采煤机喷雾系统雾化途径的优化

邢永峰

（汾西矿业集团高阳煤矿， 山西 孝义 032300）

引言

为了防止采煤机工作过程中造成严重的粉尘扩散，一般情况下会在采煤机的滚筒位置装上喷雾降尘系统，传统工艺中喷嘴的结构是影响降尘效果的主要装置，所以需要加强对采煤机喷雾装置喷嘴结构的研究，采用合理的雾化途径提高喷雾降尘的效果，从而有效地改善井下工作面的工作环境。

社会经济的不断发展使得煤矿企业的开采力度不断加大，采煤机在生产过程中出现了许多粉尘，从而使得井下工作环境不断恶化，环境的不断恶化对井下作业人员的身体健康造成了很大程度的影响，同时粉尘的大量聚集可能对煤矿的安全生产形成一定的威胁，导致爆炸事故的发生。所以需要加强对采煤机喷雾系统的研究，采用科学合理的方式提升采煤机系统的雾化效果，有效地改善井下作业的环境，这也是煤矿企业当前需要重点研究的问题。喷雾降尘系统是采煤机工作面中主要应用的防尘措施，所以需要对采煤机喷雾系统的机理进行分析，并结合当前采煤机喷雾系统的现状，改进和优化喷雾系统的雾化途径。本文对汾西矿业集团高阳煤矿采煤机喷雾系统的雾化途径的优化措施进行了分析和阐述。

1 喷雾系统的降尘原理分析

在采煤机喷雾装置中的喷嘴结构中装有液体，而液体受到喷嘴内部结构和张力的作用呈现出发散状态，四周的空气会对高速喷出的液体形成挤压作用，液体受到空气的阻力形成液膜形态，液膜在空气中运动的过程中与粉尘相互作用形成一体，从而使得粉尘颗粒呈凝聚的状态增加了重量而降落。液体的运行距离受到喷嘴的喷射速度影响，喷射速度越快，空气中运行的距离越远[1]。使得液体在空气运行的过程中与更多的粉尘形成碰撞而降低粉尘。空气是湿度越大使得粉尘颗粒的凝聚力越大从而重量和体积就越大，湿润后的粉尘颗粒在空气中运动的过程中会极大地吸附其他粉尘颗粒的概率。不管是哪一类粉尘物质只要遇到空气中运行的液膜就会被包围，空气中的物质被湿润后可以充分地降低粉尘颗粒在碰撞过程中反弹的概率，加强降尘的效果，这个过程就是粉尘的凝聚。而粉尘的惯性碰撞是指液体在运动过程中与粉尘碰撞，较大的粉尘颗粒受到惯性的作用会改变原本的运行方向；而质量较大的粉尘颗粒与质量较小的粉尘颗粒受到的惯性作用不同，质量较小的颗粒会随着气流空间呈布朗扩散状态，并不会受到气体的影响而形成流线运行，扩散捕集是指当液膜与空气中粉尘颗粒相结合，在粉尘颗粒呈无规律运行的过程中会被液膜捕获。

2 喷雾系统喷嘴结构的工艺改进

当前采煤机喷雾装置中所采用的喷嘴结构是压力性雾化喷嘴，然而这种喷嘴结构在实际应用过程中呈现的性能较差，容易出现堵孔现象。结合以上问题设计出一种新型的喷嘴结构，这种喷嘴结构是对压力型雾化喷嘴结构的升级改造，将一个引风罩装在喷嘴的外侧。能够使喷嘴喷出的液浆形成雾状颗粒时起到引风的作用，使得喷出的雾状范围更大，这种新颖的雾化喷嘴被称为引风雾化喷嘴，在一定程度上扩展了降尘的范围。由于将一个带有中心通孔的旋流芯装到引风雾化喷嘴的内部，加强了雾化喷嘴内部结构喷射出的水流，改造后的喷嘴结构在很大程度上加强了液体的旋流效果，大大地提高了喷嘴的雾化效能。喷嘴喷出液体后形成的雾状水滴会经过引风罩，喷嘴出口对空气形成的前推作用力使得喷嘴周围的空气形成一个负压区能使气体再次通过引风空吸入喷嘴内部，低速气流和高速气流在喷嘴内部形成涡流旋转状态，液滴再次受到挤压作用而破碎，在很大程度上加强了雾化的效果。新型的采煤机喷雾降尘装置的喷嘴结构如下页图1 所示。

图1 新型采煤机喷雾降尘装置喷嘴结构（单位：mm）

3 喷雾系统工艺的改造

3.1 优化供水管路

采煤机在井下作业过程中为了提升降尘的效率，在喷雾机构中增添了供水压力装置。这种装置不但给设备造成严重的负载，还使得采煤机的功率消耗更大，与此同时加强了管道的振动和磨损效果。采煤机喷雾除尘装置在实际运行中受到喷射泵数量小的影响，造成水量在空载循环过程中水温的持续升高。采煤机在作业过程中会产生较多的水雾影响驾驶员的视线，采煤的效率也因此而降低，还会给开采工作造成一定的安全隐患。通过对以上问题分析提出了几种雾化改造途径，并通过实际的实验认为双向供水方案最为合理。经过泵喷出的水可以先射到单向供水工作面上，之后将水分成两路进行供水，将一路36 mm 液压软管和28 mm 管路相互配合完成工作。如此一来有效地改善了管路口径并加强了水量，水的温度也因此而减低，从而有效地解决了内部喷雾效果差的问题。

3.2 优化冷却系统与喷雾装置

冷却水系统的改进主要应用了反冲洗先导阀原理且其中包括四个通道，在第一个通道需要经过电机和泵的水通道[2]，泵在通过轴箱水通道后与滚筒的喷嘴相连接；第二个通道将左摇臂和外侧喷嘴相连接；第三个经过水槽的通道需要与右滚筒的喷嘴相连通；第四个需要通过右摇臂，并且要与右摇臂的喷嘴相连通。喷雾装置系统的优化需要在采煤机上装上一个新型的外喷装置，主要是为了避免采煤机在切割的过程中覆盖喷雾结构。改进后的外侧喷雾块从原本的一个喷雾嘴变成三个喷雾嘴。分别将两个上下结构喷雾嘴装置到切割顶板和地板处，正好对应采煤机滚筒的切割顶板和底部，能够多角度地进行喷雾工作。如图2所示，管路护板改进工艺，在原来的上护板上增加了下护板设计，以此来加强对左右两个摇臂喷雾装置的保护。

图2 改进后的装置

4 喷雾系统材质的选择及路径优化措施

4.1 选择抗腐蚀性和抗冲击性的材料

采煤机在井下作业的过程中，采煤机喷雾装置受到各方面作用力的影响，并且煤层中含有的一些物质与采煤机喷雾材质产生化学反应对其造成腐蚀作用，所以喷雾材料是设计喷雾机构非常重要的一项。不仅需要喷雾材料具有较高的耐磨性，而且要有非常强的抗腐蚀性和抗冲击性能。可以将42CrMo、35CrMnsi 等合金结构钢作为喷雾结构的材料。这几种材质具有较高的锻造性能和抗腐蚀性能，并且具有较强的抗冲击性能。

4.2 表面强化技术的优化

热喷是喷雾结构加工过程中经常使用的一种技术，热喷技术的应用需要将一些耐磨性强的合金添加到喷雾结构的周围，如此可以有效地加强喷雾结构的硬度同时提高喷雾结构的耐磨性能，并加强采煤机截齿刀头的耐磨性。高合金材质需要采用激光熔覆技术溶于喷雾结构的表面，起到保护喷雾结构的作用并且可以加强截齿的耐磨性和硬度，使用的寿命也会有效延长。改进后的技术通过实践发现，利用激光熔覆技术改进的喷雾结构，不仅可以有效地提高使用采煤机部件的使用寿命并且是未使用激光熔覆技术的3 倍。与此同时，改进后的涂层工艺能够保证喷雾结构不变性。通过对涂层技术的不断研究发现，等离子束表面冶金技术的耐磨性和硬度更强。这种技术是在原来的熔覆、堆焊等工艺上进行的改造，以粉末状呈现，能够进行任意的配比，之后与喷雾机构自身的涂层进行结合形成密度均匀的合金层。此种方式可以更好地延长喷雾结构的使用寿命，采煤机的维护和更换成本也因此降低。

5 喷雾系统改造后的应用效果

当对采煤机喷雾结构的装置进行改造后将其应用到实际的作业中，发现改造后的喷雾结构应用效果非常好[3]，大大提高了喷雾降尘的工作范围，并且加强了喷射的水量和强度，采煤机的冷却效果也得到了强化，与此同时延长了喷雾结构喷头的使用寿命。表层的涂层对外喷管道起到了很大的保护作用，有效地避免了出现管道破碎的问题，为井下作业的安全生产提供了有效的保障。改造后的喷雾结构从某个角度分析降低了企业的投资成本，通过加强采煤机的冷却效果有效地降低了采煤机的消耗。截齿的使用寿命延长降低了截齿的更换次数，并且有效地降低了工作面的灰尘，提高了采煤效率，井下工人的安全生产得到了保障。通过对以往的采煤机截齿的消耗统计，平均每年需要更换9 个左右，而进行技术改造后截齿每年的平均消耗降低到4 个左右，在很大程度上降低了截齿的消耗数量。

8 个月的试验期间截齿消耗统计如表1 所示。

表1 8 个月试验期间截齿消耗统计

喷雾结构改进后提高了煤的质量。将两个高压管上分别装置一个截止阀，有利于高岩软管的单独操作，能够更好地调节喷雾的外流速度并且可以单独关闭，不需要另外喷涂，从而保证了煤的质量。与此同时工作环境的质量也得到很大的改善，为工人的安全与健康奠定了良好的基础。将一个新的外部喷雾装置连到原本的采煤机外喷装置上，不需要采用减压处理就可使水源直接引入进水口，从而保证喷雾压力的合理性，充分地起到喷雾降尘的效果，并且有效地改善了工人的工作环境。摇臂结构的改造可以有效地保护喷水管，从而对采煤机的整体起到保护作用。

6 结语

通过对高阳煤矿采煤机喷雾结构装置雾化途径的改造，可以大大地提高采煤机的工作效果，并且对采煤机的各个部件起到了很强的保护作用，为企业的经济效益带来了更多的保障。