新型風水混合噴霧降塵裝置在綜掘機上的應用

王 敏

（潞安職業技術學院，山西 長治 046204）

在大功率的綜掘機進行快速掘進的過程中，會產生大量的煤塵和粉塵，嚴重影響到井下巷道的施工環境。以往掘進機配置的噴霧降塵裝置在大功率綜掘機上的降塵效果不理想，使飛揚在空氣中的粉塵繼續增加，煤塵、粉塵懸浮在空氣中，濃度不斷升高，危害作業人員身體健康，達到一定極限，遇到高溫或明火會有煤塵和瓦斯爆炸的危險。因此，設計一種用于大功率綜掘機的高效新型噴霧降塵裝置是非常有必要的[1-3]。

1 工程概況

1.1 概況

潞安化工集團王莊煤礦位于沁水煤田東部邊緣中段，井田走向長11 km，傾斜長4.64 km，面積51 km2，設計生產能力710 萬t/a。含煤地層為石炭二疊系的太原組和山西組，共含5 層可采煤層，自上而下為3 號、10 號、13 號、15-1 號、15-3 號。礦井現主要開采3 號煤層，該煤層結構簡單，煤層平均厚度為6.54 m，煤層平均傾角4°。井田內第四系沖積層平均厚80 m，煤層埋藏深度50～360 m。王莊煤礦屬低瓦斯礦井，煤層無自然發火傾向，煤塵具有爆炸危險性，礦井涌水量不大。

1.2 綜掘機原內外噴霧系統的應用現狀分析

隨著王莊煤礦井下開采設備的更新換代，大功率的EBZ-260H 型綜掘機在王莊煤礦掘進巷道中得到了廣泛的應用，使得煤礦井下巷道掘進過程中產生大量粉塵、煤塵，將以往傳統的內、外噴霧系統聯合降塵裝置在EBZ-260H 型綜掘機上進行安裝調試，用于降塵作業。但是從實踐應用效果來看，該綜掘機內、外噴霧系統降塵效果不理想。

經過對綜掘機內、外噴霧系統的研究和掘進工作面現場的實際觀察，發現綜掘機內、外噴霧系統降塵效果不理想的主要原因是水壓和水量不足。綜掘機本身的特點和噴霧管路系統的強度，決定了內、外噴霧系統的壓力不能過高，壓力過高會使管路爆裂，管路里的水會流入減速機，影響綜掘機正常運轉，且腐蝕機械零件；壓力過低，水流速度小，達不到降塵效果，有必要進行優化改進。

2 原內外噴霧系統問題分析及解決方案

煤礦井下巷道掘進過程中產生大量粉塵、煤塵，需用綜掘機的內、外噴霧系統聯合降塵。內噴霧系統由供水管經過綜掘機伸縮部外筒、特殊密封、截割頭軸，最后通過截割頭上的內噴霧齒座到達內噴霧噴嘴，形成內噴霧。內噴霧噴嘴處的壓力較低，供水量較小，降塵效果較差。外噴霧系統由供水管分別經過油冷卻器和截割電機冷卻器后，到達外噴霧噴嘴，形成外噴霧。外噴霧分為側噴霧和環形噴霧，噴霧效果亦不理想。內、外噴霧系統還會因密封不嚴等原因而不能正常工作。

噴霧降塵作業受以下幾個因素的影響：（1）受巷道地質條件的影響，水量不能過大；（2）受綜掘機油冷卻器和截割電機設計耐壓限制，噴霧水壓不能過大；（3）以往改造的外噴霧系統有時水被壓入風管中，風動工具受水壓沖擊而不能正常使用，被迫中斷生產。

針對以上問題，設計了一種新型風水混合噴霧降塵裝置。該裝置是用風吹動水，使水迅速霧化成“霧狀水流”射向粉塵、煤塵，達到快速、高效降塵的目的，且能同時吹散巷道聚集的瓦斯，為綜掘工作面快速掘進提供有利條件。此裝置由獨立的供風、供水管路進行供風和供水，不會對綜掘機的供水管路造成損害。該裝置分別放置在綜掘機前進方向的左右兩側，利用礦井下的壓風和供水管路作為風源和水源。

3 新型風水混合噴霧降塵裝置的設計

3.1 結構簡介

新型風水混合噴霧降塵裝置由3 個噴嘴布置成扇形面，安裝在綜掘機左右側面，通過井下風、水管路將風、水供給到噴霧裝置內部，經噴嘴噴出，噴出的霧化水對截割部位進行實時降塵。

風水混合噴霧降塵裝置自成供水管路，供水由井下供水管路→水控制閥→水過濾器→氣水發生器→霧化水；供風由井下供風管路→風控閥→風過濾器→氣水發生器→霧化水。

操作時，先打開左側的水閥調節水量，再打開右側的風閥調節風量，由風閥調節的風量來控制水霧化的效果和射程。風壓達到7 MPa 時，噴水射程可達13 m 以上，噴水面積可達10 m2。如圖1 所示。

圖1 風水混合噴霧降塵裝置工作原理圖

新型風水混合噴霧降塵裝置是用帶壓風吹動水產生霧化水射向粉塵，達到快速、高效降塵的目的。此裝置結構簡單，成本低廉，安裝、檢修、更換方便，噴射距離遠，霧化效果好。裝置中的風水管路互不影響，杜絕了水倒流風管中的現象，調整風量就可調整射程和霧化效果，在綜掘機上安裝1～2 組高效噴霧降塵裝置，就能達到理想的降塵效果。

3.2 工作原理

新型風水混合噴霧降塵裝置有封閉的殼體，殼體的側面為圓弧面且有3 個噴嘴，殼體內有流線型回型水槽，水槽底部有分布均勻的噴氣孔，殼體內有穿過殼體的水管，殼體上連有與殼體內相通的進氣管。噴氣孔噴出的高壓氣體能迅速將噴嘴的水霧化，形成快速流動的水霧。水霧既能快速捕捉到飛揚的粉塵和煤塵，也能潤濕煤壁表面，還能使懸浮在空氣中的粉塵、煤塵迅速下落，起到降塵作用。同時，霧化水能吹散巷道內集聚的瓦斯，降低瓦斯集聚的危險，提高掘進巷道作業的安全性。

4 新型風水混合噴霧降塵裝置的應用效果分析

新型風水混合噴霧降塵裝置在EBZ-260H 型綜掘機上完成安裝調試后，在潞安化工集團王莊煤礦45081 運輸巷實踐應用。新型風水混合噴霧降塵裝置的運行正常，應用前后降塵效果對比分析如表1所示。

從表1 數據顯示，開啟新型風水混合噴霧降塵裝置后，綜掘機操作處、距綜掘機15 m、距綜掘機30 m 的全塵和呼吸性粉塵濃度都有了大幅度的降低，降塵效果理想。

表1 新型風水混合噴霧降塵裝置應用前后降塵效果統計

（1）大幅度降低巷道粉塵量，吹散局部瓦斯

新型風水混合噴霧降塵裝置應用后，對比之前采用的傳統內、外噴霧系統聯合降塵系統，降塵效果大幅度提高，環境粉塵濃度大幅度降低，綜掘機司機可清晰掌握截割頭的截割軌跡，增加了綜掘機作業效率；降塵作業的用水量大幅度降低，降塵效果提高；井下作業環境得到改善，降低了工作人員得職業病的概率，風力還起到了吹散局部瓦斯保證安全生產的作用。

（2）減少中斷生產次數

掘進工作現場使用新型風水混合噴霧降塵裝置后，噴出的全部是霧化水，工作面沒有出現流水和煤泥水現象，現場積水量明顯降低，減少了因運輸原煤中含水多造成皮帶打滑而中斷生產的事故，解決了以往內、外噴霧系統水被壓入風管中而中斷打鉆作業的問題，有效提高了工效。

（3）節約用水

新型風水混合噴霧降塵裝置應用后，對水質的要求不高，噴霧噴頭出口不易堵塞，操作簡單，使用少量的水和風就能達到高效降塵的效果。此方法大大減少了用水量，又直接降低現場煤中的含水量，優化了煤質。

原使用的PZB2.5-70 型外噴霧裝置有16 個水噴嘴，每個噴嘴直徑為2.5 mm，新型風水混合噴霧降塵裝置有3 個水噴嘴，每個噴嘴配有4 個Φ4 mm風孔，共12 個風孔。實驗表明，在水壓5.5 MPa 時，每個噴嘴在1 s 的水流量是0.2 L，使用風水混合噴霧時，水流量是0.01 L/s。

綜掘機原外噴霧裝置每日按8 h 工作時間，全年工作時間按300 d 計算，其年噴水用量=0.2×16×8×60×60×300/1000=27 648 m3。使 用新型風水混合噴霧降塵裝置后，一套裝置年用水量=0.01×3×60×60×8×300/1000=259.2 m3；一臺綜掘機使用2 套新型風水混合噴霧降塵裝置，則年用水量=259.2×2=518.4 m3。使用新型風水混合噴霧降塵裝置年節水量=27 648-518.4=27 129.6 m3。

（4）增加耗風量

5 效益分析

一臺EBZ-260H 型綜掘機新型風水混合噴霧降塵裝置的經濟效益：每年節約水費27 129.6 m3×10元/m3=271 296 元≈27.13 萬元；每年用風增加電費261.8 kW·h×0.804 6 元/（kW·h）=210.67 元≈0.02萬元。每年可節約資金27.11 萬元。

6 結語

針對潞安化工集團王莊煤礦大功率EBZ-260H型綜掘機原內外噴霧降塵系統應用效果不佳的問題，設計了一種新型風水混合噴霧降塵裝置，該系統在王莊煤礦井下多個掘進巷道中的實際應用中獲得良好效果，具有較好的推廣應用前景。