哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ４８Ｎｏ４Ａｐｒ．２０１６
ｄｏｉ：１０．１１９１８／ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７⁃６２３４．２０１６．０４．０２８
露天矿潜孔钻机泡沫发生器的性能实验
陈举师，蒋仲安，王洪胜
（金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室（北京科技大学），１０００８３北京）
摘 要：为解决露天矿潜孔钻机作业粉尘污染严重的问题，从传统除尘技术应用效果差、耗风量大、取水困难等事实出发，根据泡沫除尘机理及两相泡沫发泡原理，设计了一种适用于露天矿潜孔钻机的泡沫发生器，并对其发泡性能进行研究．通过开展泡沫发生器的泡沫流量、发泡倍数及半衰期等性能实验，确定出影响泡沫发生器发泡性能的主要因素，得出泡沫发生器的最佳工况点．实验结果表明：气体流量、液体流量（气液比）、发泡网及发泡剂质量分数是影响泡沫发生器发泡性能的４个主要因素，在工况为发泡网１、质量分数１．５％的配方２、气体压力０．７ＭＰａ、液体流量１８Ｌ／ｍｉｎ及气体流量３０ｍ３／ｈ条件下，泡沫发生器发泡性能达到最佳，其流量为５１５Ｌ／ｍｉｎ，发泡倍数为２２，半衰期为６５ｍｉｎ．经现场试验，泡沫除尘后采场平均降尘率高达９０％以上，应用效果良好．中图分类号：ＴＤ７１４．２
关键词：潜孔钻机；泡沫发生器；泡沫流量；发泡倍数；半衰期
文献标志码：Ａ
文章编号：０３６７－６２３４（２０１６）０４－０１６６－０６
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｆｏａｍｉｎｇｇｅｎｅｒａｔｏｒｄｕｒｉｎｇｄｏｗｎ⁃ｔｈｅ⁃ｈｏｌｅ
ｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｏｐｅｎ⁃ｐｉｔｍｉｎｅ
ＣＨＥＮＪｕｓｈｉ，ＪＩＡＮＧＺｈｏｎｇａｎ，ＷＡＮＧＨｏｎｇｓｈｅｎｇ
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｉｇｈ⁃ＥｆｆｉｃｉｅｎｔｙＭｉｎｉｎｇａｎｄＳａｆｅｔｙｏｆＭｅｔａｌＭｉｎｅｓ（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ），ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，１０００８３Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍｏｆｄｕｓｔｐｏｌｌｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｄｏｗｎ⁃ｔｈｅ⁃ｈｏｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｏｐｅｎ⁃ｐｉｔｍｉｎｅ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｆｏａｍｄｕｓｔｒｅｍｏｖａｌａｎｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｏａｍｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｆｏａｍｉｎｇｇｅｎｅｒａｔｏｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｗａｓｍａｄｅｏｎｉｔ．Ｔｈｅｆａｃｔｓｏｆｐｏｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｅｄｕｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｌａｒｇｅｇａｓｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｗａｔｅｒｉｎｔａｋｉｎｇｗｅｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｆｏａｍｆｌｏｗ，ｆｏａｍｉｎｇｔｉｍｅｓａｎｄｈａｌｆ⁃ｌｉｆｅｏｆｔｈｅｆｏａｍｉｎｇｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｔｈｅｍａｊｏｒｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｆｏａｍｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆｔｈｅｆｏａｍｇｅｎｅｒａｔｏｒｃａｎｂｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｇａｓｆｌｏｗ，ｌｉｑｕｉｄｆｌｏｗ（ｇａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄｒａｔｉｏ），ｆｏａｍｎｅｔａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｆｏａｍｉｎｇａｇｅｎｔａｒｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｆｏａｍｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｆｏａｍｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｗｈｅｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｆｏａｍｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｅｒｅｆｏａｍｎｅｔ１，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ１．５％ｏｆｆｏｒｍｕｌａ２，ｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅ０．７ＭＰａ，ｌｉｑｕｉｄｆｌｏｗｒａｔｅ１８Ｌ／ｍｉｎ，ｇａｓｆｌｏｗｏｆ３０ｍ３／ｈ，ｔｈｅｆｏａｍｇｅｎｅｒａｔｏｒｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｓｔａｔｅｗｉｔｈｔｈｅｆｏａｍｆｌｏｗｅｕｑａｌｔｏ５１５Ｌ／ｍｉｎ，ｔｈｅｆｏａｍｉｎｇｔｉｍｅｓｅｑｕａｌｔｏ２２，ａｎｄｔｈｅｈａｌｆ⁃ｌｉｆｅｅｑｕａｌｔｏ６５ｍｉｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｓｔ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｄｕｓｔｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｗａｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎ９０％ｕｓｉｎｇｆｏａｍｄｅｄｕｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｓｔｏｐｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｗｎ⁃ｔｈｅ⁃ｈｏｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｆｏａｍｉｎｇｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｆｏａｍｆｌｏｗ；ｆｏａｍｔｉｍｅｓ；ｈａｌｆ⁃ｌｉｆｅ 随着近年来中深孔爆破技术的快速发展和广泛应用，潜孔钻机在凿岩过程中产生的矿尘危害愈发突出，不仅严重威胁作业人员的身体健康，同时对矿
收稿日期：２０１４－１０－２０．
基金项目：国家自然科学基金（５１２７４０２４）；中央高校基本科研业务
费专项资金（ＦＲＦ－ＴＰ－１５－０３８Ａ２）；中国博士后科学基金作者简介：陈举师（１９８７—），男，博士，讲师；
蒋仲安（１９６３—），男，教授，博士生导师．
通信作者：蒋仲安，ｊｚａ１９６３＠２６３．ｎｅｔ．
（２０１４Ｍ５６０８９１）．
区周边环境产生恶劣影响，已成为露天矿山引发周的除尘设施为干式捕尘器或湿式凿岩．因干式捕尘器使用的压风马达风机耗费大量压风，影响凿岩效率，同时除尘能力小，很难达到除尘效果．而湿式凿岩耗水量大，且很多露天矿山由于作业施工点水平高，取水困难，同时，施工后清除孔内积水（碴）困难［５－１５］．因此，通过开展泡沫发生器的泡沫流量、发泡倍数及半衰期等性能实验，确定出影响泡沫发生
边群众强烈不满的原因之一［１－４］．目前潜孔钻机配套
第４期陈举师，等：露天矿潜孔钻机泡沫发生器的性能实验·１６７·
器发泡性能的主要参数，得出泡沫发生器的最佳工况点，对于改善露天矿山的作业环境，保障潜孔钻机作业人员的身体健康具有极其重要的现实意义．
验测量３次并取平均值．
空气压缩机
阀门
高压胶管
１ 泡沫产生机理
转子流量计单向阀
量筒
压力表
泡沫发生器
气水包
本次发泡实验所使用的泡沫发生器，主要是利
用气、液两相高速混合并接触，将气体粉碎成气泡，其基本结构如图１所示，主要由基座、混合腔、发泡网及汇流器组成．其发泡机理为：发泡剂溶液由液体入口以射流的方式进入，高压气体由气体入口高速喷入混合腔，高速射流卷吸空气形成涡流，具有较高动能的气液在低压区对混合体做功，为了减少射流与卷吸空气间冲击损失，空气和射流在混合腔内相互掺混，使得发泡剂分子在进入液体中的气体和液体接触的界面上吸附，并且沿切线方向垂直站立，疏水基朝向气相，亲水基朝向液相且紧密排列，形成大量具有两相介质的泡沫群体，又经发泡网再次充分发泡，最后泡沫从汇流器的出口喷出．液体入口采用直管结构的原因是入口至混合腔段，孔口突然增大，且正好与高速气体相遇，受到强烈的挤压作用，强化气体与发泡剂溶液的混合，更有利于气液两相的分散．
汇流器混合腔
气体入口
基座泡沫出口
液体入口
发泡网
图１ 泡沫发生器装配示意
２ 泡沫发生装置的构建
为了考察泡沫发生器的发泡性能，在实验室搭
建了一套泡沫发生装置，该系统将空气压缩机作为气源，也是唯一动力源，不仅为泡沫发生器提供高压气体，也通过压气将气水包中的发泡剂溶液压出，并通过泡沫发生器中气液混合产泡，实验装置系统如图２所示，实物如图３所示．本实验中使用的发泡剂配方为课题组自主研发，实验前在储水池中以相应的质量分数及比例配好并保证充分溶解．通过调压阀及浮子流量计可以自由调节气液的流量，并通过压力表读出气压和水压．待泡沫产生稳定后，通过记录充满容积为５Ｌ塑料量杯的时间来计算泡沫流量，记录泡沫体积衰减１／２时间作为半衰期，待泡沫完全破灭后，记录量杯内所析出发泡液的体积来计算发泡倍数．为尽量消除误差，在相同条件下每次实
图２ 泡沫发生实验装置系统示意
图３ 泡沫发生实验装置
３ ３．１ 结果及分析
３．１．１ 泡沫流量特性实验
使用质气体流量对泡沫流量的影响
０．７ＭＰａ气压条件下量分数为，分别调节气体流量为１．５％的发泡剂配方１０、１４、
２，在
１８、２２、２６、３０量对泡沫流量的影响如图ｍ３／ｈ，气液比为４所示３０、４０、５０，．由图４得出气体流可知：１）随
着气体流量的增加，参与发泡的空气分子随之增加，
导致泡沫流量逐步增大．当气体流量达到泡沫发生器的工作极限时，泡沫流量不再继续增加，基本保持不变，甚至开始呈现下降的趋势．２）气体流量过大或过小均会影响泡沫质量，流量过大，气液在混合腔内相互掺混剧烈，形成的泡沫颗粒直径过小，宏观上以雾状形态喷出；流量过小，气液掺混不够充分，发泡剂分子在气液接触界面上未能充分吸附，导致泡沫呈水射流状喷出．３）气液比为３０时泡沫流量整体最大，当气体流量为２６ｍ３３２５Ｌ／ｍｉｎ．
／ｈ时，泡沫流量达到最大值
３．１．２ 使用质液体流量对泡沫流量的影响
量分数为１．５％的发泡剂配方２，在
０．７３０２４ｍＭＰａ３／ｈ，气压条件下液体流量，为分别调节气体流量为１０、２０、图５Ｌ／３、６、９、１２、１５、１８、２０、２２、所示ｍｉｎ，．由图得出泡沫流量随液体流量的关系曲线如５可知：１）随着液体流量的增加，气液接触界面上吸附的发泡剂分子增多，形成的两相
·１６８·哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第４８卷
泡沫群体总量增大，泡沫流量随之增加．２）当气体流量为１０ｍ３／ｈ，液体流量超过２０Ｌ／ｍｉｎ时，泡沫自发生器呈水射流状态喷出．本实验中，最佳发泡效果为：当液体流量为１８Ｌ／ｍｉｎ，气体流量为３０ｍ３／ｈ时，泡沫流量为５１５Ｌ／ｍｉｎ．
增加，单位体积内发泡剂质量增大，气液接触界面上排列的发泡剂分子数量增多，导致形成的泡沫群体总量增大，泡沫流量逐渐增加．当增大到一定值后，由于混合腔体积有限，泡沫流量基本不再增加．２）不同发泡剂配方条件下泡沫流量基本相同，说明配方300
-1min）200
量（/L100
气液比=30
沫流泡气液比=40气液比=50
0
5
10
152025
30
35
气体流量/(m3?h-1
)
图４ 气体流量与泡沫流量关系
气体流量=10m3
/h
600
)气体流量=20m3
/h
-1in气体流量=30m3
/h
/(Lm400
量流沫200
泡0
4
8121620
24
液体流量/(L?min-1
)
图５ 液体流量与泡沫流量关系
３．１．３ 使用质量分数为发泡网对泡沫流量的影响
１．５％的发泡剂配方量为１８ｍ３
／ｈ，液体流量为７．５Ｌ／ｍｉｎ（气液比为２，在气体流
的条件下，测定不同发泡网在不同气压条件下的泡沫
４０）
流量如图６所示．其中，发泡网１为２ｍｍ×２ｍｍ铁丝７０网（约１０目），发泡网２为４５目铁丝网，发泡网３为
越大目铁丝网，网孔间距越小．由图６可知，混合腔内初次形成的泡沫被发：１）气压相同时，发泡网目数泡网再次混合的程度越高，发泡剂分子在气液接触界面上排列更为紧密，导致产生的泡沫直径越小，泡沫流量降低．整体来说，发泡网１发泡流量最大．２）对于１４２．６发泡网Ｌ／１，ｍｉｎ；当对于发泡网０．６ＭＰａ气压时２，当，泡沫流量达到最大值流量达到最大值１３６．０Ｌ／ｍｉｎ；对于发泡网０．３ＭＰａ气压时３，０．７，泡沫ＭＰａ气压时３．１．４ ，为研究发泡剂质量分数与泡沫流量的关系发泡剂质量分数对泡沫流量的影响
泡沫流量达到最大值１２８．０Ｌ／ｍｉｎ．，分
３．０％、５．０％别配备质量分数为０．２％、０．５％、０．８％、１．０％、２．０％、
水包内，在气压为及８．０％０．７５的发泡剂配方ＭＰａ、气液比为１、２３０和的条件下３灌入气进行发泡，得出泡沫流量与发泡剂质量分数的关系如图７所示．由图７可知：１）随着发泡剂质量分数的
对泡沫流量的影响较小，基本可以忽略不计．从工业应用成本的角度考虑，发泡剂质量分数不宜过高．
150发泡网1)发泡网2-1nmi发泡网3140/(L量流沫泡1301200.20.30.40.50.60.70.8气体压力/MPa图６ 发泡网与泡沫流量关系
260
-1)in220
m/(L量流180
沫配方1
泡配方2140
配方3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
质量分数/%
图７ 发泡剂质量分数与泡沫流量关系
３．２ ３．２．１ 发泡倍数特性实验
使用质气体流量对发泡倍数的影响
０．７量分数为１．５％的发泡剂配方２，在
１４、１８、２２、２６、３０ＭＰａ气压条件下，分别调节气体流量为６、８、１０、４０、５０ｍ３／ｈ进行实验，得出气液比在３０、所示．由图条件下８可知，气体流量对发泡倍数的影响如图：１）发泡倍数随气体流量的增大呈８先增大后减小的趋势．气体流量增加，气液间相互掺混比较充分，发泡倍数随之增大．气体流量过大时，气液间相互掺混剧烈，发泡剂分子在界面上排列紧２）密，３０当气液比为形成的泡沫直径较小５０时，发泡倍数在气体流量为，导致发泡倍数逐渐减小２６～．
发泡倍数在气体流量为ｍ３／ｈ范围内取得最大值２６～１９；３０ｍ当气液比为３４０时，大值２１；当气液比为３０，气体流量为／ｈ１０范围内达到最ｍ３／ｈ时，发３．２．２ 泡倍数最大为使用质气液比对发泡倍数的影响１９．
０．７量分数为１．５％的发泡剂配方２，在
３０ｍＭＰａ３／ｈ，气压条件下液体流量为，分别调节气体流量为２０．０、１８．０、１４．５、１２．０、９．０、６．０、
１０、２０、第４期陈举师，等：露天矿潜孔钻机泡沫发生器的性能实验·１６９·
４．５、３．０Ｌ／ｍｉｎ，得出某气体流量条件下，气液比对发泡倍数的影响关系，如图９所示．从图９中可知：１）随着气液比逐渐增大，液体流量逐渐减小，发泡倍数先增大后减小．２）当气体流量为３０ｍ３／ｈ时，最佳气液比范围为：２５～４５，此时发泡倍数可达２４．５；当气此时发泡倍数可达到２５左右；当气体流量为体流量为２０ｍ３／ｈ时，最佳气液比范围为：２０～４０，１０ｍ３／ｈ时，最大发泡倍数为１４，最佳气液比超过５０，具体范围由于实验条件限制尚未得出．
缓慢降低，达到某一数值后趋于稳定．２）不同配方条０．８％～１．０％时取得最大发泡倍数２５，配方２在质量分数为１．５％～２．０％时取得最大发泡倍数２２，配方３在质量分数为２．０％时取得最大发泡倍数２０．
1816倍数14件下发泡倍数差别较大，配方１在质量分数为
2319数倍15泡发11气液比=30
7气液比=40气液比=505
10
152025
30
35
气体流量/(m3?h-1
)
图８ 气体流量与发泡倍数关系
2622倍数0m/h
泡18气体流量=23
气体流量=30m3
/h
发气体流量=10m3
/h
14
10
20
30
40
50
60
70
80
气液比
图９ 气液比与发泡倍数关系
３．２．３ 使用质量分数为发泡网对发泡倍数的影响
１．５％的发泡剂配方２，在气压
为０．７５ＭＰａ，气体流量为１８ｍ３７．５／ｈ，液体流量为
件下的发泡倍数如图Ｌ／ｍｉｎ的条件下，测定不同发泡网在不同气压条１０所示．从图１０中可知：１）发泡网目数越大，产生的泡沫直径越小，发泡倍数越低．在上述实验条件下，发泡网１发泡效果最佳，最大发泡倍数达１８．２）对于同一个发泡网而言，气体压力对发泡倍数影响并不明显，总体上来说，气压在
０．６３．２．４ ～０．７ＭＰａ范围内时，发泡倍数较大．
为研究发泡剂质量分数对发泡倍数的影响关
发泡剂质量分数对发泡倍数的影响
系，分别配备质量分数为０．２％、０．５％、０．８％、１．０％、１．５％、２．０％、３．０％、５．０％和３，在气压为０．７５ＭＰａ、和气液比为８．０％的发泡剂配方３０的条件下进１、２行发泡实验，得出发泡剂质量分数对发泡倍数的影响如图１１所示．从图１１中可知：１）随着发泡剂质量分数的增加，发泡倍数先增加至一个最大值，后逐步
泡发12发泡网发泡网1
发泡网23
10
0.2
0.40.60.8
气体压力/MPa
图１０ 发泡网与发泡倍数关系
26
22
数倍泡发18
配方配方1
14配方230
2
46
8
质量分数/%
图１１ 发泡剂质量分数与发泡倍数关系
３．３ ３．３．１ 半衰期特性实验
使用质气体流量对半衰期的影响
０．７量分数为１．５％的发泡剂配方２，在
１８、２２、２６、３０ＭＰａ气压条件下条件下，气体流量与半衰期的关系ｍ３／ｈ进行实验，分别调节气体流量为，得出气液比为１０、１４、，如图１２所示４０、５０．从图１２中可以看出：１）半衰期呈现出随气体流量增加而逐渐缩短的趋势．气体流量增大，气液间相互掺混比较充分，产生的泡沫体积较大，泡沫比较容易破裂，半衰期逐渐缩短．２）本实验条件下，气液比为４０时半衰期整体大于气液比为５０时的半衰期．
气液比=40
120气液比=50
n100/mi期80半衰6040
10
15
20
2530
气体流量/(m3
?h-1
)
图１２ 气体流量与半衰期关系
·１７０·哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第４８卷
３．３．２ 气液比对半衰期的影响
０．７ＭＰａ气压条件下，分别调节气体流量为１０、２０ｍ３／ｈ，液体流量为３、６、９、１２、１５、１８Ｌ／ｍｉｎ，可以得出相应气体流量条件下，气液比对半衰期的影响如图１３所示．从图１３中可知：１）半衰期随着气液比的增加整体呈现出先增长后缩短的趋势．气液比越大，液体流量越小，参与发泡的发泡剂越少，形成的泡沫体积越小，泡沫越不容易破裂，半衰期越长．当液体流量减小到一定值时，形成的泡沫直径越大，泡
使用质量分数为１．５％的发泡剂配方２，在
２．０％、３．０％、５．０％和８．０％的发泡剂配方１、２和３，在气压为０．７５ＭＰａ、气液比为３０的条件下进行发泡实验，得出发泡剂质量分数对半衰期的影响如图１５所示．从图１５中可知：随着发泡剂质量分数的增加，半衰期先逐步缩短至一个最小值，后逐步缓慢延长，达到某一数值后趋于稳定；当配方１、２、３分别在质量分数为０．８％～１．０％、１．５％、２．０％时，半衰期分别达到其最小值５９、６５、９４ｍｉｎ．
140
沫越容易破裂，半衰期越短．２）不同的气体流量条件下，泡沫稳定性最佳的气液比范围也不同．当气体流量为１０ｍ３流量为２０ｍ／ｈ３
／时ｈ，时最佳气液比范围为，最佳气液比范围为１３３７～２５；～６０．
当气体70
气体流量=10m3
/h
气体流量=20m3/h
in60
期/m衰半50
40
0
20
4060
80
气液比
图１３ 气液比与半衰期关系
３．３．３ 使用质量分数为发泡网对半衰期的影响
１．５％的发泡剂配方２，在气压
７．５为０．７５ＭＰａ，气体流量为１８ｍ３
／ｈ，液体流量为
半衰期如图Ｌ／ｍｉｎ的条件下１４所示，．测定不同发泡网条件下泡沫的从图１４中可知：１）发泡网目数越大，泡沫直径越小，泡沫稳定性越好，半衰期也越２）长．本实验中使用发泡网３发出的泡沫半衰期最长．
半衰期较长气体压力对半衰期影响较小．
，气压在０．７ＭＰａ时，9080n/mi期70衰半60发泡网1
发泡网2发泡网3
50
0.2
0.3
0.4
0.50.60.7
0.80.9
气压/MPa
图１４ 发泡网与半衰期关系
３．３．４ 为研究发泡剂质量分数对半衰期的影响发泡剂质量分数对半衰期的影响
，分别
配备质量分数为０．２％、０．５％、０．８％、１．０％、１．５％、
/min100
期衰半60
配方1
配方220
配方32
46
8
质量分数/%
图１５ 发泡剂质量分数与半衰期关系
４ 效果及分析
为检验泡沫发生器的现场应用效果，本课题组
在某大型露天铁矿潜孔钻机作业现场开展了工业性试验．根据ＧＢＺ／Ｔ１９２．１—２００７《工作场所空气中粉尘测定第１部分：总粉尘浓度》以及类似文献中的测点布置方法，在该露天矿Ｓ０３＃采场内布置测点，取钻机中心断面与呼吸带高度平面的交线作为测点线－处５、，将粉尘质量浓度测点分别布置在距钻孔中心，共计布置－２、－１、０、１、２、５、８、１１、１５、２０、３０、５０、７０、１００１５个粉尘浓度测点．采用滤膜采样器ｍ３对粉尘质量浓度进行测量次的数据测定，并取平均值，每个测点均进行不少于取除尘措施及泡沫除尘条件下粉尘质量浓度沿程分
．分别对潜孔钻机未采布进行现场测定，整理后如图１６所示．
)-3700gm600/(m500泡沫除尘度无除尘措施浓400量300质尘200粉100020406080100120与钻孔的距离/m图１６ 采用不同除尘措施条件下粉尘质量浓度对比
从图１６中可以看出：１）在采场空间内，无除尘措施时粉尘质量浓度沿程先急剧升高，在钻孔后方约８ｍ处达到最大值，之后粉尘质量浓度快速降低，
在钻孔后方约２０ｍ处降低至一较小值，随后逐步缓慢降低．
第４期陈举师，等：露天矿潜孔钻机泡沫发生器的性能实验
３４５－３５４．
·１７１·
布规律基本保持不变，大致呈现出沿程先急剧上升至一个最大值，后逐步缓慢降低的趋势．但其最大值出现的位置却有所变化，在距钻孔中心２ｍ处达到最大值．
３）泡沫除尘后粉尘质量浓度在数值上有较大
３
２）采取泡沫除尘措施后，粉尘质量浓度沿程分
ｐｌａｎｔｗａｓｔｅｈｅａｔ［Ｊ］．Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ，２００５，１７９（１／２／３）：ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，１９５２，４６：２３０－２４６．ＦｌｕｉｄｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９７４，９６（３）：２１６－２２６．
［３］ＴＡＫＡＳＨＩＭＡＹ．Ｓｔｕｄｉｅｓｏｎｌｉｑｕｉｄｊｅｔｇａｓｐｕｍｐｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ［４］ＣＵＮＮＩＮＧＨＡＭＲＧ，ＤＯＰＫＩＮＲＪ．Ｊｅｔｂｒｅａｋｕｐａｎｄｍｉｘｉｎｇ
ｔｕｂｅｌｅｎｇｔｈｓｆｏｒｔｈｅｌｉｑｕｉｄ⁃ｊｅｔｇａｓｐｕｍｐ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ［５］陈贵，王德明，王和堂，等．大断面全岩巷综掘工作面泡
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幅度的降低，在距钻孔中心１０ｍ外区域，粉尘质量机泡沫除尘措施的平均除尘率高达９０％以上．
浓度基本保持在１０ｍｇ／ｍ以内．整体来看，潜孔钻
５ 结 论
泡剂质量分数是影响泡沫发生器发泡性能的１）气体流量、液体流量（气液比）、发泡网及发
４个主要因素．各因素均存在一个有效发泡的参数范围，超出范围均不能正常发泡，泡沫易雾化或呈水射流喷出．
的增加２），随着气体流量泡沫流量随之增加、液体流量及发泡剂质量分数
，且达到一定值后趋于稳定；发泡倍数随之先增大后减小；半衰期随之先缩短后延长．发泡网目数越大，泡沫流量越小，发泡倍数越低，１．１８５％３）泡沫稳定性越好的泡沫发生器最佳工况为，半衰期越长．
配方２，气体压力０．７：发泡网ＭＰａ，１，液质量分数
量为Ｌ／５１５ｍｉｎ，Ｌ气体流量／ｍｉｎ，发泡倍数为３０ｍ３／ｈ．２２，该工况条件下泡沫流体流量半衰期为６５ｍｉｎ．泡沫除尘后采场空间粉尘质量浓度大幅度降低，在距１０钻孔中心ｍｇ／ｍ１０ｍ外区域，粉尘质量浓度基本保持在
３
以内．
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