采煤机机载喷雾除尘器的设计及应用分析

张 雄

（晋能控股煤业集团四老沟矿，山西 大同 037000）

引言

自然灾害中，煤矿开采出现的粉尘污染影响力最大，其中超过60%的都是由工作面综采所产生，最主要的来源是采煤机截煤造成的。降低因为采煤机截煤导致的粉尘污染，一般是采用采煤机喷雾控尘和内外喷雾以及跟踪支架喷雾尘源等方式，帮助截煤运移煤壁产尘。当截煤逆风时，截煤产尘的采煤机叠加冲击产尘的垮落，使粉尘极速增加，粉尘运移沿采煤机煤壁的机面运移。采煤机摇臂聚集在上风侧根部是粉尘高浓度团，接着经过电缆槽的采煤机，到达支架进行扩散，最终在作业区形成污染，因此，制定并研究了引射除尘的机载喷雾器，安装与侧面风机的采煤机中，负压产生原理是喷雾引射，促使沉降在除尘器的含尘高浓度气流，以此将降尘喷雾效率提高，最终实现了治理截煤产尘的采煤机新方案。

1 除尘器利用喷雾引射达到除尘的原理

喷雾通过喷嘴管自内向外的顺序喷射，钢管内径小于扩散水雾的直径时，就出现了活塞水雾，图1显示了具体的机理。水雾将前面空气推出，真空在后方形成，所以负压出现在吸气口那里，喷管内融入了吸气口的含尘气流。雾滴结合了来回碰撞的水雾和粉尘，喷管一经喷出变极速沉降；与此同时，射流里接收到卷吸雾流高速喷出的含尘气流，洗涤粉尘后达到二次降尘。

图1 水雾活塞机理示意图

2 研究喷管风量的引射试验

2.1 分析影响因素

喷管风量引射的意思是喷管吸入单位时间的空气体积。而除尘技术的喷雾引射主要评定指标即引射风量，含尘气体的吸入量与引射风量成正比，净化含尘空气的程度越好。喉管长度和直径以及喷嘴类型和喷雾压力都是喷管风量引射的几个影响因素。

2.2 设计试验系统

借助喷管风量引射设计的试验系统，可以更好地分析以上几个影响因素的原因。

试验系统的组成部分包括喷管和喷嘴，高压胶管和泵站以及压力流量的传感器。负压在进风口喷管处的测得需要使用补偿式的微压计，试验环境测得利用空盒气压计和温度计监测大气压与温度，引射风量利用计算而来，流量传感器显示了喷嘴流量[1]。

2.3 设计喷管

文丘里管是典型的喷管结构使用方式，法兰联接的三部分有减扩段和喉管以及渐缩段。其中有3种直径的喉管：Φ300 mm 和Φ200 mm 以及Φ100 mm 的喉管最常用。

2.4 选择喷嘴

喷管主要构成除尘器引射喷雾，喷嘴对应喷管布置在中间部位。高压喷嘴可以将除尘器产生的引射风量增大。试验喷嘴选取了喷嘴库里的三种类型，60°雾化角Φ2.5 mm 孔径的SD314 型，和45°雾化角Φ2.5 mm 孔径的SB403 型，以及喷嘴型号包括30°雾化角Φ2.0 mm 孔径的SD312 型。

3 分析试验结果及方案

3.1 正交方案的试验

试验需要检测很多的因素，因此选择正交试验为试验方法。试验挑选全面试验有代表性的部分点，代表点的特点是整齐性和均匀性。

正交试验利用不同长度的喷管直径，分3 组喉管直径去进行，正交表采用的是L9（34）。

3.2 分析试验结果

1）影响喷管Φ100 mm 直径的引射风量因素包括喷嘴类型和喷雾压力还有活塞水雾行程，即喷管长度，而随着喉管直径的扩大，其引射风量的影响因素依次为喷嘴类型、喷管长度、喷雾压力，喷管组合最优的直径和Φ300 mm 以及Φ200 mm 的基本无差别。由此得出，水雾活塞处于小直径的具有较好的质量，所以雾流质量基本不受喷雾压力和喷嘴类型的影响；水雾活塞在增大的喉管直径时变为影响引射风量的头等因素，水雾活塞紧密联系喷嘴类型，都算影响的几个主要因素[2]。

2）对比试验数据并对喷嘴SD314 补做试验，图2 显示了试验数据，可以看出，当喉管长度一定时，变大的喉管直径则会导致引射风量极速上升，所以影响引射风量的因素中要重点关注喉管直径。

图2 SD314 型喷嘴在几种喉管直接与喷雾压力情况下的具体引射风量图

图3 显示的是Φ300mm 喉管直径的喷嘴SD314型号处于喉管长度和喷雾压力都不同的时候显示的引射风量。

图3 SD314 型喷嘴在几种喷嘴压力与喷管长度情况下的具体引射风量图

以上可知，当喉管直径时，增加喉管长度后，喷嘴基本不会产生变化的引射风量。

由此可知，除尘器喷雾引射组成的喷管要尽量选择Φ300 mm 或Φ200 mm 的喉管直径；选择8 MPa 的喷雾压力和SD314 型号的喷嘴，尽量选择长的喉管；倘若采煤机受限制机面空间时，就要选择合适的喉管直径，缩短喷管后设备紧凑，才能在空间中得到适应。

4 研制采煤机引射除尘的机载喷雾器

采煤机阻挡了冲击垮落和截煤逆风出现的浓度高的粉尘，穿过电缆槽和采煤机时，顺风流的一部分运移方向是顺着采煤机的机面，支架扩散了另一部分，所以喷管需要布置两组，才能实现采煤机引射顺风流的侧机面上风方向，还有含尘气流高浓度的采煤机侧面。图4 是设计的机载除尘器，除尘器负压的产生是管道内引射的喷雾当作动力，对粉尘采取净化处理和集中抽吸，引射管负压靠单个喷雾达不到要求，而且限制因素还有机面空间，所以引射风量靠单个喷管产生的数值低于测试实验室环境的值。故用两个喷管去实现每组喷管的组合并列模式，达到引射风量的增大；现场调研的采高起伏选择喷管Φ200 mm 的直径。导流板设置在除尘器的引射出口位置，煤壁被高速水雾引导喷射。

图4 机载除尘器

5 现场应用效果

现场试验选取的工作面综采150201 某矿的采煤机进行引射除尘机载喷雾器操作，其生产工艺选择了顶煤综采放是3.8 m 的采高，采煤机双滚筒型号是MG 750/1920-WD，具备5 m 的放煤高度。采煤机为了加强对产尘截煤的治理，选择的方式是采煤机喷雾控降尘和外喷雾，以及支架喷雾跟踪尘源。《工作场所空气中粉尘测定》第二部分:粉尘呼吸性浓度中的GBZ/T 192.2—2007 做出以下实验：机载除尘器测试采煤机逆风和顺风时，20 m 和10 m 处前后风侧处截煤可以产生的粉尘呼吸性浓度测试。

借助了引射除尘机载喷雾器后，下风侧采煤机的20 m 和10 m 位置产生的粉尘呼吸性浓度出现了显著下降，至少高达65.24%的降尘效率。采煤机中机载除尘器的使用，粉尘在20 m 左右的下风侧都出现减少现象，充分表明了引射除尘机载喷雾器的应用可以明显地降低了粉尘扩散至人行道的现象。

6 结语

1）除尘引射喷雾器中影响引射风量的几个因素包括：喉管长度和直径、喷嘴类型和喷雾压力。其中的影响因素比重排名随扩大的喉管直径而变为喷雾压力，然后是喉管长度，最后是喷嘴类型，组合最优的喷管是Φ300 mm 和Φ200 mm 的直径；

2）引射风量极速改变的情况出现在相同的喉管长度和喷嘴压力以及类型，在变大的喉管直径情况下最为明显；相反，当它们不相同时，引射风量基本与增加的喉管长度无关。所以，需要选用合适的喉管直径，再将喉管长度微调缩短，设备达到紧凑状态才能对空间进行适应；

3）通过观察采煤机运移粉尘的截煤状态，制定了并列多管的模式，确定选用引射除尘机载喷雾器进行辅助。结果表明，粉尘呼吸性浓度于20 m 和10 m 处的下风侧采煤机至少具备65.24%的降尘效率，有效改善了作业条件，充分表示选取参数和设计除尘器是真实有效的。