综采工作面喷雾降尘技术研究

杨兴发+韩石华+王鹏飞+谭烜昊

摘 要：在煤矿生产中，粉尘不仅会对人体健康产生危害，使职工容易患尘肺病，而且会影响操作的准确性，容易造成人身事故，影响仪器设备的使用寿命。同时，如果是具有爆炸危险性的粉尘，还会给矿井安全生产带来严重威胁。因此，除尘的重要性不言而喻。除尘的原理包括机械除尘原理和电除尘原理。其中，机械除尘的五大机理分别是：重力沉降；离心碰撞；惯性碰撞；滞留；扩散。电除尘的工作机理包括电晕放电、尘粒荷电、荷电尘粒的运动和收集。矿井生产中，综采工作面产生的粉尘浓度高，危害大，是主要的产尘源之一。所以，研究综采工作面喷雾降尘的技术，对改善员工和设备的工作环境和减少安全事故的发生具有重大意义。

关键词：综采工作面；喷雾；粉尘；降尘

Abstract： In coal mine production， The dust will not only cause harm to human health， so that employees tend to suffer from pneumoconiosis， but also affect the accuracy of operation， easy to cause the accident， affect the service life of equipments， At the same time， if the dust is explosive， but also pose a serious threat to the mine safety production. Therefore， it is self-evident. The importance of dust removal principle including mechanical principle and electric dust removal principle. Among them， five mechanisms are： mechanical dust gravity settling； centrifugal inertial collision； collision； retention； diffusion. The working mechanism of electrostatic precipitator including corona discharge， dust particle charging， charged dust particle movement and collection. In mine production， the dust concentration in fully mechanized mining face of high hazard， is one of the major dust sources， so the study of fully mechanized face dust spray technology is of great significance to improve the staff and equipment working environment， reduce the occurrence of safety accidents。

Keywords： fully Mechanized Mining Face； spray； dust； dust-settling

引言

当前，矿井粉尘防治的措施有很多，对于综采工作面的粉尘防治措施也有许多，但都存在一些问题。粉尘对矿山的危害性，破坏性，对粉尘的防治是煤矿重点关注的方面。目前综采工作面的降尘理论和措施发展迅速，但降尘效果还未达到国家规定要求，近年来，相关研究人员对粉尘的研究也越来越深入，越来越细化，粉尘研究领域呈现蓬勃发展的积极态势，笔者将针对目前粉尘防治的原理和具体措施做深入理论分析。由于理论的不足和实践当中的局限性严重影响了采煤机的喷雾降尘效果，比如外喷雾的压力不够，雾化效果不好，有效喷雾范围达不到设计要求，内喷雾由于安装在滚筒上，容易脱落和堵塞，在现场的降尘效果十分差劲。因此，研究综采工作面喷雾降尘技术研究有利于提高降尘效率，改善作业环境。

1 喷雾降尘原理以及影响因素研究

有关喷雾降尘机理有惯性碰撞、重力沉降、扩散捕集和拦截捕尘四种。喷雾装置喷出的雾粒与固体尘粒的凝结使尘粒湿润，自重也随之增加且开始发生沉降现象，这种叫重力沉降。其次由于流线不能突然偏转，当风流携尘粒向雾粒运动且离雾粒不远时就开始绕水雾绕动。若不考虑尘粒的质量，则尘粒会和水流同步，因为尘粒有体积的影响，尘粒的质心所在流线与液体雾粒的距离小于尘粒半径时，尘粒便会被液体雾粒拦截，使尘粒附着于雾粒，这是拦截捕尘作用。对于比较细微的粉尘，尤其是直径小于0.5μm的粉尘，由于受布朗扩散作用，被雾粒所捕集，这叫扩散捕集。以上就是喷雾降尘机理[1-2]。

除尘的影响因素有很多，液体粒子分散度、液体粒子运动速度、雾流几何形状与液体压力等。装置供给压力与雾体粒子的降尘性能关系很大，装置供给压力越大产生的雾粒越小，雾体体积也越大，雾粒喷出初速度越快，降尘效果越好，单位体积的耗水量越大，降尘效果越好，粉尘的密度越大和湿润性越好，都会使降尘的效率顯著提高[3]。

2 综采工作面喷雾降尘技术

2.1 采煤机内喷雾系统

采煤机内喷雾装置是采煤机所属截割部内喷雾射流的一种装置，可以降低截割头的温度，保护截齿。内喷雾装置是利用高压将液体气化并将喷雾送至采煤机截割部位。由于压缩气体的压力，射流喷射器必须保证液体雾粒全部喷射至采煤机截割的范围之内，相对主轴，喷雾的夹角和喷嘴角度要处于有效长度内。数据表明：水射流在一定的喷射压力作用下保持恒定情况下就可以满足相应要求，即使在煤矿作业场所内将喷射流量进行合理范围内的调节，气流也不会产生较大的影响。最恰当的内喷装置嘴形是保证液体流与气体流有一定比例的锥形空心喷雾装置。

通过内喷系统的液体体积取决于喷嘴承受的有效压力。堵塞是降尘系统比较常见的问题，特别对外伸式摇臂采煤机，在截割煤体时堵塞会更为严重，进入截割区或者在退出端头时，降尘系统的入口管处与装置驱动部位之间空隙太小，雾尘容易聚集在这些地方。采煤设备的其他零部件偶尔也会发生堵塞情况，输送机也更容易发生堵塞，大部分堵塞情况都发生在喷嘴处，可以在水的强压力下疏通大部分堵塞[4]。

2.2 采煤机外喷雾系统

目前的采煤机都有内外喷雾装置，但在采煤现场工作环境中，内喷装置受采煤现场实际条件影响，效果不太理想，究其原因是采煤机内喷雾装置的密封性能差，易漏水，内喷嘴易堵，部分采煤机的叶片下方水路的过水断面积不足，供水量不足等，都会影响降尘效果，而且受装置压力影响较大，压力不足易造成喷嘴堵塞，不能喷雾。采煤机的喷雾降尘效果与采用的喷嘴类型、喷嘴的布置、喷雾参数、煤尘性质等很多因素有关。传统外喷雾的方式大部分是采用逆风喷雾，不仅降尘效果不尽人意，而且当采煤机逆风向截割煤体时，受风流影响，采煤机截割受阻。结合前滚筒旋转与逆风喷雾的原因，会使采煤机体前端产生涡流，受此影响大量高浓度含尘气流迅速扩散到采煤机司机的作业的范围，造成司机和下风流作业人员严重危害。近年來，国内外相继开展了这方面的研究，并取得了较大进展，采用喷雾引射方法，将大量污风流引射向煤壁，迫使污风沿煤壁侧流动，由此避免污风流污染采煤司机工作环境并进一步阻挡了污风流扩散人行道空间。在引射喷雾和跟踪喷雾的综合作用下，将污风中的粉尘降下来[5]。

2.3 采煤支架喷雾系统

目前，我国比较普遍通用的综采液压支架喷雾系统大多采用受控和液控两种方式[6]，支架喷雾降尘的原理就是利用液压作用将支架内部的液体加压喷出，通过喷口将液体气雾喷射向粉尘工作区域，由于采用支架支护的方式已经越来越应用到大部分煤矿，而支架产生的较大空间和移动支架所产生的大量粉尘会迅速充斥支护空间，其产生的污染性与危害性不亚于采煤机截割煤体时产生的粉尘。目前，学术领域已经深入研究的很多支架喷雾的理论并开发了多种支架喷雾装置，支架喷雾的降尘效果也愈加明显。当前，支架喷雾系统正呈现自动化、智能化的发展趋势。当割煤机移动时，割煤机上安装的遥控发送器发送信号，支架上安装的遥控接收器接收信号。信号传至至主机，随后主机通过预设程序控制支架喷雾。当生产工人移架时，支架无线发射器感应到移架手柄运动，将信息反馈至主机，主机发出喷雾指令，当停止运动移架手柄后，按照预设程序延时一定时间自动停止喷雾。

2.4 采煤隔尘帘和风流净化水幕

气幕洁净棚隔尘原理是空气幕隔尘原理的基础，首先利用从装置条形风口中吹出的空气密度流，形成一道空气幕墙，从而起到将尘源与周围环境隔离的完美效果。隔尘帘的形式多种多样，结构配置也不尽相同，产生的隔尘效果也随之改变，隔尘帘和风流净化水幕在现场实践应用中起到了非常良好的效果。随着配套及辅助技术的发展，隔尘帘和风流净化水幕的技术理论也得到了空前的提高，大部分技术已经应用的非常成熟。该项技术已得到我国部分煤矿的大量现场使用。空气幕大多安装在采煤机机体之上，当采煤机滚筒切割煤体时，空气幕装置喷出的新鲜气体流就能防止现场产生的粉尘扩散至采煤机司机等工作人员的环境，装置喷出的新鲜气体流形成一道气流屏障，隔尘效果显著[7]根据现场工作人员的调查反应以及对相关数据收集的整理分析显示，隔尘帘和风流净化水幕的降尘效果非常满意。

3 结束语

由于粉尘对矿山开采具有危害性，破坏性，所以对粉尘的防治也是煤矿安全研究人员重点研究的方面，目前综采工作面的降尘理论和措施发展迅速，但降尘效果还未达到国家规定要求，近年来，相关研究人员对粉尘的研究也越来越深入，越来越细化，粉尘研究领域呈现蓬勃发展的积极态势，笔者针对目前粉尘防治的原理和具体措施做深入理论分析，以提供理论参考。降尘的理论和方法还需要进一步深入研究，以提高降尘的效果。同时要加强职工的技术和技能培训，提高矿山现场作业人员的防尘健康意识，掌握防尘知识和技术措施，企业制定粉尘防治管理相关制度，以期从根本上改善综采工作面的作业环境、降低相关疾病的发病率。

参考文献

[1]王绪友.综采放顶煤采煤工作面综合防尘技术应用[J].煤矿现代化，2007，1（3）：11-14.

[2]王鹏飞，刘荣华，汤梦，等.煤矿井下喷雾降尘影响因素的试验研究[J].安全与环境学报，2015，12（5）：16-18.

[3]赵书田.煤矿粉尘防治技术[M].煤炭工业出版社，1989，12.

[4]林明清.通风除尘[M].北京：化学工业出版社，1982：31-37.

[5]刘辉辉，邹伟，徐超.煤矿综采面喷雾除尘机理[J].山东煤炭科技，2010，3（2）：212-213.

[6]赵益芳.矿井防尘理论与技术[M].北京：煤炭工业出版社，1994：23-27.

[7]王海桥，刘荣华.综采工作面隔尘空气幕模拟实验及应用研究[J].矿业安全与环保，2002，27（2）：13-15.

作者简介：杨兴发（1994-），男，汉族，甘肃省白银市人，湖南科技大学2013级本科生，研究方向：矿井粉尘防治。