[00962472]煤矿综掘工作面泡沫高效除尘技术与装备

煤矿粉尘导致尘肺病和爆炸事故，中国煤矿每年因尘肺病死亡人数已超过各类事故死亡人数总和，煤尘爆炸是煤矿中伤亡最惨重的事故类型，因此，煤矿粉尘防治是煤矿职业健康与安全工作的重中之重。在煤矿井下，掘进工作面粉尘灾害最为严重，85%以上的尘肺病患者为掘进工人，煤尘爆炸事故也多数发生在掘进面。随着综合机械化掘进技术的迅猛发展，综掘工作面产尘量也急剧上升，防治难度进一步加大，国内外现采用的喷雾和除尘风机技术不能满足需求。因此，综掘工作面粉尘防治成为煤矿防尘降尘工作的重点与难点。该项目针对综掘工作面粉尘高效防治的重大需求，在国家自然科学基金重点项目等科技计划的支持下，经过十年的努力，研发出适应综掘作业环境的泡沫除尘技术与装备，取得如下原创性成果：发明了射流汽化吸液及低阻高效产泡方法与装置。提出以压力水射流汽化相变产生的稳定压力差吸入发泡剂的方法，实现了发泡剂低比例（0.3%-0.5%)小流量（1.5L/h-5.0L/h)的稳定添加；研制了螺旋网孔低阻强化产泡装置，发泡倍数达30-50倍，泡沫出口压力为0.1MPa-0.2MPa,既有效降低了泡沫制备成本，又保障了泡沫喷射对出口压力的需求。该发明内部无运动部件，无需外动力，装置体积小，可靠性高，本质安全，实现了综掘面抑尘泡沫的高效制备。发明了环形承压泡沫的喷射技术与装置。研制了弧扇形泡沫喷嘴及可调式安装支架，该喷嘴可形成包裹综掘机截割头抑制尘源的弧扇形泡沫，该支架能调节喷嘴安装位置和泡沫喷射方向与角度，既保证了泡沫高效抑尘，又提高了泡沫的利用率。研制了一种增加泡沫液膜强度的聚合物增强型发泡剂，提高了抑尘泡沫的承压能力、减少了泡沫在喷射中的破裂损失，还降低了发泡剂使用量。该发明解决了环形承压泡沫准确包裹截割尘源的难题，泡沫射程达到3m,抑尘效率达85%-92%,泡沫损失量少，实现了综掘面抑尘泡沫的高效利用。发明了与泡沫技术联用的控风除尘系统。该系统中的三向旋流风幕发生器采用三向分风方式形成隔断巷道全断面的控尘风幕，既消除了高速风流对泡沫喷射轨迹的影响，又提高了除尘风机的收尘率；该系统中的三级旋流除尘风机采用梯级旋流叶片降低工作阻力，提高了净化大流量含尘空气的能力，处理风量可达600m<'3>/min。该系统配合泡沫抑尘技术的综合除尘效率达94%-99%，解决了高产尘和大配风量综掘面粉尘防治的难题。该项目获国家授权专利48项（发明专利26项）；出版专著2部，发表论文88篇（SCI、EI收录55篇)，获中国煤炭工业协会科学技术一等奖、中国职业安全健康协会科学技术一等奖、国家安全生产科技成果一等奖各1项。项目成果经有关院士和专家鉴定，达到国际领先水平；已在93个国有重点煤矿获成功应用，实现了综掘面的清洁文明生产，社会和经济效益巨大，推动了煤炭行业安全科技进步，并在非煤矿山等行业的尘害治理中也有广阔的应用前景。