煤礦噴霧降塵系統設計及應用研究

何林峰

（陜西華電榆橫煤電有限責任公司，陜西 榆林 719000）

隨著經濟發展對生產效率的高要求，煤礦生產機械化程度越來越高，各種大型采煤設備投入使用。大型機械設備的使用導致煤塵濃度大幅上升，煤塵濃度過大不僅會給企業生產帶來較大的安全隱患，同時還會損害員工的身體健康[1]。為保證企業生產的安全、順利開展及員工的健康，加強對煤礦噴霧降塵系統的研究無疑具有重大意義。本文從噴霧降塵系統的工作原理出發，分析了煤礦煤塵的來源及其對生產設備、員工的危害，以此為基礎針對陜西華電榆橫煤電有限責任公司小紀汗煤礦的具體情況設計了噴霧降塵系統，最后對噴霧降塵系統的運行效果進行了評價并給出了相關建議。

1 噴霧降塵工作原理

噴霧降塵過程可以看作是一個液態霧粒與固態粉塵粒的凝結過程[2]。在噴霧除塵過程中，主要采用的是噴霧重力降塵技術，利用局部通風機產生高壓風壓，加裝錐筒增壓，采用霧化噴頭通過高壓將外接水源霧化成與粉塵大小相當的顆粒，在風機作用下，將霧定向拋射到指定位置，在塵源處的上方或周邊進行噴霧覆蓋。粉塵顆粒與溶液顆粒接觸而變得濕潤，被濕潤的粉塵顆粒繼續吸附其他粉塵顆粒，逐漸凝結成顆粒團，在自身的重力作用下快速沉降到地面，從而達到除塵的目的。

2 煤礦粉塵來源及其危害

2.1 煤礦粉塵來源

煤礦粉塵濃度較高的作業場地主要集中在井上露天煤場及井下綜連采工作面兩個區域，這兩個區域是煤礦粉塵的主要發生區域，具有濃度高、對人體危害性大等特性。

2.1.1 井上露天煤場

井上露天煤場粉塵主要是堆煤區及運煤過程產生的粉塵。首先，堆煤區煤炭的堆放過程會產生煤粉塵；其次，煤的裝卸及搬運都會產生煤粉塵。煤粉塵的產生受周圍環境狀況、裝卸落差高度、風速及煤含水量等因素的影響。堆煤表面煤塵的排放受諸如風速、煤堆的幾何形狀、煤的密度、水分含量等多種因素的影響。在干燥天氣下，煤場范圍較大，暴露在空氣中的煤粉塵較大，遇到刮風天氣或者車輛在運行中容易引發較大的煤塵吹揚。為了減少對煤場周邊環境的污染及人員被動吸入煤粉塵，必須采用降塵措施。

2.1.2 井下綜連采工作面

綜連采工作面的煤塵主要來自于采煤工作面作業時產生的煤塵、掘進工作面作業時產生的粉塵以及巷道維修、煤炭裝卸等工作場所產生的粉塵。

2.1.2.1 采煤工作面的產塵

采煤工作面的主要產塵工序有采煤機落煤、裝煤、運煤、液壓支架移架、運輸轉載、人工摧煤、爆破及放煤口放煤等。這些工序作業過程中會產生大量粉塵[3]。

2.1.2.2 掘進工作面的產塵

掘進工作面的產塵工序主要有機械破巖（煤）、裝揣、爆破、煤矸石運輸轉載及錨噴等。

2.1.2.3 其他地點的產塵

巷道維修的錨噴現場、煤炭的裝卸點等也都會產生高濃度的礦塵，尤其是煤炭裝卸處的瞬時礦塵濃度，有時甚至達到煤塵爆炸濃度界限，十分危險，應予以充分重視。

2.2 煤礦粉塵的危害

煤礦井上井下各工作面粉塵的產生降低了工作效率并對工人的身體健康造成威脅。井上露天煤場及井下綜連采工作面未采取措施時，無論是全塵濃度，還是呼吸性粉塵濃度均嚴重超標，帶來的嚴重后果是煤塵爆炸隱患增大和煤炭行業塵肺病人數增加。

2.2.1 煤塵過大帶來嚴重的安全生產隱患

煤塵不僅污染作業環境，還降低了生產場所的能見度。礦塵中的煤塵，有的還具有燃燒爆炸性，在一定的條件下可能發生爆炸。煤塵還會加速機械、電氣設備的損壞，縮短精密儀器、儀表的使用壽命。

2.2.2 煤塵會給人體帶來較大的傷害

煤礦的粉塵污染物一般濃度較大，其侵入人體主要有3條途徑：呼吸道吸入、消化道吞入、皮膚接觸，其中，呼吸道吸入對人體的危害最大，長期吸入較高濃度的粉塵可引起肺部彌漫性、進行性纖維化為主的全身疾病，比如塵肺病。煤礦工人長期工作在粉塵污染物的環境下，可引起上呼吸道炎癥、慢性支氣管炎、支氣管哮喘、冠心病、動脈硬化、高血壓等疾病，甚至癌癥。

長期工作在有煤塵的作業場所，多多少少會吸入些煤塵，為減小對作業人員的身體傷害，在井上露天煤場、井下綜連采工作面設置噴霧降塵裝置十分必要。

3 煤礦噴霧降塵系統設計

本文以陜西華電榆橫煤電有限責任公司小紀汗煤礦為例，針對該礦井上井下作業的具體情況設計了噴霧降塵系統。系統由風機、風筒、霧化噴水器3個部分組成。

3.1 噴霧降塵系統的風機設備

壓入式對旋流局部通風機具有結構緊湊、噪聲小、風壓高、風量大、效率高等特點，其結構緊湊，方便運輸和安裝。對旋局部通風機與普通軸流通風機相比，在產生同樣風量和風壓條件下，使用對旋局部通風機可減少通風機數量或增加通風距離，亦可根據不同的通風要求采用分級使用，以節省能源。因此，本噴霧降塵系統的風機設備采用了“礦用隔爆型壓入式對旋流局部通風機”，其型號為FBDY-No6.0/2×18.5，功率為8.5 kW，防爆標志為Exd I，電壓為660/1440 V，頻率為50 Hz，轉速為2900 r/min，絕緣等級為I級，電流為20.8/12A，全壓為1500～4300 Pa，工作方式為SI，相數為3，風量為340～440 m3/min，質量為530 kg。

3.2 噴霧降塵系統的風筒選擇

噴霧降塵系統采用噴霧重力降塵技術，利用局部通風機產生高壓風壓，還需在風機前加裝錐筒增壓。本系統中采用了柔性風筒，柔性風筒的好處在于可以同時做到噴霧降塵與通風，這樣該系統在井下作業時可以達到一機兩用的效果。

3.3 霧化噴頭及調節范圍

噴頭采用“4分全銅可調子彈頭霧化噴水器”，其水壓為0.5～3 kPa，根據水壓，最遠噴灑直徑距離為3～6 m，調成水柱狀，可以噴到9 m遠，或是9 m高。噴頭每小時噴水0.3～0.8 m3。噴頭霧化程度可以調整，只要旋轉霧化噴嘴，就能實現霧化濃度的調節，噴頭也可以調成水槍的一般噴射狀態。

4 應用效果及建議

本文把噴霧降塵這一簡單易行的方法作為研究對象，針對陜西華電榆橫煤電有限責任公司小紀汗煤礦井上露天煤場、井下綜連采工作面煤塵過大的問題，運用了噴霧降塵系統進行綜合治理，取得較好的降塵效果，得出以下結論：①噴霧降塵的機理主要是水霧顆粒與粉塵顆粒的慣性碰撞、攔截和溶濕凝結，細微粉塵要細小、密集的水霧顆粒才能達到降塵目的，一定顆粒的粉塵顆粒對應合適的水霧顆粒和水壓[4]。對于壓力型霧化噴嘴來說，要獲得細微的水霧顆粒，則需要較高的供水壓力。②噴嘴結構對噴霧降塵有著重要的作用，合理的噴嘴結構其霧化性能好，霧化水分分散均勻，能達到高效沉降粉塵的要求。噴嘴口徑增大，相同供水壓力下霧滴粒徑有所增大，噴嘴口徑在相同供水壓力下霧滴粒徑也會減小。煤礦井下降塵使用的壓力型霧化噴嘴口徑應在1 mm以上，一般不宜超過1.5 mm。③影響水滴捕塵效果的主要因素是水滴粒度。水滴小，捕塵效果就好，但是水滴的粒度不能過小，30 μm的水滴在相對濕度為80%、溫度為200℃的空氣中僅能保持7.1 s；小于30 μm，譬如幾微米的水滴還未與粉塵碰撞便氣化了，基本上不起捕塵作用。

［1］ 李鋼.煤礦井下噴霧降塵機理的研究［J］.科技創新與應用，2012（30）：102.

［2］ 張小濤，隋金君，曲寶，等.采掘工作面噴霧降塵技術研究及應用［J］.煤礦機械，2013，34（08）：247-250.

［3］ 馬軍偉.煤礦綜掘工作面高效噴霧降塵系統的研究［J］.內蒙古煤炭經濟，2017（11）：28-29.

［4］ 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，2015，15（06）：62-67.