綜采工作面噴霧降塵技術研究

楊興發+韓石華+王鵬飛+譚烜昊

摘 要：在煤礦生產中，粉塵不僅會對人體健康產生危害，使職工容易患塵肺病，而且會影響操作的準確性，容易造成人身事故，影響儀器設備的使用壽命。同時，如果是具有爆炸危險性的粉塵，還會給礦井安全生產帶來嚴重威脅。因此，除塵的重要性不言而喻。除塵的原理包括機械除塵原理和電除塵原理。其中，機械除塵的五大機理分別是：重力沉降；離心碰撞；慣性碰撞；滯留；擴散。電除塵的工作機理包括電暈放電、塵粒荷電、荷電塵粒的運動和收集。礦井生產中，綜采工作面產生的粉塵濃度高，危害大，是主要的產塵源之一。所以，研究綜采工作面噴霧降塵的技術，對改善員工和設備的工作環境和減少安全事故的發生具有重大意義。

關鍵詞：綜采工作面；噴霧；粉塵；降塵

Abstract： In coal mine production， The dust will not only cause harm to human health， so that employees tend to suffer from pneumoconiosis， but also affect the accuracy of operation， easy to cause the accident， affect the service life of equipments， At the same time， if the dust is explosive， but also pose a serious threat to the mine safety production. Therefore， it is self-evident. The importance of dust removal principle including mechanical principle and electric dust removal principle. Among them， five mechanisms are： mechanical dust gravity settling； centrifugal inertial collision； collision； retention； diffusion. The working mechanism of electrostatic precipitator including corona discharge， dust particle charging， charged dust particle movement and collection. In mine production， the dust concentration in fully mechanized mining face of high hazard， is one of the major dust sources， so the study of fully mechanized face dust spray technology is of great significance to improve the staff and equipment working environment， reduce the occurrence of safety accidents。

Keywords： fully Mechanized Mining Face； spray； dust； dust-settling

引言

當前，礦井粉塵防治的措施有很多，對于綜采工作面的粉塵防治措施也有許多，但都存在一些問題。粉塵對礦山的危害性，破壞性，對粉塵的防治是煤礦重點關注的方面。目前綜采工作面的降塵理論和措施發展迅速，但降塵效果還未達到國家規定要求，近年來，相關研究人員對粉塵的研究也越來越深入，越來越細化，粉塵研究領域呈現蓬勃發展的積極態勢，筆者將針對目前粉塵防治的原理和具體措施做深入理論分析。由于理論的不足和實踐當中的局限性嚴重影響了采煤機的噴霧降塵效果，比如外噴霧的壓力不夠，霧化效果不好，有效噴霧范圍達不到設計要求，內噴霧由于安裝在滾筒上，容易脫落和堵塞，在現場的降塵效果十分差勁。因此，研究綜采工作面噴霧降塵技術研究有利于提高降塵效率，改善作業環境。

1 噴霧降塵原理以及影響因素研究

有關噴霧降塵機理有慣性碰撞、重力沉降、擴散捕集和攔截捕塵四種。噴霧裝置噴出的霧粒與固體塵粒的凝結使塵粒濕潤，自重也隨之增加且開始發生沉降現象，這種叫重力沉降。其次由于流線不能突然偏轉，當風流攜塵粒向霧粒運動且離霧粒不遠時就開始繞水霧繞動。若不考慮塵粒的質量，則塵粒會和水流同步，因為塵粒有體積的影響，塵粒的質心所在流線與液體霧粒的距離小于塵粒半徑時，塵粒便會被液體霧粒攔截，使塵粒附著于霧粒，這是攔截捕塵作用。對于比較細微的粉塵，尤其是直徑小于0.5μm的粉塵，由于受布朗擴散作用，被霧粒所捕集，這叫擴散捕集。以上就是噴霧降塵機理[1-2]。

除塵的影響因素有很多，液體粒子分散度、液體粒子運動速度、霧流幾何形狀與液體壓力等。裝置供給壓力與霧體粒子的降塵性能關系很大，裝置供給壓力越大產生的霧粒越小，霧體體積也越大，霧粒噴出初速度越快，降塵效果越好，單位體積的耗水量越大，降塵效果越好，粉塵的密度越大和濕潤性越好，都會使降塵的效率顯著提高[3]。

2 綜采工作面噴霧降塵技術

2.1 采煤機內噴霧系統

采煤機內噴霧裝置是采煤機所屬截割部內噴霧射流的一種裝置，可以降低截割頭的溫度，保護截齒。內噴霧裝置是利用高壓將液體氣化并將噴霧送至采煤機截割部位。由于壓縮氣體的壓力，射流噴射器必須保證液體霧粒全部噴射至采煤機截割的范圍之內，相對主軸，噴霧的夾角和噴嘴角度要處于有效長度內。數據表明：水射流在一定的噴射壓力作用下保持恒定情況下就可以滿足相應要求，即使在煤礦作業場所內將噴射流量進行合理范圍內的調節，氣流也不會產生較大的影響。最恰當的內噴裝置嘴形是保證液體流與氣體流有一定比例的錐形空心噴霧裝置。

通過內噴系統的液體體積取決于噴嘴承受的有效壓力。堵塞是降塵系統比較常見的問題，特別對外伸式搖臂采煤機，在截割煤體時堵塞會更為嚴重，進入截割區或者在退出端頭時，降塵系統的入口管處與裝置驅動部位之間空隙太小，霧塵容易聚集在這些地方。采煤設備的其他零部件偶爾也會發生堵塞情況，輸送機也更容易發生堵塞，大部分堵塞情況都發生在噴嘴處，可以在水的強壓力下疏通大部分堵塞[4]。

2.2 采煤機外噴霧系統

目前的采煤機都有內外噴霧裝置，但在采煤現場工作環境中，內噴裝置受采煤現場實際條件影響，效果不太理想，究其原因是采煤機內噴霧裝置的密封性能差，易漏水，內噴嘴易堵，部分采煤機的葉片下方水路的過水斷面積不足，供水量不足等，都會影響降塵效果，而且受裝置壓力影響較大，壓力不足易造成噴嘴堵塞，不能噴霧。采煤機的噴霧降塵效果與采用的噴嘴類型、噴嘴的布置、噴霧參數、煤塵性質等很多因素有關。傳統外噴霧的方式大部分是采用逆風噴霧，不僅降塵效果不盡人意，而且當采煤機逆風向截割煤體時，受風流影響，采煤機截割受阻。結合前滾筒旋轉與逆風噴霧的原因，會使采煤機體前端產生渦流，受此影響大量高濃度含塵氣流迅速擴散到采煤機司機的作業的范圍，造成司機和下風流作業人員嚴重危害。近年來，國內外相繼開展了這方面的研究，并取得了較大進展，采用噴霧引射方法，將大量污風流引射向煤壁，迫使污風沿煤壁側流動，由此避免污風流污染采煤司機工作環境并進一步阻擋了污風流擴散人行道空間。在引射噴霧和跟蹤噴霧的綜合作用下，將污風中的粉塵降下來[5]。

2.3 采煤支架噴霧系統

目前，我國比較普遍通用的綜采液壓支架噴霧系統大多采用受控和液控兩種方式[6]，支架噴霧降塵的原理就是利用液壓作用將支架內部的液體加壓噴出，通過噴口將液體氣霧噴射向粉塵工作區域，由于采用支架支護的方式已經越來越應用到大部分煤礦，而支架產生的較大空間和移動支架所產生的大量粉塵會迅速充斥支護空間，其產生的污染性與危害性不亞于采煤機截割煤體時產生的粉塵。目前，學術領域已經深入研究的很多支架噴霧的理論并開發了多種支架噴霧裝置，支架噴霧的降塵效果也愈加明顯。當前，支架噴霧系統正呈現自動化、智能化的發展趨勢。當割煤機移動時，割煤機上安裝的遙控發送器發送信號，支架上安裝的遙控接收器接收信號。信號傳至至主機，隨后主機通過預設程序控制支架噴霧。當生產工人移架時，支架無線發射器感應到移架手柄運動，將信息反饋至主機，主機發出噴霧指令，當停止運動移架手柄后，按照預設程序延時一定時間自動停止噴霧。

2.4 采煤隔塵簾和風流凈化水幕

氣幕潔凈棚隔塵原理是空氣幕隔塵原理的基礎，首先利用從裝置條形風口中吹出的空氣密度流，形成一道空氣幕墻，從而起到將塵源與周圍環境隔離的完美效果。隔塵簾的形式多種多樣，結構配置也不盡相同，產生的隔塵效果也隨之改變，隔塵簾和風流凈化水幕在現場實踐應用中起到了非常良好的效果。隨著配套及輔助技術的發展，隔塵簾和風流凈化水幕的技術理論也得到了空前的提高，大部分技術已經應用的非常成熟。該項技術已得到我國部分煤礦的大量現場使用。空氣幕大多安裝在采煤機機體之上，當采煤機滾筒切割煤體時，空氣幕裝置噴出的新鮮氣體流就能防止現場產生的粉塵擴散至采煤機司機等工作人員的環境，裝置噴出的新鮮氣體流形成一道氣流屏障，隔塵效果顯著[7]根據現場工作人員的調查反應以及對相關數據收集的整理分析顯示，隔塵簾和風流凈化水幕的降塵效果非常滿意。

3 結束語

由于粉塵對礦山開采具有危害性，破壞性，所以對粉塵的防治也是煤礦安全研究人員重點研究的方面，目前綜采工作面的降塵理論和措施發展迅速，但降塵效果還未達到國家規定要求，近年來，相關研究人員對粉塵的研究也越來越深入，越來越細化，粉塵研究領域呈現蓬勃發展的積極態勢，筆者針對目前粉塵防治的原理和具體措施做深入理論分析，以提供理論參考。降塵的理論和方法還需要進一步深入研究，以提高降塵的效果。同時要加強職工的技術和技能培訓，提高礦山現場作業人員的防塵健康意識，掌握防塵知識和技術措施，企業制定粉塵防治管理相關制度，以期從根本上改善綜采工作面的作業環境、降低相關疾病的發病率。

參考文獻

[1]王緒友.綜采放頂煤采煤工作面綜合防塵技術應用[J].煤礦現代化，2007，1（3）：11-14.

[2]王鵬飛，劉榮華，湯夢，等.煤礦井下噴霧降塵影響因素的試驗研究[J].安全與環境學報，2015，12（5）：16-18.

[3]趙書田.煤礦粉塵防治技術[M].煤炭工業出版社，1989，12.

[4]林明清.通風除塵[M].北京：化學工業出版社，1982：31-37.

[5]劉輝輝，鄒偉，徐超.煤礦綜采面噴霧除塵機理[J].山東煤炭科技，2010，3（2）：212-213.

[6]趙益芳.礦井防塵理論與技術[M].北京：煤炭工業出版社，1994：23-27.

[7]王海橋，劉榮華.綜采工作面隔塵空氣幕模擬實驗及應用研究[J].礦業安全與環保，2002，27（2）：13-15.

作者簡介：楊興發（1994-），男，漢族，甘肅省白銀市人，湖南科技大學2013級本科生，研究方向：礦井粉塵防治。