采煤機機載噴霧降塵裝置研究

白 玉

（山西汾西宜興煤業有限責任公司， 山西 孝義 032300）

0 引言

采煤機割煤是采面主要產塵環節，其粉塵產量一般占據采面粉塵總量的60%以上，特別是在逆風條件下粉塵產量占比超過80%，若不能有效治理則容易導致采煤機附近粉塵濃度超標，不僅影響附近作業人員身體健康而且會嚴重威脅煤炭開采安全[1-3]。現階段采面常使用的采煤機割煤粉塵治理技術包括有空氣幕隔塵技術、采煤機搖臂徑向噴霧技術、采煤機噴霧降塵技術以及負壓二次降塵技術等，歸結起來就是通過噴霧或者負壓降低割煤過程中粉塵外溢量，達到粉塵高效治理目的[4]。不同礦井煤炭賦存條件存在一定差異，產塵強度有所不同，以山西某礦31503 綜采工作面回采為例，對采面割煤期間粉塵溢散情況進行分析，并提出增加噴霧裝置方式降低粉塵外溢量，現場應用取得較為顯著降塵效果。

1 31503 工作面概況

31503 綜采工作面位于3 采區中部，回采15 號煤層，煤層埋深均值460 m，厚度3.9 m，賦存穩定，中部夾雜2～5 層夾矸（厚度累積0.5～1.3 m）。31503 綜采工作面位于采區東部，東側為31501 采空區；西側為圈定的31505 綜采工作面，留設的回采巷道保護煤柱寬度均為25 m；南側為采區邊界；北側為3 采區集采巷道。31503 綜采工作面設計推進長度965.7 m，采面傾向長度158 m，割煤采用MG400/930/GWD 采煤機，運輸采用SGZ830/2×400 刮板輸送機+DSJ100/80/2×160 帶式輸送機+SZZ800/250 轉載機。截至2022 年6 月底，采面累積回采超過125 m。

開采的15 號煤層瓦斯含量較大，本煤層鉆孔間隔5 m 布置。在采煤機割煤時受到煤層含水率低、松軟以及采煤機割煤速度快等因素影響，粉塵揮發性較大，同時采煤機原有機載噴霧除塵系統噴灑不均衡，導致噴霧效果不佳。具體采煤機順風、逆風開采時實測粉塵濃度如圖1 所示。采面粉塵濃度整體較高，給煤炭開采高效推進以及現場人員身體健康帶來一定制約。針對現場條件，采煤機上增設噴霧降塵裝置、選用更為合理噴嘴，使得噴霧盡可能覆蓋采煤機割煤產塵點，減少粉塵產生量、抑制粉塵外溢量等均有顯著促進作用。

圖1 采面粉塵濃度監測結果

2 機載噴霧裝置設計

2.1 粉塵治理思路

采煤機割煤產塵點主要集中在割煤滾筒位置，高濃度粉塵隨著風流向其他空間擴散，增加采煤粉塵濃度。文中就在采煤機現有噴霧除塵裝置基礎上，在采煤機上風側搖臂根部增設外置噴頭、覆蓋割煤滾筒及下部區域，降低滾筒割煤時粉塵外溢量；在采煤機上風側行走部端頭、機面上均增設噴霧裝置，通過高壓噴霧將含高濃度粉塵風量阻止在靠近煤壁側；最后在采煤機下風側靠近割煤滾筒擋板位置增設噴頭，用以凈化上風側擴散的粉塵以及滾筒割煤粉塵。

2.2 噴霧裝置及噴頭

2.2.1 采煤機上風側噴霧

采煤機上風側噴霧包括有抑塵噴霧、控降塵噴霧兩種類型，由于兩種噴霧作用存在差異，為更好地實現降塵效果，兩種噴霧選用兩種不同的噴頭。

1）上風側抑塵噴霧。上風側抑塵噴霧主要起到快速浸潤割煤滾筒、垮落區域內破碎煤體，從源頭降低割煤期間粉塵產量。根據前進除塵經驗以及采煤機機身結構，將噴霧裝置優化成L 形，長邊安裝型號HH9.5 實心錐形噴嘴，有效射程3.5 m、流量8.16 L/min、覆蓋直徑1.627 m，可快速浸潤滾筒周邊煤體；在噴霧裝置短邊采用霧化效果較為顯著的BA305 噴嘴，有效射程1.5 m、噴霧流量6.38 L/min、覆蓋直徑0.412 m、霧化角45°，主要實現溜槽內破碎煤體浸潤效果。

2）上風側控降塵噴霧。上風側控降塵噴霧主要目的是引射被采煤機機身阻隔且在搖臂根部集聚粉塵，遠端噴霧還用以浸潤滾筒下部破碎煤體；通過引射噴霧是通過噴霧在管路中快速移動而產生的負壓，從而將高濃度粉塵控制在靠近煤壁一側，減少采煤機司機及其他人員工作位置粉塵濃度。噴霧裝置設計為懸臂式，長度3.5 m，結構包括有水力引射除塵器、引射噴霧以及擋塵簾等，其中噴嘴選用BA103 扇形噴嘴。

2.2.2 采煤機機面噴霧

采煤機機面噴霧用以在采煤機靠近煤壁邊緣位置形成一道水幕，防止靠近煤壁的高濃度粉塵向外側擴散。由于噴嘴朝上，為避免落煤等砸壞噴嘴，使用的噴霧裝置應獨立設計。噴嘴選用型號BA103 扇形噴嘴，在噴嘴邊緣采用不銹鋼加工制作的保護模塊，噴嘴不高于模塊，通過模塊實現噴嘴保護。

2.2.3 下風側割煤滾筒擋板噴霧

在下風側割煤擋板邊緣位置安裝噴霧裝置，用以凈化滾筒下方風量，同時通過噴霧覆蓋割煤滾筒邊緣，降低滾筒割煤時粉塵產生量。

在擋板上橫向及豎向排布噴霧噴嘴，用以阻斷采煤機割煤粉塵向人行道方向擴散路徑。擋板上橫排噴霧噴嘴朝向順風側，噴嘴類型為BA103 扇形噴嘴；豎排采用斷面噴霧，選用噴嘴類型為BA305 噴嘴，用以降低以及隔斷上風側滾筒側運移以及下風側滾筒割煤粉塵。

2.3 噴霧裝置供水管路

采用的噴霧裝置均為后配設備，噴霧裝置多是在地面采用焊接方式連接到采煤機機身、懸臂，由于采煤機運行環境惡劣，為確保噴霧裝置穩定應采用鐵鏈滾定噴霧裝置。噴霧裝置用水來源于采煤機機身冷卻水，采用異徑四通連接MG400/930/GWD 采煤機DN38 供水管路上，從而分出DN19 管路接口，隨后通過三通、高壓軟管以及雙陽直接頭將DN19 管路接口分別與采煤機上風側噴霧、采煤機機面噴霧、下風側割煤滾筒擋板噴霧等裝置連接。

3 現場應用效果

為考察機載噴霧裝置降塵效果，對降塵裝置安裝應用前、后采面各位置粉塵濃度進行測定，具體結果如表1 所示。

表1 噴霧降塵效果

從表1 看出，采煤機逆風開采時采煤司機位置粉塵濃度要高于順風開采，分析主要是由于液壓支架移架等導致；煤炭開采時無論采煤機處于順風或逆風條件，采煤機司機位置全塵、呼吸性粉塵降低率均在67.3%、56.9%以上；采煤機下風側10 m 位置全塵、呼吸性粉塵降低率均在61.7%、54.5%以上；回風巷距采面端頭10 m 處全塵、呼吸性粉塵降低率均在53.5%、52.4%以上。采用除塵裝置后，采面粉塵濃度得以明顯降低，有效改善了現場環境質量；同時采用的噴霧裝置結構以及供水管路簡單，僅需增設噴嘴以及供水管路即可，噴霧裝置性能可靠、穩定性強。

4 結語

針對31503 綜采工作面推進速度快、供風量大以及煤層含水率低、松軟等導致采面粉塵產生量大、環境惡劣等問題，提出在采煤機上增設噴霧降塵裝置，通過控塵、降塵措施，達到抑制粉塵產生量、快速降塵以及改善采面環境質量目的。

在采煤機上風側割煤滾筒位置布置噴霧裝置實現滾筒全覆蓋噴霧并浸潤截割煤體，減少割煤粉塵產生量并將粉塵控制割煤滾筒位置，減少外溢量；在機身布置噴霧裝置進行豎向噴霧，形成水幕避免靠近煤壁粉塵外溢；在下風割割煤滾筒位置布置噴霧裝置抑制并降低滾筒割煤粉塵、靠近煤壁風量粉塵。對噴霧裝置結構、噴嘴類型、布置情況以及供水方案等進行設計。現場應用后，采煤機割煤期間粉塵濃度得以顯著降低，明顯改善了采面環境質量。