采煤機模塊式跟蹤噴霧的設計與應用

孫計全 滿文

摘要：煤機落煤過程產生大量的粉塵，通過煤機內外噴霧，可使產生的粉塵迅速沉降，達到降低粉塵危害的目的。本文介紹一種采煤機模塊式跟蹤噴霧，該裝置使噴霧霧化水滴直接作用于煤機滾筒截割點附近的粉塵，從而提高降塵效果，改善作業環境，取得較好的社會效益。

關鍵詞：采煤機 外噴霧 降塵

0 引言

礦井綜合防塵工作歷來是礦井安全管理中的重點和難點，機組割煤是綜采面最大的產塵工序。最好的防塵技術措施應針對煤塵的形成處，即在截割煤巖時，減少粉塵的形成，其次是盡可能地在粉塵的形成點就近使粉塵凝聚后沉降。礦井普遍采用內外噴霧共同作用的方式進行降塵，在現場應用過程中，內噴霧容易堵塞和損壞，不能有效保障煤機滾筒附近降塵需求，現有的外噴霧位置又相對較遠，待粉塵揚起后再進行捕捉，降塵效果受到影響。基于上述考慮，設計一種新型采煤機模塊式跟蹤噴霧，噴霧方向正對煤機滾筒，目的是提高降塵效果。本文結合在南屯煤礦安裝應用的實際效果，介紹這種采煤機模塊式跟蹤噴霧。

1 工作面截煤時粉塵的擴散

采煤機割煤時所產生的粉塵，在工作面風流的作用下從產塵區向其它區域轉移的過程是一個傳輸過程。工作面滾筒截煤時，其滾筒的截齒不斷破碎煤體，產生大量粉塵，粉塵釋放到工作面風流中，被風流所攜帶，隨風流一起運動。這種流動在主流方向上表現為對污染物的平移輸送作用和污染物的濃度梯度而引起的遷移作用（主要是紊流擴散）。在紊流風流中，由于紊動脈動，使粉塵在離開塵源一定距離后，沿工作面橫斷面擴散。

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工作面在不同風速情況下，采煤機迎風割煤滾筒所產生的粉塵擴散模擬結果如圖1所示。從模擬結果可以看出：

①采煤機附近工作面粉塵分布極不均勻，越靠近煤壁粉塵濃度越高，尤其是割煤滾筒周圍出現風流渦流的地方粉塵濃度最高。

②粉塵在側向擾動氣流和粉塵彌散的綜合作用下，隨工作面風流運動的同時，也在向采煤機司機側擴散，部分粉塵進入司機工作區。

③工作面粉塵擴散受工作面風速影響很大，風速越小粉塵擴散角越大，粉塵越容易進入司機工作區。當工作面風速達到1.0m/s時，在采煤機風流下側15-20m后粉塵將擴散到整個工作面巷道斷面。

④由于采煤機機身的阻擋作用，采煤機位置機身高度以下司機側粉塵濃度相對較低，但隨風流最終擴散到整個工作面巷道斷面，使巷道全斷面粉塵濃度趨于均勻分布。

2 噴霧布置方式設計

根據采煤機滾筒運動軌跡、落煤和截煤時粉塵的擴散特點，設計采煤機模塊式跟蹤噴霧基座為圓形圓盤。噴霧噴頭平均散布在基座周邊。圓盤采用一次鑄造結構，圓盤腔體和噴頭及供水管聯通，聯通位置均為內絲結構。正對煤機滾筒的一面安設噴頭，噴頭盡可能的與圓盤表面齊平，減少煤炭對噴頭的磨損。如圖2所示。

3 模塊式跟蹤噴霧安裝位置及噴頭數量的確定

為保障噴霧正對截割滾筒，采煤機模塊式跟蹤噴霧設計一套曲柄滑塊機構裝置。將噴霧基座安置在曲柄滑塊機構一端的滑塊上，各連桿間采用鉸接方式連接，采用液壓油缸作為運動機構，當采煤機滾筒上下位置發生改變時，通過調整油缸控制滑塊位置，控制噴霧與采煤機滾筒之間的相對位置關系，其安裝位置如圖3、圖4所示。

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圖3 采煤機模塊式跟蹤噴霧安裝位置示意圖

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圖4 采煤機模塊式噴霧水霧位置關系示意圖

根據南屯煤礦使用的MG400/940-WD型號的采煤機滾筒直徑尺寸（1.8m），并測量出徑向外噴霧距離滾筒的距離，并安裝使用清水泵對外噴霧用水進行加壓，在地面模擬井下實際生產空間，不斷調整噴頭的噴霧角度進行試驗，并由試驗結果確定了噴頭數量，形成模塊式跟蹤噴霧的參數，具體見表1。

4 使用效果測定

該裝置安裝到南屯煤礦9310工作面進行使用。9310工作面為一次采全高工作面，下行通風，采高在3.0m左右，采用型號為MG400/940-WD的采煤機，煤機截深為0.8m。工作面采用的主要降塵方式有煤層注水、采煤機內外噴霧和支架跟機自動噴霧、轉載點噴霧等。工作面防塵用水均來自工作面泵站清水泵，水壓達到8MPa。

工作面粉塵濃度的測定數據分為兩組，一組為使用采煤機模塊式跟蹤噴霧的數據，另外一組沒有使用采煤機模塊式跟蹤噴霧的數據，其它防塵措施正常應用，具體結果如表2所示。

表2 工作面粉塵濃度測定結果表

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通過測定結果來看，采煤機模塊式跟蹤噴霧在割煤工序降塵效果顯著，在移架工序幾乎沒有影響；上行割煤和下行割煤的降塵效果相差不多，采煤機模塊式跟蹤噴霧均能發揮作用。

5 結論

①由于該裝置采用模塊式曲柄滑塊機構噴霧能夠對采煤機切割部進行全覆蓋跟蹤噴霧降塵，在滾筒截割運轉的第一時間內對切割產生的粉塵進行大劑量全覆蓋噴霧除塵處理，有效抑制了粉塵污染，顯著提高了除塵效率。

②該裝置結構簡單，操作方便，運行安全穩定可靠，使用動力為采煤機正常使用的液壓系統和防塵水系統，在高瓦斯礦井使用更安全可靠，且對環境和人員沒有任何負面影響。

③該裝置產生的霧化水流，最后進入煤流中，增加了煤流的含水量，在各個轉載環節降低粉塵的產塵量。

④由于該裝置與煤機其它噴霧裝置共用供水系統，且裝置用水量比較大，對其它噴霧用水造成一定的影響。下一步需要優化噴霧噴頭數量和位置關系，便于和煤機原有外噴霧共同發揮作用，控制總用水量，減少噴霧對煤質的影響。

參考文獻：

[1]李如明，甘元平，李勝.綜采工作面塵源跟蹤噴霧降塵系統的應用[J].煤礦安全，2013（05）.

[2]馬素平，寇子明.噴霧降塵機理的研究[J].煤炭學報，2005（03）.

[3]李高峰，馬勝利，劉亞力.高效噴霧降塵的理論研究[J].礦山機械，2009（19）.

作者簡介：孫計全，男，山東鄒城人，助理工程師，現任兗州煤業股份有限公司南屯煤礦防塵工區技術主管，主要從事礦井“一通三防”工作，發表論文多篇。