矿井综采工作面高效喷雾降尘装置设计研究_孙江.pdf

矿井综采工作面高效喷雾降尘装置设计研究孙江（晋能控股煤业集团大斗沟煤业有限公司信息化管理科，山西大同037003）摘要：为降低粉尘对矿井生产和职工生命安全的影响，基于雾滴捕集尘粒作用机理，设计了一种高效喷雾降尘系统装置，并对比分析装置安装前后综采面的粉尘浓度。结果表明：采用该喷雾除尘装置后，各测点降尘率明显大幅提升，且在采煤机司机、移架工位置的呼尘、全尘降尘率分别是 89.6%、89.4%和 89.1%、90.1%，表明该综采工作面原粉尘浓度最高的割煤、移架位置处的粉尘得到有效抑制。关键词：喷雾除尘装置雾滴捕集尘粒综采工作面降尘率中图分类号：TD714.4文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0127-03引言煤矿开采中，采煤机滚筒割煤、移架1-3等生产工序都会产生大量粉尘，而粉尘浓度太高不仅威胁职工的生命安全，还会影响矿井的正常生产4。目前，矿井下常用的降尘措施有压力喷雾降尘、煤体预先注水、除尘器干湿降尘法、泡沫除尘法和个体防护措施5-6等，本文基于雾滴捕集尘粒作用机理，设计了一种高效喷雾降尘系统装置，并对比分析该装置安装前后综采面的粉尘浓度，得到该降尘装置应用的实际效果，进而保证矿井的安全生产和职工的生命安全。1雾滴捕集尘粒作用机理雾滴捕集尘粒机理主要是依据空气动力学对空气中的尘粒进行捕集，当含尘风流到达雾滴周围时，因惯性作用，尘粒从绕流的气流中偏离而相撞与雾滴，使尘粒被雾滴沉降、捕捉7。通过截留作用、惯性碰撞、重力效应、扩散作用、凝聚作用、静电效应，尘粒与雾滴完成尘粒的捕捉8-9，达到降尘目的。图 1 为雾滴尘粒捕集机理。2高效喷雾降尘装置的研制矿井综采工作面主要有采煤机喷雾、液压支架喷雾和转载点喷雾，其中，采煤机和液压支架喷雾是综采面喷雾降尘的核心所在。因此，本文基于雾滴捕集尘粒作用机理，且在不增加用水喷雾原则上，设计了一种组合式高效喷雾降尘系统装置，其主要是以新型液压支架风助集中喷雾和采煤机湿式风助降尘装置为核心的喷雾降尘装置。2.1采煤机湿式风助降尘装置图 2 为采煤机湿式降尘装置设计示意图，本文选择在不锈钢圆桶外壳安装矿用防爆防水电机，并将其与风叶连接，在出风口均匀安装 8 个圆口含 X 形导流芯喷嘴的环形喷雾装置，且该喷雾降尘装置底端安装有固定底座，设置若干排水孔于叶轮前的底部，主要是用来避免喷雾滴水对电机的影响。当喷雾降尘装置动作时，开启电机和喷雾，在电机的高速风流作用下雾场对采煤机滚筒进行有效覆盖。2.2液压支架风助降尘装置下页图 3 为液压支架喷雾降尘装置设计示意图，具体是在喷雾管安装不锈钢外壳，并前后开通吸风口和喷雾口，在吸风口位置处安装带叶轮的气动马达，其工作原理是：在喷雾口分别安装 3 个与喷雾杆呈15、45和 75的喷嘴，形成覆盖综采面煤壁到液压支架立柱间的全断面喷雾场，直接对粉尘铺集沉降；形成的喷雾场可将整个喷雾口充满，在喷嘴后部因卷吸机理作用形成负压场，使粉尘被吸入沉降；在装置紧靠吸口处布置一气动马达，并产生和喷雾方向相同的高速气流，让采煤机滚筒位置处形成更集中的喷雾场，大幅增强喷雾降尘效果。此外，将该喷雾降尘收稿日期：2022-03-21作者简介：孙江（1992），女，山西大同人，本科，毕业于中国矿业大学，助理工程师，研究方向为安全工程专业。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.049图 1雾滴尘粒捕集机理图 2喷雾降尘装置示意图布朗扩散运动惯性捕集拦截捕集重力沉降静电捕集气流运移雾滴尘粒防尘罩防爆电机吸风口喷雾环叶轮排水孔底座结构设计机械管理开发第 38 卷装置安装在液压支架顶梁油缸处，且每隔 1 台液压支架安装 1 台。3高效喷雾降尘装置的应用效果分析为获得矿井综采面应用喷雾降尘装置的效果，本文在某矿综采工作面进行安装、应用。并依据该工作面采煤机和液压支架结构、产尘特点，在采煤机机身处安装采煤机降尘装置，并将装置主体和煤壁布置成45，喷雾口对准采煤机滚筒；在液压支架顶梁油缸处安装液压支架喷雾降尘装置，并在割煤作业时将滚筒上风侧最近的一组喷雾装置打开。本文在安装高效喷雾除尘装置后，选择在该矿区工作面布置 9 个位置测点，具体为：采煤机下风侧 10m 位置、采煤机司机位置、放煤工位置、移架工位置、转载机位置、前部溜头位置、回风巷 5 m位置、回风巷10 m 位置、回风巷 20 m 位置。对于该矿区综采工作面粉尘浓度测定，采煤机降尘装置喷雾压力值设定 8MPa，液压支架降尘装置喷雾压力值设定 8 MPa，气压设定 1 MPa。本文首先选择在不使用任何喷雾降尘装置时，测定采煤机正常作业时的 9 个测点位置的粉尘，得到表1 所示的各测点粉尘浓度。从表 1 中可看出，当矿井作业面未采取任何降尘措施时，所有测点位置的粉尘浓度都比较大。粉尘浓度最大的位置为采煤机下风侧 10 m、采煤机司机以及移架工位置，其呼尘和全尘浓度分别是 267.8 m、421.6 m、321.5 m和 634.5 m、892.1 m、723.6 m，表明采煤机周围、采煤机下风侧周围的液压支架属于粉尘高浓度区。在同时开启采煤机和液压支架降尘装置组成的高效喷雾降尘系统，同样测定采煤机正常作业时的 9个测点位置的粉尘，并计算各降尘率，得到表 2 所示的各测点粉尘浓度。从表 2 中可对比看出，采用高效喷雾降尘装置后，矿区综采工作面粉尘浓度明显比表 1 中大幅降低。采煤机司机、移架工位置处呼尘、全尘的粉尘浓度分别降低 379.7 mg/m3、794.8 mg/m3和 287.4 mg/m3、648.1 mg/m3，降尘率分别是 90.1%、89.1%和 89.4%、89.6%表明采用该喷雾装置后，综采面粉尘浓度最高的割煤和移架位置处的粉尘污染得到了有效控制；且在回风巷 5 m、10 m和 20 m处浓度也明显降低，回风巷 5 m处呼尘、全尘的降尘率达到 83.5%和 85.8%，表明工作面粉尘浓度确实得到了有效抑制。因此，可综合得出，采用该除尘装置可有效对采煤机滚筒处粉尘进行降尘，并对粉尘向下侧扩散进行有效抑制，喷雾除尘效果明显。4结语为降低粉尘对矿井生产和职工生命安全的影响，本文基于雾滴捕集尘粒作用机理，设计了一种高效喷雾降尘系统装置，并对比分析该装置安装前后综采面的粉尘浓度，应用结果表明：采用该喷雾除尘装置后，各测点降尘率明显大幅提升，且在采煤机司机、移架工位置呼尘、全尘的降尘率分别是 90.1%、89.1%和89.4%、89.6%，表明该综采面原粉尘浓度最高的割煤、移架位置处的粉尘得到有效抑制。参考文献1程卫民，刘伟，聂文，等.煤矿采掘工作面粉尘防治技术及其发展趋势J.山东科技大学学报（自然科学版），2010（4）：35.2时训先，蒋仲安，楮燕燕.煤矿综采工作面防尘技术研宄现状及趋势J.中国安全生产科学技术，2005（1）：41-43.3张健，郭胜均，刘涛，等.采煤机尘源跟踪喷雾降尘技术研究及应用J.煤矿机械，2015，36（11）：231-2344周刚.综放工作面喷雾降尘理论及工艺技术研究D.青岛：山东科技大学，2009.5邹常富.采煤机割煤产尘特性及防治技术研究 J.煤炭工程，图 3液压支架喷雾降尘装置示意图测点位置呼尘浓度/（mg m-3）全尘浓度/（mg m-3）采煤机下风侧 10 m267.8634.5采煤机司机421.6892.1放煤工187.4421.3移架工321.5723.6转载机98.2264.1前部溜头154.6406.3回风巷 5 m74.6197.4回风巷 10 m65.1171.7回风巷 20 m55.3134.2表 1不使用任何降尘装置时各测点的粉尘浓度测点位置呼尘浓度/（mg m-3）呼尘降尘率/%全尘浓度/（mg m-3）全尘降尘率/%采煤机下风侧10 m25.289.662.190.2采煤机司机41.990.197.389.1放煤工22.288.249.488.3移架工34.189.475.589.6转载机14.286.635.186.7前部溜头19.885.550.187.7回风巷 5 m12.383.528.185.8回风巷 10 m9.886.927.286.2回风巷 20 m7.386.817.187.3表 2采用高效喷雾降尘装置的各测点粉尘浓度固定环喷雾装置吸风口微型气动马达1282023 年第 2 期2016，48（2）：62-64；686李玉杰，吴海龙，高魁，等.张家峁煤矿综采工作面粉尘综合防治技术J.煤炭工程，2019，51（3）：74-787周刚.综放工作面喷雾降尘理论及工艺技术研究D.青岛：山东科技大学，2009.8王鹏飞，刘荣华，桂哲，等.煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率理论研究J.煤炭学报，2016，41（9）：2 256-2 262.9向晓东，陈宝智，张国权.粉尘分形几何特征及在除尘技术中的应用探讨J.建筑热能通风空调，1999，18（2）：14-17.（编辑：王慧芳）Design of High Efficiency Spraying and Dust Reduction Device for Mine ComprehensiveMining Working FaceSun Jiang（Information Management Section,Jinneng Holding Coal Group Dadougou Coal Company Limited,Datong Shanxi 037003）Abstract:In order to reduce the impact of dust on mine production and workers life safety,a high-efficiency spray dust reduction systemdevice was designed based on the mechanism of dust particle trapping by fog droplets,and the dust concentration at the header mining facebefore and after the installation of the device was compared and analysed.The results show that the dust reduction rate at eachmeasurement point has significantly increased after the adoption of the spray dust removal device,and the dust reduction rates at the coalminer driver and frame-shifter positions are 89.6%,89.4%and 89.1%and 90.1%respectively,indicating that the dust at the coal minerand frame-shifter positions,where the original dust concentration is the highest,has been effectively suppressed.Key words:spray dust removal device;fog droplet trapping dust particles;comprehensive mining face;dust reduction rate小、导热硅脂应平整且涂抹厚度大于 10 mm、水-铜热管的散热装置等。参考文献1程红，白林绪，尹相卿，等.煤矿井下 1 140 V 中压三电平变频器的设计与实现J.煤炭科学技术，2011，39（5）