采煤機(jī)機(jī)載噴霧降塵裝置研究

白 玉

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032300）

0 引言

采煤機(jī)割煤是采面主要產(chǎn)塵環(huán)節(jié)，其粉塵產(chǎn)量一般占據(jù)采面粉塵總量的60%以上，特別是在逆風(fēng)條件下粉塵產(chǎn)量占比超過(guò)80%，若不能有效治理則容易導(dǎo)致采煤機(jī)附近粉塵濃度超標(biāo)，不僅影響附近作業(yè)人員身體健康而且會(huì)嚴(yán)重威脅煤炭開(kāi)采安全[1-3]。現(xiàn)階段采面常使用的采煤機(jī)割煤粉塵治理技術(shù)包括有空氣幕隔塵技術(shù)、采煤機(jī)搖臂徑向噴霧技術(shù)、采煤機(jī)噴霧降塵技術(shù)以及負(fù)壓二次降塵技術(shù)等，歸結(jié)起來(lái)就是通過(guò)噴霧或者負(fù)壓降低割煤過(guò)程中粉塵外溢量，達(dá)到粉塵高效治理目的[4]。不同礦井煤炭賦存條件存在一定差異，產(chǎn)塵強(qiáng)度有所不同，以山西某礦31503 綜采工作面回采為例，對(duì)采面割煤期間粉塵溢散情況進(jìn)行分析，并提出增加噴霧裝置方式降低粉塵外溢量，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得較為顯著降塵效果。

1 31503 工作面概況

31503 綜采工作面位于3 采區(qū)中部，回采15 號(hào)煤層，煤層埋深均值460 m，厚度3.9 m，賦存穩(wěn)定，中部夾雜2～5 層夾矸（厚度累積0.5～1.3 m）。31503 綜采工作面位于采區(qū)東部，東側(cè)為31501 采空區(qū)；西側(cè)為圈定的31505 綜采工作面，留設(shè)的回采巷道保護(hù)煤柱寬度均為25 m；南側(cè)為采區(qū)邊界；北側(cè)為3 采區(qū)集采巷道。31503 綜采工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度965.7 m，采面傾向長(zhǎng)度158 m，割煤采用MG400/930/GWD 采煤機(jī)，運(yùn)輸采用SGZ830/2×400 刮板輸送機(jī)+DSJ100/80/2×160 帶式輸送機(jī)+SZZ800/250 轉(zhuǎn)載機(jī)。截至2022 年6 月底，采面累積回采超過(guò)125 m。

開(kāi)采的15 號(hào)煤層瓦斯含量較大，本煤層鉆孔間隔5 m 布置。在采煤機(jī)割煤時(shí)受到煤層含水率低、松軟以及采煤機(jī)割煤速度快等因素影響，粉塵揮發(fā)性較大，同時(shí)采煤機(jī)原有機(jī)載噴霧除塵系統(tǒng)噴灑不均衡，導(dǎo)致噴霧效果不佳。具體采煤機(jī)順風(fēng)、逆風(fēng)開(kāi)采時(shí)實(shí)測(cè)粉塵濃度如圖1 所示。采面粉塵濃度整體較高，給煤炭開(kāi)采高效推進(jìn)以及現(xiàn)場(chǎng)人員身體健康帶來(lái)一定制約。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件，采煤機(jī)上增設(shè)噴霧降塵裝置、選用更為合理噴嘴，使得噴霧盡可能覆蓋采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵點(diǎn)，減少粉塵產(chǎn)生量、抑制粉塵外溢量等均有顯著促進(jìn)作用。

圖1 采面粉塵濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果

2 機(jī)載噴霧裝置設(shè)計(jì)

2.1 粉塵治理思路

采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵點(diǎn)主要集中在割煤滾筒位置，高濃度粉塵隨著風(fēng)流向其他空間擴(kuò)散，增加采煤粉塵濃度。文中就在采煤機(jī)現(xiàn)有噴霧除塵裝置基礎(chǔ)上，在采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)搖臂根部增設(shè)外置噴頭、覆蓋割煤滾筒及下部區(qū)域，降低滾筒割煤時(shí)粉塵外溢量；在采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)行走部端頭、機(jī)面上均增設(shè)噴霧裝置，通過(guò)高壓噴霧將含高濃度粉塵風(fēng)量阻止在靠近煤壁側(cè)；最后在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)靠近割煤滾筒擋板位置增設(shè)噴頭，用以?xún)艋巷L(fēng)側(cè)擴(kuò)散的粉塵以及滾筒割煤粉塵。

2.2 噴霧裝置及噴頭

2.2.1 采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)噴霧

采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)噴霧包括有抑塵噴霧、控降塵噴霧兩種類(lèi)型，由于兩種噴霧作用存在差異，為更好地實(shí)現(xiàn)降塵效果，兩種噴霧選用兩種不同的噴頭。

1）上風(fēng)側(cè)抑塵噴霧。上風(fēng)側(cè)抑塵噴霧主要起到快速浸潤(rùn)割煤滾筒、垮落區(qū)域內(nèi)破碎煤體，從源頭降低割煤期間粉塵產(chǎn)量。根據(jù)前進(jìn)除塵經(jīng)驗(yàn)以及采煤機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)，將噴霧裝置優(yōu)化成L 形，長(zhǎng)邊安裝型號(hào)HH9.5 實(shí)心錐形噴嘴，有效射程3.5 m、流量8.16 L/min、覆蓋直徑1.627 m，可快速浸潤(rùn)滾筒周邊煤體；在噴霧裝置短邊采用霧化效果較為顯著的BA305 噴嘴，有效射程1.5 m、噴霧流量6.38 L/min、覆蓋直徑0.412 m、霧化角45°，主要實(shí)現(xiàn)溜槽內(nèi)破碎煤體浸潤(rùn)效果。

2）上風(fēng)側(cè)控降塵噴霧。上風(fēng)側(cè)控降塵噴霧主要目的是引射被采煤機(jī)機(jī)身阻隔且在搖臂根部集聚粉塵，遠(yuǎn)端噴霧還用以浸潤(rùn)滾筒下部破碎煤體；通過(guò)引射噴霧是通過(guò)噴霧在管路中快速移動(dòng)而產(chǎn)生的負(fù)壓，從而將高濃度粉塵控制在靠近煤壁一側(cè)，減少采煤機(jī)司機(jī)及其他人員工作位置粉塵濃度。噴霧裝置設(shè)計(jì)為懸臂式，長(zhǎng)度3.5 m，結(jié)構(gòu)包括有水力引射除塵器、引射噴霧以及擋塵簾等，其中噴嘴選用BA103 扇形噴嘴。

2.2.2 采煤機(jī)機(jī)面噴霧

采煤機(jī)機(jī)面噴霧用以在采煤機(jī)靠近煤壁邊緣位置形成一道水幕，防止靠近煤壁的高濃度粉塵向外側(cè)擴(kuò)散。由于噴嘴朝上，為避免落煤等砸壞噴嘴，使用的噴霧裝置應(yīng)獨(dú)立設(shè)計(jì)。噴嘴選用型號(hào)BA103 扇形噴嘴，在噴嘴邊緣采用不銹鋼加工制作的保護(hù)模塊，噴嘴不高于模塊，通過(guò)模塊實(shí)現(xiàn)噴嘴保護(hù)。

2.2.3 下風(fēng)側(cè)割煤滾筒擋板噴霧

在下風(fēng)側(cè)割煤擋板邊緣位置安裝噴霧裝置，用以?xún)艋瘽L筒下方風(fēng)量，同時(shí)通過(guò)噴霧覆蓋割煤滾筒邊緣，降低滾筒割煤時(shí)粉塵產(chǎn)生量。

在擋板上橫向及豎向排布噴霧噴嘴，用以阻斷采煤機(jī)割煤粉塵向人行道方向擴(kuò)散路徑。擋板上橫排噴霧噴嘴朝向順風(fēng)側(cè)，噴嘴類(lèi)型為BA103 扇形噴嘴；豎排采用斷面噴霧，選用噴嘴類(lèi)型為BA305 噴嘴，用以降低以及隔斷上風(fēng)側(cè)滾筒側(cè)運(yùn)移以及下風(fēng)側(cè)滾筒割煤粉塵。

2.3 噴霧裝置供水管路

采用的噴霧裝置均為后配設(shè)備，噴霧裝置多是在地面采用焊接方式連接到采煤機(jī)機(jī)身、懸臂，由于采煤機(jī)運(yùn)行環(huán)境惡劣，為確保噴霧裝置穩(wěn)定應(yīng)采用鐵鏈滾定噴霧裝置。噴霧裝置用水來(lái)源于采煤機(jī)機(jī)身冷卻水，采用異徑四通連接MG400/930/GWD 采煤機(jī)DN38 供水管路上，從而分出DN19 管路接口，隨后通過(guò)三通、高壓軟管以及雙陽(yáng)直接頭將DN19 管路接口分別與采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)噴霧、采煤機(jī)機(jī)面噴霧、下風(fēng)側(cè)割煤滾筒擋板噴霧等裝置連接。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

為考察機(jī)載噴霧裝置降塵效果，對(duì)降塵裝置安裝應(yīng)用前、后采面各位置粉塵濃度進(jìn)行測(cè)定，具體結(jié)果如表1 所示。

表1 噴霧降塵效果

從表1 看出，采煤機(jī)逆風(fēng)開(kāi)采時(shí)采煤司機(jī)位置粉塵濃度要高于順風(fēng)開(kāi)采，分析主要是由于液壓支架移架等導(dǎo)致；煤炭開(kāi)采時(shí)無(wú)論采煤機(jī)處于順風(fēng)或逆風(fēng)條件，采煤機(jī)司機(jī)位置全塵、呼吸性粉塵降低率均在67.3%、56.9%以上；采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10 m 位置全塵、呼吸性粉塵降低率均在61.7%、54.5%以上；回風(fēng)巷距采面端頭10 m 處全塵、呼吸性粉塵降低率均在53.5%、52.4%以上。采用除塵裝置后，采面粉塵濃度得以明顯降低，有效改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境質(zhì)量；同時(shí)采用的噴霧裝置結(jié)構(gòu)以及供水管路簡(jiǎn)單，僅需增設(shè)噴嘴以及供水管路即可，噴霧裝置性能可靠、穩(wěn)定性強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)31503 綜采工作面推進(jìn)速度快、供風(fēng)量大以及煤層含水率低、松軟等導(dǎo)致采面粉塵產(chǎn)生量大、環(huán)境惡劣等問(wèn)題，提出在采煤機(jī)上增設(shè)噴霧降塵裝置，通過(guò)控塵、降塵措施，達(dá)到抑制粉塵產(chǎn)生量、快速降塵以及改善采面環(huán)境質(zhì)量目的。

在采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)割煤滾筒位置布置噴霧裝置實(shí)現(xiàn)滾筒全覆蓋噴霧并浸潤(rùn)截割煤體，減少割煤粉塵產(chǎn)生量并將粉塵控制割煤滾筒位置，減少外溢量；在機(jī)身布置噴霧裝置進(jìn)行豎向噴霧，形成水幕避免靠近煤壁粉塵外溢；在下風(fēng)割割煤滾筒位置布置噴霧裝置抑制并降低滾筒割煤粉塵、靠近煤壁風(fēng)量粉塵。對(duì)噴霧裝置結(jié)構(gòu)、噴嘴類(lèi)型、布置情況以及供水方案等進(jìn)行設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，采煤機(jī)割煤期間粉塵濃度得以顯著降低，明顯改善了采面環(huán)境質(zhì)量。