采煤机机载喷雾降尘装置研究

白 玉

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300）

0 引言

采煤机割煤是采面主要产尘环节，其粉尘产量一般占据采面粉尘总量的60%以上，特别是在逆风条件下粉尘产量占比超过80%，若不能有效治理则容易导致采煤机附近粉尘浓度超标，不仅影响附近作业人员身体健康而且会严重威胁煤炭开采安全[1-3]。现阶段采面常使用的采煤机割煤粉尘治理技术包括有空气幕隔尘技术、采煤机摇臂径向喷雾技术、采煤机喷雾降尘技术以及负压二次降尘技术等，归结起来就是通过喷雾或者负压降低割煤过程中粉尘外溢量，达到粉尘高效治理目的[4]。不同矿井煤炭赋存条件存在一定差异，产尘强度有所不同，以山西某矿31503 综采工作面回采为例，对采面割煤期间粉尘溢散情况进行分析，并提出增加喷雾装置方式降低粉尘外溢量，现场应用取得较为显著降尘效果。

1 31503 工作面概况

31503 综采工作面位于3 采区中部，回采15 号煤层，煤层埋深均值460 m，厚度3.9 m，赋存稳定，中部夹杂2～5 层夹矸（厚度累积0.5～1.3 m）。31503 综采工作面位于采区东部，东侧为31501 采空区；西侧为圈定的31505 综采工作面，留设的回采巷道保护煤柱宽度均为25 m；南侧为采区边界；北侧为3 采区集采巷道。31503 综采工作面设计推进长度965.7 m，采面倾向长度158 m，割煤采用MG400/930/GWD 采煤机，运输采用SGZ830/2×400 刮板输送机+DSJ100/80/2×160 带式输送机+SZZ800/250 转载机。截至2022 年6 月底，采面累积回采超过125 m。

开采的15 号煤层瓦斯含量较大，本煤层钻孔间隔5 m 布置。在采煤机割煤时受到煤层含水率低、松软以及采煤机割煤速度快等因素影响，粉尘挥发性较大，同时采煤机原有机载喷雾除尘系统喷洒不均衡，导致喷雾效果不佳。具体采煤机顺风、逆风开采时实测粉尘浓度如图1 所示。采面粉尘浓度整体较高，给煤炭开采高效推进以及现场人员身体健康带来一定制约。针对现场条件，采煤机上增设喷雾降尘装置、选用更为合理喷嘴，使得喷雾尽可能覆盖采煤机割煤产尘点，减少粉尘产生量、抑制粉尘外溢量等均有显著促进作用。

图1 采面粉尘浓度监测结果

2 机载喷雾装置设计

2.1 粉尘治理思路

采煤机割煤产尘点主要集中在割煤滚筒位置，高浓度粉尘随着风流向其他空间扩散，增加采煤粉尘浓度。文中就在采煤机现有喷雾除尘装置基础上，在采煤机上风侧摇臂根部增设外置喷头、覆盖割煤滚筒及下部区域，降低滚筒割煤时粉尘外溢量；在采煤机上风侧行走部端头、机面上均增设喷雾装置，通过高压喷雾将含高浓度粉尘风量阻止在靠近煤壁侧；最后在采煤机下风侧靠近割煤滚筒挡板位置增设喷头，用以净化上风侧扩散的粉尘以及滚筒割煤粉尘。

2.2 喷雾装置及喷头

2.2.1 采煤机上风侧喷雾

采煤机上风侧喷雾包括有抑尘喷雾、控降尘喷雾两种类型，由于两种喷雾作用存在差异，为更好地实现降尘效果，两种喷雾选用两种不同的喷头。

1）上风侧抑尘喷雾。上风侧抑尘喷雾主要起到快速浸润割煤滚筒、垮落区域内破碎煤体，从源头降低割煤期间粉尘产量。根据前进除尘经验以及采煤机机身结构，将喷雾装置优化成L 形，长边安装型号HH9.5 实心锥形喷嘴，有效射程3.5 m、流量8.16 L/min、覆盖直径1.627 m，可快速浸润滚筒周边煤体；在喷雾装置短边采用雾化效果较为显著的BA305 喷嘴，有效射程1.5 m、喷雾流量6.38 L/min、覆盖直径0.412 m、雾化角45°，主要实现溜槽内破碎煤体浸润效果。

2）上风侧控降尘喷雾。上风侧控降尘喷雾主要目的是引射被采煤机机身阻隔且在摇臂根部集聚粉尘，远端喷雾还用以浸润滚筒下部破碎煤体；通过引射喷雾是通过喷雾在管路中快速移动而产生的负压，从而将高浓度粉尘控制在靠近煤壁一侧，减少采煤机司机及其他人员工作位置粉尘浓度。喷雾装置设计为悬臂式，长度3.5 m，结构包括有水力引射除尘器、引射喷雾以及挡尘帘等，其中喷嘴选用BA103 扇形喷嘴。

2.2.2 采煤机机面喷雾

采煤机机面喷雾用以在采煤机靠近煤壁边缘位置形成一道水幕，防止靠近煤壁的高浓度粉尘向外侧扩散。由于喷嘴朝上，为避免落煤等砸坏喷嘴，使用的喷雾装置应独立设计。喷嘴选用型号BA103 扇形喷嘴，在喷嘴边缘采用不锈钢加工制作的保护模块，喷嘴不高于模块，通过模块实现喷嘴保护。

2.2.3 下风侧割煤滚筒挡板喷雾

在下风侧割煤挡板边缘位置安装喷雾装置，用以净化滚筒下方风量，同时通过喷雾覆盖割煤滚筒边缘，降低滚筒割煤时粉尘产生量。

在挡板上横向及竖向排布喷雾喷嘴，用以阻断采煤机割煤粉尘向人行道方向扩散路径。挡板上横排喷雾喷嘴朝向顺风侧，喷嘴类型为BA103 扇形喷嘴；竖排采用断面喷雾，选用喷嘴类型为BA305 喷嘴，用以降低以及隔断上风侧滚筒侧运移以及下风侧滚筒割煤粉尘。

2.3 喷雾装置供水管路

采用的喷雾装置均为后配设备，喷雾装置多是在地面采用焊接方式连接到采煤机机身、悬臂，由于采煤机运行环境恶劣，为确保喷雾装置稳定应采用铁链滚定喷雾装置。喷雾装置用水来源于采煤机机身冷却水，采用异径四通连接MG400/930/GWD 采煤机DN38 供水管路上，从而分出DN19 管路接口，随后通过三通、高压软管以及双阳直接头将DN19 管路接口分别与采煤机上风侧喷雾、采煤机机面喷雾、下风侧割煤滚筒挡板喷雾等装置连接。

3 现场应用效果

为考察机载喷雾装置降尘效果，对降尘装置安装应用前、后采面各位置粉尘浓度进行测定，具体结果如表1 所示。

表1 喷雾降尘效果

从表1 看出，采煤机逆风开采时采煤司机位置粉尘浓度要高于顺风开采，分析主要是由于液压支架移架等导致；煤炭开采时无论采煤机处于顺风或逆风条件，采煤机司机位置全尘、呼吸性粉尘降低率均在67.3%、56.9%以上；采煤机下风侧10 m 位置全尘、呼吸性粉尘降低率均在61.7%、54.5%以上；回风巷距采面端头10 m 处全尘、呼吸性粉尘降低率均在53.5%、52.4%以上。采用除尘装置后，采面粉尘浓度得以明显降低，有效改善了现场环境质量；同时采用的喷雾装置结构以及供水管路简单，仅需增设喷嘴以及供水管路即可，喷雾装置性能可靠、稳定性强。

4 结语

针对31503 综采工作面推进速度快、供风量大以及煤层含水率低、松软等导致采面粉尘产生量大、环境恶劣等问题，提出在采煤机上增设喷雾降尘装置，通过控尘、降尘措施，达到抑制粉尘产生量、快速降尘以及改善采面环境质量目的。

在采煤机上风侧割煤滚筒位置布置喷雾装置实现滚筒全覆盖喷雾并浸润截割煤体，减少割煤粉尘产生量并将粉尘控制割煤滚筒位置，减少外溢量；在机身布置喷雾装置进行竖向喷雾，形成水幕避免靠近煤壁粉尘外溢；在下风割割煤滚筒位置布置喷雾装置抑制并降低滚筒割煤粉尘、靠近煤壁风量粉尘。对喷雾装置结构、喷嘴类型、布置情况以及供水方案等进行设计。现场应用后，采煤机割煤期间粉尘浓度得以显著降低，明显改善了采面环境质量。