采煤機外置式高壓噴霧自動降塵裝置的設計與應用

孫志剛

（西山煤電集團有限責任公司屯蘭礦， 山西 太原 030206）

1 項目概況

煤礦生產中85%的粉塵產自采掘工作面。目前，采煤機工作面的滅塵、降塵措施常見為內噴霧式，一般采煤機的噴霧系統和水冷系統是合為一體的，水進入機組總水門后，一路經減壓后進入電機冷卻器，另一路進入牽引部冷卻器，然后分供內噴霧系統，噴霧效果與供水壓力有一定的關系，供水壓力不能小于一定值，否則達不到霧化效果。而電動機的耐水壓力一般不超過2.2 MPa，這也造成了采煤機冷卻和噴嘴霧化的矛盾。因此由于噴霧壓力低，以及采煤時風流受到采煤機的阻礙，前滾筒的高速旋轉和逆風噴霧的原因，在采煤機前端產生強烈的渦流，使大量高濃度含塵氣流擴散到采煤機司機的作業空間，給煤機司機和下風流作業的人員造成嚴重危害。

西山煤電集團屯蘭礦8502 工作面采用DY-150 型采煤機進行采煤作業，在實踐工作過程中采煤機搖臂上的外噴霧裝置噴嘴系統常被粉塵堵塞，從而無法進行相應的作業，導致粉塵濃度較好。針對這一情況，設計了一種外置式高壓噴霧自動降塵裝置，可以實現搖臂噴嘴的高壓噴霧，有效解決了搖臂外噴霧裝置噴嘴被煤塵堵塞的問題。

2 采煤機外置式高壓噴霧自動降塵裝置的設計

針對采煤機搖臂上的外噴霧裝置噴嘴系統堵塞問題，設計了外置式高壓噴霧自動降塵裝置，該裝置的結構示意圖如圖1 所示。

從圖1 可知，該外置高壓噴霧降塵自動控制裝置由補水箱、高壓水泵、變頻控制器、半圓型高壓噴霧器、水壓檢測傳感器、煤塵檢測傳感器及高壓水管道組成。半圓型高壓噴霧器設置在采煤機的滾筒后方，其上設有多個多角度的高壓噴嘴，多個高壓噴嘴按不同角度安裝在半圓型高壓噴霧器的上面，使噴出的高壓水霧可以在滾筒周圍形成一尺厚的半圓型高壓水墻，半圓型高壓水墻包裹在滾筒周圍，達到強制降塵效果。并且，半圓型高壓噴霧器安裝在滾筒后面，并不影響采煤機及其他設備的運行。

圖1 采煤機外置式高壓噴霧自動降塵裝置的結構示意圖

補水箱的進水管上裝有自動補水閥，礦井水通過自動補水閥進入補水箱，自動補水閥始終保護水箱中液位達到最佳水位；補水箱內設有均水器、泥沙阻檔板、過濾罩，均水器3 連接進水管，均水管使補水箱內的水保持液面平穩不波動，保護液面平穩上升或下降，避免進水時礦井水中的泥沙等雜質出現二次揚起[1]。泥沙阻檔板為三級設置，泥沙阻檔板4把礦井水中的泥沙分三攔截阻擋，它屬于初級粗過濾，主要是攔截大粒泥沙和其他雜質，它是阻擋泥沙隨水的波動而漂移，目的是為高壓水泵提供含雜質最少的干凈水源，有效降低高壓噴嘴阻塞的機率。過濾罩連接在高壓水泵的進水管端口，過濾罩是最后一級精細過濾，凡是越過泥沙阻擋板的雜質最后都被過濾罩過濾掉。

高壓水管路包括三段，分別是高壓軟管、金屬高壓管、可撓動金屬高壓管，金屬高壓管固定在采煤機本體上，金屬高壓管通過高壓軟管與高壓水泵連接；可撓動金屬高壓管10 一端連接金屬高壓管，另一端連接半圓型高壓噴霧器，可撓動金屬高壓管10 隨著采煤機的擺臂上下擺動，為半圓型高壓噴霧器提供高壓水源。高壓水泵、高壓軟管、金屬高壓管、可撓動金屬高壓管、半圓型高壓噴霧器和高壓噴嘴組成了密閉的高壓管道[2]，從高壓水泵出來的高壓水經管道傳輸至高壓噴嘴，最后經噴嘴組噴出一尺厚的半圓型高壓水墻。

采煤機的滾筒后方設有煤塵檢測傳感器，半圓型高壓噴霧器的進水端設有水壓檢測傳感器，煤塵檢測傳感器和水壓檢測傳感器分別與高壓水泵的變頻控制器電連接。煤塵檢測傳感器主要是在采煤時檢測滾筒周圍煤塵的濃度，然后將濃度變化反饋至變頻控制器，當檢測到煤塵濃度低時通過變頻控制器自動調低供水水壓，當檢測到煤塵濃度高時通過變頻控制器自動調高供水水壓，從而使水壓自動跟隨煤塵濃度變化并達到自動節能降塵。水壓檢測傳感器實時檢測半圓型高壓噴霧器上的壓力，當水壓達到設定值時（上限值）時系統發出報警信號，提醒人員高壓噴嘴有堵塞現象，需要及時清理。高壓水泵通過變頻控制器控制轉速，使高壓管道保護在一定的恒定壓力下，實現自動恒壓控制[3-4]。

3 裝置優勢的分析

該裝置利用高壓水泵將水加壓，經高壓管路送至半圓型高壓噴霧器上的噴嘴噴出霧化，高壓水霧化后形成半圓形高壓水墻包裹在采煤機的兩個滾筒上方，從而有效阻止了煤塵的飛揚，使割煤工序和司機位粉塵濃度大幅降低；半圓型高壓噴霧器適合我國煤礦井下各種類型的滾筒采煤機，均可達到高效降塵[5]。

4 實踐應用及效果分析

根據屯蘭礦8502 工作面的生產現場實況，對DY-150 型采煤機應用安裝了外置式高壓噴霧自動降塵裝置，并對相應參數進行設定。上、下風流滾筒分別同時開啟4 架支架上的高壓噴嘴噴霧，噴霧延時6 s；每架支架安設2 個高壓噴嘴，系統同時噴霧的噴嘴數量為16 個，系統最大流量為85.7 L/min。對司機位置下風側1.5 m 處和機尾10 m 處進行了外置式高壓噴霧自動降塵裝置應用前后的粉塵濃度進行檢測，數據結果如表1 所示。

表1 裝置應用前后粉塵質量濃度檢測結果表

從表1 數據可知，司機位置下風側1.5 m 處位置和機尾10 m 處位置的降塵效率分別為82.62%、82.29%。該外置式高壓噴霧自動降塵裝置在采煤機上的除塵效果理想，達到了預期的設計目的。

5 結論

新型采煤機外置式高壓噴霧自動降塵裝置在屯蘭礦8502 工作面DY-150 型采煤機上的應用效果理想，降塵效率在82%以上，大幅度使割煤工序和司機位粉塵濃度大幅降低。同時該半圓型高壓噴霧器適合我國煤礦井下各種類型的滾筒采煤機，均可達到高效降塵效果，可以被推廣應用。