采煤机ZCD新型高压喷雾降尘装置

（西山煤电集团公司镇城底矿，山西 太原 030200）

煤矿井下作业时会产生大量的粉尘，随着煤矿机械化、智能化的不断发展，机电设备不断更新换代，开采强度不断加大，工作面粉尘也逐渐增加，不仅威胁井下工人的身体健康，而且严重影响相关设备的使用寿命和服务年限，制约了煤矿可持续发展。此外，粉尘达到一定浓度时存在爆炸的安全隐患，因此降低工作面粉尘浓度对煤矿安全生产至关重要。目前有煤层注水、喷雾除尘、通风除尘等方式降低粉尘浓度，但是许多煤矿降尘除尘效果不佳。

综上所述，通过改进优化采煤机喷雾降尘装置，从根源上降低井下粉尘浓度，以确保煤矿安全生产。

1 粉尘运移规律分析

1.1 滚筒割煤产尘规律

综放工作面采煤机截割煤体时，粉尘浓度与采煤机运行方向和风流方向有关，粉尘的运移扩散与采煤机顺风或逆风割煤相关。当采煤机顺风割煤时，低滚筒处于采煤机前方，产尘点低，此外受重力因素影响，粉尘运移距离较近；高滚筒迎风流方向，截割煤体的位置较高，在向采煤机运移过程中受重力影响，在较短的距离也能够降落。当采煤机逆风割煤时，低截割滚筒迎风流方向，但由于产尘位置低，受重力影响下也会飘移较近距离后沉降；高滚筒在后方，受风力流动方向影响，扬尘位置高，运移距离较远。

1.2 滚筒抛煤产尘规律

采煤机滚筒在抛煤时，滚筒转速决定产尘量。当滚筒转速较慢时，煤屑抛出距离近，相互间碰撞几率小，产生的粉尘少；当滚筒转速较快时，煤屑以较大的加速度从螺旋内飞出，煤屑下落由于碰撞会产生大量粉尘，并且在落地时依旧保持较大的加速度，接触地面后破碎程度高，也会产生较多的粉尘，产生的粉尘运移规律与上述采煤机位置和风流方向相关。

1.3 移架产尘运移规律

液压支架在前移（落、拉、升）过程中，产尘位置高且产尘量较大，粉尘扩散速度快且运移距离远，综采工作面主通风道液压支架前半部分是产尘较多的位置，由于受到风流扰动的影响，附近支架的前端粉尘浓度也较高。

2 ZCD新型高压喷雾降尘装置

镇城底矿综放工作面采用ZFS3000/16/25型轻型放顶煤支架和MG160/380WD滚筒采煤机，由于煤层在开采过程中注水效果不理想，煤层相对干燥，支架与煤壁之间形成的空间狭窄，采煤机工作时产尘量较大，在采煤机运行时，产生高浓度的粉尘不仅严重阻碍工作人员的视线，而且还会加快仪器设备的磨损，严重危害工人的身体健康。为此在综放面采煤机上加装高压自动喷雾降尘装置，与采煤机内外喷雾联合工作，以期取得良好的降尘效果。

结合综放工作面采煤机两个滚筒的采煤特点，技术人员通过技术革新，研制出一种新型ZCD型组合式采煤机自动高压喷雾降尘装置。ZCD型采煤机自动高压喷雾降尘装置由ZCD-A型和ZCD-B型两种新型高压喷雾降尘装置组成，见图1。

其中ZCD-A型高压喷雾降尘装置安装于机体处，每个滚筒处各安设1个，ZCD-B型高压喷雾降尘装置安设在滚筒后部，每个滚筒处各安设2个。ZCD-A型高压喷雾降尘装置由5个喷嘴组成，喷嘴安设角度为-45°～45°。ZCD-B型高压喷雾降尘装置由4个喷嘴组成，根据采煤机工作实际情况，喷嘴喷雾角度能够手动调节，在采煤机截割产尘浓度较高的位置，喷出的水雾能够瞬间润湿凝结煤尘，实现煤尘的有效封闭。ZCD-A和ZCD-B型高压喷雾降尘装置采用孔径2.4 mm的3#含X形导流芯广角旋口混合式喷嘴，喷射距离较远。图2为CZD型组合式采煤机高压喷雾降尘装置现场安装及应用效果。

图1 CZD-A和CZD-B型高压喷雾降尘装置

3 XSMD控制系统

采煤机自动高压喷雾控制系统的水电联动自动喷雾控制子系统，采用的是矿方自行研制的XSMD型采煤机喷雾控制系统。该装置具有体积小，重量轻，便于安装，可靠性强，准确率高等特点。

3.1 工作原理

采煤机自动高压喷雾降尘控制系统主要由传感器、电动球阀和主机组成。其中，根据实际情况可以选用或加装转动传感器、振动传感器以及红外传感器等。该装置由PLC编程主控箱、电动阀门、设备开停传感器组成。当采煤机进机开动后，设备动力电缆线中的电流，由开停传感器感应后，其内部常开触点闭合，此信号主控制板接收处理后，输出电动阀门打开（电动阀门打开，由延时打开和立即打开两种接法），电动阀门延时30～300 S可调后关闭。XSMD型采煤机喷雾控制系统流程见图3。

图3 XSMD型采煤机喷雾控制系统工作流程

该系统整体构架见图4。在采煤机系列车后安装一台高压泵及水箱，通过液管与采煤机切割电机上固定的喷雾装置相连，通过组合开关实现采煤机与喷雾联动，开机开水。整套设备与采煤机实现联动，但采煤机开始工作时，能够感应采煤机工作状态，通过控制加压泵进水喷雾；进水安装水位控制器和水质过滤装置，在低水位时加压进水，高水位时断水，并且过滤水中砂石等杂质，有效延长整套装置的使用年限。整套设备无需额外工人看守，自动实现开机、喷雾、加水断水等，维护量小，操作简便。

图4 采煤机自动高压喷雾降尘装置

3.2 技术特点

降尘机理先进，维护量小，整套装置与采煤机实现联动，无须人员操作，即采煤机开启，喷雾装置自动开启，使用期间不影响采煤机正常工作。整套装置安装水位控制器，能够自动控制进水，实现缺水时自动补水，水满时自动停止补水，实现了真正意义上的自动化运行。

4 应用效果

通过现场试验，将喷雾除尘系统改进前后进行对比，在综采工作面布置10个采样点，监测监控粉尘浓度，效果对比见图5。综采工作面自动高压喷雾降尘装置安装之后，回风侧粉尘浓度已经极大降低，工作面工人普遍反映工作环境得到很大改善。此外整套装置实现自动控制，减小了工人的作业强度，生产质量和效率显著提升。

图5 改进前后粉尘浓度变化对比

5 结语

本文通过技术革新，研制出采煤机新型自动高压喷雾除尘装置。通过实践验证，采煤机高压喷雾降尘装置作用效果明显，煤尘浓度得到了极大程度的降低。

改进后的采煤机自动高压喷雾降尘装置工作稳定，整套装置体积小，功率高，在保证降尘效率的前提下，没有增加采面工人的任何工作量，极大地改善了综放工作面的作业环境，有效降低了截割过程中的产尘量，最大限度的保障了井下工人的身心健康。