綜采工作面采煤降塵系統應用分析

邢 凱

（山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司， 山西 大同 037100）

1 長興煤業303工作面概況

山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司303綜采工作面，東邊為礦井東盤區實體煤區域，南邊為井田邊界，西邊南延三條主大巷，北邊為22211回采工作面。

303工作面回采煤層為22號層，煤層平均厚度為11 m，煤層平均傾角為4°，工作面設計回采長度為1 700 m，工作面長度為240 m，工作面采用綜合機械化放頂煤回采工藝。

由于303工作面回采煤層穩定性差，煤塵揮發性高，工作面回采期間采用采煤機內外噴霧降塵時，受揮發粉塵影響，內噴霧系統堵塞嚴重，故障率高，大大降低了工作面噴霧降塵效果，通過對301、302工作面觀察發現，采用噴霧降塵后工作面粉塵質量濃度仍高達270 mg/m3，嚴重影響著工作面安全高效回采[1-2]。因此，該公司為采煤機、液壓支架安裝了一套自動噴霧降塵系統。

2 降塵噴霧原理及影響因素

2.1 噴霧原理

1）水在高壓的作用下從噴嘴噴出，將水轉化為具有一定速度的水霧，水霧顆粒與空氣中灰塵經過碰撞、捕塵、凝結，可清除空氣灰塵。噴嘴在噴霧時，靠近噴嘴的區域水流緊密，較遠區域的水流由于受到空氣阻力逐漸形成顆粒狀的水霧。

2）根據水壓不同，噴嘴噴出的水霧的霧流粒徑也不同。當噴嘴壓力較小時，霧流很容易受空氣阻力而衰減，此時水霧噴射距離較近；當噴嘴壓力較大時，此時水霧噴射距離較遠、速度較快，靠近噴嘴的區域受空氣阻力形成霧粒。

3）根據現場觀察發現，高壓噴霧具有噴霧顆粒速度塊、半徑小、密度大、射程遠、不易堵塞噴嘴的優點。在礦井有限空間內除塵，能夠有效對微細粉塵進行捕捉、吸附，相比中、低壓噴霧具有更好的除塵效果，再加上高壓噴霧能夠使顆粒水霧產生靜電荷，更容易與周圍的粉塵進行吸附，特別是對那些難以捕捉的微細粉塵具有很好的除塵效果。

2.2 影響因素

綜采工作面噴霧裝置的噴霧效果對整個工作面的除塵效果具有決定意義。根據統計分析發現，對噴霧效果有影響的因素主要由：噴嘴類型、水質、水壓、噴水量、噴霧裝置分布、粉塵粒度分布。水壓、粉塵粒度分布、噴嘴型號這些因素是最主要的影響因素。噴嘴型號與水壓對霧流特性與流量有著直接的影響，粉塵粒度分布對工作面的除塵效果具有決定性的作用。

3 綜采工作面采煤降塵系統分析

3.1 采煤機噴霧裝置

3.1.1 高壓外噴霧裝置

高壓外噴霧裝置主要由以下部件組成：泵站、噴霧裝置、膠管、精密過濾器。采煤機在正常生產時，高壓外噴霧裝置形成的水霧能夠在平面上對滾筒進行立體式除塵，從塵源處對粉塵進行凈化。高壓外噴霧裝置產生的水霧具有噴水量小、水霧顆粒小、覆蓋面大的優點，既能夠對塵源粉塵進行有效控制，又能將粉塵控制在一定范圍內，防止粉塵向工作面一側擴散。

3.1.2 塵源跟蹤降塵裝置

高壓外噴霧裝置能夠在平面上對滾筒進行立體式除塵，但由于工作面風速較大，滾筒產生的粉塵很容易飄散，影響整個工作面的除塵效果。塵源跟蹤降塵裝置原理是在支架上安裝一套噴霧水幕，該水幕能夠對滾筒飄散的粉塵從上而下再次捕捉進行強力除塵，在采煤機周圍形成厚厚的水幕，增加水霧顆粒與粉塵碰撞的概率。塵源跟蹤降塵裝置主要由以下部件組成：聯鎖開關、紅外接收與發射裝置、電磁閥、電纜、通訊線、噴霧控制箱、水源、噴霧裝置。采煤機在經過支架時，安裝在支架前的紅外線接收裝置接收到信號后通過發生裝置將信號傳遞到控制箱，控制箱將電磁閥開關打開,支架頂梁及前探梁上的噴霧裝置啟動，對采煤機前、后滾筒進行除塵，同時啟動臨近采煤機下風側5架支架的噴霧降塵，全范圍、大面積、立體式地對工作面產生的粉塵進行除塵。

3.2 移架自動噴霧裝置

采煤機割煤后支架需追機進行移架，移架過程中也會產生較多粉塵。支架在前移時，采煤機割完煤壁的頂部留下的煤脊與在支架頂板的擠壓下變為粉末狀粉塵，這些粉塵掉下來漂浮在風流中產生污染。此外，頂板掉落的矸石也會掀起較多的粉塵，這些粉塵在風速較大的風流中迅速擴散。根據統計，移架產生的粉塵約占工作面粉塵量的25%。

移架自動噴霧裝置能夠有效減少支架在前移過程中產生的粉塵。移架自動噴霧裝置主要由以下部件組成：控制閥、精密水質過濾器、供水管、噴霧架及噴嘴。工作原理為：在每個支架前安裝噴霧控制閥，并用膠管與支架控制立柱升降的液壓閥聯通，支架在前移過程中需降柱前移，此時自動噴霧裝置打開對支架周邊粉塵進行除塵，升柱時關閉液壓閥內的膠管，這樣噴霧裝置能夠隨著支架的前移自動噴霧[3-5]。303綜采工作面液壓支架自動控制噴霧降塵系統如圖1所示。

4 結論

對303工作面傳統噴霧系統進行優化，大大降低了工作面粉塵的濃度，通過實際應用來看，取得了顯著的應用成效。

圖1 303綜采工作面液壓支架自動控制噴霧降塵系統

1）根據工作面采煤機及移架的位置合理分布噴霧裝置的壓力及分布范圍，能夠在減少水量消耗的同時最大限度地對工作面粉塵進行除塵，達到經濟效益最大化。

2）303工作面將高壓外噴霧裝置、塵源跟蹤降塵裝置、移架自動噴霧裝置等措施相結合，對工作面采取“三維立體”降塵，能夠將采煤機下風側20 m范圍內的粉塵量降低為原來的一半，工作面總除塵效果達到75%，呼吸性粉塵降塵效率達到92%，工作面粉塵質量濃度降低為40 mg/m3，有效地控制了粉塵的污染。