綜掘機高壓外噴霧降塵裝備應用分析

馮 飛

（汾西礦業集團曙光煤礦， 山西 孝義 032300）

1 某煤礦煤層與工作面概況

山西某礦的開采煤層具有厚度大、含水量低（原始含水量0.81%）等特點，同時礦井開采強度高，采用綜掘方式掘進巷道，巷道斷面大、供風量高。由于綜掘機日進尺量達到18～20 m，在掘進迎頭位置全塵、呼吸性粉塵質量濃度高達1 238 mg/m3、318 mg/m3，給綜掘機高效工作帶來一定的不利影響[1]。掘進工作面采用長壓短抽通風、環形噴霧降塵等措施治理掘進工作面粉塵，但是綜掘司機位置全塵、呼吸性粉塵質量濃度仍高達328.7 mg/m3、160.2 g/m3。

2 某煤礦1505 綜掘巷產塵特點

大斷面綜掘工作生產過程圍巖應力集中程度更為明顯，前方煤巖體更為破碎，在正常掘進過程中截割煤巖產生的粉塵量更大，具體產塵特點為[2-3]：

1）產塵強度高。通過現場測試發現，大斷面綜掘巷道內產塵強度可達3.62×10-2g/J，在未采取防塵措施情況下綜掘司機位置處全塵、呼吸性粉塵質量濃度分別可達2 987.5 mg/m3、665.5 mg/m3，相對于礦井其他的掘進工作面，煤體產塵強度以及粉塵濃度增加幅度在10%以上。

2）掘進破煤時沖擊產塵嚴重。綜掘機破頂煤是整個掘進過程中產塵最大的工序，1505 巷巷寬、巷高分別為5.5 m、4.0 m，巷道頂煤從4.0 m 高度從下掉落，破煤、落煤過程中產生大量的沖擊粉塵。加之掘進工作面風量供應量大，粉塵擴散范圍更廣泛。現場實測發現沖擊產塵量約占綜掘工作面割煤粉塵產生量的60%左右。

3）呼吸性粉塵含量高。對綜掘工作面粉塵粒度測試分析發現，在大斷面巷道掘進中呼吸性粉塵占比約為33.2%，遠高于普通綜掘工作面呼吸性粉塵25.8%的占比。

3 高壓外噴霧降塵裝備分析

該礦井1505 大斷面綜掘巷道內粉塵主要來源于截割頭破煤、落煤沖擊等部分，通過分析現階段綜掘機常用的噴霧除塵裝置，決定在綜掘機搖臂位置增加一組噴霧降塵裝置，具體安裝位置見圖1-1，噴霧降塵裝置結構見圖1-2。安裝的噴霧降塵裝置上有上、中、下三個噴管，從而實現高壓噴霧完全覆蓋整個綜掘機截割頭，降低截割破巖過程中粉塵產生量。

圖1 外噴霧裝置示意圖

同時在噴霧過程中高壓噴霧裝置內的負壓強會形成高負壓，從而可以使得一部分破碎煤體沖擊產生的高濃度粉塵進入到噴霧裝置內部，該部分高濃度粉塵與高壓水霧充分接觸、凝結，從而降低了綜掘工作面粉塵濃度[4]。

根據上述噴霧除塵思路，通過綜合對比SA102、SB102、SC102、SD102 以及G 型高壓適用情況[5-7]，綜合確定選用G 型噴嘴。為了確定合理的噴霧壓力，將供水壓力按照2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa 調整，對不同噴霧壓力下的用水量、引射風量以及有效射程進行分析，具體采用的測試裝置結構見圖2，測試結果見表1。

圖2 測試裝置結構圖

表1 測試結果

從表1 中看出，噴嘴有效射程、總用水量以及引射風量均隨著噴霧壓力的增加而增大，當水壓在4～6 MPa 時，噴嘴有效射程、引射風量、總用水量分別為2.5～3.2 m、10.17～16.33 m3/min、16.08～18.33 L/min，均可滿足噴霧降塵需要。因此，最終確定噴霧除塵水壓為4～6 MPa。

4 綜掘機噴霧除塵工藝現場測試

根據上述分析結果，在1505 綜掘工作面對噴霧除塵裝置使用情況進行現場分析，具體布置的噴霧除塵裝置結構組成見圖3，從調節泵站中輸出的水壓為2～8 MPa，測試綜掘司機位置及后方10 m 位置處全塵、呼吸性粉塵濃度，從而確定最佳的噴霧工藝參數。在井下應用時選用的高壓水泵型號為BPW80/16 通過管徑為Φ25 mm、Φ13 mm 的高壓軟管為噴霧降塵裝置供水，具體測試結果見表2。

從表2 中看出，采用G 型噴嘴時外噴霧效果除塵效率隨著噴霧壓力的增加而增大，當供水壓力為6 MPa 時，綜掘司機位置處全塵、呼吸性粉塵降塵率分別為82.65%、77.38%，當供水壓力提升至8 MPa時全塵、呼吸性粉塵降塵效率分別為84.63%、78.65%，降塵效率相對于6 MPa 時分別提升了1.98%、1.27%。因此，將6 MPa 作為最佳供水壓力。

1505 綜掘工作面采用的防塵措施主要為長壓短抽通風降塵、高壓外噴霧兩種方式，具體改造前后的綜掘工作粉塵降塵效果見表3。

圖3 現場布置的噴霧除塵裝置結構組成

表2 現場測試結果

表3 改造前后的綜掘工作粉塵降塵效果

5 現場配套設備

根據現場應用結果，并結合綜掘機高壓外噴霧降塵工藝應用情況，采用機載噴霧泵、高壓軟管、開關、供電電纜以及外噴霧裝置等構成機載外噴霧系統，具體構成見圖4。

圖4 現場配套設備示意圖

選用型號為BP25/8J 電驅動噴霧泵來為外噴霧裝置提供高壓水，該噴霧泵提供的噴霧壓力最大為8 MPa、供水流量為50 L/min，電機額定功率為11 kW，同時該噴霧泵采用正壓供水方式，無需設置水箱，大幅減少設備占用空間，可將噴霧泵直接布置于綜掘機機尾上，綜掘機供電電源為噴霧泵供電。為避免供水管路、噴嘴堵塞在噴霧泵站出水口處，安裝GCQ-12 過濾器，在高壓噴嘴前安裝GCQ-3 過濾器，在過濾器后方安裝壓力傳感器并與外噴霧開關連接。當壓力傳感器檢測到供水壓力在0.5 MPa 以下時，外噴霧開關自動斷開，從而避免因缺水而導致噴霧水泵損壞。此外，為了便于綜掘司機控制高壓外噴霧系統，在噴霧泵開關上布置電源控制按鈕，并布置在綜掘司機操作位置，從而提升綜掘司機對高壓外噴霧系統控制能力。

6 結論

由于1505 綜掘工作掘進斷面大，相對于一般的綜掘工作面粉塵產生強度更大，割煤過程中垮落煤體沖擊產生的粉塵量更多，其中沖擊粉塵產生量占粉塵量約60%，同時在掘進工作面呼吸性粉塵占比更高。

1）根據綜掘機外形結構，通過試驗對比最終選用G 型高壓噴嘴、6 MPa 供水壓力、36.8 L/min 供水流量進行高壓外噴霧降塵，在該工藝下綜掘機司機位置全塵、呼吸性粉塵質量濃度由2 987.5 mg/m3、665.5 mg/m3分別下降至287.8 mg/m3、105.6 mg/m3，降塵率分別為90.37%、77.77%。配合使用長壓短抽通風降塵措施后，綜掘司機位置全塵、呼吸性粉塵質量濃度下降至63.2 mg/m3、44.1 mg/m3，除塵效率顯著提升。

2）根據綜掘機布置情況，選用BP25/8J 噴霧泵并利用綜掘機1 140 V 供電電源為噴霧泵供電，過濾器后方布置的壓力傳感器檢測供水管路是否缺水，在噴霧泵開關上加裝電源控制按鈕便于綜掘司機控制高壓外噴霧系統運行。