采煤機(jī)高壓外噴霧降塵的成功實(shí)踐

白麗萍 楊君

摘? 要：為了保證煤礦井下的安全生產(chǎn)及作業(yè)人員的身心健康，基于煤礦綜采工作面生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，針對(duì)綜采工作面降塵效率低的技術(shù)難題，國(guó)家能源集團(tuán)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(yè)健康得到保障。

關(guān)鍵詞：高壓外置噴霧;采煤機(jī);降塵;職業(yè)安全。

分類號(hào)：F273.4

引言

隨著煤礦開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展，大功率采煤機(jī)的應(yīng)用大大提高了綜采工作面的回采速度，但同時(shí)工作面產(chǎn)生的粉塵也相應(yīng)隨之增加，采煤機(jī)割煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵占整個(gè)工作面總粉塵含量的60%左右，而其產(chǎn)生的粉塵濃度高達(dá)2000～5000mg/m3 之多[ 1 ]。如果不采取有效的降塵措施，煤礦內(nèi)會(huì)漂浮大量的粉塵，不僅對(duì)井下作業(yè)人員的健康造成危害，還會(huì)給煤礦的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)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(shù)，因此，根據(jù)現(xiàn)有高壓噴霧存在問(wèn)題，結(jié)合國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭分公司保德煤礦綜采隊(duì)實(shí)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(xiàn)狀

目前我國(guó)綜采工作面防塵主要采用給煤層注水預(yù)濕煤體的降塵措施和傳統(tǒng)的通風(fēng)排塵，以及噴霧灑水等措施，但由于除塵技術(shù)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(dǎo)致井下空氣質(zhì)量污染嚴(yán)重，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)能見(jiàn)度較低，不但影響了作業(yè)人員的操作視線，而且給作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患。近幾年來(lái)我國(guó)采煤機(jī)降塵措施主要使用的是噴霧降塵，即在采煤機(jī)的機(jī)身上布置一些外噴霧噴嘴，同時(shí)在滾筒上方布置一些內(nèi)噴霧噴嘴，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外噴霧聯(lián)合作業(yè)降塵。但是，目前生產(chǎn)的采煤機(jī)內(nèi)外噴霧系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)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(shí)部分或全部被埋進(jìn)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(shè)置為逆風(fēng)流噴霧，水霧不能充分到達(dá)產(chǎn)塵區(qū);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(dǎo)致粉塵無(wú)法有效降低。為取得理想的降塵效果，并根據(jù)現(xiàn)有高壓噴霧存在的問(wèn)題，結(jié)合國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭分公司保德煤礦綜采隊(duì)實(shí)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(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭公司保德煤礦現(xiàn)開(kāi)采的8#煤層為中灰煤、高揮發(fā)、特低硫份為主的富油氣煤。根據(jù)煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司2018年8月10日出具的報(bào)告，保德煤礦8#煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ類，屬自燃煤層。保德煤礦使用采煤機(jī)滾筒直徑 2.5m，工作面長(zhǎng)度 240m。

三、礦井粉塵分布規(guī)律

通過(guò)對(duì)綜采工作面采煤機(jī)作業(yè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度的測(cè)定，得出如下結(jié)論：在采煤機(jī)割煤時(shí)，無(wú)論是順風(fēng)割煤還是逆風(fēng)割煤，沿程巷道內(nèi)粉塵的濃度最大值均出現(xiàn)在采煤機(jī)滾筒附近，而且割煤期間工作面的粉塵濃度最高。當(dāng)雙滾筒采煤機(jī)逆風(fēng)割煤時(shí)，由于風(fēng)流受到采煤機(jī)阻礙，前滾筒高速旋轉(zhuǎn)和逆風(fēng)噴霧等原因，往往在采煤機(jī)前段產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流，致使大量的高濃度含塵氣流擴(kuò)散到采煤機(jī)司機(jī)的作業(yè)空間，使工作面作業(yè)人員的身心健康收到嚴(yán)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(shè)備和人員高度集中的場(chǎng)所，也是主要的產(chǎn)塵地點(diǎn)。煤礦粉塵是造成礦工塵肺病、發(fā)生煤塵爆炸或瓦斯煤塵爆炸、影響作業(yè)安全和危害礦區(qū)生態(tài)環(huán)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(guī)程》[ 3 ]、《塵肺病防治條例》[ 4 ]、《全國(guó)煤礦衛(wèi)生工作條例》等相關(guān)規(guī)定，還對(duì)井下作業(yè)人員的生命安全和采煤設(shè)備的維護(hù)具有非常重要的意義。

五、噴霧降塵的影響因素

噴霧是通過(guò)噴嘴，使液體分散成細(xì)小的霧滴，進(jìn)入到空氣中。噴霧的整個(gè)過(guò)程，包括內(nèi)部液體的動(dòng)力、噴射表面氣體的運(yùn)動(dòng)、噴射壓力以及噴嘴的形狀等都對(duì)液體霧化的效果有重要的影響，這些因素之間彼此聯(lián)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(shù)、霧流特性、噴霧流量、噴霧壓力和噴霧系統(tǒng)的合理匹配與布置等。

六、綜采工作面高壓外置噴霧降塵設(shè)計(jì)

采煤機(jī)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(fēng)量以及采煤機(jī)截割滾筒周?chē)欠衲苄纬删鶆虻膰婌F水幕，以阻止粉塵向外擴(kuò)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(fēng)量主要取決于噴嘴產(chǎn)生的噴霧射流的質(zhì)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(jí)反沖洗過(guò)濾器、自動(dòng)供水裝置等組成。GPW/75綜采工作面高壓外置噴霧降塵系統(tǒng)由帶有自動(dòng)水位控制裝置和過(guò)濾裝置的水箱向高壓噴霧水泵提供水源，水泵通過(guò)高壓膠管、控制閥向高壓噴霧模塊提供高壓水，實(shí)現(xiàn)噴霧降塵。并具有霧粒細(xì)、速度高、射程遠(yuǎn)、水量較小、覆蓋面積大、降塵效率高、引射風(fēng)量大以及噴嘴不易堵塞等顯著優(yōu)點(diǎn)。高壓噴霧引射降塵器工作時(shí)，礦井靜壓水經(jīng)高壓泵加壓形成高壓水，高壓水經(jīng)高壓管路進(jìn)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(zhuǎn)換為10～25Pa（可調(diào)）的高壓水，運(yùn)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(fēng)流對(duì)噴霧降的影響，如表1所示：噴霧壓力所產(chǎn)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(guò)大，塵粒與霧粒相遇時(shí)會(huì)因旋流作用從霧粒邊緣繞過(guò)，不被捕捉;霧粒粒徑小，則容易氣化。對(duì)總塵進(jìn)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(duì)高壓水霧角度進(jìn)行精確定位，噴霧裝置與搖臂同步運(yùn)動(dòng)，始終處于最佳噴霧位置。模塊采用鋅硅合金材質(zhì)利用量子原理改變水質(zhì)的螺旋結(jié)構(gòu)，改變水的帶電離子與空氣中的粉塵達(dá)到最佳和易性。同時(shí)能改善水質(zhì)的總硬度、降低Ca、Na的含量再通過(guò)旋流霧化噴嘴，形成霧粒直徑為30—150微米，噴霧區(qū)域內(nèi)，每立方厘米空氣中含水量（2～2.5）g。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，當(dāng)含塵粒的氣流繞過(guò)霧強(qiáng)抗風(fēng)能力，射程遠(yuǎn)的水霧。水霧有效覆蓋滾筒產(chǎn)塵區(qū)域，降低滾筒截齒割煤時(shí)的溫升并達(dá)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(cè)定結(jié)果。

兩級(jí)反沖洗過(guò)濾器，可過(guò)濾水中異物，避免噴嘴經(jīng)常堵塞。水箱自動(dòng)供水、缺水時(shí)自動(dòng)補(bǔ)水，水滿時(shí)自動(dòng)停止補(bǔ)水，從而保證噴霧降塵的持續(xù)性，實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)化運(yùn)行。通過(guò)數(shù)字化三維模擬，水流量科學(xué)理論計(jì)算，實(shí)現(xiàn)噸煤含水量控制在1%左右。

七、結(jié)論

國(guó)家能源集團(tuán)神東公司保德煤礦通過(guò)多年來(lái)的成功實(shí)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(méi)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(chǎn)環(huán)境，使礦井中的職業(yè)病發(fā)病率控制在1‰以下，為礦井的安全生產(chǎn)和礦工的身心健康提供了保障。

參考文獻(xiàn)

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

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

[3]楊煥宇，《煤礦安全規(guī)程》安全監(jiān)管總局辦公廳，2016年3月7日印發(fā)。

[4]國(guó)務(wù)院，《中華人員共和國(guó)塵肺病防治條例》（國(guó)發(fā)〔1987〕105號(hào)）。

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

作者簡(jiǎn)介：白麗萍（197611），女，籍貫（省市）內(nèi)蒙古鄂爾多斯市，學(xué)歷本科，職稱采礦工程師，主要研究方向煤炭安全生產(chǎn)監(jiān)管綜合執(zhí)法。

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