礦井帶式輸送機輸送帶自動除塵系統研究

張利民

（同煤集團四臺礦機掘三隊， 山西 大同 037000）

引言

隨著我國煤礦開采向高產量、高效能方向的轉變，粉塵問題日益突出，粉塵聚集在礦井內既影響采煤人員身體健康，又會為煤礦安全生產埋下隱患。自動噴霧除塵設備簡單、技術簡便，應用較為廣泛，因此，應用自動噴霧除塵技術設計自動噴霧除塵系統。

1 礦井帶式輸送機輸送帶自動噴霧除塵技術概述

1.1 輸送帶自動噴霧除塵技術原理

噴霧產生表面張力為零的微小顆粒能快速攔截、封鎖、潤濕、吸附空氣中和輸送帶的塵粒，粒徑不斷增大后，在凝聚作用下重力超過浮力后塵粒逐漸下降，并攔截大粒徑煤塵，而粒徑不足0.5μm 的小粒徑煤塵在擴散機理下被水霧擴散捕集，達到理想的除塵效果。也就是自動噴霧除塵技術的重力沉降、慣性碰撞、惰性凝結、擴散捕集等機理[1]，具體如圖1所示。

圖1 自動噴霧除塵技術作用機理

1.2 輸送帶自動噴霧除塵效果影響因素

首先，礦井輸送帶自動噴霧除塵效果受水特性的影響，研究表明，水表面張力影響和干擾噴霧射流，也就是水介質與其余介質接觸面存在的內聚力導致接觸面產生膜類物質和力的作用。水的酸堿性會對自動噴霧除塵系統零部件產生腐蝕，影響零部件使用壽命，腐蝕后產生的金屬殘渣也會影響噴頭性能和除塵效果。煤塵基本上帶正電荷，水流介質噴射成霧粒后帶負電荷，在煤礦礦井難以推廣荷電霧化技術的情況下，必須充分考慮水流介質的帶電情況對噴霧除塵效果的影響。

其次，礦井輸送帶自動噴霧除塵效果受噴嘴參數的影響。自動噴霧除塵系統噴嘴圓柱段變長后會加速出水口水流，但是會減小射流密集段長度，對自動噴霧除塵系統產生一定干擾，所以，任何型式的噴嘴都存在最佳長度的確定問題。礦井輸送帶自動噴霧除塵實踐表明，系統噴嘴最佳長度應控制在其自身直徑2.5～3 倍的范圍[2]。噴嘴內壁粗糙程度決定水流噴射質量和噴嘴使用壽命，內壁凹凸不平必然會改變水壓，影響噴霧質量，在水流運動速度較高時壓力的微小變化都會對自動除塵機械產生破壞。此外，噴嘴內壁粗糙度增大后水流邊界區厚度將增加，流速降低，沉降效果下降。

2 礦井帶式輸送機輸送帶自動除塵系統的設計

2.1 噴霧方式的選擇

傳統的噴霧除塵技術采用水壓為1.5～2.0 MPa的低壓冷卻水，為防止噴頭堵塞，必須提高水質，噴霧除塵效果一般。此外，還需要有外接電源，并通過人工進行除塵系統開關操作，運行成本高。而通過水氣兩相的結合，充分利用輸送帶自身動力產生壓力水氣，噴霧動能大、粒徑小，對水壓和水質無要求，能耗低，霧化效果良好，除塵效率高。

2.2 輸送帶自動除塵系統構成的確定

礦井帶式輸送帶自動噴霧除塵系統基于高壓噴霧除塵技術優勢的基礎上優化了除塵效果，其主要由發電機、旋渦氣泵、廣角霧化噴頭、電磁閥及自吸泵等構成。發電裝置和旋渦氣泵主要依靠礦井輸送帶動能帶動并產生壓力氣，電磁閥和自吸泵由發電裝置提供電能后生成高壓水，礦井輸送帶啟動后除塵系統即刻工作，有效解決了傳統除塵系統啟動受人工影響的問題。輸送帶自動除塵系統采用廣角霧化噴頭，能有效解決噴頭因水質較差而引起的堵塞問題。由廣角霧化噴頭結構示意圖（圖2）可以看出，與該噴頭主體軸心線擴散角垂直設置矩形豁口Ⅰ和Ⅱ，噴頭兩端分別旋接進水接頭和氣芯。除塵工作時，連接氣芯與壓風管路、進水端和供水管路，調節鏈路閥門、壓風和出水量，以達到最佳的噴霧除塵效果。

2.3 噴嘴、噴霧泵及過濾器的選型

螺旋導水芯是礦井輸送帶自動霧化除塵系統的關鍵性部件，其主要影響水流壓力、初始速度及除塵效果，噴嘴結構及性能對比詳見表1。四種噴嘴結構在霧化原理、水霧形狀和出口直徑等方面存在細微差別[3]。

試驗結果表明，水介質壓力、流量、流速、管徑、水霧形狀等都會影響除塵效果，為保證噴霧效果，必須消除水中雜質。徑向柱塞噴霧泵在柱塞循環往復作用下不斷吸入和排出水液，實現電能向液壓能的轉化，噴霧除塵系統運行提供動力。噴霧泵和柱塞是選用45 號優質鋼材制作而成的，強度大、抗腐蝕性好、耐磨性能優良。阻塵系統中安裝過濾精度100μm 的線隙式過濾器，噴霧子系統選用精度200μm 的網式過濾器。

與下側輸送帶緊貼的驅動輪通過礦井輸送帶作業過程中所產生動能，再由變速裝置實現變速，進一步帶動發電機運轉生成電流，向電磁閥和自吸泵供電，并控制流體通斷，實現高速紊流。同時，帶動旋渦氣泵產生氣體，經壓縮后轉變為高壓氣，高壓氣和高壓水在廣角霧化噴頭內相遇后，壓力水在壓力氣阻力的作用下形成霧粒，以實現對礦井輸送帶自動除塵和潤濕的效果。廣角霧化噴頭能噴出180°扇形水霧，其耗水量比傳統噴霧除塵節省1/2～2/3，除塵率高達90%以上，噴霧除塵過程中并不影響人員正常通行，全斷面覆蓋式噴霧除塵，不產生積水。

圖2 廣角霧化噴頭構造示意圖

表1 自動霧化除塵系統噴嘴結構及性能對比

3 結論

1）煤礦礦井輸送帶自動噴霧除塵系統因采用廣角霧化噴頭而使噴射角度增大，霧化效果提升，實現水氣分離，避免壓風進水等問題，對礦井輸送帶生產條件適應性強、能耗低、安全可靠。

2）輸送帶運轉與除塵系統啟閉同步進行，無需人工操作，成本低，自動除塵系統充分利用礦井輸送帶產生的能量，帶動發電機和旋渦氣泵產生壓力水氣，噴霧效果不受水質影響，實現自動除塵。