新型风水混合喷雾降尘装置在综掘机上的应用

王 敏

（潞安职业技术学院，山西 长治 046204）

在大功率的综掘机进行快速掘进的过程中，会产生大量的煤尘和粉尘，严重影响到井下巷道的施工环境。以往掘进机配置的喷雾降尘装置在大功率综掘机上的降尘效果不理想，使飞扬在空气中的粉尘继续增加，煤尘、粉尘悬浮在空气中，浓度不断升高，危害作业人员身体健康，达到一定极限，遇到高温或明火会有煤尘和瓦斯爆炸的危险。因此，设计一种用于大功率综掘机的高效新型喷雾降尘装置是非常有必要的[1-3]。

1 工程概况

1.1 概况

潞安化工集团王庄煤矿位于沁水煤田东部边缘中段，井田走向长11 km，倾斜长4.64 km，面积51 km2，设计生产能力710 万t/a。含煤地层为石炭二叠系的太原组和山西组，共含5 层可采煤层，自上而下为3 号、10 号、13 号、15-1 号、15-3 号。矿井现主要开采3 号煤层，该煤层结构简单，煤层平均厚度为6.54 m，煤层平均倾角4°。井田内第四系冲积层平均厚80 m，煤层埋藏深度50～360 m。王庄煤矿属低瓦斯矿井，煤层无自然发火倾向，煤尘具有爆炸危险性，矿井涌水量不大。

1.2 综掘机原内外喷雾系统的应用现状分析

随着王庄煤矿井下开采设备的更新换代，大功率的EBZ-260H 型综掘机在王庄煤矿掘进巷道中得到了广泛的应用，使得煤矿井下巷道掘进过程中产生大量粉尘、煤尘，将以往传统的内、外喷雾系统联合降尘装置在EBZ-260H 型综掘机上进行安装调试，用于降尘作业。但是从实践应用效果来看，该综掘机内、外喷雾系统降尘效果不理想。

经过对综掘机内、外喷雾系统的研究和掘进工作面现场的实际观察，发现综掘机内、外喷雾系统降尘效果不理想的主要原因是水压和水量不足。综掘机本身的特点和喷雾管路系统的强度，决定了内、外喷雾系统的压力不能过高，压力过高会使管路爆裂，管路里的水会流入减速机，影响综掘机正常运转，且腐蚀机械零件；压力过低，水流速度小，达不到降尘效果，有必要进行优化改进。

2 原内外喷雾系统问题分析及解决方案

煤矿井下巷道掘进过程中产生大量粉尘、煤尘，需用综掘机的内、外喷雾系统联合降尘。内喷雾系统由供水管经过综掘机伸缩部外筒、特殊密封、截割头轴，最后通过截割头上的内喷雾齿座到达内喷雾喷嘴，形成内喷雾。内喷雾喷嘴处的压力较低，供水量较小，降尘效果较差。外喷雾系统由供水管分别经过油冷却器和截割电机冷却器后，到达外喷雾喷嘴，形成外喷雾。外喷雾分为侧喷雾和环形喷雾，喷雾效果亦不理想。内、外喷雾系统还会因密封不严等原因而不能正常工作。

喷雾降尘作业受以下几个因素的影响：（1）受巷道地质条件的影响，水量不能过大；（2）受综掘机油冷却器和截割电机设计耐压限制，喷雾水压不能过大；（3）以往改造的外喷雾系统有时水被压入风管中，风动工具受水压冲击而不能正常使用，被迫中断生产。

针对以上问题，设计了一种新型风水混合喷雾降尘装置。该装置是用风吹动水，使水迅速雾化成“雾状水流”射向粉尘、煤尘，达到快速、高效降尘的目的，且能同时吹散巷道聚集的瓦斯，为综掘工作面快速掘进提供有利条件。此装置由独立的供风、供水管路进行供风和供水，不会对综掘机的供水管路造成损害。该装置分别放置在综掘机前进方向的左右两侧，利用矿井下的压风和供水管路作为风源和水源。

3 新型风水混合喷雾降尘装置的设计

3.1 结构简介

新型风水混合喷雾降尘装置由3 个喷嘴布置成扇形面，安装在综掘机左右侧面，通过井下风、水管路将风、水供给到喷雾装置内部，经喷嘴喷出，喷出的雾化水对截割部位进行实时降尘。

风水混合喷雾降尘装置自成供水管路，供水由井下供水管路→水控制阀→水过滤器→气水发生器→雾化水；供风由井下供风管路→风控阀→风过滤器→气水发生器→雾化水。

操作时，先打开左侧的水阀调节水量，再打开右侧的风阀调节风量，由风阀调节的风量来控制水雾化的效果和射程。风压达到7 MPa 时，喷水射程可达13 m 以上，喷水面积可达10 m2。如图1 所示。

图1 风水混合喷雾降尘装置工作原理图

新型风水混合喷雾降尘装置是用带压风吹动水产生雾化水射向粉尘，达到快速、高效降尘的目的。此装置结构简单，成本低廉，安装、检修、更换方便，喷射距离远，雾化效果好。装置中的风水管路互不影响，杜绝了水倒流风管中的现象，调整风量就可调整射程和雾化效果，在综掘机上安装1～2 组高效喷雾降尘装置，就能达到理想的降尘效果。

3.2 工作原理

新型风水混合喷雾降尘装置有封闭的壳体，壳体的侧面为圆弧面且有3 个喷嘴，壳体内有流线型回型水槽，水槽底部有分布均匀的喷气孔，壳体内有穿过壳体的水管，壳体上连有与壳体内相通的进气管。喷气孔喷出的高压气体能迅速将喷嘴的水雾化，形成快速流动的水雾。水雾既能快速捕捉到飞扬的粉尘和煤尘，也能润湿煤壁表面，还能使悬浮在空气中的粉尘、煤尘迅速下落，起到降尘作用。同时，雾化水能吹散巷道内集聚的瓦斯，降低瓦斯集聚的危险，提高掘进巷道作业的安全性。

4 新型风水混合喷雾降尘装置的应用效果分析

新型风水混合喷雾降尘装置在EBZ-260H 型综掘机上完成安装调试后，在潞安化工集团王庄煤矿45081 运输巷实践应用。新型风水混合喷雾降尘装置的运行正常，应用前后降尘效果对比分析如表1所示。

从表1 数据显示，开启新型风水混合喷雾降尘装置后，综掘机操作处、距综掘机15 m、距综掘机30 m 的全尘和呼吸性粉尘浓度都有了大幅度的降低，降尘效果理想。

表1 新型风水混合喷雾降尘装置应用前后降尘效果统计

（1）大幅度降低巷道粉尘量，吹散局部瓦斯

新型风水混合喷雾降尘装置应用后，对比之前采用的传统内、外喷雾系统联合降尘系统，降尘效果大幅度提高，环境粉尘浓度大幅度降低，综掘机司机可清晰掌握截割头的截割轨迹，增加了综掘机作业效率；降尘作业的用水量大幅度降低，降尘效果提高；井下作业环境得到改善，降低了工作人员得职业病的概率，风力还起到了吹散局部瓦斯保证安全生产的作用。

（2）减少中断生产次数

掘进工作现场使用新型风水混合喷雾降尘装置后，喷出的全部是雾化水，工作面没有出现流水和煤泥水现象，现场积水量明显降低，减少了因运输原煤中含水多造成皮带打滑而中断生产的事故，解决了以往内、外喷雾系统水被压入风管中而中断打钻作业的问题，有效提高了工效。

（3）节约用水

新型风水混合喷雾降尘装置应用后，对水质的要求不高，喷雾喷头出口不易堵塞，操作简单，使用少量的水和风就能达到高效降尘的效果。此方法大大减少了用水量，又直接降低现场煤中的含水量，优化了煤质。

原使用的PZB2.5-70 型外喷雾装置有16 个水喷嘴，每个喷嘴直径为2.5 mm，新型风水混合喷雾降尘装置有3 个水喷嘴，每个喷嘴配有4 个Φ4 mm风孔，共12 个风孔。实验表明，在水压5.5 MPa 时，每个喷嘴在1 s 的水流量是0.2 L，使用风水混合喷雾时，水流量是0.01 L/s。

综掘机原外喷雾装置每日按8 h 工作时间，全年工作时间按300 d 计算，其年喷水用量=0.2×16×8×60×60×300/1000=27 648 m3。使 用新型风水混合喷雾降尘装置后，一套装置年用水量=0.01×3×60×60×8×300/1000=259.2 m3；一台综掘机使用2 套新型风水混合喷雾降尘装置，则年用水量=259.2×2=518.4 m3。使用新型风水混合喷雾降尘装置年节水量=27 648-518.4=27 129.6 m3。

（4）增加耗风量

5 效益分析

一台EBZ-260H 型综掘机新型风水混合喷雾降尘装置的经济效益：每年节约水费27 129.6 m3×10元/m3=271 296 元≈27.13 万元；每年用风增加电费261.8 kW·h×0.804 6 元/（kW·h）=210.67 元≈0.02万元。每年可节约资金27.11 万元。

6 结语

针对潞安化工集团王庄煤矿大功率EBZ-260H型综掘机原内外喷雾降尘系统应用效果不佳的问题，设计了一种新型风水混合喷雾降尘装置，该系统在王庄煤矿井下多个掘进巷道中的实际应用中获得良好效果，具有较好的推广应用前景。