綜放工作面采煤機噴霧系統的優化及應用分析

李汝俊

（晉能控股煤業集團侯甲煤礦，山西晉城048105）

1 工程背景

采煤機的滾筒截煤和液壓支架降柱移動是煤礦生產過程中產生粉塵最多的環節。根據現場實際測量，采煤機、支架堆疊粉塵濃度達4000mg/m3，不采取防塵措施，對礦井的安全和礦工的身體和心理健康造成了很大的影響。目前，針對采煤機滾筒式煤塵防治的主要方法有：內外噴霧、機體噴霧和塵源追蹤噴霧。然而，由于各工作面的粉塵特性、設備尺寸等因素的差異，使得在選擇噴淋設備時，沒有進行合理的設計和選型，從而降低了除塵效率。

以晉能煤炭集團公司122109 綜放工作面為實例，采用大采高綜放工作面，采高5.8m，放煤6m，支架高，煤機大，生產效率高。但是該開采方法容易產生較多的灰塵。

現場測試粉塵濃度如圖1、圖2所示。

圖1 采煤機順風截煤時各采樣點粉塵濃度與風速變化曲線圖

圖2 采煤機逆風截煤時各采樣點粉塵濃度與風速變化曲線

通過現場調查，確定了合理的噴淋設備，并選擇了適當的噴嘴，對采煤機的外部噴霧進行了優化。同時，在現場試驗中，充分利用噴淋技術，充分覆蓋了煤層和崩落區，有效地控制了采煤過程中的粉塵，降低了煤塵的傳播。

2 采煤機滾筒塵源治理思路

在采煤機運行過程中，由于氣流的作用，造成了高密度的煤塵，在采煤空間和行人活動區中大量擴散，對工作面的環境造成了很大的污染。本文以采煤機滾筒內噴淋為研究對象，在煤機上風側搖臂根部設置外噴，以遮蓋鼓輪和下面的區域，以抑制煤塵和煙塵的傳播。在采煤機上風側行走部的末端和表面設置了噴淋裝置，通過噴淋的引射作用，將粉塵氣流從煤體的側面輸送到煤體的下風側，并形成一層霧幕，將粉塵氣流阻擋在煤墻一側。在采煤機下風側破碎機的擋板上設置了一個外部噴霧裝置，對下風面的滾筒和上風面的煙塵進行了凈化。其技術原理如圖3所示。

圖3 采煤機外噴霧抑塵、控塵、降塵技術原理示意圖

另外，為了達到更好的效果，在原有的上風面和外風面的噴霧器上設置了一套高壓復合噴淋系統，以實現大面積的噴灑，最大限度地抑制了煤粉的傳播。

3 綜放工作面采煤機噴霧優化

（1）采煤機上風側L 形噴霧。在采煤機的上風面外側噴淋，能迅速潤濕鼓包周圍和塌陷區的破碎煤塊，從源頭上起到控制粉塵的作用。結合采煤機械結構及早期施工經驗，對噴頭進行了L型優化，并在長邊一側安裝型號為HH9.5 的實心圓錐噴頭，噴頭的噴射速度為8.16L/min，有效距離為3.5m，噴霧覆蓋直徑為1.627m，以便迅速潤濕滾筒的周緣。在其短邊安裝了BA305 噴頭，霧化效果更好，噴射速度為6.38L/min，有效距離為1.5m，霧化角為45°，噴霧覆蓋直徑為?0.412m，用來將滑槽中的破碎煤塊打濕。

（2）采煤機上風側控降塵噴霧。上風面控塵噴霧是用來將由采煤機阻擋而聚集在搖桿底部的塵土，同時，在末端的噴水作用是用來遮蓋滾筒底部塌陷的煤塊，引射噴霧是通過噴淋管道中噴出的負壓空氣，使含塵氣體沿煤壁方向移動，降低駕駛員所在部位的灰塵污染。

本機為懸臂結構，長3.5m，可調至滾筒中心。上風面的控制噴霧包括引射噴霧、擋塵簾、引射式集塵機三大類，其噴管選擇BA103型噴頭，見圖4。

圖4 采煤機.上風側噴霧控塵裝置結構圖

（3）采煤機機面順風控塵噴霧。機面順風控塵噴霧是在生產過程中，在采煤機外側形成一條連續的豎直水簾，防止塵土從機道上方向路面蔓延。該設備采用獨立的噴淋系統，具有較小的容積。采用高強度的不銹鋼制作而成，具有較高的抗撞性。該設備僅裝有1個噴頭，其噴頭也是采用BA103型扇形噴頭，在噴頭安裝位置上設有凹口，以確保噴頭安裝就位；噴口不高，防止掉下的煤塊把它破壞。其結構如圖5所示。

圖5 采煤機機面噴霧裝置結構圖

（4）采煤機機面集中噴霧。機面噴淋設備（采煤機擋煤板下風側的外角），其主要是集中噴淋設備和固定設備，以凈化滾筒上部的空氣，降低物料沿著機道向回風方向的擴散。由于采煤機機體振動嚴重，采用的無極限位螺釘容易磨損，不能正確調節。

（5）破碎機護罩噴霧。破碎機護罩噴淋裝置安裝在破碎機護罩的邊緣，其作用是凈化破碎鼓下部通道的氣流，并覆蓋下風側鼓的邊沿，降低鼓在旋轉時的粉塵。

（6）破碎機擋板噴霧。破碎機的擋板噴霧是一種橫向、縱向的順風式噴霧，它的主要功能是阻止采煤機在截留過程中產生的粉塵向路面上擴散。本設備設計為橫、豎兩排，橫排為順風，并選用扇形噴嘴，以防止粉塵氣流向行人方向擴散；垂直排煙方式為橫截面，選擇實心圓錐噴霧，用以分隔、沉淀下風向的滾筒截煤機和上風側輸送的煙塵。

4 采煤機噴霧配套工藝

由于采煤機的噴水設備都是后裝的，所以基本都是用焊接來固定。而且由于工作面開采量大，煤層堅硬，片幫嚴重，為了避免對噴淋設備造成損壞，有些噴淋設備在焊接固定后還采用了鏈條加強保護。采用已有的破碎滾筒搖臂固定基座的螺栓孔，使用螺栓將上風面的噴粉控制設備固定。噴淋水與采煤機的冷卻噴淋采用相同的高壓水泵，由采煤機進水孔接四通，經閥門、過濾器、管路等各部分流入噴頭，通過噴頭噴射，在噴射過程中產生霧滴。在122109 綜放工作面，利用異徑四通閥門在DN38 供水管路上分出DN19 接口，隨后采用DN19 三通、DN19 雙陽直接頭、DN19 高壓橡膠管分別與不同區域的噴霧裝置進行連接。高壓膠管、三通、雙陽直頭等安裝在采煤機的機面防護罩下面、切割電機、破碎機前部，防止落煤的沖擊。系統連接如圖6所示。

圖6 采煤機噴霧裝置供水管路連接

5 應用效果

為檢測最佳噴淋系統對卷揚塵源的抑、控、降塵效果，在裝置安裝后，連續獨立地研究了該系統的除塵效果。主要采取了改進的采煤機上風向L 型噴霧、采煤機控制降塵噴霧、機面順風噴霧系統；機面集中噴霧、破碎機護罩噴霧、破碎機護罩噴霧（橫、縱兩種）6 種。具體治理效果如表1所示。

表1 采煤機抑、控塵噴霧治理效果

如表1所示，在采用了抑塵、抑塵噴霧后，在順風、逆風截煤情況下，實現了粉塵濃度的大幅度下降。如司機附近總粉塵的下降的比例達到了67.50%，呼吸性粉塵下降的比例達到了56.95%；司機下風側10m 處總粉塵的下降的比例達到了61.86%，呼吸性粉塵下降的比例達到了51.28%；回風巷距端頭15m 處總粉塵的下降的比例達到了53.86%，呼吸性粉塵下降的比例達到了45.89。綜上所述，在逆風截煤過程中，司機處的煙塵濃度要比順風截煤機高得多，這主要是由于在工人工作場所，降柱移動架所產生的粉塵是最大的。

6 結語

針對晉能煤電某煤礦122109綜放采煤機滾筒式采煤機煤塵濃度高，煤機只能實現小范圍的噴射，降塵效果較差，對采煤機外側噴霧進行了優化，其中重點為采煤機上風口L型噴霧、采煤機控制降塵噴霧、機面順風式噴霧系統；機面集中噴霧、破碎機護罩噴霧、破碎機護罩噴霧（水平方向和垂直方向2種）。經實地使用，采用最優工藝進行的煤灰控制效果分別為67.50%和56.95%，較好地解決了煤礦井口因煙塵堵塞造成的環境問題。此外，工作面上產生灰塵的來源較多，要從根本上消除煤塵的污染，必須做到多點、多措施協同處理。