综掘工作面泡沫综合抑尘

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掘进工作面粉尘浓度达到600~1000mg/m3。

测试地点选择
本次试验在掘进巷道 93226 巷、 92103 巷和 92104 巷进 行。其中 93226 为半煤岩巷,高 2.2m ,宽 3.6m ,矸石厚 约 0.6m ; 92103 为全煤巷,高 2.65m ,宽 4.3m , 92104 为 全煤巷,高2.5m,宽4.8m。工作面配备有压缩空气,压 力为 0.2 ~ 0.4 MPa ,水压 1.5 MPa 左右,基本具备试验 的条件,可以开展上述工作。
操作简便,方便井下工人操作和使用;
安装在掘进机上,随掘进机行走,减少搬运工作。
四、现场应用及分析

晋城矿区粉尘治理现状
概况
晋城矿区煤质坚硬,硬度系数为2~4,机械化开采程度
高,开采强度大,煤尘亲水性差,产尘量极大。
掘进工作面防尘措施
喷雾降尘与除尘风机相结合的除尘方式。
防治粉尘效果
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,
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。

实验过程

实验结果
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 等。应用时发泡剂与水的混合比为1:50。

应用泡沫抑尘工作面示意图
风筒 掘进工作面
高压风管 高压水管
司机操作台 煤 壁
泡沫除尘设备 掘进机
泡沫喷头
风筒


试验设备的安装方法
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 响司机割煤视线、方便司机操作为原则。

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800~1000 mm,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 切割部摇臂下方,辅助润湿粉尘。

发泡装置系统的确定
气 水
控制箱
水 喷嘴

混合器
虹吸式喷嘴
储液箱
发泡剂
系统原理图

抑尘设备的主要部件
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。
控制箱 储液箱
磁力吸附底座
控制箱
管线箱
混合器

抑尘设备的主要特点
不用电,不必进行防爆处理,工作时安全可靠;
用水量小,节约水源50%以上;
泡沫的碰撞概率也就增加,扩散效应增强。
黏附效应
泡沫外表面具有
黏附粉尘的功能 ,其捕尘
机理如右图所示。当具 有一定速度的泡沫向粉
尘运动, 粉尘经过碰撞、
截留和扩散等一系列作 用后到达泡沫表面 ,被泡 沫所黏附。
三、泡沫综合抑尘设备的实验研究

泡沫综合抑尘实验原理
减压阀 球形阀 过滤器 球形阀 水密封 压力表
2% 5% 13%
>1000mg/m3 800~1000mg/m3 600~800mg/m3 400~600mg/m3
3%
300~400mg/m3 200~300mg/m3
23%
17%
100~200mg/m3 0~100mg/m3
泡沫抑尘后粉尘浓度综合分析图

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



应用情况组图
泡沫 完全 覆盖 截割 部
截割煤岩时泡沫射向尘源,抑尘效果明显
司机 拥有 良好 的工 作视 线
应用泡沫抑尘全景

附壁风筒使用
附壁风筒的配合使用,
有效提高泡沫抑尘效率。
改变风流方向,降低风速而不 减少风量 驱散角落瓦斯,防止瓦斯积聚

泡沫抑制瓦斯释放功能
抑尘同时,泡沫有减
用高压胶管(Φ25)连接发泡器出口三通与泡沫喷嘴。

1 2
4
9 6 8
5 3
7
主要部件示意图 1-水喷调水阀,2-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


操作方法
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。 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。 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。 关闭设备 作业完毕后,将水气总阀2关闭。
应用附壁风筒能有效改善泡沫抑尘效果
抑尘同时,泡沫能够抑制煤体及破碎煤粒瓦斯放散

基本成果
成功研制了KFJ矿用抑尘发泡剂
KFJ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。
开发出无电、机载式PMYC-Ⅱ泡沫抑尘成套设备
PMYC-Ⅱ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
高压旋转密封结构1(A)
高压旋转密封结构1(B)
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 -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

国内粉尘治理技术现状
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
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。
除尘器除尘
除尘效果好,体积庞大,移动不方便,工作劳动 强度高。

泡沫除尘技术
原理
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。
特点
抑尘效率一般可达90%以上,尤其对5μm以下的呼吸性 粉尘,除尘率可达80%以上。

泡沫抑尘综合技术
原理
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
等问题。
特点
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。
靠。

经济社会效益分析
经济效益
加快掘进割煤进尺速度,提高工作效率 与传统湿式除尘相比,耗水量减少1/2以上 减少工作量,降低工人劳动强度 吨煤抑尘成本为1.56元,百米进尺成本为2352元
社会效益
降低尘肺病发病概率 杜绝煤尘爆炸事故的发生 降低工作面瓦斯浓度


旋转密封装置性能研究
试验框图:
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

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 连接情况,确保连接处的气密性。
汇报结束 谢 谢!
二、泡沫综合抑尘技术理论研究
截留效应 惯性碰撞效应 扩散效应 黏附效应
截留效应
截留机理认为,粒子有大小 而无质量或粒径小于5 μm时, 不同大小的粒子都跟着气体的 流线而流动。如图所示,当流 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 沫流过。如果在某一流线上的 粒子中心正好使dp/ 2 能接触 到泡沫,则该粒子被截留。
泡沫 除尘风机 线性 (除尘风机) 线性 (泡沫)
92103巷5月18-5月30日泡沫抑尘效率分析图
图表三 (设备二次改造后)
100.00% 90.00% 80.00% 70.00%
除尘效率
60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 1 2 3 4 编号 5 6 7 8 原始数据 线性 (原始数据)
综掘工作面泡沫抑尘 综合技术研究
中国矿业大学 2013年7月

项目背景

泡沫抑尘综合技术理论研究
泡沫抑尘综合设备实验研究
现场应用及分析 项目总结
一、项目背景

粉尘危害
煤尘具有自燃性和爆炸
性,煤尘爆炸危险普遍存
在,危害严重。 煤矿粉尘防治不当会造 成严重的职业危害。
恐怖的尘肺病
缓瓦斯放散速度,降低
工作面瓦斯浓度的特点
切割煤岩时,部分泡沫附在煤 壁上
泡沫随落煤大量堆积,形成一 道保护膜 皮带运输时,泡沫包裹煤粒

实测数据分析
图表一 (设备改造前)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 3 5 7 9 数据编号 11 13 15 17
显提高,且对呼吸性粉尘也有良好的效果,平均抑尘率达
到75%以上。此外,泡沫抑尘较除尘风机(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 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

项目总结
基本结论
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 泡沫抑尘能够从源头上抑制粉尘的产生 本项目泡沫抑尘的降尘率为全尘75%以上,呼吸性 粉尘70%以上
阀门 压水 系统 压风 系统 风水联 动阀门 阀门 水流 量计
水喷雾喷嘴
混合器 泡沫 喷嘴 射流喷头 发泡剂 流量计 发泡剂 泡沫输 送管路
空气压力表

高压旋转密封结构设计
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。
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;
92104巷8月8日呼吸性粉尘抑尘效率分析图

占总数百分比(%)
12 15 18 0 3
统计结果
6
9
综合分析
<60% 60%~65% 65%~70% 70%~75%
抑尘效率
泡沫抑尘效率综合分析图
75%~80% 80%~85% 85%~90% 90%~95% 95%~100%
多项式 (统计结果)
8% 29%
市场需求及应用前景
本项目的成功应用,大大提高机械化掘进工作面的抑尘效率,
节约大量水源,为掘进工作面创造良好的工作环境,提高井下作业
人员的工作效率,同时可大大降低采掘一线职工患职业病的概率, 充分体现企业关爱职工的真谛,对建设社会主义和谐社会具有重大
意义。
该项技术研究成果填补了我国采掘工作面泡沫抑尘技术的空白, 项目研究成果可在晋城煤业集团公司及全国采用传统湿式抑尘方式 难以取得理想效果的矿区进行全面推广。
除尘效率,%
原始数据 线性 (原 始数据)
93226巷4月21日泡沫抑尘效率分析图
图表二 (设备改造后)
100% 90% 80% 70%
除尘效率
60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 ,粒子沿流线运动绕流时,由于惯性作
用而偏离流线,与泡沫相撞而被捕集,如下图中虚线所示。
扩散效应
微细尘粒 ( dp < 1μm) , 在气流中受到热运动的气 体分子撞击后,并不均衡地跟随流线,而是在气体中作布朗
运动。由于这种不规则的热运动,在紧靠泡沫附近,微细尘
粒可能与泡沫相碰撞而被捕集 ,称为扩散效应。随着粉尘 颗粒减小,流速减慢,温度增加,尘粒的热运动加速,从而与
发泡剂材料及其配比
发泡剂性能特点
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; 产成的泡沫体积大,稳定性强,覆盖面广; 发泡倍数达20-30倍。
最佳工作参数确定
风压0.4 MPa 水压0.5 MPa
发泡剂流量0.2 L/min
水流量10 L/min 发泡量:200 L/min—300 L/min
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