采煤机模块式跟踪喷雾的设计与应用

孙计全 满文

摘要：煤机落煤过程产生大量的粉尘，通过煤机内外喷雾，可使产生的粉尘迅速沉降，达到降低粉尘危害的目的。本文介绍一种采煤机模块式跟踪喷雾，该装置使喷雾雾化水滴直接作用于煤机滚筒截割点附近的粉尘，从而提高降尘效果，改善作业环境，取得较好的社会效益。

关键词：采煤机 外喷雾 降尘

0 引言

矿井综合防尘工作历来是矿井安全管理中的重点和难点，机组割煤是综采面最大的产尘工序。最好的防尘技术措施应针对煤尘的形成处，即在截割煤岩时，减少粉尘的形成，其次是尽可能地在粉尘的形成点就近使粉尘凝聚后沉降。矿井普遍采用内外喷雾共同作用的方式進行降尘，在现场应用过程中，内喷雾容易堵塞和损坏，不能有效保障煤机滚筒附近降尘需求，现有的外喷雾位置又相对较远，待粉尘扬起后再进行捕捉，降尘效果受到影响。基于上述考虑，设计一种新型采煤机模块式跟踪喷雾，喷雾方向正对煤机滚筒，目的是提高降尘效果。本文结合在南屯煤矿安装应用的实际效果，介绍这种采煤机模块式跟踪喷雾。

1 工作面截煤时粉尘的扩散

采煤机割煤时所产生的粉尘，在工作面风流的作用下从产尘区向其它区域转移的过程是一个传输过程。工作面滚筒截煤时，其滚筒的截齿不断破碎煤体，产生大量粉尘，粉尘释放到工作面风流中，被风流所携带，随风流一起运动。这种流动在主流方向上表现为对污染物的平移输送作用和污染物的浓度梯度而引起的迁移作用（主要是紊流扩散）。在紊流风流中，由于紊动脉动，使粉尘在离开尘源一定距离后，沿工作面横断面扩散。

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工作面在不同风速情况下，采煤机迎风割煤滚筒所产生的粉尘扩散模拟结果如图1所示。从模拟结果可以看出：

①采煤机附近工作面粉尘分布极不均匀，越靠近煤壁粉尘浓度越高，尤其是割煤滚筒周围出现风流涡流的地方粉尘浓度最高。

②粉尘在侧向扰动气流和粉尘弥散的综合作用下，随工作面风流运动的同时，也在向采煤机司机侧扩散，部分粉尘进入司机工作区。

③工作面粉尘扩散受工作面风速影响很大，风速越小粉尘扩散角越大，粉尘越容易进入司机工作区。当工作面风速达到1.0m/s时，在采煤机风流下侧15-20m后粉尘将扩散到整个工作面巷道断面。

④由于采煤机机身的阻挡作用，采煤机位置机身高度以下司机侧粉尘浓度相对较低，但随风流最终扩散到整个工作面巷道断面，使巷道全断面粉尘浓度趋于均匀分布。

2 喷雾布置方式设计

根据采煤机滚筒运动轨迹、落煤和截煤时粉尘的扩散特点，设计采煤机模块式跟踪喷雾基座为圆形圆盘。喷雾喷头平均散布在基座周边。圆盘采用一次铸造结构，圆盘腔体和喷头及供水管联通，联通位置均为内丝结构。正对煤机滚筒的一面安设喷头，喷头尽可能的与圆盘表面齐平，减少煤炭对喷头的磨损。如图2所示。

3 模块式跟踪喷雾安装位置及喷头数量的确定

为保障喷雾正对截割滚筒，采煤机模块式跟踪喷雾设计一套曲柄滑块机构装置。将喷雾基座安置在曲柄滑块机构一端的滑块上，各连杆间采用铰接方式连接，采用液压油缸作为运动机构，当采煤机滚筒上下位置发生改变时，通过调整油缸控制滑块位置，控制喷雾与采煤机滚筒之间的相对位置关系，其安装位置如图3、图4所示。

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图3 采煤机模块式跟踪喷雾安装位置示意图

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图4 采煤机模块式喷雾水雾位置关系示意图

根据南屯煤矿使用的MG400/940-WD型号的采煤机滚筒直径尺寸（1.8m），并测量出径向外喷雾距离滚筒的距离，并安装使用清水泵对外喷雾用水进行加压，在地面模拟井下实际生产空间，不断调整喷头的喷雾角度进行试验，并由试验结果确定了喷头数量，形成模块式跟踪喷雾的参数，具体见表1。

4 使用效果测定

该装置安装到南屯煤矿9310工作面进行使用。9310工作面为一次采全高工作面，下行通风，采高在3.0m左右，采用型号为MG400/940-WD的采煤机，煤机截深为0.8m。工作面采用的主要降尘方式有煤层注水、采煤机内外喷雾和支架跟机自动喷雾、转载点喷雾等。工作面防尘用水均来自工作面泵站清水泵，水压达到8MPa。

工作面粉尘浓度的测定数据分为两组，一组为使用采煤机模块式跟踪喷雾的数据，另外一组没有使用采煤机模块式跟踪喷雾的数据，其它防尘措施正常应用，具体结果如表2所示。

表2 工作面粉尘浓度测定结果表

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通过测定结果来看，采煤机模块式跟踪喷雾在割煤工序降尘效果显著，在移架工序几乎没有影响；上行割煤和下行割煤的降尘效果相差不多，采煤机模块式跟踪喷雾均能发挥作用。

5 结论

①由于该装置采用模块式曲柄滑块机构喷雾能够对采煤机切割部进行全覆盖跟踪喷雾降尘，在滚筒截割运转的第一时间内对切割产生的粉尘进行大剂量全覆盖喷雾除尘处理，有效抑制了粉尘污染，显著提高了除尘效率。

②该装置结构简单，操作方便，运行安全稳定可靠，使用动力为采煤机正常使用的液压系统和防尘水系统，在高瓦斯矿井使用更安全可靠，且对环境和人员没有任何负面影响。

③该装置产生的雾化水流，最后进入煤流中，增加了煤流的含水量，在各个转载环节降低粉尘的产尘量。

④由于该装置与煤机其它喷雾装置共用供水系统，且装置用水量比较大，对其它喷雾用水造成一定的影响。下一步需要优化喷雾喷头数量和位置关系，便于和煤机原有外喷雾共同发挥作用，控制总用水量，减少喷雾对煤质的影响。

参考文献：

[1]李如明，甘元平，李胜.综采工作面尘源跟踪喷雾降尘系统的应用[J].煤矿安全，2013（05）.

[2]马素平，寇子明.喷雾降尘机理的研究[J].煤炭学报，2005（03）.

[3]李高峰，马胜利，刘亚力.高效喷雾降尘的理论研究[J].矿山机械，2009（19）.

作者简介：孙计全，男，山东邹城人，助理工程师，现任兖州煤业股份有限公司南屯煤矿防尘工区技术主管，主要从事矿井“一通三防”工作，发表论文多篇。