一種煤礦掘進機用噴霧降塵裝置的設計

宋禮強

（山西煤炭運銷集團三元石窟煤業有限公司， 山西 長治 046000）

1 項目概況

噴霧降塵的技術原理是利用噴霧產生的微粒，基于其表面張力為零的特性能迅速吸附空氣中的各種大小灰塵顆粒，從而實現在環境中降塵，主要是適用于大型開闊范圍環境中，在煤礦生產現場和選煤廠車間的應用較為廣泛。當前粉塵是煤礦井常見五大災害之一，對職工身體健康危害極大，還存在粉塵爆炸的安全隱患。當前市面上用于煤礦井下的噴霧降塵裝置結構較復雜，采用大量的電子器件，在煤礦的惡劣環境下使用難以保證噴霧降塵工作的穩定進行。為此，山西某煤礦1703 掘進工作面亟需一種煤礦掘進機用噴霧降塵裝置，要求該裝置的結構簡單，且噴霧效果好，適用于煤礦掘進機的惡劣工作環境。

2 新型煤礦掘進機噴霧降塵裝置的設計

2.1 整體結構設計

針對煤礦掘進機降塵的需要，設計了一種新型的煤礦掘進機用噴霧降塵裝置，該降塵裝置結構如圖1 所示。

圖1 新型煤礦掘進機用噴霧降塵裝置示意圖

該裝置主要包括機箱、噴霧筒、擺動裝置、進風管和供水箱五大部分。機箱設置于掘進機機體上，機箱上設置有噴霧筒，進風管位于噴霧筒中部并與噴霧筒連通；噴霧筒內固定有兩個鼓風機，分別位于進風管與噴霧筒連接處的兩側；進風管內設有吸水套，吸水套外側壁與進風管內側壁固定，且吸水套的內壁直徑沿其自身軸線方向逐漸變大再逐漸變小；噴霧筒頂部還設有供水箱，供水箱內設有用于成霧所需的水，且供水箱與所述進風管之間設有連接管；連接管一端與供水箱底部連接，并與供水箱內部連通，連接管另一端與吸水套內側壁連通，且連接管與吸水套的連通處設置于吸水套內壁的內徑最小處[1-2]。

擺動裝置結構如圖2 所示，主要包括轉動柱、蝸輪、蝸桿、第一錐齒輪、伺服電機以及第二錐齒輪。轉動柱為圓形柱狀，其軸線豎直，設置于機箱內，轉動柱下端與機箱內底面轉動連接，且轉動柱上端依次穿過機箱內頂面以及機箱上表面，并與噴霧筒底面中心固定。蝸輪設置于機箱內并套設于轉動柱上，蝸輪與轉動柱固定。蝸桿水平設置于機箱內，蝸桿兩端分別與機箱相對的兩側內側壁轉動連接，蝸桿與蝸輪嚙合。第一錐齒輪套設于蝸桿上并與蝸桿固定，伺服電機設置于機箱內并與機箱的內頂面固定，第二錐齒輪與伺服電機的輸出軸固定。第一錐齒輪的齒數數倍于第二錐齒輪的齒數，且第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合設置，當伺服電機啟動時，伺服電機往復轉動，第二錐齒輪與第一錐齒輪轉動，帶動了蝸桿轉動，從而使得渦輪以及轉動柱轉動，驅動了噴霧筒擺動。

圖2 擺動裝置的結構示意圖

噴霧筒的內部結構如圖3 所示，進風管為開口呈圓形的管狀結構，其軸線豎直，下端與噴霧筒上表面固定并與內頂面連通，進風管設置于噴霧筒的中部。噴霧筒內設有的兩個鼓風機于噴霧筒的長度方向上分別設置于進風管兩側。進風管設有的環繞管呈圓圈狀，其內部中空，且其截面呈圓環形。環繞管套設于進風管上并與進風管的外側壁焊接固定。吸水套為開口呈圓形的套狀結構，其內徑沿其軸線由其端部至其中部由大變小，吸水套設置于進風管內，吸水套的外側壁與進風管的內側壁焊接固定，此外，環繞管在豎直方向上位于吸水套的中部位置。進風管的管壁內埋設有通水細管，為細圓管狀，其軸線水平，通水細管一端與環繞管的外壁固定并與其內壁連通，通水細管另一端穿過吸水套外側壁并與吸水套內側壁連通。通水細管共設有四根，四根通水細管環繞進風管的軸線均勻分布。通水細管連通吸水套連通的一端固定有碎流板，呈圓形板狀，且碎流板的板面上開設有微孔，開口呈圓形，微孔內徑小于1 mm。吸水套內側壁上固定有多個擾流凸起，呈半球狀，且擾流凸起均勻分布于吸水套的內側壁上。環繞管的管壁內埋設有電熱絲，呈螺旋狀，電熱絲的螺旋軸線與環繞管的軸線環繞分布，且電熱絲沿環繞管的軸線延伸。

圖3 噴霧筒的內部結構示意圖

噴霧筒上設有矩形供水箱，其內部中空，底面與噴霧筒上表面固定。供水箱內設有用于霧化空氣所需的水分，且內側壁上開設有觀察口，開口呈矩形，其與供水箱外連通，且觀察口內固定有透明玻璃，用以觀察供水箱內水位。供水箱上還設有進水口，呈圓管狀，其軸線豎直，且下端與供水箱的上表面固定并與供水箱內頂面連通，使得供水箱內的水位上側保持與大氣壓平衡，也方便了使用者往供水箱內添加水。供水箱上還設有連接管，連接管為圓管狀，由不銹鋼制成，連接管一端與供水箱的外側壁固定并與內部連通，另一端與環繞管的外壁固定并與環繞管內部連通，且連接管與供水箱的連接處設置于供水箱底部。

2.2 噴霧降塵裝置工作原理

當掘進機進行作業時，噴霧筒內的兩個鼓風機同時啟動，使得噴霧筒內兩個鼓風機之間的空間內形成負壓，而進風管外的氣壓為大氣壓，從而形成進風管外與噴霧筒內的氣壓差，使得外界氣流通過進氣管進入至噴霧筒內，再通過鼓風機的作用通過噴霧筒兩端噴出，在此過程中，氣流通過進風管內的吸水套時，由于吸水套的內壁直徑變化，使得氣流經過吸水套內徑最小處時流速加快，從而使得連接管與吸水套的連接處的氣壓極小，使得供水箱內的水流在氣壓差的作用下通過連接管進入吸水套內，進入吸水套內的水流處于流速最快的氣流內，在氣流的沖擊作用下，水流破碎呈小水珠狀并隨氣流最終排出噴霧筒，使得掘進機工作環境內的空氣中漂浮有小水珠，吸附了空氣內的塵埃，降塵效果好，此外，該噴霧降塵裝置采用機械原理達到噴霧效果，適用于掘進機惡劣的工作環境[3-5]。

3 實踐應用效果分析

該新型煤礦掘進機用噴霧降塵裝置在研制完成后，在山西某煤礦1703 掘進工作面EB160 型掘進機上進行了安裝調試，并投入應用，通過對現場粉塵濃度的檢測，降塵效果理想。同時該新型噴霧降塵裝置上安裝有激光灰塵傳感器，可以能夠根據掘進現場粉塵濃度的不同來自動調節噴霧的濃度，還安裝有扇片，能夠將水霧送出更遠的距離和覆蓋更大的面積，增大降塵面積，提高降塵的效果；同時司機可以通過無線通信芯片在煤礦掘進機內對本裝置進行操控，大大提高了工作效率。該煤礦掘進機用噴霧降塵裝置的設計是合理成功的，可以在各類型掘進機上進行推廣應用。