采煤機截割部致災防控裝備研究

孫 健

（沈陽煤業（集團）安全設備檢測檢驗有限公司，遼寧 沈陽 110030）

沈陽煤業集團紅陽三礦為煤與瓦斯突出礦井，煤塵具有爆炸性，工作面采用綜合機械化回采工藝。作為煤礦生產關鍵部位的截割部，既是礦井高粉塵塵源之一，也是瓦斯涌出最多的場所之一，又會出現截割煤巖產生火花，具備瓦斯、煤塵爆炸的條件，存在安全隱患，制約了煤礦安全高效生產，因此有必要進行綜采工作面截割部致災防控裝備研究。

1 自吸式噴霧降塵基本原理

噴霧降塵是目前采煤工作面最有效的防塵措施，水滴粒徑是影響噴霧降塵的最關鍵因素，霧滴粒徑和塵粒粒徑之比值在50～80 時可獲得較好降塵效果，而目前一般噴霧的水滴粒徑為120～350 μm，因此，非常有必要采取措施，降低噴霧的霧滴粒徑。

自吸式實心噴霧器最主要的部件為噴嘴、喉管、短擴散管、吸入室。其工作原理是，通過高壓水與氣體的作用，將射流水分解為小粒徑的霧滴和氣泡，達到降塵目的。采煤機搖臂引風水幕含塵氣流流動示意圖如圖1。

圖1 采煤機搖臂引風水幕含塵氣流流動示意圖

2 防控參數優化試驗

試驗方案采用正交試驗，在正交試驗設計中，考慮到影響自吸式噴霧器效果的參數主要包括噴嘴、喉管、短擴散管、吸入室等部件的結構尺寸及其供水參數，吸入室、喉管尺寸參照文丘里管設計；噴嘴直徑采用傳統的1.5 mm，主要對影響自吸空氣式降塵噴霧器性能的喉嘴距L、水壓P以及擴散管的擴散角α三個因素進行分析。

2.1 試驗用吸風式降塵噴霧器的制作

試驗用吸風式降塵噴霧器由噴嘴、喉管、吸入室、擴散管、集風器、固定支架等組成，試驗系統如圖2，噴霧器結構如圖3。

圖2 試驗用自吸式降塵噴霧器系統圖

圖3 試驗用自吸式降塵噴霧器結構示意

試驗用吸風式降塵噴霧器制作了3 種不同結構的擴散管，相關參數見表1。

表1 試驗相關參數表

2.2 試驗結果及分析

（1） 正交試驗（表2）

表2 正交試驗及結果表

為了便于直觀分析，通過各因素水平的數據與相對應的平均值以及每列的極差作正交試驗直觀分析圖，如圖4。根據直觀分析圖可以得出，當喉嘴距為48 mm，水壓為6 MPa，擴散角為30°時，除塵效果最佳。

圖4 正交試驗直觀分析圖

3 綜采截割部防控致災裝備

綜采截割部防控致災裝備由A、B、C 組引風水幕組合件、特制安裝板、備用噴嘴、套筒、銷軸及其開口銷等組成。

A 、B 組引風水幕組合件結構相同，靠滾筒側和中間安裝，C 組引風水幕組合件尺寸相對較小，靠機身安裝。A 組引風水幕組合件與水平面的夾角為0°～8°，B 組與水平面的夾角為5°～12°，C 組與水平面的夾角為8°～16°。引風水幕組合件由Ⅰ型和Ⅱ型兩組吸氣噴霧器組成，兩組噴霧器夾角為15°，一組指向煤壁，一組與風流夾角小于75°方向指向煤壁。

SMD 值為80～120 μm，Ⅰ型吸氣噴霧器吸風量8～12 m3/min，Ⅱ型吸氣噴霧器吸風量2～6 m3/min，有效射程2～3 m。

4 注意事項

（1）內徑較小的水幕組合件緊靠滾筒安裝，噴霧方向與搖臂垂線的夾角為15°～30°，前端抬起高度為20～50 mm 的引風水幕組合件裝在搖臂中部及機身側安裝，噴霧方向與搖臂垂線一致。

（2）引風水幕組合件。2 個安裝板固定1 個引風水幕組合件，通過直徑14 mm×45 mm 的銷軸及其開口銷將引風水幕組合件與安裝板固定。

（3）連接所有軟管與吸塵噴霧器前，應該用壓力水沖洗軟管內壁，保證吸塵噴霧器暢通。

（4）工作面地質條件變化，如遇到實際采高變薄、褶曲等，吸塵噴霧器碰到液壓支架時，應將吸塵噴霧器暫時拆下，等到條件正常時，再重新安裝。吸塵噴霧器與液壓支架發生摩擦時千萬不能強行運行。

（5）噴霧用水由配備的防塵噴霧泵供給。

（6）生產過程中需要更換采煤機搖臂時，需提前焊接6 個原規格安裝板。

（7）采煤割煤時，防塵噴霧泵應正常運行，并保證泵的出口壓力不應小于5.5 MPa。

（8）在每天采煤機檢修的同時，必須檢查、檢修該降塵裝置的完好性，發現噴嘴堵塞的應及時清理雜物，發現噴嘴不全應及時補充。噴嘴由3 件套組成，安全、檢修過程中不能丟失任何一部件，否則影響噴霧降塵效果。

5 結語

采煤機截割部致災防控裝備正在沈陽煤業集團紅陽三礦進行工業性試驗，從回采過程中測定的數值情況分析，最大全塵質量濃度由1515 mg/m3降低到111 mg/m3，降塵率達到92.67%，呼吸性粉塵最大質量濃度由219 mg/m3降低到28 mg/m3，降塵率達到87.21%，降塵效果明顯，能夠有效改善工作面的工作環境，降低煤塵爆炸的風險，具有良好的社會效益，推廣應用前景廣闊。