采煤機ZCD新型高壓噴霧降塵裝置

（西山煤電集團公司鎮城底礦，山西 太原 030200）

煤礦井下作業時會產生大量的粉塵，隨著煤礦機械化、智能化的不斷發展，機電設備不斷更新換代，開采強度不斷加大，工作面粉塵也逐漸增加，不僅威脅井下工人的身體健康，而且嚴重影響相關設備的使用壽命和服務年限，制約了煤礦可持續發展。此外，粉塵達到一定濃度時存在爆炸的安全隱患，因此降低工作面粉塵濃度對煤礦安全生產至關重要。目前有煤層注水、噴霧除塵、通風除塵等方式降低粉塵濃度，但是許多煤礦降塵除塵效果不佳。

綜上所述，通過改進優化采煤機噴霧降塵裝置，從根源上降低井下粉塵濃度，以確保煤礦安全生產。

1 粉塵運移規律分析

1.1 滾筒割煤產塵規律

綜放工作面采煤機截割煤體時，粉塵濃度與采煤機運行方向和風流方向有關，粉塵的運移擴散與采煤機順風或逆風割煤相關。當采煤機順風割煤時，低滾筒處于采煤機前方，產塵點低，此外受重力因素影響，粉塵運移距離較近；高滾筒迎風流方向，截割煤體的位置較高，在向采煤機運移過程中受重力影響，在較短的距離也能夠降落。當采煤機逆風割煤時，低截割滾筒迎風流方向，但由于產塵位置低，受重力影響下也會飄移較近距離后沉降；高滾筒在后方，受風力流動方向影響，揚塵位置高，運移距離較遠。

1.2 滾筒拋煤產塵規律

采煤機滾筒在拋煤時，滾筒轉速決定產塵量。當滾筒轉速較慢時，煤屑拋出距離近，相互間碰撞幾率小，產生的粉塵少；當滾筒轉速較快時，煤屑以較大的加速度從螺旋內飛出，煤屑下落由于碰撞會產生大量粉塵，并且在落地時依舊保持較大的加速度，接觸地面后破碎程度高，也會產生較多的粉塵，產生的粉塵運移規律與上述采煤機位置和風流方向相關。

1.3 移架產塵運移規律

液壓支架在前移（落、拉、升）過程中，產塵位置高且產塵量較大，粉塵擴散速度快且運移距離遠，綜采工作面主通風道液壓支架前半部分是產塵較多的位置，由于受到風流擾動的影響，附近支架的前端粉塵濃度也較高。

2 ZCD新型高壓噴霧降塵裝置

鎮城底礦綜放工作面采用ZFS3000/16/25型輕型放頂煤支架和MG160/380WD滾筒采煤機，由于煤層在開采過程中注水效果不理想，煤層相對干燥，支架與煤壁之間形成的空間狹窄，采煤機工作時產塵量較大，在采煤機運行時，產生高濃度的粉塵不僅嚴重阻礙工作人員的視線，而且還會加快儀器設備的磨損，嚴重危害工人的身體健康。為此在綜放面采煤機上加裝高壓自動噴霧降塵裝置，與采煤機內外噴霧聯合工作，以期取得良好的降塵效果。

結合綜放工作面采煤機兩個滾筒的采煤特點，技術人員通過技術革新，研制出一種新型ZCD型組合式采煤機自動高壓噴霧降塵裝置。ZCD型采煤機自動高壓噴霧降塵裝置由ZCD-A型和ZCD-B型兩種新型高壓噴霧降塵裝置組成，見圖1。

其中ZCD-A型高壓噴霧降塵裝置安裝于機體處，每個滾筒處各安設1個，ZCD-B型高壓噴霧降塵裝置安設在滾筒后部，每個滾筒處各安設2個。ZCD-A型高壓噴霧降塵裝置由5個噴嘴組成，噴嘴安設角度為-45°～45°。ZCD-B型高壓噴霧降塵裝置由4個噴嘴組成，根據采煤機工作實際情況，噴嘴噴霧角度能夠手動調節，在采煤機截割產塵濃度較高的位置，噴出的水霧能夠瞬間潤濕凝結煤塵，實現煤塵的有效封閉。ZCD-A和ZCD-B型高壓噴霧降塵裝置采用孔徑2.4 mm的3#含X形導流芯廣角旋口混合式噴嘴，噴射距離較遠。圖2為CZD型組合式采煤機高壓噴霧降塵裝置現場安裝及應用效果。

圖1 CZD-A和CZD-B型高壓噴霧降塵裝置

3 XSMD控制系統

采煤機自動高壓噴霧控制系統的水電聯動自動噴霧控制子系統，采用的是礦方自行研制的XSMD型采煤機噴霧控制系統。該裝置具有體積小，重量輕，便于安裝，可靠性強，準確率高等特點。

3.1 工作原理

采煤機自動高壓噴霧降塵控制系統主要由傳感器、電動球閥和主機組成。其中，根據實際情況可以選用或加裝轉動傳感器、振動傳感器以及紅外傳感器等。該裝置由PLC編程主控箱、電動閥門、設備開停傳感器組成。當采煤機進機開動后，設備動力電纜線中的電流，由開停傳感器感應后，其內部常開觸點閉合，此信號主控制板接收處理后，輸出電動閥門打開（電動閥門打開，由延時打開和立即打開兩種接法），電動閥門延時30～300 S可調后關閉。XSMD型采煤機噴霧控制系統流程見圖3。

圖3 XSMD型采煤機噴霧控制系統工作流程

該系統整體構架見圖4。在采煤機系列車后安裝一臺高壓泵及水箱，通過液管與采煤機切割電機上固定的噴霧裝置相連，通過組合開關實現采煤機與噴霧聯動，開機開水。整套設備與采煤機實現聯動，但采煤機開始工作時，能夠感應采煤機工作狀態，通過控制加壓泵進水噴霧；進水安裝水位控制器和水質過濾裝置，在低水位時加壓進水，高水位時斷水，并且過濾水中砂石等雜質，有效延長整套裝置的使用年限。整套設備無需額外工人看守，自動實現開機、噴霧、加水斷水等，維護量小，操作簡便。

圖4 采煤機自動高壓噴霧降塵裝置

3.2 技術特點

降塵機理先進，維護量小，整套裝置與采煤機實現聯動，無須人員操作，即采煤機開啟，噴霧裝置自動開啟，使用期間不影響采煤機正常工作。整套裝置安裝水位控制器，能夠自動控制進水，實現缺水時自動補水，水滿時自動停止補水，實現了真正意義上的自動化運行。

4 應用效果

通過現場試驗，將噴霧除塵系統改進前后進行對比，在綜采工作面布置10個采樣點，監測監控粉塵濃度，效果對比見圖5。綜采工作面自動高壓噴霧降塵裝置安裝之后，回風側粉塵濃度已經極大降低，工作面工人普遍反映工作環境得到很大改善。此外整套裝置實現自動控制，減小了工人的作業強度，生產質量和效率顯著提升。

圖5 改進前后粉塵濃度變化對比

5 結語

本文通過技術革新，研制出采煤機新型自動高壓噴霧除塵裝置。通過實踐驗證，采煤機高壓噴霧降塵裝置作用效果明顯，煤塵濃度得到了極大程度的降低。

改進后的采煤機自動高壓噴霧降塵裝置工作穩定，整套裝置體積小，功率高，在保證降塵效率的前提下，沒有增加采面工人的任何工作量，極大地改善了綜放工作面的作業環境，有效降低了截割過程中的產塵量，最大限度的保障了井下工人的身心健康。