綜采工作面采煤降塵系統(tǒng)應(yīng)用分析

邢 凱

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長春興煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

1 長興煤業(yè)303工作面概況

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長春興煤業(yè)有限公司303綜采工作面，東邊為礦井東盤區(qū)實(shí)體煤區(qū)域，南邊為井田邊界，西邊南延三條主大巷，北邊為22211回采工作面。

303工作面回采煤層為22號(hào)層，煤層平均厚度為11 m，煤層平均傾角為4°，工作面設(shè)計(jì)回采長度為1 700 m，工作面長度為240 m，工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤回采工藝。

由于303工作面回采煤層穩(wěn)定性差，煤塵揮發(fā)性高，工作面回采期間采用采煤機(jī)內(nèi)外噴霧降塵時(shí)，受揮發(fā)粉塵影響，內(nèi)噴霧系統(tǒng)堵塞嚴(yán)重，故障率高，大大降低了工作面噴霧降塵效果，通過對(duì)301、302工作面觀察發(fā)現(xiàn)，采用噴霧降塵后工作面粉塵質(zhì)量濃度仍高達(dá)270 mg/m3，嚴(yán)重影響著工作面安全高效回采[1-2]。因此，該公司為采煤機(jī)、液壓支架安裝了一套自動(dòng)噴霧降塵系統(tǒng)。

2 降塵噴霧原理及影響因素

2.1 噴霧原理

1）水在高壓的作用下從噴嘴噴出，將水轉(zhuǎn)化為具有一定速度的水霧，水霧顆粒與空氣中灰塵經(jīng)過碰撞、捕塵、凝結(jié)，可清除空氣灰塵。噴嘴在噴霧時(shí)，靠近噴嘴的區(qū)域水流緊密，較遠(yuǎn)區(qū)域的水流由于受到空氣阻力逐漸形成顆粒狀的水霧。

2）根據(jù)水壓不同，噴嘴噴出的水霧的霧流粒徑也不同。當(dāng)噴嘴壓力較小時(shí)，霧流很容易受空氣阻力而衰減，此時(shí)水霧噴射距離較近；當(dāng)噴嘴壓力較大時(shí)，此時(shí)水霧噴射距離較遠(yuǎn)、速度較快，靠近噴嘴的區(qū)域受空氣阻力形成霧粒。

3）根據(jù)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，高壓噴霧具有噴霧顆粒速度塊、半徑小、密度大、射程遠(yuǎn)、不易堵塞噴嘴的優(yōu)點(diǎn)。在礦井有限空間內(nèi)除塵，能夠有效對(duì)微細(xì)粉塵進(jìn)行捕捉、吸附，相比中、低壓噴霧具有更好的除塵效果，再加上高壓噴霧能夠使顆粒水霧產(chǎn)生靜電荷，更容易與周圍的粉塵進(jìn)行吸附，特別是對(duì)那些難以捕捉的微細(xì)粉塵具有很好的除塵效果。

2.2 影響因素

綜采工作面噴霧裝置的噴霧效果對(duì)整個(gè)工作面的除塵效果具有決定意義。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)噴霧效果有影響的因素主要由：噴嘴類型、水質(zhì)、水壓、噴水量、噴霧裝置分布、粉塵粒度分布。水壓、粉塵粒度分布、噴嘴型號(hào)這些因素是最主要的影響因素。噴嘴型號(hào)與水壓對(duì)霧流特性與流量有著直接的影響，粉塵粒度分布對(duì)工作面的除塵效果具有決定性的作用。

3 綜采工作面采煤降塵系統(tǒng)分析

3.1 采煤機(jī)噴霧裝置

3.1.1 高壓外噴霧裝置

高壓外噴霧裝置主要由以下部件組成：泵站、噴霧裝置、膠管、精密過濾器。采煤機(jī)在正常生產(chǎn)時(shí)，高壓外噴霧裝置形成的水霧能夠在平面上對(duì)滾筒進(jìn)行立體式除塵，從塵源處對(duì)粉塵進(jìn)行凈化。高壓外噴霧裝置產(chǎn)生的水霧具有噴水量小、水霧顆粒小、覆蓋面大的優(yōu)點(diǎn)，既能夠?qū)m源粉塵進(jìn)行有效控制，又能將粉塵控制在一定范圍內(nèi)，防止粉塵向工作面一側(cè)擴(kuò)散。

3.1.2 塵源跟蹤降塵裝置

高壓外噴霧裝置能夠在平面上對(duì)滾筒進(jìn)行立體式除塵，但由于工作面風(fēng)速較大，滾筒產(chǎn)生的粉塵很容易飄散，影響整個(gè)工作面的除塵效果。塵源跟蹤降塵裝置原理是在支架上安裝一套噴霧水幕，該水幕能夠?qū)L筒飄散的粉塵從上而下再次捕捉進(jìn)行強(qiáng)力除塵，在采煤機(jī)周圍形成厚厚的水幕，增加水霧顆粒與粉塵碰撞的概率。塵源跟蹤降塵裝置主要由以下部件組成：聯(lián)鎖開關(guān)、紅外接收與發(fā)射裝置、電磁閥、電纜、通訊線、噴霧控制箱、水源、噴霧裝置。采煤機(jī)在經(jīng)過支架時(shí)，安裝在支架前的紅外線接收裝置接收到信號(hào)后通過發(fā)生裝置將信號(hào)傳遞到控制箱，控制箱將電磁閥開關(guān)打開,支架頂梁及前探梁上的噴霧裝置啟動(dòng)，對(duì)采煤機(jī)前、后滾筒進(jìn)行除塵，同時(shí)啟動(dòng)臨近采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)5架支架的噴霧降塵，全范圍、大面積、立體式地對(duì)工作面產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行除塵。

3.2 移架自動(dòng)噴霧裝置

采煤機(jī)割煤后支架需追機(jī)進(jìn)行移架，移架過程中也會(huì)產(chǎn)生較多粉塵。支架在前移時(shí)，采煤機(jī)割完煤壁的頂部留下的煤脊與在支架頂板的擠壓下變?yōu)榉勰罘蹓m，這些粉塵掉下來漂浮在風(fēng)流中產(chǎn)生污染。此外，頂板掉落的矸石也會(huì)掀起較多的粉塵，這些粉塵在風(fēng)速較大的風(fēng)流中迅速擴(kuò)散。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，移架產(chǎn)生的粉塵約占工作面粉塵量的25%。

移架自動(dòng)噴霧裝置能夠有效減少支架在前移過程中產(chǎn)生的粉塵。移架自動(dòng)噴霧裝置主要由以下部件組成：控制閥、精密水質(zhì)過濾器、供水管、噴霧架及噴嘴。工作原理為：在每個(gè)支架前安裝噴霧控制閥，并用膠管與支架控制立柱升降的液壓閥聯(lián)通，支架在前移過程中需降柱前移，此時(shí)自動(dòng)噴霧裝置打開對(duì)支架周邊粉塵進(jìn)行除塵，升柱時(shí)關(guān)閉液壓閥內(nèi)的膠管，這樣噴霧裝置能夠隨著支架的前移自動(dòng)噴霧[3-5]。303綜采工作面液壓支架自動(dòng)控制噴霧降塵系統(tǒng)如圖1所示。

4 結(jié)論

對(duì)303工作面?zhèn)鹘y(tǒng)噴霧系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，大大降低了工作面粉塵的濃度，通過實(shí)際應(yīng)用來看，取得了顯著的應(yīng)用成效。

圖1 303綜采工作面液壓支架自動(dòng)控制噴霧降塵系統(tǒng)

1）根據(jù)工作面采煤機(jī)及移架的位置合理分布噴霧裝置的壓力及分布范圍，能夠在減少水量消耗的同時(shí)最大限度地對(duì)工作面粉塵進(jìn)行除塵，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2）303工作面將高壓外噴霧裝置、塵源跟蹤降塵裝置、移架自動(dòng)噴霧裝置等措施相結(jié)合，對(duì)工作面采取“三維立體”降塵，能夠?qū)⒉擅簷C(jī)下風(fēng)側(cè)20 m范圍內(nèi)的粉塵量降低為原來的一半，工作面總除塵效果達(dá)到75%，呼吸性粉塵降塵效率達(dá)到92%，工作面粉塵質(zhì)量濃度降低為40 mg/m3，有效地控制了粉塵的污染。