雙滾筒采煤機外噴霧系統優化改進

馬曉南

（大同煤礦集團燕子山礦， 山西 大同 037001）

1 燕子山礦8210 工作面概況

大同煤礦集團燕子山礦8210 工作面設計走向長度為1 500 m，傾向長度為185 m，工作面回采煤層為4 號層，煤層平均厚度為7.44 m，工作面采用低位放頂煤回采工藝，主要采用SL300 型采煤機進行破煤及裝煤。由于8210 工作面回采煤層屬石炭系煤層，煤層穩定性差，煤塵揮發性高，導致工作面在采煤過程中產生高濃度粉塵，對采煤機采用外噴霧降塵時不僅效果差，而且濕潤后的揚塵很容易造成噴頭堵塞，增加采煤機外噴霧系統故障率。對此，燕山礦通過技術研究，合理分析了綜采工作面粉塵主要來源，并根據實際情況對原噴霧系統進行優化設計[1]。

2 工作面粉塵來源分析

綜采工作面采煤機在作業時產生煤塵的主要部位為滾筒，特別是滾筒與煤壁不接觸的部分。滾筒在旋轉時粉塵產生范圍從滾筒離開煤壁開始，沿著滾筒的旋轉軌跡，到滾筒與上煤壁接觸為止。滾筒粉塵飛揚范圍根據采煤機上、下滾筒位置的不同而不同，隨滾筒旋轉方向及工作面風流不同而變化，在進風與逆風條件下也不同。如果綜采工作面使用背旋滾筒式采煤機，則上滾筒的粉塵飛揚范圍會比下滾筒大，順風巷粉塵飛揚范圍比逆風大。在采煤機正常割煤時由于滾筒與煤壁的接觸面無空隙，粉塵飛揚范圍非常小；采煤機滾筒隨著自身旋轉，當滾筒離開煤壁暴露在風流后，工作面煤壁側風流場會受到影響產生渦流，再加上粉塵在滾筒慣性的作用下，更容易將粉塵拋灑在風流中，伴隨著進風飄到工作面各處。

3 采煤機傳統外噴霧系統現狀

我國使用的滾筒采煤機噴霧裝置通常被安裝在采煤機背部、搖臂、截割電機固定框外側三個位置[2-3]。

3.1 在采煤機搖臂上安裝噴霧裝置

采煤機滾筒在空轉時能夠起到較好的噴霧效果，此時的水霧完全能夠將滾筒周圍全部覆蓋。但在采煤機正常工作時，由于搖臂的噴嘴很容易被煤泥堵塞導致水霧無法形成，不能有效將粉塵覆蓋，除塵效果較差。當工作面采煤機進行割頭、掃尾、挑頂時很容易將噴頭損壞，導致噴霧系統供水壓力下降，損壞的噴頭不能將粉塵全部覆蓋且不能對整個噴霧系統起到卸壓作用，導致噴霧系統不能起到較好的噴霧效果。這種安裝方式能夠隨著搖臂的上下移動而改變噴霧范圍，但噴嘴容易被損壞或被煤泥堵塞。

3.2 在采煤機背部安裝噴霧裝置

采煤機在工作時當搖臂與背部平行或略高于背部時，此時背部噴霧只能覆蓋到滾筒的一部分，搖臂最遠端及其他位置無法覆蓋。當搖臂低于背部時，背部噴霧范圍完全不能將滾筒塵源覆蓋。當采煤機沿順風方向前進時，此時下滾筒揚起的粉塵被霧流捕集，再加上上滾筒粉塵在進風處與上滾筒粉塵接觸較多，這樣除塵效果較好。當采煤機沿逆風方向前進時，此時下滾筒的粉塵完全拋灑在風流中，上滾筒粉塵能夠與霧流發生碰撞，起到一定的除塵效果，但效果相比順風較差。這種安裝方式的優點是工作人員能夠采取一定的防碰撞、防掩埋方式對噴嘴進行保護，缺點是噴霧霧流只能在一水平面，不能隨著搖臂的變化改變方向。

3.3 在采煤機截割電機外側固定框安裝噴霧裝置

噴霧裝置安裝在此處能夠彌補其他兩種方式的不足，但仍存在以下問題：

1）如果噴霧裝置安裝位置偏上，此時的噴霧效果與安裝在采煤機背部相似，同樣存在對滾筒下半部無法降塵的問題。

2）如果噴霧裝置安裝位置靠近搖臂很容易被搖臂阻擋。此時噴霧裝置射出的霧流大部分會被搖臂阻擋，滾筒上部不能被霧流覆蓋。由于滾筒遠端噴嘴產生的霧流與控制搖臂平行，只有一部分能夠灑落在搖臂上，仍然不能對遠端滾筒起到很好的降塵效果。

3）與采煤機電機固定框上安裝的噴霧裝置一樣，其水霧的覆蓋范圍斷面為圓形，但采煤機粉塵斷面為橢圓形，這就造成噴霧裝置對遠點降塵時，近點的除塵效果差；對近點降塵時，遠點的除塵效果差。

4 采煤機傳統噴霧系統主要存在的問題

在采煤機在正常生產時，噴霧裝置的安裝位置、噴霧裝置的形狀、噴霧系統水壓及噴嘴的摻氣量這幾個因素對降塵效果影響最大。

1）采煤機噴霧系統水源來自于截割電機的冷卻水。由于受截割電機水套材料極限的影響，噴霧系統的供水壓力不得小于0.9 MPa，流量不得大于30 L/min。

2）安裝在噴霧架上端的噴嘴只能將部分水霧覆蓋到截割頭上，不能對塵源直接降塵。

3）噴霧裝置的固定框由于材料硬度低，再加上工作面的工作環境差，很容易被煤壁掉落的石塊砸傷。因此采煤機在入井前，工作人員通常會采用其他粗大的噴霧架。

4）由于噴霧裝置均采用卡套式連接，后期更換、維修難度大。噴霧裝置內摻氣量不高，不能對塵源全覆蓋。

5 采煤機外噴霧系統優化改進

1）在原來的基礎上將噴霧裝置的供水系統增設為兩路：一路采用低壓供水的方式冷卻截割電機，再將冷卻水供到噴霧架上端的三個噴頭，使上端噴頭的噴水量增大；另一路采用高壓供水的方式給采煤機兩側六個噴嘴供液，高壓供水主要利用地面水經高壓泵加壓后提供，水壓能夠達到4 MPa，大大增加了霧流的覆蓋范圍，如圖1 所示[4-6]。

2）將原來的噴嘴更換為引射噴嘴，噴嘴的中心孔徑擴大為3 mm，這樣能夠增大霧流的流量。這種噴嘴的最大優點是：噴嘴在噴出高速水流時能夠經引風孔將周圍空氣引入噴嘴，引入的空氣對噴嘴內的水起到較好的霧化效果，更能夠對空氣中的粉塵進行捕捉。

圖1 優化改進后噴霧嘴結構系統圖

3）將噴霧架上端的三個噴嘴的角度提高7°，這樣可以使霧流不會被截割頭阻擋而直接作用于截割對象。

4）噴霧架在選擇材料時選用厚度較大的蓋板，并將噴霧架兩端改為圓弧過度，這樣能夠提高噴霧架的防護級別；同時將噴霧裝置的卡套式接頭更換為快速接頭，后期更換、維修難度小。

6 應用效果

從實際應用效果來看，優化改進后大大降低了采煤機外噴霧系統的故障率，提高了工作面降塵效果，工作面粉塵質量濃度由原來的104 mg/m3降低至34 mg/m3以下，取得了顯著應用成效。