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摘 要：在煤炭井下开采时不可避免会产生大量的粉尘，其对施工作业的安全和作业人员的健康均有较大损害，因此需要采取除尘技术。先进的泡沫除尘技术利用发泡器和泡沫除尘剂产生泡沫，泡沫对粉尘具有吸附、湿润和捕获作用，可有效抑制粉尘的扩散，降低空气中的粉尘浓度。要达到较好的除尘效果，优良的除尘剂配比和合理的除尘系统布置都必不可少。经过试验测定，泡沫除尘技术相比于传统的除尘风机和水幕除尘技术，有着除尘效率高，水消耗量小等显著特点，同时，合理的发泡剂、湿润剂和稳定剂配比能够更好地发挥除尘剂效果。
关键词：煤矿井；泡沫除尘；技术探究
煤炭是我国工业生产等社会需求所倚赖的重要能源，在进行煤矿的井下开采时，由于矿井通风差、作业量打等特点，在空气中常常漂浮着大量粉尘。空气中的煤矿粉尘一方面会严重损害井下作业人员的健康，造成尘肺病等呼吸疾病，同时还有引发井下爆炸的危险，因此研究效果好、成本低、使用方便的除尘技术，成为了保障煤矿安全作业的重要工作。
1. 煤矿井下泡沫除尘理论
1.1 泡沫除尘的基本原理
泡沫除尘法主要利用了泡沫除尘剂，泡沫除尘剂的泡沫是由空气、水、发泡剂以及多种化学试剂混合后经过物理发泡产生。水的表面张力被泡沫除尘剂降低以后，通过发泡器产生了大量均匀泡沫，将其喷洒在空气中，就具有了与空气粉尘相互作用并将其捕获的效果。研究表明，对于不同颗粒直径的粉尘，与泡沫的相互作用机理也存在着差异：当粉尘直径较大时，较容易发生重力沉降；直径较小时，则容易产生扩散效应；而粘附降尘效应对所有粉尘都会产生作用。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。
1.2 泡沫除尘效率的测试方法
要研究泡沫除尘技术的除尘效果，首先要明确除尘效果的测定方法：对于总粉尘的降尘效率η，计算公式为η=（C1-C2）/C1*100%；对于引起尘肺病的主要来源——可呼吸性粉尘——的降尘效率η’，计算公式为η’=（C1R1-C2R2）/C1R1*100%。C1、C2分别表示降尘前后的粉尘浓度，R1、R2表示降尘前后可呼吸性粉尘占总粉尘的质量百分比。
2. 泡沫除尘技术及系统设计
2.1 泡沫的制备技术
泡沫降尘的关键步骤是由泡沫试剂和发泡器制备泡沫。发泡器的主要结构分为障碍版、扰流器、文丘里管和筒体等。将泡沫制剂与水相混合后，通过起旋器送入文丘里管，同时压缩空气从小孔进入，在管喉部与静压降低的泡沫液均匀混合形成气液混合射流，撞击在扰流器上形成部分泡沫。在气流的推动作用下，泡沫液进入障碍筒，再通过障碍充分扰乱后形成足够均匀的泡沫。
2.2 泡沫除尘系统的设计与布置
当前矿井的粉尘是煤炭开采工作中主要危险之一，制约了开采工作。在矿井的开采中，各个生产环节也加大了粉尘量。合理的设计和布置除尘系统不仅可以保证开采工作的安全性，也大大提高了开采量。对于泡沫除尘系统，要求其具有结构简单、操作简便等优点。发泡器和泡沫添加器以及发泡剂的储存装置由风水联动开关组合形成降尘机构，同时还具有输送管道和喷射装置等。同时，为了达到良好的除尘效果，科学的现场布置也是必不可少的。在对粉尘的扩散轨迹进行研究后表明，当泡沫喷射范围覆盖包裹掘进机的切割部位时，能够达到较好的降尘效果。要扩大喷射范围，就需要对掘进机的喷雾装置加装环形喷射支架，环形喷射支架能够使得泡沫喷头的喷射角度扩大为45度，扩大包裹范围，但同时也需要加装钢板以保护喷头，将降尘装置通过磁力吸附与掘进机上。出于作业安全考虑，要求泡沫降尘系统不影响正常的掘进工作，因此首先需要保证降尘系统所需要的正常水压和气压在和1.5MPa和0.7MPa以上，水流量和空气流量也需要大于2m3/h和60m3/h，将空气与水流管路各引出一条高压胶管接在联动控制开关上，再通过高压胶管将泡沫出口和喷射器相连。进行掘进作业时，只需要同时通入发泡剂并打开联动控制开关，就可以产生泡沫。再通过调节空气和水压力和流量，对泡沫喷射效果进行进一步调节。
3. 泡沫除尘技术和除尘效果探究
3.1 泡沫除尘剂除尘效果和成本研究
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，可研究泡沫除尘技术的应用价值。购得市售河南巩义市泡沫除尘剂厂所生产的除尘剂，经测定使用前后全尘浓度分别为322mg/m3和112 mg/m3，呼吸性粉尘浓度分别为79 mg/m3和37 mg/m3，除尘效率由计算公式可得分别为75.5%和70.9%；而采用一道防尘水幕的总降尘效率和呼吸性降尘效率分别为42.2%和40.2%，采用两道防尘水幕则分别为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。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。
3.2 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。试验使用河南巩义市新兴泡沫除尘剂厂的发泡器，以及精度为0.0001g的电子天平。测量粉尘浓度的采样器型号为KFC-92A型。分别按照90：4：6、85：9：6、80：8：12和70：12：18的比例配制三种试剂，分为A、B、C、D四组，同时保证总质量为10kg，后加入40kg热水进行混合搅拌，得到20%质量比的泡沫除尘剂。再将三种除尘剂分别进行试验，测出各自的降尘效率：在除尘前全尘浓度为370kg/m3，呼吸性粉尘浓度为120mg/m3的情况下，测得A组的总降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率分别为66.9%和77.9%；B组为70.6%和82.9%；C组为66.2%和75.0%；D组为61.2%和69.0%。可以看出，當十二烷基硫酸钠、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。
结语：
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，但相比较于传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。
参考文献：
[1]张江波，洪晓东. 煤矿井下泡沫除尘与防尘水幕的降尘效果比较[J]. 内蒙古煤炭经济，2014，06：171+175.
[2]王平，张玉华. 金凤煤矿泡沫除尘技术研究及应用[J]. 煤炭技术，2014，04：265-267.
[3]白建民. 煤矿井下泡沫除尘剂配方及降尘效率研究[J]. 内蒙古煤炭经济，2014，10：193+195.
[4]裴联芳. 浅谈“泡沫除尘技术”在我国煤矿的应用[J]. 山东工业技术，2014，14：10.
关键词：煤矿井；泡沫除尘；技术探究
煤炭是我国工业生产等社会需求所倚赖的重要能源，在进行煤矿的井下开采时，由于矿井通风差、作业量打等特点，在空气中常常漂浮着大量粉尘。空气中的煤矿粉尘一方面会严重损害井下作业人员的健康，造成尘肺病等呼吸疾病，同时还有引发井下爆炸的危险，因此研究效果好、成本低、使用方便的除尘技术，成为了保障煤矿安全作业的重要工作。
1. 煤矿井下泡沫除尘理论
1.1 泡沫除尘的基本原理
泡沫除尘法主要利用了泡沫除尘剂，泡沫除尘剂的泡沫是由空气、水、发泡剂以及多种化学试剂混合后经过物理发泡产生。水的表面张力被泡沫除尘剂降低以后，通过发泡器产生了大量均匀泡沫，将其喷洒在空气中，就具有了与空气粉尘相互作用并将其捕获的效果。研究表明，对于不同颗粒直径的粉尘，与泡沫的相互作用机理也存在着差异：当粉尘直径较大时，较容易发生重力沉降；直径较小时，则容易产生扩散效应；而粘附降尘效应对所有粉尘都会产生作用。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。
1.2 泡沫除尘效率的测试方法
要研究泡沫除尘技术的除尘效果，首先要明确除尘效果的测定方法：对于总粉尘的降尘效率η，计算公式为η=（C1-C2）/C1*100%；对于引起尘肺病的主要来源——可呼吸性粉尘——的降尘效率η’，计算公式为η’=（C1R1-C2R2）/C1R1*100%。C1、C2分别表示降尘前后的粉尘浓度，R1、R2表示降尘前后可呼吸性粉尘占总粉尘的质量百分比。
2. 泡沫除尘技术及系统设计
2.1 泡沫的制备技术
泡沫降尘的关键步骤是由泡沫试剂和发泡器制备泡沫。发泡器的主要结构分为障碍版、扰流器、文丘里管和筒体等。将泡沫制剂与水相混合后，通过起旋器送入文丘里管，同时压缩空气从小孔进入，在管喉部与静压降低的泡沫液均匀混合形成气液混合射流，撞击在扰流器上形成部分泡沫。在气流的推动作用下，泡沫液进入障碍筒，再通过障碍充分扰乱后形成足够均匀的泡沫。
2.2 泡沫除尘系统的设计与布置
当前矿井的粉尘是煤炭开采工作中主要危险之一，制约了开采工作。在矿井的开采中，各个生产环节也加大了粉尘量。合理的设计和布置除尘系统不仅可以保证开采工作的安全性，也大大提高了开采量。对于泡沫除尘系统，要求其具有结构简单、操作简便等优点。发泡器和泡沫添加器以及发泡剂的储存装置由风水联动开关组合形成降尘机构，同时还具有输送管道和喷射装置等。同时，为了达到良好的除尘效果，科学的现场布置也是必不可少的。在对粉尘的扩散轨迹进行研究后表明，当泡沫喷射范围覆盖包裹掘进机的切割部位时，能够达到较好的降尘效果。要扩大喷射范围，就需要对掘进机的喷雾装置加装环形喷射支架，环形喷射支架能够使得泡沫喷头的喷射角度扩大为45度，扩大包裹范围，但同时也需要加装钢板以保护喷头，将降尘装置通过磁力吸附与掘进机上。出于作业安全考虑，要求泡沫降尘系统不影响正常的掘进工作，因此首先需要保证降尘系统所需要的正常水压和气压在和1.5MPa和0.7MPa以上，水流量和空气流量也需要大于2m3/h和60m3/h，将空气与水流管路各引出一条高压胶管接在联动控制开关上，再通过高压胶管将泡沫出口和喷射器相连。进行掘进作业时，只需要同时通入发泡剂并打开联动控制开关，就可以产生泡沫。再通过调节空气和水压力和流量，对泡沫喷射效果进行进一步调节。
3. 泡沫除尘技术和除尘效果探究
3.1 泡沫除尘剂除尘效果和成本研究
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，可研究泡沫除尘技术的应用价值。购得市售河南巩义市泡沫除尘剂厂所生产的除尘剂，经测定使用前后全尘浓度分别为322mg/m3和112 mg/m3，呼吸性粉尘浓度分别为79 mg/m3和37 mg/m3，除尘效率由计算公式可得分别为75.5%和70.9%；而采用一道防尘水幕的总降尘效率和呼吸性降尘效率分别为42.2%和40.2%，采用两道防尘水幕则分别为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。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。
3.2 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。试验使用河南巩义市新兴泡沫除尘剂厂的发泡器，以及精度为0.0001g的电子天平。测量粉尘浓度的采样器型号为KFC-92A型。分别按照90：4：6、85：9：6、80：8：12和70：12：18的比例配制三种试剂，分为A、B、C、D四组，同时保证总质量为10kg，后加入40kg热水进行混合搅拌，得到20%质量比的泡沫除尘剂。再将三种除尘剂分别进行试验，测出各自的降尘效率：在除尘前全尘浓度为370kg/m3，呼吸性粉尘浓度为120mg/m3的情况下，测得A组的总降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率分别为66.9%和77.9%；B组为70.6%和82.9%；C组为66.2%和75.0%；D组为61.2%和69.0%。可以看出，當十二烷基硫酸钠、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。
结语：
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，但相比较于传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。
参考文献：
[1]张江波，洪晓东. 煤矿井下泡沫除尘与防尘水幕的降尘效果比较[J]. 内蒙古煤炭经济，2014，06：171+175.
[2]王平，张玉华. 金凤煤矿泡沫除尘技术研究及应用[J]. 煤炭技术，2014，04：265-267.
[3]白建民. 煤矿井下泡沫除尘剂配方及降尘效率研究[J]. 内蒙古煤炭经济，2014，10：193+195.
[4]裴联芳. 浅谈“泡沫除尘技术”在我国煤矿的应用[J]. 山东工业技术，2014，14：10.