綜放工作面采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)的優(yōu)化及應(yīng)用分析

李汝俊

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)侯甲煤礦，山西晉城048105）

1 工程背景

采煤機(jī)的滾筒截煤和液壓支架降柱移動(dòng)是煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生粉塵最多的環(huán)節(jié)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，采煤機(jī)、支架堆疊粉塵濃度達(dá)4000mg/m3，不采取防塵措施，對(duì)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(duì)采煤機(jī)滾筒式煤塵防治的主要方法有：內(nèi)外噴霧、機(jī)體噴霧和塵源追蹤噴霧。然而，由于各工作面的粉塵特性、設(shè)備尺寸等因素的差異，使得在選擇噴淋設(shè)備時(shí)，沒有進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和選型，從而降低了除塵效率。

以晉能煤炭集團(tuán)公司122109 綜放工作面為實(shí)例，采用大采高綜放工作面，采高5.8m，放煤6m，支架高，煤機(jī)大，生產(chǎn)效率高。但是該開采方法容易產(chǎn)生較多的灰塵。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試粉塵濃度如圖1、圖2所示。

圖1 采煤機(jī)順風(fēng)截煤時(shí)各采樣點(diǎn)粉塵濃度與風(fēng)速變化曲線圖

圖2 采煤機(jī)逆風(fēng)截煤時(shí)各采樣點(diǎn)粉塵濃度與風(fēng)速變化曲線

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，確定了合理的噴淋設(shè)備，并選擇了適當(dāng)?shù)膰娮?，?duì)采煤機(jī)的外部噴霧進(jìn)行了優(yōu)化。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，充分利用噴淋技術(shù)，充分覆蓋了煤層和崩落區(qū)，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(jī)滾筒塵源治理思路

在采煤機(jī)運(yùn)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(dòng)區(qū)中大量擴(kuò)散，對(duì)工作面的環(huán)境造成了很大的污染。本文以采煤機(jī)滾筒內(nèi)噴淋為研究對(duì)象，在煤機(jī)上風(fēng)側(cè)搖臂根部設(shè)置外噴，以遮蓋鼓輪和下面的區(qū)域，以抑制煤塵和煙塵的傳播。在采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)行走部的末端和表面設(shè)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(cè)面輸送到煤體的下風(fēng)側(cè)，并形成一層霧幕，將粉塵氣流阻擋在煤墻一側(cè)。在采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)破碎機(jī)的擋板上設(shè)置了一個(gè)外部噴霧裝置，對(duì)下風(fēng)面的滾筒和上風(fēng)面的煙塵進(jìn)行了凈化。其技術(shù)原理如圖3所示。

圖3 采煤機(jī)外噴霧抑塵、控塵、降塵技術(shù)原理示意圖

另外，為了達(dá)到更好的效果，在原有的上風(fēng)面和外風(fēng)面的噴霧器上設(shè)置了一套高壓復(fù)合噴淋系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)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(jī)噴霧優(yōu)化

（1）采煤機(jī)上風(fēng)側(cè)L 形噴霧。在采煤機(jī)的上風(fēng)面外側(cè)噴淋，能迅速潤(rùn)濕鼓包周圍和塌陷區(qū)的破碎煤塊，從源頭上起到控制粉塵的作用。結(jié)合采煤機(jī)械結(jié)構(gòu)及早期施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)噴頭進(jìn)行了L型優(yōu)化，并在長(zhǎng)邊一側(cè)安裝型號(hào)為HH9.5 的實(shí)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(rùn)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(jī)上風(fēng)側(cè)控降塵噴霧。上風(fēng)面控塵噴霧是用來將由采煤機(jī)阻擋而聚集在搖桿底部的塵土，同時(shí)，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(fù)壓空氣，使含塵氣體沿煤壁方向移動(dòng)，降低駕駛員所在部位的灰塵污染。

本機(jī)為懸臂結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)3.5m，可調(diào)至滾筒中心。上風(fēng)面的控制噴霧包括引射噴霧、擋塵簾、引射式集塵機(jī)三大類，其噴管選擇BA103型噴頭，見圖4。

圖4 采煤機(jī).上風(fēng)側(cè)噴霧控塵裝置結(jié)構(gòu)圖

（3）采煤機(jī)機(jī)面順風(fēng)控塵噴霧。機(jī)面順風(fēng)控塵噴霧是在生產(chǎn)過程中，在采煤機(jī)外側(cè)形成一條連續(xù)的豎直水簾，防止塵土從機(jī)道上方向路面蔓延。該設(shè)備采用獨(dú)立的噴淋系統(tǒng)，具有較小的容積。采用高強(qiáng)度的不銹鋼制作而成，具有較高的抗撞性。該設(shè)備僅裝有1個(gè)噴頭，其噴頭也是采用BA103型扇形噴頭，在噴頭安裝位置上設(shè)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(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 采煤機(jī)機(jī)面噴霧裝置結(jié)構(gòu)圖

（4）采煤機(jī)機(jī)面集中噴霧。機(jī)面噴淋設(shè)備（采煤機(jī)擋煤板下風(fēng)側(cè)的外角），其主要是集中噴淋設(shè)備和固定設(shè)備，以凈化滾筒上部的空氣，降低物料沿著機(jī)道向回風(fēng)方向的擴(kuò)散。由于采煤機(jī)機(jī)體振動(dòng)嚴(yán)重，采用的無極限位螺釘容易磨損，不能正確調(diào)節(jié)。

（5）破碎機(jī)護(hù)罩噴霧。破碎機(jī)護(hù)罩噴淋裝置安裝在破碎機(jī)護(hù)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(fēng)側(cè)鼓的邊沿，降低鼓在旋轉(zhuǎn)時(shí)的粉塵。

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

4 采煤機(jī)噴霧配套工藝

由于采煤機(jī)的噴水設(shè)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(jiān)硬，片幫嚴(yán)重，為了避免對(duì)噴淋設(shè)備造成損壞，有些噴淋設(shè)備在焊接固定后還采用了鏈條加強(qiáng)保護(hù)。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(fēng)面的噴粉控制設(shè)備固定。噴淋水與采煤機(jī)的冷卻噴淋采用相同的高壓水泵，由采煤機(jī)進(jìn)水孔接四通，經(jīng)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(chǎn)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(qū)域的噴霧裝置進(jìn)行連接。高壓膠管、三通、雙陽直頭等安裝在采煤機(jī)的機(jī)面防護(hù)罩下面、切割電機(jī)、破碎機(jī)前部，防止落煤的沖擊。系統(tǒng)連接如圖6所示。

圖6 采煤機(jī)噴霧裝置供水管路連接

5 應(yīng)用效果

為檢測(cè)最佳噴淋系統(tǒng)對(duì)卷揚(yáng)塵源的抑、控、降塵效果，在裝置安裝后，連續(xù)獨(dú)立地研究了該系統(tǒng)的除塵效果。主要采取了改進(jìn)的采煤機(jī)上風(fēng)向L 型噴霧、采煤機(jī)控制降塵噴霧、機(jī)面順風(fēng)噴霧系統(tǒng)；機(jī)面集中噴霧、破碎機(jī)護(hù)罩噴霧、破碎機(jī)護(hù)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(jī)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(fēng)、逆風(fēng)截煤情況下，實(shí)現(xiàn)了粉塵濃度的大幅度下降。如司機(jī)附近總粉塵的下降的比例達(dá)到了67.50%，呼吸性粉塵下降的比例達(dá)到了56.95%；司機(jī)下風(fēng)側(cè)10m 處總粉塵的下降的比例達(dá)到了61.86%，呼吸性粉塵下降的比例達(dá)到了51.28%；回風(fēng)巷距端頭15m 處總粉塵的下降的比例達(dá)到了53.86%，呼吸性粉塵下降的比例達(dá)到了45.89。綜上所述，在逆風(fēng)截煤過程中，司機(jī)處的煙塵濃度要比順風(fēng)截煤機(jī)高得多，這主要是由于在工人工作場(chǎng)所，降柱移動(dòng)架所產(chǎn)生的粉塵是最大的。

6 結(jié)語

針對(duì)晉能煤電某煤礦122109綜放采煤機(jī)滾筒式采煤機(jī)煤塵濃度高，煤機(jī)只能實(shí)現(xiàn)小范圍的噴射，降塵效果較差，對(duì)采煤機(jī)外側(cè)噴霧進(jìn)行了優(yōu)化，其中重點(diǎn)為采煤機(jī)上風(fēng)口L型噴霧、采煤機(jī)控制降塵噴霧、機(jī)面順風(fēng)式噴霧系統(tǒng)；機(jī)面集中噴霧、破碎機(jī)護(hù)罩噴霧、破碎機(jī)護(hù)罩噴霧（水平方向和垂直方向2種）。經(jīng)實(shí)地使用，采用最優(yōu)工藝進(jìn)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(huán)境問題。此外，工作面上產(chǎn)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(diǎn)、多措施協(xié)同處理。