采煤机防尘喷雾系统优化改进_龙胜成.pdf

2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.027采煤机防尘喷雾系统优化改进龙胜成（贵州兴昌科技咨询服务有限公司，贵州 贵阳 550081）摘要 针对渝阳煤矿 N3802 工作面采煤机割煤时内喷雾不能正常使用，在仅使用外喷雾时防尘水压力不能满足要求、自制喷头雾化效果差，导致割煤时粉尘大的问题，通过优化改进采煤机外喷雾系统，既为采煤机电机提供了冷却水，又实现了喷雾降尘的目的。关键词 采煤机；喷雾系统；优化改进中图分类号TD714.4文献标识码B文章编号1672-9943（2023）01-0087-030引言综采工作面在割煤过程中产生的粉尘远大于工作面其他工序或作业地点的粉尘浓度，因此降低割煤时的粉尘浓度是综采工作面粉尘防治的重点。采煤机内喷雾系统由于技术缺陷不能正常使用，虽然在采煤机上安装了以电机冷却水为水源的机组外喷雾降尘系统，但是由于水压低，降尘效果不佳。为了降低工作面割煤时的粉尘浓度，为员工创造更好的工作环境，尝试对采煤机防尘喷雾系统进行优化改进，以取得更好的降尘效果1-3。1工作面基本情况渝阳煤矿 N3802 工作面正常开采 M8 煤层，该煤层属自燃煤层，无煤尘爆炸性危险。N3802 工作面井下位于-200 水平北三西区，工作面对应地面标高 663788 m，工作面标高-176.40.5 m；工作面走向长 768 m，倾斜长 197m，平均采高 2.75 m；煤层倾角为 1115，硬度 0.4，煤层密度为 1.52 t/m3。工作面伪顶为灰色泥岩，老顶为灰色薄层状泥岩，直接底为泥岩。由于采煤机喷雾效果不佳，在割煤过程中粉尘较大，需要对采煤机喷雾系统进行优化改进。2防尘喷雾系统现状N3802 工作面改进前的采煤机防尘喷雾系统如图 1 所示。图 1改进前的采煤机防尘喷雾系统在 N3802 回风斜坡下车场开口处，分接 1 趟直径 50 mm 供水管路，经 N3802 回风斜坡、N3802 回风巷铺设到工作面机尾处，再将管径为 50 mm的铁管变成 25 mm 的钢丝编织胶管接在采煤机防尘水总开关上。由总开关引出的防尘水进入三通后，一路经过开关阀流入三通，由三通分为 2 路，分别13 mm13 mm19 mm19 mm13 mm13 mm25 mm1.5 MPa1.5 MPa1.5 MPa变压器变频器右牵引电机左牵引电机左切割电机泵电机右切割电机泵箱冷却器左内喷雾左摇臂外喷雾左摇臂接头右摇臂外喷雾右内喷雾右摇臂接头能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1872023 年 2 月Feb.,2023进入左右喷水块。另一路经过比例阀进入安装在电控箱煤壁侧的水分配阀，由水分配阀分为 6 路水。其中，第 1 路水进入左摇臂机壳进行冷却，从左摇臂出来后进入左滚筒内喷雾；第 2 路水进入右摇臂机壳进行冷却，从右摇臂出来后进入右滚筒内喷雾；第 3 路水进入调高泵箱冷却器，出来后进入左牵引电机冷却，接着进入右牵引电机冷却，然后经过自制喷头泄出；第 4 路水进入右切割电机冷却后，进入右摇臂外喷雾喷头；第 5 路水进入泵电机冷却，出来后进入左切割电机冷却，从左切割电机出来后进入左摇臂外喷雾喷头；第 6 路水进入变频器组件，出来后进入变压器，然后进入流量传感器，从流量传感器出来后通过自制喷头泄出。因采煤机内喷雾系统不能正常使用，而仅使用外喷雾时，防尘水压力不能满足要求、自制喷头雾化效果差，导致实际使用效果不佳，粉尘较多。因此，需要对改进前的采煤机防尘喷雾系统进行优化。3优化改进思路采煤机内喷雾系统在实际工作中，由于水密封难题一直未得到有效解决，经过一段时间使用后因密封损坏，内喷雾水进入采煤机摇臂内部的减速箱体内，导致减速箱体内油水混合，齿轮轴承不能得到有效地润滑，最终导致齿轮轴承大面积损坏。目前，国内外对于采煤机内喷雾系统的水密封难题还未攻克。根据 AQ1020-2006 煤矿井下粉尘综合防治技术规范 规定，采煤机割煤必须进行喷雾，喷雾压力不得小于 2 MPa，外喷雾压力不得小于 4 MPa；如果内喷雾装置不能正常喷雾，外喷雾压力不得小于 8 MPa。因此，本课题的解决思路是通过优化改进外喷雾系统，使之既符合规定，又能够有效降低采煤机割煤时产生的粉尘浓度。4优化改进方案及实施4.1优化改进方案在 N3802 运输巷安装 2 台高压喷雾泵站（1 用1 备），向采煤机防尘喷雾系统源源不断地提供不低于 8 MPa 的高压水源。高压水源到达采煤机后，通过三通分为 2 大水路。一路通过减压阀将水源压力降低后进入采煤机各电机、变频器、变压器内部冷却系统，起到冷却降温的作用；另一路进入采煤机左右摇臂和滚筒以及采煤机机身中段外喷雾系统，起到降低粉尘的作用。改进后的采煤机防尘喷雾系统如图 2 所示。龙胜成采煤机防尘喷雾系统优化改进图 2改进后的采煤机防尘喷雾系统4.2关键参数确定在满足 8 MPa 外喷雾压力条件下，能否有效地降低粉尘，关键需要保证有足够的水量以及喷射的角度即覆盖范围控制。要把覆盖范围设置成现场可调节，根据现场条件调节喷射角度，以获得最佳控制效果。外喷雾系统共设 1012 个高压喷嘴。其中采煤机机身中段外喷雾设 46 个喷嘴（根据现场条件确定），每个喷嘴在 8 MPa 外喷雾压力条件下的水量为 10 L/min；左右摇臂及滚筒外喷雾各设 3 个喷嘴，每个喷嘴在 8 MPa 外喷雾压力条件下的水量为 15 L/min。则外喷雾系统所需最大水量为13 mm13 mm13 mm32 mm13 mm三通 1三通 2三通 3减压阀水分配阀来自运输巷喷雾泵高压水采煤机中段喷雾系统右切割臂及滚筒喷雾系统左切割臂及滚筒喷雾系统变压器变频器泵箱冷却器右牵引电机左牵引电机左切割电机泵电机右切割电机882023 年 2 月Feb.,2023（上接第 28 页）经采用插值法计算分析，抽采半径测定钻孔观测 180 d 后，在钻孔直径为 94 mm、抽采负压为13 kPa 的条件下，有效抽采半径3.1 m，经取样测定煤层残余瓦斯含量为 6.13 m3/t。4结论本次东大矿井 3 号煤层穿层钻孔测定地点为 3号煤层中央回风大巷。经现场实测，在观测 180 d、钻孔直径为 94 mm、抽采负压为 13 kPa 的条件下，3 号煤层穿层钻孔瓦斯有效抽采半径在 3.1 m。为避免出现抽采空白带，穿层钻孔间距应4.4 m。参考文献1李守瑞，王正帅，陈广喜.艾维尔沟矿区综合法确定有效抽采半径技术研究 J.煤炭技术，2022（1）：115-117.2单大阔.高瓦斯厚煤层有效抽采半径考察研究 J.煤，2021，30（11）：35-36.3冯长红.顺层钻孔有效抽采半径的确定 J.山西能源学院学报，2018（4）：42-43.作者简介赵彬（1972-），男，工程师，毕业于武汉理工大学采矿工程专业，长期从事煤矿安全和煤炭开采技术工作。收稿日期：2022-08-21150 L/min。冷却系统共设喷头 4 个，每个喷头在 2 MPa 水压力下的流量约为 6.6 L/min，则所需水量约为26.4 L/min。通过计算，外喷雾系统及冷却系统所需最大总水量为 176.4 L/min。所选 BPW315/16 型高压喷雾泵站公称流量为 315 L/min，公称压力为 16 MPa，泵站流量及压力满足要求。4.3实施工艺技术通过高压喷雾控制含尘气流靠煤壁一侧运动，同时对粉尘进行湿润，有效降低采煤机从左滚筒至右滚筒段的粉尘浓度。结合现场实际，通过调节高压喷嘴的喷射角度，最大限度地控制粉尘不朝采煤机与液压支架间的人行道飘动，进一步净化采煤机附近空间内的含尘气流。为了达到控制含尘气流向煤壁侧运动，降低司机位置粉尘浓度，分别在左右摇臂及滚筒附近各布设 3 个高压喷嘴、采煤机机身中段布设 46 个高压喷嘴，利用喷雾泵提供的高压水源，经过高压喷嘴喷出的高压水雾对采煤机摇臂及滚筒、机身中段附近粉尘进行全覆盖地喷射润湿降尘。高压喷雾泵站安装在 N3802 运输巷，从高压喷雾泵站出来的水源通过铺设在运输巷的 32 mm专用管道输送到采煤工作面，作为采煤机高压防尘水源。该泵站包括 2 台 BPW315/16 型高压喷雾泵站、1 台 XPJ315/20 型水箱、2 台 QBZ-200 型防爆开关。由高压喷雾泵站供给的高压水源到达采煤机高压水总开关，由高压水总开关出来后进入三通1。由三通 1 出来后，高压水分成 2 路，一路进入减压阀后经过比例阀，进入安装在电控箱煤壁侧的水分配阀，从水分配阀出来的水路按照改进前第 3、4、5、6 路水流向相应采煤机部件冷却系统；另一路进入三通 2。由三通 2 出来后分成 2 路，一路进入左摇臂及滚筒喷雾系统；另一路进入三通 3。由三通 3 出来后分成 2 路，一路进入采煤机机身中段高压喷雾系统；另一路进入右切割臂及滚筒高压喷雾系统。5效果分析采煤机防尘喷雾系统进行优化改进后，通过现场对比，割煤时采煤机附近粉尘浓度大幅降低。该喷雾系统满足采煤机内喷雾不能正常使用时外喷雾的水压力，符合粉尘防治规范规定的要求。同时通过减压阀的降压作用，将水压降低后向采煤机电机、变频器等部件提供冷却水源，保证采煤机电机、变频器等部件正常运转。6结语综上所述，通过对采煤机喷雾系统现状、优化改进思路以及喷雾系统优化改进方案、实施工艺技术情况的介绍，在进行喷雾系统优化改进时，要认真分析现场实际情况，合理选择技术装备，做到技术上能够施行，系统既简单又便于维护。参考文献1王炜，胥奎.高瓦斯矿井综采工作面粉尘防治技术探讨 J.煤炭工程，2009（6）：52-54.2王威，丁可可.综掘综采工作面粉尘控制技术现状与发展 J.能源技术与管理，2011（2）：103-105.3冉松河.梁北煤矿采掘工作面粉尘综合防治技术 J.中州煤炭，2009（10）：83-86.作者简介龙胜成（1983-），男，机电工程师，毕业于贵州大学机械设计制造及其自动化（机电方向）专业，长期从事煤矿设计工作。收稿日期：2022-07-06能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.189