本发明涉及一种泡沫式除尘设备及除尘方法，尤其是一种掘进机机载智能化泡沫式除尘设备及除尘方法，属于环保除尘。
背景技术：
1、随着矿井开发和机械化进程的加速，岩巷工作面的掘进效率和技术水平不断提升。悬臂式掘进机作为煤矿井下巷道掘进的关键设备，实现了截割、运输、行走、除尘等多功能一体化。运用悬臂式掘进机，提高了煤矿井下巷道的掘进效率。然而，在过去的 30 年里，煤炭促进了经济的快速增长，同时也造成了严重的空气污染。煤矿粉尘对煤矿生产环境和工人健康都具有重大危害，在钻孔、爆破、开挖、采矿、落煤、运输、搬运、支护、移架等操作过程中都会产生大量粉尘。在煤矿生产中，除尘技术的应用对控制粉尘浓度十分有效，但其又有局限性，如煤层注水设备成本较高，耗水量大；喷雾降尘喷嘴易发生堵塞；除尘器除尘一次性投入大，设备成本较高；通风除尘降尘效率低，除尘风机体积较大，移动不便。传统的除尘技术虽然都具有一定的降尘效果，但它们通常无法满足现代煤矿对于防尘的严格要求。
2、目前，泡沫除尘设备通过生成泡沫来捕捉和抑制空气中的粉尘，从而改善矿工的工作环境并降低呼吸性粉尘引起的健康风险，但现有除尘装置存在由于重力造成的泡沫分布不均、泡沫损失严重以及工作效率低等问题，导致其推广应用受到了一定限制。例如，专利号为 cn110130889a 公布了一种除尘装置、泡沫除尘设备及掘进机，该设备能根据不同的工作面来调节喷管与掘进工作面之间的角度，使得粉尘被覆盖的比较均匀，但该设备体积大移动不便、泡沫损失严重且自动化水平较低；专利号为 cn116717302a 公开了吊轨移动式泡沫除尘装置及钻爆烟尘快速除尘方法，该发明可以不受爆渣阻拦影响，在隧道爆破后第一时间就可以深入隧道内部，对爆破烟尘实现全方位降尘处理，但该设备对于不同矿井环境和工作条件的适应性仍有限，尤其是在狭窄或复杂的巷道中。现有煤矿井下泡沫式除尘设备存在的问题主要为：泡沫混合不均匀导致泡沫利用率低、能源与水资源消耗严重以及设备自动化水平较低。
3、因此，急需要设计一种掘进机机载智能化泡沫式除尘设备以解决上述提出的问题。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种结构合理、使用方便、能够实现粉尘在线监测和粉尘超限自动除尘功能，提高泡沫利用率的掘进机机载智能化泡沫式除尘设备及除尘方法。
2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种掘进机机载智能化泡沫式除尘设备，包括固定安装于掘进机主体上、随掘进机移动的一体化箱体（5）和粉尘浓度监测系统；
3、所述一体化箱体内部的两侧分别设置有发泡剂箱（1）、预混装置（2）、回收机构（3）和立式泡沫发生器（4）；所述预混装置能高效地将泡沫剂与水混合均匀，确保没有泡沫剂的团聚或未溶解的颗粒，从而保证泡沫的稳定性以提高除尘效率。所述泡沫发生器采用立式设计，确保泡沫自下而上生成时不会因为重力作用导致分布不均，底部与回收机构连通。该种物料自动化设计可实现泡沫液的回收再利用，提高泡沫除尘效率，延长泡沫发生器使用寿命。
4、所述发泡剂箱（1）固定安装于预混装置（2）的顶部，所述预混装置的右侧安装有第一水泵（204），所述第一水泵（204）与预混装置（2）之间接通有导水管（203）；所述预混装置的左侧通过混流管（207）与立式泡沫发生器连接；
5、所述立式泡沫发生器包括发泡筒体、发泡网（403）和焊接在发泡筒内壁的整流盘（405），所述整流盘（405）上均布有大小相等的通气孔，将进入供气接头后的高压风进行重新分配，可增大发泡液与气流的接触面积，且供气均匀；由通气孔进入发泡筒内，所述发泡网（403）上的发泡溶液膜在高压风的鼓吹作用下连续均匀地产生泡沫；
6、所述立式泡沫发生器的进气口与压气管路（406）连接，进液口与混流管路（207）连接，并通过混流管（207）与其内部的螺旋喷嘴（404）连通；所述立式泡沫发生器的顶部安装有泡沫出口管路（401），所述泡沫出口管路通过快速接头（409）与高压胶管（410）连接，实现快速稳固的频繁断连；通过高压胶管（410）将泡沫输送至安装于掘进机截割臂上的泡沫分配器；
7、所述回收机构（3）呈锥形筒，固定于立式泡沫发生器的底部，以回收残留在发泡器内的发泡液；所述回收机构的底部安装有消泡器（303），对进入回收装置的泡沫旋转消泡，将泡沫转化成泡沫发生液离心进入预混装置中，对其进一步地回收再利用；
8、所述粉尘浓度监测系统用于监测作业面的粉尘浓度，包括安装于掘进机截割臂上端的粉尘浓度传感器、安装于巷口位置的用于信号处理与指令发送的plc 控制器，和安装于掘进机主体上的联锁开关；
9、所述联锁开关与电磁阀及掘进机的开关相连接，plc控制器通过粉尘浓度传感器检测所需的安全条件是否满足，当条件得到满足，相应的粉尘浓度传感器将电信号传递给plc控制器，通过在plc控制器中设定程序或操作员指令控制联锁开关实现各电磁阀的通电与断电；
10、启动掘进机时，一旦通电，三个电磁阀的阀门同时自动开启，从而为泡沫发生器提供水源和风源；设备出现故障时，plc控制器下达命令使联锁开关关闭进行动作保护；
11、所述粉尘浓度监测系统还配备有激光测尘仪和在线粒度分析仪，通过粉尘传感器传递电信号至plc控制器，由plc控制器控制激光测尘仪和在线粒度分析仪的运行；所述激光测尘仪和在线粒度分析仪能够实时监测目标空间的粉尘浓度和粒径分布，为后续的智能控制提供精确的数据支持，实现了粉尘在线监测系统、掘进机与泡沫除尘系统的有效自动关联。
12、进一步的，所述发泡剂箱的底部与预混装置的顶部固定套接有导料管（104），通过导料管向搅拌罐内输送发泡剂；所述固定杆（103）通过螺栓安装在一体化箱体上，用于支撑发泡剂箱体，所述发泡剂箱的右侧还安装有液位计（102）。
13、进一步的，所述发泡剂箱与其顶部的补液管（101）连通，所述补液管上连通有第二水泵（105），通过第二水泵将发泡剂储液罐内的液体输送到发泡剂箱内，所述补液管远离发泡剂箱的一端与自动补水阀连接并延伸至发泡剂储液罐中。
14、进一步的，所述预混装置的内腔侧壁上套装有搅拌轴（201），所述搅拌轴上固定套装有螺旋叶片（202），所述螺旋叶片（202）的外沿与预混装置的内壁贴合。
15、进一步的，导水管（203）、导风管（406）、导料管（104）上均固定套装有流量调节阀，且材质均为耐腐蚀高压软管，从而保障了在煤矿井下环境中，发泡液长期有效的输送。
16、进一步的，所述回收机构的顶部还安装有用于去除发泡液中杂质的过滤网（301），侧面安装有料位计（302），根据其示数智能循环利用发泡液。
17、进一步的，所述泡沫发生器采用立式设计，垂直分布于一体化箱体内，确保泡沫自下而上生成时不会因为重力作用导致分布不均，同时，垂直布置使得通过发泡筒的气流能够更均匀地与泡沫接触，提高了捕捉粉尘的效率；所述发泡网由不锈钢丝网和棉丝网双层材质组合构成，棉线网可以有效黏附发泡液，不锈钢网增加网孔稳定性，使发泡网更加可靠和耐用；发泡网安装在固定耳（402）上，一经损坏可及时更换。
18、所述螺旋喷嘴由一个环腔和至少一条螺旋槽道构成，外部的螺旋设计具有多个截面面积逐渐减小的喷射孔，由此能够实现对液体的有效雾化；当泡沫液通过螺旋喷嘴时，通过与逐渐变小的螺旋面接触和冲击，将泡沫液变成直径为50微米至500微米的液滴，并以24l/min的流速射出，形成呈螺旋圆锥体状的雾化区域，发散角度为 90 °~ 120°，有助于提高泡沫在空间中的覆盖能力和降尘效果。
19、进一步的，所述泡沫分配器上的泡沫喷头为6个。
20、一种掘进机机载智能化泡沫式除尘设备的除尘方法，包括如下步骤：
21、步骤1，开启掘进机，使联锁开关立刻接通电源，促使各电磁阀同时通电，第一电磁阀的阀门自动开启，从而向预混装置内输送水源；由于泡沫除尘剂添加系统与掘进机共用同一开关，即掘进机开启时，泡沫除尘剂添加系统也会随之开启，第三电磁的阀门也自动开启，发泡剂箱内的发泡剂通过导料管加入至预混装置中，水和泡沫液按照泡沫原液3%的配合比进行混合，确保所得到的发泡液均匀细腻；
22、步骤2，当发泡剂箱内液面低于30l时，补液管路会随之启动，向发泡剂箱内补充发泡剂；同时井下高压风管路打开，使压缩空气通过整流盘进入立式泡沫发生器，第二电磁阀的阀门开启，压缩空气进入供气接头后经过环状气体分配腔的重新分配，由通气孔以相同的流量进入发泡筒体，并将混合后的发泡液通过混流管输送至螺旋喷嘴处，将发泡液均匀地喷射到两层发泡网上；在煤矿井下的高压气体作用下，通过发泡网的发泡液会生成高倍数、均匀而细腻的泡沫，即当供气量≥50m3/h时，泡沫量可达到44m3/h，发泡倍数可达到25倍，气泡直径约为200~400微米；
23、步骤3，生成的泡沫通过泡沫分配器输送至安装在掘进机截割臂上的泡沫喷嘴上，并被释放出来，用于覆盖和抑制尘源，以达到降尘的目的；同时，泡沫发生器发泡过程中如有残余发泡液，可利用回收机构对发泡液进行进一步地回收再利用。
24、进一步的，所述粉尘浓度传感器为三个，分别用于监测掘进作业面的全尘浓度、呼尘浓度和粉尘粒度；当粉尘浓度传感器检测的粉尘浓度处于异常值时，其将信号传递至plc控制器，plc控制器对信号进行相应的处理，并向联锁开关下达指令进行动作保护；
25、当巷道内的粉尘浓度达到 120mg/m3，粉尘浓度传感器及时发送信号，将信号传递至plc控制器，并将数据上传至 plc 控制柜，plc控制柜对信号进行相应的处理，并向联锁开关下达“启动”的指令，联锁开关接收指令后对三个电磁阀同时供电，泡沫发生器开始工作；当截割部粉尘浓度低于 60mg/m3 时，传感器将数据信号传递至 plc 控制柜，plc控制柜接收信号之后，就会向联锁开关传递“关闭”的指令，三个电磁阀同时断电，泡沫发生器停止工作。
26、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有如下优点：
27、1、立式发泡筒体可以确保泡沫自下而上生成时不会因为重力作用而在某一侧积聚过多泡沫，从而保持了泡沫的均匀分布。垂直布置使得通过发泡筒的气流能够更均匀地与泡沫接触，提高了捕捉粉尘的效率。螺旋喷嘴可使发泡液有效雾化，使得喷射出的液滴分散均匀，有助于提高泡沫在空间中的覆盖能力和降尘效果。
28、2、回收机构可使泡沫除尘系统实现泡沫回收再利用，有效循环利用残留在发泡筒内部的发泡液，提高泡沫利用率，减少水资源消耗，降低使用成本。
29、3、本发明拓展了粉尘在线监测系统的功能，能够在粉尘浓度超限后，自动开启泡沫除尘设备进行除尘，实现粉尘在线监测系统与泡沫除尘系统以及掘进机的有效自动关联。
30、4、本发明的配置便捷合理，操作及维护工作较为简便，具有较高的自动化水平，可基于作业面粉尘的不同浓度来自动实现启动与关闭，极大地节省了人力成本，具有显著的经济效益和社会效益。
31、附图说明
32、图1为本发明的结构示意图。
33、图2为本发明的立式泡沫发生器的结构示意图。
34、图3为本发明的回收机构的结构示意图。
35、图4为本发明的在线监测与自动除尘系统流程示意图。
36、图5为本发明的泡沫除尘系统于掘进机上的安装示意图。
37、图6为本发明的电路连接示意图。
1.一种掘进机机载智能化泡沫式除尘设备，其特征在于：包括固定安装于掘进机主体上、随掘进机移动的一体化箱体（5）和粉尘浓度监测系统；
2.根据权利要求1所述的掘进机机载智能化泡沫式除尘设备，其特征在于：所述发泡剂箱的底部与预混装置的顶部固定套接有导料管（104），通过导料管向搅拌罐内输送发泡剂；所述固定杆（103）通过螺栓安装在一体化箱体上，用于支撑发泡剂箱体，所述发泡剂箱的右侧还安装有液位计（102）。
3.根据权利要求1所述的掘进机机载智能化泡沫式除尘设备，其特征在于：所述发泡剂箱与其顶部的补液管（101）连通，所述补液管上连通有第二水泵（105），通过第二水泵将发泡剂储液罐内的液体输送到发泡剂箱内，所述补液管远离发泡剂箱的一端与自动补水阀连接并延伸至发泡剂储液罐中。
4.根据权利要求1所述的掘进机机载智能化泡沫式除尘设备，其特征在于：所述预混装置的内腔侧壁上套装有搅拌轴（201），所述搅拌轴上固定套装有螺旋叶片（202），所述螺旋叶片（202）的外沿与预混装置的内壁贴合。
5.根据权利要求1所述的掘进机机载智能化泡沫式除尘设备，其特征在于：导水管（203）、导风管（406）、导料管（104）上均固定套装有流量调节阀，且材质均为耐腐蚀高压软管。
6.根据权利要求1所述的掘进机机载智能化泡沫式除尘设备，其特征在于：所述回收机构的顶部还安装有用于去除发泡液中杂质的过滤网（301），侧面安装有料位计（302），根据其示数智能循环利用发泡液。
7.根据权利要求1所述的掘进机机载智能化泡沫式除尘设备，其特征在于：所述泡沫发生器采用立式设计，垂直分布于一体化箱体内；所述发泡网由不锈钢丝网和棉丝网双层材质组合构成，并安装在固定耳（402）上；
8.根据权利要求1所述的掘进机机载智能化泡沫式除尘设备，其特征在于：所述泡沫分配器上的泡沫喷头为6个。
9.一种如权利要求1所述的掘进机机载智能化泡沫式除尘设备的除尘方法，其特征在于：包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的掘进机机载智能化泡沫式除尘设备的除尘方法，其特征在于：所述粉尘浓度传感器为三个，分别用于监测掘进作业面的全尘浓度、呼尘浓度和粉尘粒度；当粉尘浓度传感器检测的粉尘浓度处于异常值时，其将信号传递至plc控制器，plc控制器对信号进行相应的处理，并向联锁开关下达指令进行动作保护；
