一种煤矿掘进机用喷雾降尘装置的设计

宋礼强

（山西煤炭运销集团三元石窟煤业有限公司， 山西 长治 046000）

1 项目概况

喷雾降尘的技术原理是利用喷雾产生的微粒，基于其表面张力为零的特性能迅速吸附空气中的各种大小灰尘颗粒，从而实现在环境中降尘，主要是适用于大型开阔范围环境中，在煤矿生产现场和选煤厂车间的应用较为广泛。当前粉尘是煤矿井常见五大灾害之一，对职工身体健康危害极大，还存在粉尘爆炸的安全隐患。当前市面上用于煤矿井下的喷雾降尘装置结构较复杂，采用大量的电子器件，在煤矿的恶劣环境下使用难以保证喷雾降尘工作的稳定进行。为此，山西某煤矿1703 掘进工作面亟需一种煤矿掘进机用喷雾降尘装置，要求该装置的结构简单，且喷雾效果好，适用于煤矿掘进机的恶劣工作环境。

2 新型煤矿掘进机喷雾降尘装置的设计

2.1 整体结构设计

针对煤矿掘进机降尘的需要，设计了一种新型的煤矿掘进机用喷雾降尘装置，该降尘装置结构如图1 所示。

图1 新型煤矿掘进机用喷雾降尘装置示意图

该装置主要包括机箱、喷雾筒、摆动装置、进风管和供水箱五大部分。机箱设置于掘进机机体上，机箱上设置有喷雾筒，进风管位于喷雾筒中部并与喷雾筒连通；喷雾筒内固定有两个鼓风机，分别位于进风管与喷雾筒连接处的两侧；进风管内设有吸水套，吸水套外侧壁与进风管内侧壁固定，且吸水套的内壁直径沿其自身轴线方向逐渐变大再逐渐变小；喷雾筒顶部还设有供水箱，供水箱内设有用于成雾所需的水，且供水箱与所述进风管之间设有连接管；连接管一端与供水箱底部连接，并与供水箱内部连通，连接管另一端与吸水套内侧壁连通，且连接管与吸水套的连通处设置于吸水套内壁的内径最小处[1-2]。

摆动装置结构如图2 所示，主要包括转动柱、蜗轮、蜗杆、第一锥齿轮、伺服电机以及第二锥齿轮。转动柱为圆形柱状，其轴线竖直，设置于机箱内，转动柱下端与机箱内底面转动连接，且转动柱上端依次穿过机箱内顶面以及机箱上表面，并与喷雾筒底面中心固定。蜗轮设置于机箱内并套设于转动柱上，蜗轮与转动柱固定。蜗杆水平设置于机箱内，蜗杆两端分别与机箱相对的两侧内侧壁转动连接，蜗杆与蜗轮啮合。第一锥齿轮套设于蜗杆上并与蜗杆固定，伺服电机设置于机箱内并与机箱的内顶面固定，第二锥齿轮与伺服电机的输出轴固定。第一锥齿轮的齿数数倍于第二锥齿轮的齿数，且第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合设置，当伺服电机启动时，伺服电机往复转动，第二锥齿轮与第一锥齿轮转动，带动了蜗杆转动，从而使得涡轮以及转动柱转动，驱动了喷雾筒摆动。

图2 摆动装置的结构示意图

喷雾筒的内部结构如图3 所示，进风管为开口呈圆形的管状结构，其轴线竖直，下端与喷雾筒上表面固定并与内顶面连通，进风管设置于喷雾筒的中部。喷雾筒内设有的两个鼓风机于喷雾筒的长度方向上分别设置于进风管两侧。进风管设有的环绕管呈圆圈状，其内部中空，且其截面呈圆环形。环绕管套设于进风管上并与进风管的外侧壁焊接固定。吸水套为开口呈圆形的套状结构，其内径沿其轴线由其端部至其中部由大变小，吸水套设置于进风管内，吸水套的外侧壁与进风管的内侧壁焊接固定，此外，环绕管在竖直方向上位于吸水套的中部位置。进风管的管壁内埋设有通水细管，为细圆管状，其轴线水平，通水细管一端与环绕管的外壁固定并与其内壁连通，通水细管另一端穿过吸水套外侧壁并与吸水套内侧壁连通。通水细管共设有四根，四根通水细管环绕进风管的轴线均匀分布。通水细管连通吸水套连通的一端固定有碎流板，呈圆形板状，且碎流板的板面上开设有微孔，开口呈圆形，微孔内径小于1 mm。吸水套内侧壁上固定有多个扰流凸起，呈半球状，且扰流凸起均匀分布于吸水套的内侧壁上。环绕管的管壁内埋设有电热丝，呈螺旋状，电热丝的螺旋轴线与环绕管的轴线环绕分布，且电热丝沿环绕管的轴线延伸。

图3 喷雾筒的内部结构示意图

喷雾筒上设有矩形供水箱，其内部中空，底面与喷雾筒上表面固定。供水箱内设有用于雾化空气所需的水分，且内侧壁上开设有观察口，开口呈矩形，其与供水箱外连通，且观察口内固定有透明玻璃，用以观察供水箱内水位。供水箱上还设有进水口，呈圆管状，其轴线竖直，且下端与供水箱的上表面固定并与供水箱内顶面连通，使得供水箱内的水位上侧保持与大气压平衡，也方便了使用者往供水箱内添加水。供水箱上还设有连接管，连接管为圆管状，由不锈钢制成，连接管一端与供水箱的外侧壁固定并与内部连通，另一端与环绕管的外壁固定并与环绕管内部连通，且连接管与供水箱的连接处设置于供水箱底部。

2.2 喷雾降尘装置工作原理

当掘进机进行作业时，喷雾筒内的两个鼓风机同时启动，使得喷雾筒内两个鼓风机之间的空间内形成负压，而进风管外的气压为大气压，从而形成进风管外与喷雾筒内的气压差，使得外界气流通过进气管进入至喷雾筒内，再通过鼓风机的作用通过喷雾筒两端喷出，在此过程中，气流通过进风管内的吸水套时，由于吸水套的内壁直径变化，使得气流经过吸水套内径最小处时流速加快，从而使得连接管与吸水套的连接处的气压极小，使得供水箱内的水流在气压差的作用下通过连接管进入吸水套内，进入吸水套内的水流处于流速最快的气流内，在气流的冲击作用下，水流破碎呈小水珠状并随气流最终排出喷雾筒，使得掘进机工作环境内的空气中漂浮有小水珠，吸附了空气内的尘埃，降尘效果好，此外，该喷雾降尘装置采用机械原理达到喷雾效果，适用于掘进机恶劣的工作环境[3-5]。

3 实践应用效果分析

该新型煤矿掘进机用喷雾降尘装置在研制完成后，在山西某煤矿1703 掘进工作面EB160 型掘进机上进行了安装调试，并投入应用，通过对现场粉尘浓度的检测，降尘效果理想。同时该新型喷雾降尘装置上安装有激光灰尘传感器，可以能够根据掘进现场粉尘浓度的不同来自动调节喷雾的浓度，还安装有扇片，能够将水雾送出更远的距离和覆盖更大的面积，增大降尘面积，提高降尘的效果；同时司机可以通过无线通信芯片在煤矿掘进机内对本装置进行操控，大大提高了工作效率。该煤矿掘进机用喷雾降尘装置的设计是合理成功的，可以在各类型掘进机上进行推广应用。