采煤機模塊式跟蹤噴霧的設(shè)計與應(yīng)用

孫計全 滿文

摘要：煤機落煤過程產(chǎn)生大量的粉塵，通過煤機內(nèi)外噴霧，可使產(chǎn)生的粉塵迅速沉降，達到降低粉塵危害的目的。本文介紹一種采煤機模塊式跟蹤噴霧，該裝置使噴霧霧化水滴直接作用于煤機滾筒截割點附近的粉塵，從而提高降塵效果，改善作業(yè)環(huán)境，取得較好的社會效益。

關(guān)鍵詞：采煤機 外噴霧 降塵

0 引言

礦井綜合防塵工作歷來是礦井安全管理中的重點和難點，機組割煤是綜采面最大的產(chǎn)塵工序。最好的防塵技術(shù)措施應(yīng)針對煤塵的形成處，即在截割煤巖時，減少粉塵的形成，其次是盡可能地在粉塵的形成點就近使粉塵凝聚后沉降。礦井普遍采用內(nèi)外噴霧共同作用的方式進行降塵，在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，內(nèi)噴霧容易堵塞和損壞，不能有效保障煤機滾筒附近降塵需求，現(xiàn)有的外噴霧位置又相對較遠，待粉塵揚起后再進行捕捉，降塵效果受到影響?；谏鲜隹紤]，設(shè)計一種新型采煤機模塊式跟蹤噴霧，噴霧方向正對煤機滾筒，目的是提高降塵效果。本文結(jié)合在南屯煤礦安裝應(yīng)用的實際效果，介紹這種采煤機模塊式跟蹤噴霧。

1 工作面截煤時粉塵的擴散

采煤機割煤時所產(chǎn)生的粉塵，在工作面風(fēng)流的作用下從產(chǎn)塵區(qū)向其它區(qū)域轉(zhuǎn)移的過程是一個傳輸過程。工作面滾筒截煤時，其滾筒的截齒不斷破碎煤體，產(chǎn)生大量粉塵，粉塵釋放到工作面風(fēng)流中，被風(fēng)流所攜帶，隨風(fēng)流一起運動。這種流動在主流方向上表現(xiàn)為對污染物的平移輸送作用和污染物的濃度梯度而引起的遷移作用（主要是紊流擴散）。在紊流風(fēng)流中，由于紊動脈動，使粉塵在離開塵源一定距離后，沿工作面橫斷面擴散。

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工作面在不同風(fēng)速情況下，采煤機迎風(fēng)割煤滾筒所產(chǎn)生的粉塵擴散模擬結(jié)果如圖1所示。從模擬結(jié)果可以看出：

①采煤機附近工作面粉塵分布極不均勻，越靠近煤壁粉塵濃度越高，尤其是割煤滾筒周圍出現(xiàn)風(fēng)流渦流的地方粉塵濃度最高。

②粉塵在側(cè)向擾動氣流和粉塵彌散的綜合作用下，隨工作面風(fēng)流運動的同時，也在向采煤機司機側(cè)擴散，部分粉塵進入司機工作區(qū)。

③工作面粉塵擴散受工作面風(fēng)速影響很大，風(fēng)速越小粉塵擴散角越大，粉塵越容易進入司機工作區(qū)。當(dāng)工作面風(fēng)速達到1.0m/s時，在采煤機風(fēng)流下側(cè)15-20m后粉塵將擴散到整個工作面巷道斷面。

④由于采煤機機身的阻擋作用，采煤機位置機身高度以下司機側(cè)粉塵濃度相對較低，但隨風(fēng)流最終擴散到整個工作面巷道斷面，使巷道全斷面粉塵濃度趨于均勻分布。

2 噴霧布置方式設(shè)計

根據(jù)采煤機滾筒運動軌跡、落煤和截煤時粉塵的擴散特點，設(shè)計采煤機模塊式跟蹤噴霧基座為圓形圓盤。噴霧噴頭平均散布在基座周邊。圓盤采用一次鑄造結(jié)構(gòu)，圓盤腔體和噴頭及供水管聯(lián)通，聯(lián)通位置均為內(nèi)絲結(jié)構(gòu)。正對煤機滾筒的一面安設(shè)噴頭，噴頭盡可能的與圓盤表面齊平，減少煤炭對噴頭的磨損。如圖2所示。

3 模塊式跟蹤噴霧安裝位置及噴頭數(shù)量的確定

為保障噴霧正對截割滾筒，采煤機模塊式跟蹤噴霧設(shè)計一套曲柄滑塊機構(gòu)裝置。將噴霧基座安置在曲柄滑塊機構(gòu)一端的滑塊上，各連桿間采用鉸接方式連接，采用液壓油缸作為運動機構(gòu)，當(dāng)采煤機滾筒上下位置發(fā)生改變時，通過調(diào)整油缸控制滑塊位置，控制噴霧與采煤機滾筒之間的相對位置關(guān)系，其安裝位置如圖3、圖4所示。

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圖3 采煤機模塊式跟蹤噴霧安裝位置示意圖

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圖4 采煤機模塊式噴霧水霧位置關(guān)系示意圖

根據(jù)南屯煤礦使用的MG400/940-WD型號的采煤機滾筒直徑尺寸（1.8m），并測量出徑向外噴霧距離滾筒的距離，并安裝使用清水泵對外噴霧用水進行加壓，在地面模擬井下實際生產(chǎn)空間，不斷調(diào)整噴頭的噴霧角度進行試驗，并由試驗結(jié)果確定了噴頭數(shù)量，形成模塊式跟蹤噴霧的參數(shù)，具體見表1。

4 使用效果測定

該裝置安裝到南屯煤礦9310工作面進行使用。9310工作面為一次采全高工作面，下行通風(fēng)，采高在3.0m左右，采用型號為MG400/940-WD的采煤機，煤機截深為0.8m。工作面采用的主要降塵方式有煤層注水、采煤機內(nèi)外噴霧和支架跟機自動噴霧、轉(zhuǎn)載點噴霧等。工作面防塵用水均來自工作面泵站清水泵，水壓達到8MPa。

工作面粉塵濃度的測定數(shù)據(jù)分為兩組，一組為使用采煤機模塊式跟蹤噴霧的數(shù)據(jù)，另外一組沒有使用采煤機模塊式跟蹤噴霧的數(shù)據(jù)，其它防塵措施正常應(yīng)用，具體結(jié)果如表2所示。

表2 工作面粉塵濃度測定結(jié)果表

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通過測定結(jié)果來看，采煤機模塊式跟蹤噴霧在割煤工序降塵效果顯著，在移架工序幾乎沒有影響；上行割煤和下行割煤的降塵效果相差不多，采煤機模塊式跟蹤噴霧均能發(fā)揮作用。

5 結(jié)論

①由于該裝置采用模塊式曲柄滑塊機構(gòu)噴霧能夠?qū)Σ擅簷C切割部進行全覆蓋跟蹤噴霧降塵，在滾筒截割運轉(zhuǎn)的第一時間內(nèi)對切割產(chǎn)生的粉塵進行大劑量全覆蓋噴霧除塵處理，有效抑制了粉塵污染，顯著提高了除塵效率。

②該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，運行安全穩(wěn)定可靠，使用動力為采煤機正常使用的液壓系統(tǒng)和防塵水系統(tǒng)，在高瓦斯礦井使用更安全可靠，且對環(huán)境和人員沒有任何負(fù)面影響。

③該裝置產(chǎn)生的霧化水流，最后進入煤流中，增加了煤流的含水量，在各個轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)降低粉塵的產(chǎn)塵量。

④由于該裝置與煤機其它噴霧裝置共用供水系統(tǒng)，且裝置用水量比較大，對其它噴霧用水造成一定的影響。下一步需要優(yōu)化噴霧噴頭數(shù)量和位置關(guān)系，便于和煤機原有外噴霧共同發(fā)揮作用，控制總用水量，減少噴霧對煤質(zhì)的影響。

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作者簡介：孫計全，男，山東鄒城人，助理工程師，現(xiàn)任兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦防塵工區(qū)技術(shù)主管，主要從事礦井“一通三防”工作，發(fā)表論文多篇。