高压微雾中的泵箱改造技术

许秋华 李桂营

（1 福建省永安煤业有限责任公司苏桥煤矿 福建三明 366102 2 福建省能源集团有限责任公司 福建福州 350001）

0 引言

矿井生产过程中会产生许多无形的有害物，比如矿井粉尘、矿井地热、有毒有害气体，而这些有毒有害气体时刻威胁着作业人员的生命健康。现如今，在公园、公交站台、电厂、养殖厂等场所，可以经常看到高压微雾的使用。该喷雾无淋湿感，不但可以去除呼吸性粉尘，还可以降低周边的温度。但矿井对于高压微雾系统的推广还不够普遍，特别是适用于井下的高压微雾主机生产厂家还比较少，而对高压微雾主机的改造及应用可解决井下高压微雾应用的一大难题。本文主要介绍矿井高压微雾系统主机的改造要求、改造原理、注意事项及应用实例。

1 高压微雾主机的要求

（1）设备入井必须符合防爆等级要求。《煤矿安全规程》第四百三十三条、第四百八十二条规定，总回风巷、主要回风巷、采区回风巷、采掘工作面和工作面进、回风巷使用的电气设备必须使用矿用防爆型设备；井下防爆电气设备的运行、维护和修理，必须符合防爆性能的各项技术要求。防爆性能遭受破坏的电气设备，必须立即处理或者更换，严禁继续使用［1］。因此，井下选用的高压微雾主机必须选用矿用防爆型设备。

（2）多段式雾化喷头的出水压力要求。多段式雾化喷头主要由出水口、铜主体、牙口、过滤网、弹簧、堵板组成，雾化的前水需经过滤网过滤，高压水从堵板经弹簧的反压产生雾化效果。当水压小于弹簧的正常压力时，堵板堵住，出现漏水或不出水的情况。根据多段式雾化喷头的要求，喷头的出水压力大于4.0 MPa。

（3）多段式雾化喷头的流量及数量要求。根据多段式雾化喷头流量要求：1#、2#、3#、5# 喷头的流量分别为0.05 L/min、0.09 L/min、0.15 L/min、0.40 L/min。根据井下作业场所的需求，需要在进风巷、回风巷、工作面等地点安装高压微雾喷头。一个采区需要的喷头大约1# 喷头100 个，2# 喷头80 个，3# 喷头50 个，5# 喷头30 个。总计流量大约为31.7 L/min。

（4）多段式雾化喷头对水质的要求。因多段式雾化喷头孔径较小，最小的1# 喷头孔径为0.15 mm，若水质所含杂质较多，会使喷头堵塞，导致喷雾无法正常使用。

故高压微雾系统主机部分的要求：必须为矿用防爆型设备，需要能满足压力大于4.0 MPa、总流量大于31.7 L/min 的水源，同时配置有过滤装置。

2 高压微雾主机的改造

根据高压微雾系统主机的要求，可将BRW40/20 型高压柱塞泵进行改造。该柱塞泵流量为40 L/min，额定压力为20 MPa，电机功率为15 kW。同时还应在泵箱上安装过滤及减压装置、自动进水及水位控制装置、水压卸载保护装置、水温循环低温装置、泵体高温保护装置、定时运行控制装置等（见图1）。

图1 高压微雾系统运行示意图

（1）过滤及减压装置。选用66.67 cm 大胖滤瓶，该滤瓶为PP 材质，额定压力为0.4 MP。滤芯选用66.67 cm PP 棉芯滤芯，额定压力为0.1 MPa～0.4 MPa，该滤芯过滤精度为1 μm，可将1 μm 以上的杂质过滤掉。因井下水基本大于0.4 MPa，故在过滤装置前还应加安装减压阀，可采用DN25 型减压阀，把进入水箱的压力控制在0.3 MPa～0.4 MPa 之间。

（2）自动进水及水位控制装置。在进水管处安装DN25 浮球阀，该浮球阀是球体无支撑轴，球体被两阀座夹持其中呈“浮动”状态，它在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向。具有阀座密封设计、可靠的倒密封阀封杆、防火静电功能、自动泄压和锁定装置等结构特点。当水位低于相应水位时，浮球下沉，闸阀打开，水箱开始进水；当水满时，浮球上升闸阀关闭。

（3）水压卸载保护装置。在水箱处安装卸荷溢流阀，使用WXF5 型。卸荷溢流阀由溢流阀和单向阀组成。当系统压力达到溢流阀的开启压力时，溢流阀开启，泵向系统自动卸荷；当系统压力降至溢流阀的关闭压力时，溢流阀关闭，泵向系统自动加载。使泵卸荷时的压力称为卸荷压力，使泵处于加载状态的压力称为加载压力。通过调节阀调节水压（调节至5.0 MPa），当水压高于5.0 MPa 时卸载阀动作，起到卸压保护管路的作用。

（4）水温循环低温装置。水箱的水经过高压柱塞泵加压后由溢流阀控制管路的水量，多余的水回流至水箱内。加压后的水温度会上升，当回流水过多时水箱的水温上升会达到40 ℃左右。在水箱内安装GWD70 型矿用温度传感器和温度变送器，当水箱内水温高于40 ℃时温度变送器常开点动作，使安装在水箱底部的DN32 矿用电磁阀打开，将水引至水沟，同时进水阀打开，将水箱的水换成新进的冷水。

（5）泵体高温保护装置。在柱塞泵运转处外壳、电机轴承端安装GWD70 型矿用温度传感器，接到温度变送器上，温度变送器输出接入到起动器停止线2#、9# 线上。设置温度60 ℃，当温度高于60 ℃时，温度变送器常闭点动作，起动器停止。

（6）定时运行控制装置。在控制高压柱塞泵的起动器上安装定时器及接触器，用定时器控制高压柱塞泵的启停，在交接班时主机停机。

（7）变径头改造应用技术。柱塞泵出水管及主管路用ϕ50高压胶管，转接头用KJ16 母头转外螺纹ZG3/4，再用内15 mm直径管转内出水接头的转接头连接9.52 mm 高压尼龙管，将高压水通过8 mm 直径的高压管延伸至几千米以外的各降温除尘点。

3 电气控制原理

改造电气控制原理：工作时间定时器KT 动作，主线圈KA1 得电，柱塞泵工作。当柱塞泵运转处外壳或电机轴承端温度超过60 ℃，温度变送器FR 动作，KA1 失电，电机停止运转（见图2）。

图2 高压微雾泵箱改造部分电控原理图

当水箱水温超过40 ℃时，温度变送器FR2 动作，水箱底部电磁阀线圈KA2 得电，电磁阀打开，并将水箱内高温水替换。当水温降至20 ℃时，温度变送器恢复正常，FR2 失电，线圈KA2 失电，电磁阀关闭。

4 注意事项

（1）高压柱塞泵的出水量与喷头的总用水量的关系。喷头的总用水量应小于高压柱塞泵的出水量及水箱进水量。否则会使出水压力达不到要求或电机过载，烧毁电机。

（2）溢流阀压力应设置恰当。在首次安装时应调试好溢流阀压力，将压力设置在4.0 MPa～5.5 MPa 之间，设置太低雾化效果不好，达不到去除呼吸性粉尘的效果，设置太高则高压尼龙管容易发生爆管。

（3）起始压力应正确设置。起始压力应从低往高设置，不会使电机过载起动。

（4）泵箱进水水压应合理设置。泵箱进水水压调节阀必须设置在0.3 MPa～0.4 MPa 之间，设置太高容易使滤瓶损坏，设置太低使滤瓶过滤水量供应不足。

（5）滤芯更换要求。滤芯需根据用水的水质情况定期更换，确保进入泵体的水质符合要求，否则将造成大面积喷头堵塞。

（6）日常巡查工作要求。每班必须有专人对全线进行巡查，发生泵体漏油、管路漏水等情况应及时处理。

5 应用实例

2019 年9 月，苏桥煤矿在201 采区-120 m 区段安装1 台高压微雾主机装置，将出水压力调至5.0 MPa，用定时器将高压柱塞泵的运行时间调至班中运行，班末交接班时停机，日运行18 h。

高压柱塞泵末端用KJ16 母头转外螺纹ZG3/4，再用内15 mm直径管转内出水接头的转接头连接9.52 mm 高压尼龙管，高压尼龙管总长1 200 m。

选用四段式2# 喷头安装于201 采区-120 m 采一队工作面，该巷道长600 m，共装3 道全断面横拉喷头组，每个横拉喷头组的喷头间距20 cm，共21 个2# 喷雾头。选用3#喷头安装于采面小眼，眼长40 m，安装2 道横拉喷头组共12 个3#喷头。选用5#喷头安装于采面装车口，共安装1 道5 个5#喷头。

选用四段式2# 喷头安装于201 采区-160 m 掘二队工作面，该巷道长850 m，共装5 道全断面横拉喷头组，每个横拉喷头组的喷头间距20 cm，共35 个2 号喷雾头。

运行后该工作面喷雾雾化效果好，没有淋湿感，使用时不淋湿衣服和溜槽。根据现场采掘工作面的实测，应用高压微雾技术后，采一队工作面降温4 ℃，掘一队工作面降温3 ℃。

6 结语

高压微雾主要通过将水加压，使水的压力达到喷头动作的所需压力来实现更好的雾化效果。而高压柱塞泵的电机功率和流量选择应适合井下所有的喷头需求，加上现有的设备，通过改造后使用的节点和串联的控制线较多。若使用PLC 集中控制，将再进一步优化高压微雾的技术改造方案。