采煤机液压支架除尘装置改进应用

王 良

(晋能控股煤业集团 朔州煤电有限公司，山西 朔州 036900)

煤炭是最重要的基础资源之一。我国煤炭消费占能源需求总量的60%以上[1]。在煤矿开采过程中，粉尘主要产生在综采工作面。高浓度粉尘可能会蔓延到整个工作空间，局部粉尘浓度可达3 000 mg/m3，严重影响工人安全和煤炭生产[2]。机械化采煤工作面的粉尘主要来自截煤机辊切和液压支架的运动，两者产生了总粉尘量的90%.煤矿工人如果长期在这种高浓度粉尘的环境中工作，很容易患上尘肺病[3]。

通过喷雾诱导负压(低于大气)将粉尘带进喷雾场，能够提高单位质量耗水除尘效率。利用这一原理，聂文等[4]。开发了一种负压除尘装置，可以安装在采煤机滚筒周围。该装置采用超声波雾化喷嘴，在采煤机滚筒处产生明显的负压区，降尘效果显著。不过，此装置还应配备高压气体和高压水流。廖小东等[5]开发了一种基于水雾的长壁面降尘系统，该系统可以安装在前撑杆或电缆槽上。该装置可将粉尘夹带在人行道上，显著提高单位质量耗水的除尘效率。但该装置使用的是嵌入体的超声波喷嘴，结构较为复杂。形成的喷淋场仅能覆盖煤壁和液压支架立柱围合空间截面的45%左右，整体除尘效率低于50%。

为了克服上述除尘技术的不足，本文研制了一种新型的喷雾负压二次除尘装置。与传统的液压支架间喷涂技术相比，仅使用3个喷嘴，耗水量减少50%～70%.该装置结构简单，实用性强。除此之外，该装置形成的喷涂区域能够有效将煤壁覆盖处开采面的高浓度粉尘有效去除，与现有的负压除尘装置相比，所研制的装置仅利用煤矿井下高压水流，具有安装操作方便、实用性强、开发运行成本低等优点。

1 喷涂/负压二次除尘机构

喷射诱导活塞机构示意见图1。当喷雾半径等于或大于管道内径时，形成一种喷雾诱导吸力机构。具体来说，喷管前面的空气会被喷出的喷雾器推出去，在其后面形成一个承压的空气场。因此，在喷嘴处形成一个负压(低于大气)，使含尘气流进入管道。在喷嘴内，夹带的灰尘与水滴碰撞，被迫凝结。同时，由净化后的空气和水雾组成的混合物被喷嘴高速喷射，在喷射端口形成一个负压场。周围含尘气流被吸入喷雾场，对喷雾场中的粉尘进一步净化，实现二次除尘。

图1 喷射诱导活塞机构示意

负压喷雾二次除尘方法的主要性能指标包括吸风量、集尘能力和汽液比。吸风流量主要受喷涂压力和喷嘴性能的影响。捕尘能力是指被喷雾捕获的粉尘量，与喷射净化通道中雾滴的粒径和速度有关。汽液比定义为负压二次除尘装置吸入的含尘空气量与耗水量之比，应尽量提高，该比值越高，除尘性能越好。吸气量越大意味着可以吸入更多的含尘空气，更有利于含尘空气的净化。

2 新装置的研制及性能效果

2.1 新装置研发

在液压支架千斤顶所在的油缸处安装二次除尘装置，并安装几个整体雾化性能最佳的喷嘴进行喷涂。喷嘴以一定的角度布置，使产生的喷射范围完全覆盖截面墙和液压支架。喇叭形的除尘口被喷嘴的喷射场所覆盖。侧吸尘口可用于吸支架运动过程中产生的粉尘。背面的吸尘口与气流的方向倾斜角为15°，这样不仅可以夹带在支架运动期间产生的灰尘，而且还可以在液压支架之间的人行道上收集灰尘，从而避免了人行道上的除尘盲区，达到了全断面的除尘效果。侧、背面吸尘口截面面积分别为0.009 6 m2、0.022 4 m2。

图2为研制的喷雾二次除尘装置。

图2 喷雾二次除尘装置示意

2.2 新装置性能效果

在喷涂压力为2 MPa、4 MPa、6 MPa和8 MPa时，对二次除尘装置的喷涂诱导负压吸力和喷涂性能进行了测试和分析，采用风速计(8347-VELOCICALC, TSI, USA)测量吸入口处的风速，并计算吸入口气流。用红条和煤尘对性能进行测试，如图3所示。

图3 二次除尘喷淋装置的吸风效果图

3 现场应用

将该除尘装置应用于高庄煤矿上1109综采工作面(11综采区、9综采工作面)，并进行了现场测量。采煤工作面采取了采煤机内外喷煤、液压支架间喷煤等防尘措施。如图4所示，3个喷嘴水平倾斜安装在液压支架之间。喷淋压力为8 MPa时，喷嘴的喷淋场仅能覆盖煤壁与液压支架之间约一半的空间。采用不同降尘方法对采煤工作面粉尘浓度进行测量，测量步骤如下:①未采取降尘措施;②采用原有除尘方法，喷涂压力设定为8 MPa;③将喷涂除尘装置改为喷涂/负压二次除尘装置，设置喷涂压力为8 MPa。

图4 传统喷水装置在8 MPa喷淋压力下的效果图

图5显示了不同降尘措施下对全部粉尘和呼吸性粉尘的降尘率，测点编号如下：①煤机驾驶员作业位置；②在采煤机背风侧10 m处；③移动支架的工人操作位置；④煤机驾驶员作业位置或距搬运支架工人背风面作业位置20 m处，进行多次作业时；⑤刮板输送机尖端的位置；⑥破碎机的位置；⑦反向装载机位置；⑧沿回风道30 m处(回风道距综采工作面20 m处)。

图5 各种除尘措施对全部粉尘和呼吸性粉尘的抑制率曲线

由图5可知，采用研制的二次除尘装置时，全部粉尘和呼吸性粉尘浓度的平均抑制率分别为82.0%和80.9%，而采用传统除尘措施时分别为55.8%和53.6%.结果表明，采用该除尘装置可显著降低综采工作面粉尘浓度。

4 结 语

本文研制了一种适用于综采工作面液压支架之间的喷雾负压二次除尘装置。通过实验选取了雾化性能最佳的喷嘴，并对所研制装置的吸尘性能和除尘性能进行了测试。将该装置应用于某综采工作面现场，根据研究结果，可以得出以下结论：

喷雾压力对所研制的喷雾负压二次除尘装置的除尘性能有较大影响，采用新型喷雾负压二次除尘装置，喷雾能较好地覆盖综采工作面煤壁至液压支架的空间区域。此外，设备侧面和后部的吸入口可以通过负压喷射吸入含尘气流，真正实现二次除尘。

根据现场应用结果，在喷涂压力为8 MPa时，与传统除尘装置相比，所研制的喷雾负压二次除尘装置，可使综采工作面全煤粉尘和呼吸性粉尘的除尘率提高26%以上，降尘效率分别达到82.0%和80.9%.