采煤機負壓二次降塵技術*

張 超

(山西省雁北煤炭工業學校，山西大同 037005)

0 引言

隨著社會的發展，當今社會對于煤炭等化石燃料有著相當大的需求，而煤礦的開采和運輸勢必伴隨著相當多的粉塵產生，這對于井下工作人員的生命安全造成了嚴重的影響，粉塵不僅會影響井下工作人員的身體健康，更會帶來爆炸的安全隱患，因此探究井下降塵技術具有重要的應用價值，而負壓二次降塵技術在使用過程中的優點則尤為突出。

1 粉塵的危害

塵肺病是一種危害極大的職業病，因其難以發現，一旦發現患者肺部的功能就已經收到了嚴重的損害，難以治愈。而煤礦工人換塵肺病的幾率遠遠高于其他的職業，粉塵是導致煤礦工人患塵肺病的主要原因。從安全生產的角度來看，井下粉塵的濃度過高易發生爆炸，井下煤塵在一定條件下不僅能單獨發生爆炸，還能參與瓦斯爆炸，破壞設備甚至毀壞整個礦井。此外，井下粉塵的濃度過高，不僅影響工作人員在勞動時的體驗，更會影響工作人員的視線，從而導致安全隱患難以被發現和消除。而且粉塵還容易進入井下的各種工作設備之中，加速設備的磨損，導致設備難以正常工作，影響煤礦企業的正常生產［1］。

2 采煤工作面上的降塵和產塵技術

在采煤機械工作的過程中，采煤機滾筒的截齒與煤炭接觸時靠巨大的作用力使得煤體破碎，之后運出井外，而在不斷的切割煤體的過程中，破碎的煤體中儲存了較多的彈性勢能，而隨著彈性勢能的不斷增大，煤體最終破裂形成一定的粉塵，這是井下粉塵的主要來源。

當前主要采用噴霧系統來降低工作面內的粉塵，并且是內外兩個噴霧一起使用的效果更好，內外兩個噴霧一起使用的效果相較于單獨的噴霧系統效率提高了25%左右。但是，當前使用的內外噴霧系統多是采用低壓滅塵，這種滅塵方式的水壓往往低于2 MPa，水壓過低會導致滅塵達不到的效果，并且噴水口容易被灰塵堵住，水壓過低就沖不開灰塵，致使整個管道的堵塞，最終整個噴霧系統的效率越來越低。

負壓二次降塵的關鍵原理為:①將內外噴霧系統作為第一次降塵，其降塵的效果能夠達到80%～90%，這個系統保留不做改動;②經過首次降塵之后的粉塵雖然不多，但是長久積累起來還是會有很高的濃度，因此這些粉塵是采煤機二次降塵的目標，采煤機的負壓二次降塵是通過高壓水霧活塞相關技術，控制渦旋風流場，將剩余的粉塵在擴散的過程中進行捕捉，通過凈化及吸收渦旋風流來實現降塵目的。

3 水霧活塞技術

本文以長為30 cm，內徑為10 cm的鋼管作為基礎性的試件，為精確測量吸風量，將內徑20 cm的喇叭口焊接在試件的某一段，并在鋼管里設噴嘴座，向鋼管內通入高壓的水流，水流經過噴嘴之后形成噴霧，水霧擴散的直徑大于鋼管內徑時就會形成水霧活塞的現象，前方的水霧不斷被后方的水霧推出，而前方水霧擴散形成的真空區域就成為了后方水霧前進的動力，此時就不需要額外提供動力。此時空氣中的粉塵與水霧結合之后其重力大于浮力，就會沉降下來，與降雨的原理相同［2］。

實驗中采用了0．8 mm、1．5 mm、2 mm 的噴嘴作為實驗材料，水的壓力由5 MPa增加到20 MPa，通過風表將試件喇叭口的吸風速度測出，和面積相乘之后得出吸風量，進而得到耗水量的數據。通過對于大量數據的統計和計算可以得到以下的結論:噴嘴和水壓相同時，噴嘴口徑越小，噴嘴的吸風效率越高。0．8 mm口徑的噴嘴的吸風體積幾乎是耗水體積的4 000倍，而1．5 mm口徑的噴嘴的吸風體積幾乎是耗水體積的3 000倍，2 mm口徑的噴嘴只有1 600倍左右。但是0．8 mm口徑的噴嘴的吸風體積雖然大卻更容易堵塞，2 mm口徑的噴嘴的口徑雖然大但是吸風量更少，因而選用1．5 mm口徑的噴嘴更為適宜。

噴嘴的口徑在1．5 mm時水壓從5MPa增加到10 MPa的過程中吸風量由12．6 m3/min增加至20．6 m3/min，也就是壓力每提升1 MPa，吸風量增加1．6 m3/min。但是隨著水壓超過10 MPa，壓力每提升1 MPa，吸風量增加0．77 m3/min。其效率是呈現下降的趨勢的。考慮到水壓的輸送的過程中存在損失，因此在負壓二次降塵技術的應用時，最好選擇壓力為12 MPa。

按照實驗數據，水壓與吸風量、耗水量、霧粒的體積及數量都有一定的關系。其中霧粒直徑DW的計算公式如下:

式中:DW是霧粒的直徑，單位為μm;DP為噴嘴的直徑，單位為mm;PP為水壓，單位為MPa;Kb為比例常數，取常數34 530。

由上述的計算公式可以得到在噴嘴為1．5 mm的情況下，霧粒的直徑與水量、水壓存在下表所示的關系，見表1。

表1 霧粒的直徑與水量、水壓間的關系

4 降塵裝置的研制

結合煤礦井下的實際生產情況和各種可能的情況，在采煤機的兩端布置相應的分體式的降塵裝置，一個滾筒配置一個負壓除塵裝置，所有除塵裝置的供水可以由同一個管道系統實現。而實際上還可以在以下方面對除塵裝置進行優化。

4．1 裝置的小型化

煤礦井下的作業條件復雜，受制于地質條件的限制，有的工作面空間狹小，這就要求降塵裝置必須實現小型化，只有小型化的降塵裝置才能夠順利運輸進入井下，也便于在使用之后的維護和修復。并且工作面推進之后也能夠很容易隨著開采機械移動。

4．2 吸收及凈化割煤時產生的風流

以MG－300/700－WD型的采煤機為例，如果滾筒的直徑為1．6 m，單個滾筒的排風量能夠達到40～50 m3/min，如果吸風量能達到風流量的兩倍，則空氣中懸浮的粉塵就可以輕易被吸收凈化，由此達到除塵的目的。

4．3 可靠性的設計

為了保證除塵系統工作時的穩定性，從而降低各方面的成本，在安裝噴嘴之前最好將噴嘴內部清潔一次，清洗掉所有的加工后殘留的金屬碎屑，從而降低噴嘴出現阻塞的機率，并且更換噴嘴的成本也很低，操作方便快捷。

5 裝置的效果分析

負壓二次降塵裝置可以把降塵范圍內的吸塵濃度從625．0 mg/m3降到210．2．0 mg/m3，降低 65%．呼塵濃度從320．0 mg/m3降到105．0mg/m3降低66%。在實際使用的效果中，井下工作人員的反響也比較好，普遍認為井下工作的環境得到了優化，呼吸道中粉塵的量少了，各種身體上的不適感明顯減輕［3］。

6 結語

總之，煤炭行業為我國的經濟發展提供著源源不斷的動力，但是煤礦在生產過程中產生的粉塵卻會對生產的環境到來巨大的安全隱患，同時也嚴重損害了井下工作人員的身體健康。而采煤機負壓二次降塵技術的應用能夠顯著改善井下的作業條件，提高生產效率的同時保障安全生產，創造巨大的經濟效益和社會價值，值得大范圍推廣使用。

［1］ 田 溥．采煤機負壓二次降塵技術的研究應用［J］．能源與節能，2015(7):110－111．

［2］ 張茂宇，賈福音．煤礦井下粉塵監測、防治技術的現狀與趨勢［J］．中國安全生產科學技術，2011，7(12):188－191．

［3］ 王一名．綜放工作面粉塵綜合治理技術研究與應用［J］．技術與市場，2014(8):14－15．