矿井带式输送机输送带自动除尘系统研究

张利民

（同煤集团四台矿机掘三队， 山西 大同 037000）

引言

随着我国煤矿开采向高产量、高效能方向的转变，粉尘问题日益突出，粉尘聚集在矿井内既影响采煤人员身体健康，又会为煤矿安全生产埋下隐患。自动喷雾除尘设备简单、技术简便，应用较为广泛，因此，应用自动喷雾除尘技术设计自动喷雾除尘系统。

1 矿井带式输送机输送带自动喷雾除尘技术概述

1.1 输送带自动喷雾除尘技术原理

喷雾产生表面张力为零的微小颗粒能快速拦截、封锁、润湿、吸附空气中和输送带的尘粒，粒径不断增大后，在凝聚作用下重力超过浮力后尘粒逐渐下降，并拦截大粒径煤尘，而粒径不足0.5μm 的小粒径煤尘在扩散机理下被水雾扩散捕集，达到理想的除尘效果。也就是自动喷雾除尘技术的重力沉降、惯性碰撞、惰性凝结、扩散捕集等机理[1]，具体如图1所示。

图1 自动喷雾除尘技术作用机理

1.2 输送带自动喷雾除尘效果影响因素

首先，矿井输送带自动喷雾除尘效果受水特性的影响，研究表明，水表面张力影响和干扰喷雾射流，也就是水介质与其余介质接触面存在的内聚力导致接触面产生膜类物质和力的作用。水的酸碱性会对自动喷雾除尘系统零部件产生腐蚀，影响零部件使用寿命，腐蚀后产生的金属残渣也会影响喷头性能和除尘效果。煤尘基本上带正电荷，水流介质喷射成雾粒后带负电荷，在煤矿矿井难以推广荷电雾化技术的情况下，必须充分考虑水流介质的带电情况对喷雾除尘效果的影响。

其次，矿井输送带自动喷雾除尘效果受喷嘴参数的影响。自动喷雾除尘系统喷嘴圆柱段变长后会加速出水口水流，但是会减小射流密集段长度，对自动喷雾除尘系统产生一定干扰，所以，任何型式的喷嘴都存在最佳长度的确定问题。矿井输送带自动喷雾除尘实践表明，系统喷嘴最佳长度应控制在其自身直径2.5～3 倍的范围[2]。喷嘴内壁粗糙程度决定水流喷射质量和喷嘴使用寿命，内壁凹凸不平必然会改变水压，影响喷雾质量，在水流运动速度较高时压力的微小变化都会对自动除尘机械产生破坏。此外，喷嘴内壁粗糙度增大后水流边界区厚度将增加，流速降低，沉降效果下降。

2 矿井带式输送机输送带自动除尘系统的设计

2.1 喷雾方式的选择

传统的喷雾除尘技术采用水压为1.5～2.0 MPa的低压冷却水，为防止喷头堵塞，必须提高水质，喷雾除尘效果一般。此外，还需要有外接电源，并通过人工进行除尘系统开关操作，运行成本高。而通过水气两相的结合，充分利用输送带自身动力产生压力水气，喷雾动能大、粒径小，对水压和水质无要求，能耗低，雾化效果良好，除尘效率高。

2.2 输送带自动除尘系统构成的确定

矿井带式输送带自动喷雾除尘系统基于高压喷雾除尘技术优势的基础上优化了除尘效果，其主要由发电机、旋涡气泵、广角雾化喷头、电磁阀及自吸泵等构成。发电装置和旋涡气泵主要依靠矿井输送带动能带动并产生压力气，电磁阀和自吸泵由发电装置提供电能后生成高压水，矿井输送带启动后除尘系统即刻工作，有效解决了传统除尘系统启动受人工影响的问题。输送带自动除尘系统采用广角雾化喷头，能有效解决喷头因水质较差而引起的堵塞问题。由广角雾化喷头结构示意图（图2）可以看出，与该喷头主体轴心线扩散角垂直设置矩形豁口Ⅰ和Ⅱ，喷头两端分别旋接进水接头和气芯。除尘工作时，连接气芯与压风管路、进水端和供水管路，调节链路阀门、压风和出水量，以达到最佳的喷雾除尘效果。

2.3 喷嘴、喷雾泵及过滤器的选型

螺旋导水芯是矿井输送带自动雾化除尘系统的关键性部件，其主要影响水流压力、初始速度及除尘效果，喷嘴结构及性能对比详见表1。四种喷嘴结构在雾化原理、水雾形状和出口直径等方面存在细微差别[3]。

试验结果表明，水介质压力、流量、流速、管径、水雾形状等都会影响除尘效果，为保证喷雾效果，必须消除水中杂质。径向柱塞喷雾泵在柱塞循环往复作用下不断吸入和排出水液，实现电能向液压能的转化，喷雾除尘系统运行提供动力。喷雾泵和柱塞是选用45 号优质钢材制作而成的，强度大、抗腐蚀性好、耐磨性能优良。阻尘系统中安装过滤精度100μm 的线隙式过滤器，喷雾子系统选用精度200μm 的网式过滤器。

与下侧输送带紧贴的驱动轮通过矿井输送带作业过程中所产生动能，再由变速装置实现变速，进一步带动发电机运转生成电流，向电磁阀和自吸泵供电，并控制流体通断，实现高速紊流。同时，带动旋涡气泵产生气体，经压缩后转变为高压气，高压气和高压水在广角雾化喷头内相遇后，压力水在压力气阻力的作用下形成雾粒，以实现对矿井输送带自动除尘和润湿的效果。广角雾化喷头能喷出180°扇形水雾，其耗水量比传统喷雾除尘节省1/2～2/3，除尘率高达90%以上，喷雾除尘过程中并不影响人员正常通行，全断面覆盖式喷雾除尘，不产生积水。

图2 广角雾化喷头构造示意图

表1 自动雾化除尘系统喷嘴结构及性能对比

3 结论

1）煤矿矿井输送带自动喷雾除尘系统因采用广角雾化喷头而使喷射角度增大，雾化效果提升，实现水气分离，避免压风进水等问题，对矿井输送带生产条件适应性强、能耗低、安全可靠。

2）输送带运转与除尘系统启闭同步进行，无需人工操作，成本低，自动除尘系统充分利用矿井输送带产生的能量，带动发电机和旋涡气泵产生压力水气，喷雾效果不受水质影响，实现自动除尘。