氣水噴霧降塵效果研究現狀綜述

林心怡　王銳　譚聰

摘 要：近年來，氣水噴霧作為一種新型的噴霧降塵方式，因其具有經濟成本低、耗水量少、降塵效率高等優點被廣泛應用于煤礦井下的粉塵防治，許多學者對煤礦井下氣水噴霧降塵效果進行了廣泛研究。文章從氣水噴霧降塵效果與氣水噴嘴本身結構、工況參數和粉塵粒徑3個方面的關系，對國內氣水噴霧降塵效果的研究現狀進行闡述，為今后使用氣水噴霧降塵技術達到更好的降塵效果和經濟效益提供一定的參考。

關鍵詞：氣水噴霧;煤礦;降塵;效果

1 ? ?氣水噴霧降塵技術

在煤礦生產過程當中，井下工作面產生的粉塵一直是阻礙安全生產進程、影響產出能效的重要因素，粉塵的存在使工作進度難以顯著加快。我國大部分地區仍在使用相對傳統的高壓噴霧降塵設施降塵，這種降塵方法因其水壓高、需水量大、水霧顆粒大等局限性，使得井下工作面的降塵效果無法達到令人滿意的程度。近幾年，氣水噴霧作為一種新型的噴霧方式，因其具有耗水量少、降塵效率高等優點被廣泛應用于煤礦井下工作面的粉塵防治，許多學者對煤礦井下氣水噴霧降塵效果進行了廣泛研究。文章從氣水噴霧降塵效果與氣水噴嘴本身結構、工況參數和粉塵粒徑3個方面的關系，綜述了國內氣水噴霧降塵效果研究現狀，為今后氣水噴霧降塵技術更好地應用提供一定的參考。

2 ? ?氣水噴嘴降塵機理

對于粒徑為1～5 μm的粉塵顆粒，其主要除塵機理是利用慣性碰撞、接觸阻留，現有研究表明控制霧滴粒徑大小可以較大程度地影響除塵效率。目前，已有很多國內外學者對氣水噴霧的降塵效果進行研究，研究工作主要集中于氣水噴嘴本身結構、工況參數和粉塵粒徑與氣水噴霧降塵效率的關系，本文將從這3個方面介紹當前氣水噴霧降塵效果研究現狀。

3 ? ?氣水噴嘴本身結構與降塵效率的關系

汲銀鳳等[1]在實驗室，對出口孔徑均為2 mm的3種類型的噴嘴進行噴霧實驗，分析各類型噴嘴的霧滴粒徑與氣液比的關系。研究結果表明：在最佳工況條件下，干霧噴嘴、扇形噴嘴、錐形噴嘴的氣液比分別為960，1 200，1 680。此外，相關研究人員進一步對3種類型噴嘴的霧滴平均粒徑大小和分布情況進行比較，結果表明：干霧噴嘴霧滴粒徑最小，降塵效果最好，特別適合用水受限的井下環境。但是，該實驗的研究結果僅適用于2 mm口徑下噴嘴類型，缺少不同噴嘴霧化角和口徑與降塵效果的關系，還缺少煤礦現場實驗的驗證，無法證明該研究結果對煤礦井下現場的適用性。

張波等[2]考慮到不同口徑和霧化角對氣水噴嘴除塵效果的影響，在汲銀鳳等工作的基礎上，進行了優化實驗。實驗結果分析得出1.5 mm口徑的可調廣角噴嘴在氣霧的霧化角為47.5°時最佳除塵距離為270 cm。同時，張波等還在紫金山銅礦進行了現場實驗，實驗結果表明該型號噴嘴在煤礦井下的降塵效率在90%以上，進一步驗證了研究結果的現場適應性。

4 ? ?工況參數與氣水噴嘴降塵效果的關系

4.1 ?氣體流量及水流量與氣水噴嘴降塵效果的關系

王鵬飛等[3]的研究表明：當供水壓力固定時，供氣流量與分級效率成正比。對于給定的供氣流量，存在一個與之對應的最佳供水流量。蔣仲安等[4]發現要使氣水噴嘴的降塵效率達到80%，氣體流量必須大于150×10-5 m3/s，且最佳的氣水流量比范圍為100～150。同時，他們在同忻礦5207綜掘工作面進行了現場模擬驗證，發現氣體流量為150×10-5 m3/s和200×10-5 m3/s時，氣水噴霧裝置在水流量為1.5×10-5 m3/s的情況下，降塵效率達到最大，分別接近80%和85%，很好地驗證了該數據具有一定的適用性。

4.2 ?供氣壓力和供水壓力與氣水噴嘴降塵效果的關系

王鵬飛等[4]通過實驗的方法研究了空氣霧化噴嘴的流量特性。根據實驗結果不難看出：對于內混式空氣霧化噴嘴，當供氣壓力保持定值時，隨著供水壓力的不斷升高，霧滴的粒徑呈先增大后減小的趨勢;當供水壓力保持在一個合理的定值時，提高供氣壓力，能在一定程度上起到增大氣液質量比的作用，可將液滴進一步破碎，從而形成更小的顆粒，達到提高降塵效率的效果。袁輝等[5]的研究確定了使氣水達到最佳霧化性能的氣液比，并指出該數值為1.2～1.5。

5 ? ?粉塵粒徑參數與氣水噴霧降塵效率的關系

蔣仲安等[6]通過實驗的方法討論了不同粒徑的粉塵顆粒對除塵效率的影響趨勢。根據結果不難看出，隨著粉塵粒徑逐漸增大，噴霧霧滴有效作用距離也隨之越來越長，因而粉塵就越容易被沉降;王鵬飛設計了仿真井下除塵裝置，通過模擬實驗分析了粉塵中位徑對降塵效率的影響。他指出，隨著粉塵中位徑的增加，在其他條件恒定的情況下，全塵與呼吸性粉塵的降塵效率都呈提高趨勢，且全塵降塵效率均高于呼吸性粉塵降塵效率，二者差距隨著粉塵中位徑的增加而增加。周剛[7]考慮到將粉塵粒度及不同粒徑粉塵顆粒的頻率分布與累計分布的變化情況作為考核噴嘴霧化降塵效果的重要依據。

6 ? ?結語

噴霧降塵技術是煤礦井下粉塵治理的重要技術手段，現有研究表明，結合實際煤礦井下工作面的粉塵粒徑大小，合理地選擇氣水噴嘴類型、工況參數能夠有效提高降塵效率，進一步提高氣水噴霧降塵技術的降塵效果和經濟效益。此外，綜合粉塵濃度與粉塵粒度及不同粒級的頻率分布與累計分布的變化情況，能夠更加全面地檢驗霧化降塵效果。

[參考文獻]

[1]汲銀鳳，陳舉師，張波，等.氣水噴嘴霧化特性實驗研究[J].中國安全生產科學技術，2017（12）：27-32.

[2]張波，蔣仲安，段志博，等.氣水噴霧除塵效果實驗研究[J].金屬礦山，2019（8）：173-178.

[3]王鵬飛，劉榮華，桂哲，等.煤礦井下氣水噴霧霧化特性及降塵效率理論研究[J].煤炭學報，2016（9）：2256-2262.

[4]王鵬飛，劉榮華，王海橋，等.煤礦井下氣水噴霧霧化特性實驗研究[J].煤炭學報，2017（5）：1213-1220.

[5]袁輝，徐銳，陳本良，等.氣水兩相流噴嘴噴射條件對霧化降塵影響的實驗研究[J]煤炭工程，2018（12）：127-132.

[6]蔣仲安，王明，陳舉師，等.氣水噴嘴霧化特征與降塵效果分析[J].哈爾濱工業大學學報，2017（2）：151-157.

[7]周剛，聶文，程衛民，等.煤礦綜放工作面高壓霧化降塵對粉塵顆粒微觀參數影響規律分析[J].煤炭學報，2014（10）：2053-2059.