采煤機(jī)截割部致災(zāi)防控裝備研究

孫 健

（沈陽煤業(yè)（集團(tuán)）安全設(shè)備檢測檢驗(yàn)有限公司，遼寧 沈陽 110030）

沈陽煤業(yè)集團(tuán)紅陽三礦為煤與瓦斯突出礦井，煤塵具有爆炸性，工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝。作為煤礦生產(chǎn)關(guān)鍵部位的截割部，既是礦井高粉塵塵源之一，也是瓦斯涌出最多的場所之一，又會出現(xiàn)截割煤巖產(chǎn)生火花，具備瓦斯、煤塵爆炸的條件，存在安全隱患，制約了煤礦安全高效生產(chǎn)，因此有必要進(jìn)行綜采工作面截割部致災(zāi)防控裝備研究。

1 自吸式噴霧降塵基本原理

噴霧降塵是目前采煤工作面最有效的防塵措施，水滴粒徑是影響噴霧降塵的最關(guān)鍵因素，霧滴粒徑和塵粒粒徑之比值在50～80 時(shí)可獲得較好降塵效果，而目前一般噴霧的水滴粒徑為120～350 μm，因此，非常有必要采取措施，降低噴霧的霧滴粒徑。

自吸式實(shí)心噴霧器最主要的部件為噴嘴、喉管、短擴(kuò)散管、吸入室。其工作原理是，通過高壓水與氣體的作用，將射流水分解為小粒徑的霧滴和氣泡，達(dá)到降塵目的。采煤機(jī)搖臂引風(fēng)水幕含塵氣流流動示意圖如圖1。

圖1 采煤機(jī)搖臂引風(fēng)水幕含塵氣流流動示意圖

2 防控參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)

試驗(yàn)方案采用正交試驗(yàn)，在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，考慮到影響自吸式噴霧器效果的參數(shù)主要包括噴嘴、喉管、短擴(kuò)散管、吸入室等部件的結(jié)構(gòu)尺寸及其供水參數(shù)，吸入室、喉管尺寸參照文丘里管設(shè)計(jì)；噴嘴直徑采用傳統(tǒng)的1.5 mm，主要對影響自吸空氣式降塵噴霧器性能的喉嘴距L、水壓P以及擴(kuò)散管的擴(kuò)散角α三個(gè)因素進(jìn)行分析。

2.1 試驗(yàn)用吸風(fēng)式降塵噴霧器的制作

試驗(yàn)用吸風(fēng)式降塵噴霧器由噴嘴、喉管、吸入室、擴(kuò)散管、集風(fēng)器、固定支架等組成，試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2，噴霧器結(jié)構(gòu)如圖3。

圖2 試驗(yàn)用自吸式降塵噴霧器系統(tǒng)圖

圖3 試驗(yàn)用自吸式降塵噴霧器結(jié)構(gòu)示意

試驗(yàn)用吸風(fēng)式降塵噴霧器制作了3 種不同結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散管，相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)表

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1） 正交試驗(yàn)（表2）

表2 正交試驗(yàn)及結(jié)果表

為了便于直觀分析，通過各因素水平的數(shù)據(jù)與相對應(yīng)的平均值以及每列的極差作正交試驗(yàn)直觀分析圖，如圖4。根據(jù)直觀分析圖可以得出，當(dāng)喉嘴距為48 mm，水壓為6 MPa，擴(kuò)散角為30°時(shí)，除塵效果最佳。

圖4 正交試驗(yàn)直觀分析圖

3 綜采截割部防控致災(zāi)裝備

綜采截割部防控致災(zāi)裝備由A、B、C 組引風(fēng)水幕組合件、特制安裝板、備用噴嘴、套筒、銷軸及其開口銷等組成。

A 、B 組引風(fēng)水幕組合件結(jié)構(gòu)相同，靠滾筒側(cè)和中間安裝，C 組引風(fēng)水幕組合件尺寸相對較小，靠機(jī)身安裝。A 組引風(fēng)水幕組合件與水平面的夾角為0°～8°，B 組與水平面的夾角為5°～12°，C 組與水平面的夾角為8°～16°。引風(fēng)水幕組合件由Ⅰ型和Ⅱ型兩組吸氣噴霧器組成，兩組噴霧器夾角為15°，一組指向煤壁，一組與風(fēng)流夾角小于75°方向指向煤壁。

SMD 值為80～120 μm，Ⅰ型吸氣噴霧器吸風(fēng)量8～12 m3/min，Ⅱ型吸氣噴霧器吸風(fēng)量2～6 m3/min，有效射程2～3 m。

4 注意事項(xiàng)

（1）內(nèi)徑較小的水幕組合件緊靠滾筒安裝，噴霧方向與搖臂垂線的夾角為15°～30°，前端抬起高度為20～50 mm 的引風(fēng)水幕組合件裝在搖臂中部及機(jī)身側(cè)安裝，噴霧方向與搖臂垂線一致。

（2）引風(fēng)水幕組合件。2 個(gè)安裝板固定1 個(gè)引風(fēng)水幕組合件，通過直徑14 mm×45 mm 的銷軸及其開口銷將引風(fēng)水幕組合件與安裝板固定。

（3）連接所有軟管與吸塵噴霧器前，應(yīng)該用壓力水沖洗軟管內(nèi)壁，保證吸塵噴霧器暢通。

（4）工作面地質(zhì)條件變化，如遇到實(shí)際采高變薄、褶曲等，吸塵噴霧器碰到液壓支架時(shí)，應(yīng)將吸塵噴霧器暫時(shí)拆下，等到條件正常時(shí)，再重新安裝。吸塵噴霧器與液壓支架發(fā)生摩擦?xí)r千萬不能強(qiáng)行運(yùn)行。

（5）噴霧用水由配備的防塵噴霧泵供給。

（6）生產(chǎn)過程中需要更換采煤機(jī)搖臂時(shí)，需提前焊接6 個(gè)原規(guī)格安裝板。

（7）采煤割煤時(shí)，防塵噴霧泵應(yīng)正常運(yùn)行，并保證泵的出口壓力不應(yīng)小于5.5 MPa。

（8）在每天采煤機(jī)檢修的同時(shí)，必須檢查、檢修該降塵裝置的完好性，發(fā)現(xiàn)噴嘴堵塞的應(yīng)及時(shí)清理雜物，發(fā)現(xiàn)噴嘴不全應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充。噴嘴由3 件套組成，安全、檢修過程中不能丟失任何一部件，否則影響噴霧降塵效果。

5 結(jié)語

采煤機(jī)截割部致災(zāi)防控裝備正在沈陽煤業(yè)集團(tuán)紅陽三礦進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，從回采過程中測定的數(shù)值情況分析，最大全塵質(zhì)量濃度由1515 mg/m3降低到111 mg/m3，降塵率達(dá)到92.67%，呼吸性粉塵最大質(zhì)量濃度由219 mg/m3降低到28 mg/m3，降塵率達(dá)到87.21%，降塵效果明顯，能夠有效改善工作面的工作環(huán)境，降低煤塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，具有良好的社會效益，推廣應(yīng)用前景廣闊。