采煤機高壓外噴霧降塵的成功實踐

白麗萍 楊君

摘? 要：為了保證煤礦井下的安全生產及作業人員的身心健康，基于煤礦綜采工作面生產過程中會產生大量的粉塵，針對綜采工作面降塵效率低的技術難題，國家能源集團神東煤炭公司保德煤礦綜采工作面利用GPW/75高壓外置噴霧有效的抑制粉塵在工作面的濃度，使得煤礦工人的職業健康得到保障。

關鍵詞：高壓外置噴霧;采煤機;降塵;職業安全。

分類號：F273.4

引言

隨著煤礦開采技術的發展，大功率采煤機的應用大大提高了綜采工作面的回采速度，但同時工作面產生的粉塵也相應隨之增加，采煤機割煤時產生的粉塵占整個工作面總粉塵含量的60%左右，而其產生的粉塵濃度高達2000～5000mg/m3 之多[ 1 ]。如果不采取有效的降塵措施，煤礦內會漂浮大量的粉塵，不僅對井下作業人員的健康造成危害，還會給煤礦的安全生產帶來嚴重的隱患。高壓噴霧是控制綜采工作面粉塵污染的有效技術，因此，根據現有高壓噴霧存在問題，結合國家能源集團神東煤炭分公司保德煤礦綜采隊實際條件，研制了一套GPW/75綜采工作面高壓外置噴霧降塵裝置。

一、目前存在現狀

目前我國綜采工作面防塵主要采用給煤層注水預濕煤體的降塵措施和傳統的通風排塵，以及噴霧灑水等措施，但由于除塵技術落后和管理不到位等多方面的原因，礦井粉塵不能有效的降低，導致井下空氣質量污染嚴重，作業現場能見度較低，不但影響了作業人員的操作視線，而且給作業現場帶來了嚴重的安全隱患。近幾年來我國采煤機降塵措施主要使用的是噴霧降塵，即在采煤機的機身上布置一些外噴霧噴嘴，同時在滾筒上方布置一些內噴霧噴嘴，實現內外噴霧聯合作業降塵。但是，目前生產的采煤機內外噴霧系統，在現場使用的效果并不理想，主要有以下原因：1.布置在滾筒上的噴嘴，在滾筒截割時部分或全部被埋進煤中，使噴出的射流不能形成霧化，甚至噴嘴被堵塞;2.所采用的噴嘴均設置為逆風流噴霧，水霧不能充分到達產塵區;3.噴嘴前水壓較低，使噴射距離太近，霧化效果較差[ 2 ]。綜上所述最終造成水流呈噴射狀，包攏角度和霧化效果不理想，導致粉塵無法有效降低。為取得理想的降塵效果，并根據現有高壓噴霧存在的問題，結合國家能源集團神東煤炭分公司保德煤礦綜采隊實際條件，研制了一套GPW/75綜采工作面高壓外置噴霧降塵裝置，有效的降低了采煤工作面的粉塵濃度。

二、工程概況

國家能源集團神東煤炭公司保德煤礦現開采的8#煤層為中灰煤、高揮發、特低硫份為主的富油氣煤。根據煤科集團沈陽研究院有限公司2018年8月10日出具的報告，保德煤礦8#煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層。保德煤礦使用采煤機滾筒直徑 2.5m，工作面長度 240m。

三、礦井粉塵分布規律

通過對綜采工作面采煤機作業時現場粉塵濃度的測定，得出如下結論：在采煤機割煤時，無論是順風割煤還是逆風割煤，沿程巷道內粉塵的濃度最大值均出現在采煤機滾筒附近，而且割煤期間工作面的粉塵濃度最高。當雙滾筒采煤機逆風割煤時，由于風流受到采煤機阻礙，前滾筒高速旋轉和逆風噴霧等原因，往往在采煤機前段產生強烈的渦流，致使大量的高濃度含塵氣流擴散到采煤機司機的作業空間，使工作面作業人員的身心健康收到嚴重威脅。

四、礦井綜采工作面降塵必要性

綜采工作面是煤礦設備和人員高度集中的場所，也是主要的產塵地點。煤礦粉塵是造成礦工塵肺病、發生煤塵爆炸或瓦斯煤塵爆炸、影響作業安全和危害礦區生態環境的主要因素之一。做好井下防塵降塵工作，不僅僅是符合《煤礦安全規程》[ 3 ]、《塵肺病防治條例》[ 4 ]、《全國煤礦衛生工作條例》等相關規定，還對井下作業人員的生命安全和采煤設備的維護具有非常重要的意義。

五、噴霧降塵的影響因素

噴霧是通過噴嘴，使液體分散成細小的霧滴，進入到空氣中。噴霧的整個過程，包括內部液體的動力、噴射表面氣體的運動、噴射壓力以及噴嘴的形狀等都對液體霧化的效果有重要的影響，這些因素之間彼此聯系，相互影響[ 5 ]。噴霧效果的好壞直接影響降塵效果的好壞。影響噴霧降塵效果的因素有水的特性、噴嘴型式及參數、霧流特性、噴霧流量、噴霧壓力和噴霧系統的合理匹配與布置等。

六、綜采工作面高壓外置噴霧降塵設計

采煤機高壓外噴霧的降塵效果在很大程度上取決于噴霧射流的引射風量以及采煤機截割滾筒周圍是否能形成均勻的噴霧水幕，以阻止粉塵向外擴散并消除盡可能多的粉塵。均勻水幕的形成和噴霧射流的引射風量主要取決于噴嘴產生的噴霧射流的質量。

GPW/75綜采工作面高壓外置噴霧由高壓噴霧泵站、高壓噴霧模塊、量子水處理器、一級反沖洗過濾器、自動供水裝置等組成。GPW/75綜采工作面高壓外置噴霧降塵系統由帶有自動水位控制裝置和過濾裝置的水箱向高壓噴霧水泵提供水源，水泵通過高壓膠管、控制閥向高壓噴霧模塊提供高壓水，實現噴霧降塵。并具有霧粒細、速度高、射程遠、水量較小、覆蓋面積大、降塵效率高、引射風量大以及噴嘴不易堵塞等顯著優點。高壓噴霧引射降塵器工作時，礦井靜壓水經高壓泵加壓形成高壓水，高壓水經高壓管路進入引射器高壓噴嘴，利用高壓噴嘴噴出的高速水霧流高效引射降塵。

GPW/75高壓水泵將常壓水轉換為10～25Pa（可調）的高壓水，運行期間16Mpa噴霧壓力下旋流霧化噴嘴有效射程為13m，可有效克服巷道風流對噴霧降的影響，如表1所示：噴霧壓力所產霧粒配比。

水霧的噴射速度30m/s以上。以提高水霧與粉塵的碰撞幾率。霧粒的粒度越接近粉塵的粒度，其除塵效率就越高。霧粒粒徑過大，塵粒與霧粒相遇時會因旋流作用從霧粒邊緣繞過，不被捕捉;霧粒粒徑小，則容易氣化。對總塵進行有效的攔截和捕捉。

高壓外噴霧降塵裝置是使用特殊材料模塊對高壓水霧角度進行精確定位，噴霧裝置與搖臂同步運動，始終處于最佳噴霧位置。模塊采用鋅硅合金材質利用量子原理改變水質的螺旋結構，改變水的帶電離子與空氣中的粉塵達到最佳和易性。同時能改善水質的總硬度、降低Ca、Na的含量再通過旋流霧化噴嘴，形成霧粒直徑為30—150微米，噴霧區域內，每立方厘米空氣中含水量（2～2.5）g。根據空氣動力學原理，當含塵粒的氣流繞過霧強抗風能力，射程遠的水霧。水霧有效覆蓋滾筒產塵區域，降低滾筒截齒割煤時的溫升并達到最佳的降塵效果，如表2及圖1所示：綜采工作面濃度、降塵率測定結果。

兩級反沖洗過濾器，可過濾水中異物，避免噴嘴經常堵塞。水箱自動供水、缺水時自動補水，水滿時自動停止補水，從而保證噴霧降塵的持續性，實現真正意義上的自動化運行。通過數字化三維模擬，水流量科學理論計算，實現噸煤含水量控制在1%左右。

七、結論

國家能源集團神東公司保德煤礦通過多年來的成功實踐，使用整套GPW/75綜采工作面高壓外置噴霧降塵裝置體積小、功率高，在保證降塵效率前提下，沒有增加綜采工作面員工的任何工作量，有效改善了綜采工作面的生產環境，使礦井中的職業病發病率控制在1‰以下，為礦井的安全生產和礦工的身心健康提供了保障。

參考文獻

[1]趙火枝等，MG 200采煤機外噴霧裝置的改進[J]，山西煤炭， 2003， 23 （1）：49～50。

[2]沈樹林等，采煤機煤塵防治措施的改進[J]，煤炭技術， 2004， 23 （8）：19～21。

[3]楊煥宇，《煤礦安全規程》安全監管總局辦公廳，2016年3月7日印發。

[4]國務院，《中華人員共和國塵肺病防治條例》（國發〔1987〕105號）。

[5]段俊杰，采煤機高壓外噴霧降塵技術淺析[J]，煤礦安全，2013（03）：59～60。

作者簡介：白麗萍（197611），女，籍貫（省市）內蒙古鄂爾多斯市，學歷本科，職稱采礦工程師，主要研究方向煤炭安全生產監管綜合執法。

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