支架的角度，使喷嘴喷出泡沫，调节喷嘴支架的角度，使喷嘴喷出泡沫的覆盖面能够包裹整个掘进机切割部。水喷雾喷嘴安装在掘进机的覆盖面能够包裹整个掘进机切割部。水喷雾喷嘴安装在掘进机切割部摇臂下方，辅助润湿粉尘。切割部摇臂下方，辅助润湿粉尘。n用高压胶管（用高压胶管（2525）连接发泡器出口三通与泡沫喷嘴。）连接发泡器出口三通与泡沫喷嘴。215439876主要部件示意图1-水喷调水阀，2

16、-水气总阀，3-水喷调气阀，4-水微调阀，5-气微调阀，6-液流量计，7-气压表，8-水流量计，9-储液箱 n 操作方法操作方法n加发泡剂加发泡剂 打开储液箱9，将发泡剂倒入箱中，然后关闭储液箱。n水气总阀水气总阀 将井下高压风管和水管对应连接水气总阀2，接通气源和水源。n设备运行及中止设备运行及中止 打开水气总阀2，依次调整液流量计6、水微调阀4、风微调阀5来控制三种流体的流量，可发出不同倍数的泡沫，发泡情况达到最佳状态时一般不再调整各微调阀门。一般情况下，使发泡剂的流量为0.1L/min，水的流量为10 L/min，即可满足降尘需要。如需增大发泡量，可加大发泡剂与水的流量，但两者流量比不低

17、于1:100。打开水喷调水阀1和水喷调气阀3，调整水气的流量，达到最好的水喷雾效果。停止设备运行，仅须将水气总阀2关闭即可，下次开启时，打开风水联动阀门2。n关闭设备关闭设备 作业完毕后，将水气总阀2关闭。n 应用情况组图应用情况组图泡沫泡沫完全完全覆盖覆盖截割截割部部 截割煤岩时泡沫射向尘源，抑尘效果明显截割煤岩时泡沫射向尘源，抑尘效果明显 司机司机拥有拥有良好良好的工的工作视作视线线应用泡沫抑尘全景应用泡沫抑尘全景 n 附壁风筒使用附壁风筒使用 附壁风筒的配合使用，附壁风筒的配合使用，有效提高泡沫抑尘效率。有效提高泡沫抑尘效率。n 改变风流方向，降低风速而不改变风流方向，降低风速而不减少风

18、量减少风量n 驱散角落瓦斯，防止瓦斯积聚驱散角落瓦斯，防止瓦斯积聚 抑尘同时，泡沫有减抑尘同时，泡沫有减缓瓦斯放散速度，降低缓瓦斯放散速度，降低工作面瓦斯浓度的特点工作面瓦斯浓度的特点n 切割煤岩时，部分泡沫附在煤切割煤岩时，部分泡沫附在煤壁上壁上n 泡沫随落煤大量堆积，形成一泡沫随落煤大量堆积，形成一道保护膜道保护膜n 皮带运输时，泡沫包裹煤粒皮带运输时，泡沫包裹煤粒n 泡沫抑制瓦斯释放功能泡沫抑制瓦斯释放功能n 实测数据分析实测数据分析9322693226巷巷4 4月月2121日泡沫日泡沫抑尘效率分析图抑尘效率分析图u图表一 (设备改造前)u图表二 (设备改造后) 9210392103巷巷

19、5 5月月18-518-5月月3030日泡沫日泡沫抑尘效率分析图抑尘效率分析图92104巷巷8月月8日日呼吸性粉尘呼吸性粉尘抑尘效率分析图抑尘效率分析图u图表三 (设备二次改造后)泡沫抑尘效率综合分析图泡沫抑尘效率综合分析图n 综合分析综合分析泡沫抑尘后粉尘浓度综合分析图泡沫抑尘后粉尘浓度综合分析图n 应用总结应用总结 应用泡沫抑尘设备后，各掘进工作面抑尘效率都有明应用泡沫抑尘设备后，各掘进工作面抑尘效率都有明显提高，且对呼吸性粉尘也有良好的效果，平均抑尘率达显提高，且对呼吸性粉尘也有良好的效果，平均抑尘率达到到75%以上。此外，泡沫抑尘较除尘风机（以上。此外，泡沫抑尘较除尘风机（除尘效率约为

20、除尘效率约为40%）效果而言也有明显的优势，充分说明泡沫抑尘方法）效果而言也有明显的优势，充分说明泡沫抑尘方法能够有效降低掘进工作面粉尘浓度，保障工人的身心健康。能够有效降低掘进工作面粉尘浓度，保障工人的身心健康。第五部分第五部分 项目总结项目总结p 泡沫抑尘机理主要包括截留效应、惯性碰撞效应、泡沫抑尘机理主要包括截留效应、惯性碰撞效应、扩散效应、黏附效应等扩散效应、黏附效应等 p 泡沫抑尘能够从源头上抑制粉尘的产生泡沫抑尘能够从源头上抑制粉尘的产生 p 本项目泡沫抑尘的降尘率为全尘本项目泡沫抑尘的降尘率为全尘75%75%以上，呼吸性以上，呼吸性粉尘粉尘70%70%以上以上p应用附壁风筒能有效

21、改善泡沫抑尘效果应用附壁风筒能有效改善泡沫抑尘效果p抑尘同时，泡沫能够抑制煤体及破碎煤粒瓦斯放散抑尘同时，泡沫能够抑制煤体及破碎煤粒瓦斯放散n 基本结论基本结论n 基本成果基本成果p成功研制了成功研制了KFJ矿用抑尘发泡剂矿用抑尘发泡剂 KFJKFJ发泡剂主要成分为表面活性剂、稳泡剂、湿润剂等。该发泡剂主要成分为表面活性剂、稳泡剂、湿润剂等。该材料无毒、无皮肤刺激性。材料无毒、无皮肤刺激性。 p开发出无电、机载式开发出无电、机载式PMYC-泡沫抑尘成套设备泡沫抑尘成套设备 PMYC-PMYC-型泡沫抑尘器主要由储液罐、混合发泡器、控制箱、型泡沫抑尘器主要由储液罐、混合发泡器、控制箱、喷嘴等组成。设备不带电，安装在掘进机上，操作方便，安全可喷嘴等组成。设备不带电