采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵技術(shù)*

張 超

(山西省雁北煤炭工業(yè)學(xué)校，山西大同 037005)

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)對(duì)于煤炭等化石燃料有著相當(dāng)大的需求，而煤礦的開(kāi)采和運(yùn)輸勢(shì)必伴隨著相當(dāng)多的粉塵產(chǎn)生，這對(duì)于井下工作人員的生命安全造成了嚴(yán)重的影響，粉塵不僅會(huì)影響井下工作人員的身體健康，更會(huì)帶來(lái)爆炸的安全隱患，因此探究井下降塵技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，而負(fù)壓二次降塵技術(shù)在使用過(guò)程中的優(yōu)點(diǎn)則尤為突出。

1 粉塵的危害

塵肺病是一種危害極大的職業(yè)病，因其難以發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)患者肺部的功能就已經(jīng)收到了嚴(yán)重的損害，難以治愈。而煤礦工人換塵肺病的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的職業(yè)，粉塵是導(dǎo)致煤礦工人患?jí)m肺病的主要原因。從安全生產(chǎn)的角度來(lái)看，井下粉塵的濃度過(guò)高易發(fā)生爆炸，井下煤塵在一定條件下不僅能單獨(dú)發(fā)生爆炸，還能參與瓦斯爆炸，破壞設(shè)備甚至毀壞整個(gè)礦井。此外，井下粉塵的濃度過(guò)高，不僅影響工作人員在勞動(dòng)時(shí)的體驗(yàn)，更會(huì)影響工作人員的視線(xiàn)，從而導(dǎo)致安全隱患難以被發(fā)現(xiàn)和消除。而且粉塵還容易進(jìn)入井下的各種工作設(shè)備之中，加速設(shè)備的磨損，導(dǎo)致設(shè)備難以正常工作，影響煤礦企業(yè)的正常生產(chǎn)［1］。

2 采煤工作面上的降塵和產(chǎn)塵技術(shù)

在采煤機(jī)械工作的過(guò)程中，采煤機(jī)滾筒的截齒與煤炭接觸時(shí)靠巨大的作用力使得煤體破碎，之后運(yùn)出井外，而在不斷的切割煤體的過(guò)程中，破碎的煤體中儲(chǔ)存了較多的彈性勢(shì)能，而隨著彈性勢(shì)能的不斷增大，煤體最終破裂形成一定的粉塵，這是井下粉塵的主要來(lái)源。

當(dāng)前主要采用噴霧系統(tǒng)來(lái)降低工作面內(nèi)的粉塵，并且是內(nèi)外兩個(gè)噴霧一起使用的效果更好，內(nèi)外兩個(gè)噴霧一起使用的效果相較于單獨(dú)的噴霧系統(tǒng)效率提高了25%左右。但是，當(dāng)前使用的內(nèi)外噴霧系統(tǒng)多是采用低壓滅塵，這種滅塵方式的水壓往往低于2 MPa，水壓過(guò)低會(huì)導(dǎo)致滅塵達(dá)不到的效果，并且噴水口容易被灰塵堵住，水壓過(guò)低就沖不開(kāi)灰塵，致使整個(gè)管道的堵塞，最終整個(gè)噴霧系統(tǒng)的效率越來(lái)越低。

負(fù)壓二次降塵的關(guān)鍵原理為:①將內(nèi)外噴霧系統(tǒng)作為第一次降塵，其降塵的效果能夠達(dá)到80%～90%，這個(gè)系統(tǒng)保留不做改動(dòng);②經(jīng)過(guò)首次降塵之后的粉塵雖然不多，但是長(zhǎng)久積累起來(lái)還是會(huì)有很高的濃度，因此這些粉塵是采煤機(jī)二次降塵的目標(biāo)，采煤機(jī)的負(fù)壓二次降塵是通過(guò)高壓水霧活塞相關(guān)技術(shù)，控制渦旋風(fēng)流場(chǎng)，將剩余的粉塵在擴(kuò)散的過(guò)程中進(jìn)行捕捉，通過(guò)凈化及吸收渦旋風(fēng)流來(lái)實(shí)現(xiàn)降塵目的。

3 水霧活塞技術(shù)

本文以長(zhǎng)為30 cm，內(nèi)徑為10 cm的鋼管作為基礎(chǔ)性的試件，為精確測(cè)量吸風(fēng)量，將內(nèi)徑20 cm的喇叭口焊接在試件的某一段，并在鋼管里設(shè)噴嘴座，向鋼管內(nèi)通入高壓的水流，水流經(jīng)過(guò)噴嘴之后形成噴霧，水霧擴(kuò)散的直徑大于鋼管內(nèi)徑時(shí)就會(huì)形成水霧活塞的現(xiàn)象，前方的水霧不斷被后方的水霧推出，而前方水霧擴(kuò)散形成的真空區(qū)域就成為了后方水霧前進(jìn)的動(dòng)力，此時(shí)就不需要額外提供動(dòng)力。此時(shí)空氣中的粉塵與水霧結(jié)合之后其重力大于浮力，就會(huì)沉降下來(lái)，與降雨的原理相同［2］。

實(shí)驗(yàn)中采用了0．8 mm、1．5 mm、2 mm 的噴嘴作為實(shí)驗(yàn)材料，水的壓力由5 MPa增加到20 MPa，通過(guò)風(fēng)表將試件喇叭口的吸風(fēng)速度測(cè)出，和面積相乘之后得出吸風(fēng)量，進(jìn)而得到耗水量的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)于大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算可以得到以下的結(jié)論:噴嘴和水壓相同時(shí)，噴嘴口徑越小，噴嘴的吸風(fēng)效率越高。0．8 mm口徑的噴嘴的吸風(fēng)體積幾乎是耗水體積的4 000倍，而1．5 mm口徑的噴嘴的吸風(fēng)體積幾乎是耗水體積的3 000倍，2 mm口徑的噴嘴只有1 600倍左右。但是0．8 mm口徑的噴嘴的吸風(fēng)體積雖然大卻更容易堵塞，2 mm口徑的噴嘴的口徑雖然大但是吸風(fēng)量更少，因而選用1．5 mm口徑的噴嘴更為適宜。

噴嘴的口徑在1．5 mm時(shí)水壓從5MPa增加到10 MPa的過(guò)程中吸風(fēng)量由12．6 m3/min增加至20．6 m3/min，也就是壓力每提升1 MPa，吸風(fēng)量增加1．6 m3/min。但是隨著水壓超過(guò)10 MPa，壓力每提升1 MPa，吸風(fēng)量增加0．77 m3/min。其效率是呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)的。考慮到水壓的輸送的過(guò)程中存在損失，因此在負(fù)壓二次降塵技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，最好選擇壓力為12 MPa。

按照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，水壓與吸風(fēng)量、耗水量、霧粒的體積及數(shù)量都有一定的關(guān)系。其中霧粒直徑DW的計(jì)算公式如下:

式中:DW是霧粒的直徑，單位為μm;DP為噴嘴的直徑，單位為mm;PP為水壓，單位為MPa;Kb為比例常數(shù)，取常數(shù)34 530。

由上述的計(jì)算公式可以得到在噴嘴為1．5 mm的情況下，霧粒的直徑與水量、水壓存在下表所示的關(guān)系，見(jiàn)表1。

表1 霧粒的直徑與水量、水壓間的關(guān)系

4 降塵裝置的研制

結(jié)合煤礦井下的實(shí)際生產(chǎn)情況和各種可能的情況，在采煤機(jī)的兩端布置相應(yīng)的分體式的降塵裝置，一個(gè)滾筒配置一個(gè)負(fù)壓除塵裝置，所有除塵裝置的供水可以由同一個(gè)管道系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。而實(shí)際上還可以在以下方面對(duì)除塵裝置進(jìn)行優(yōu)化。

4．1 裝置的小型化

煤礦井下的作業(yè)條件復(fù)雜，受制于地質(zhì)條件的限制，有的工作面空間狹小，這就要求降塵裝置必須實(shí)現(xiàn)小型化，只有小型化的降塵裝置才能夠順利運(yùn)輸進(jìn)入井下，也便于在使用之后的維護(hù)和修復(fù)。并且工作面推進(jìn)之后也能夠很容易隨著開(kāi)采機(jī)械移動(dòng)。

4．2 吸收及凈化割煤時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)流

以MG－300/700－WD型的采煤機(jī)為例，如果滾筒的直徑為1．6 m，單個(gè)滾筒的排風(fēng)量能夠達(dá)到40～50 m3/min，如果吸風(fēng)量能達(dá)到風(fēng)流量的兩倍，則空氣中懸浮的粉塵就可以輕易被吸收凈化，由此達(dá)到除塵的目的。

4．3 可靠性的設(shè)計(jì)

為了保證除塵系統(tǒng)工作時(shí)的穩(wěn)定性，從而降低各方面的成本，在安裝噴嘴之前最好將噴嘴內(nèi)部清潔一次，清洗掉所有的加工后殘留的金屬碎屑，從而降低噴嘴出現(xiàn)阻塞的機(jī)率，并且更換噴嘴的成本也很低，操作方便快捷。

5 裝置的效果分析

負(fù)壓二次降塵裝置可以把降塵范圍內(nèi)的吸塵濃度從625．0 mg/m3降到210．2．0 mg/m3，降低 65%．呼塵濃度從320．0 mg/m3降到105．0mg/m3降低66%。在實(shí)際使用的效果中，井下工作人員的反響也比較好，普遍認(rèn)為井下工作的環(huán)境得到了優(yōu)化，呼吸道中粉塵的量少了，各種身體上的不適感明顯減輕［3］。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，煤炭行業(yè)為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供著源源不斷的動(dòng)力，但是煤礦在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵卻會(huì)對(duì)生產(chǎn)的環(huán)境到來(lái)巨大的安全隱患，同時(shí)也嚴(yán)重?fù)p害了井下工作人員的身體健康。而采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵技術(shù)的應(yīng)用能夠顯著改善井下的作業(yè)條件，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)保障安全生產(chǎn)，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值，值得大范圍推廣使用。

［1］ 田 溥．采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵技術(shù)的研究應(yīng)用［J］．能源與節(jié)能，2015(7):110－111．

［2］ 張茂宇，賈福音．煤礦井下粉塵監(jiān)測(cè)、防治技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)［J］．中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2011，7(12):188－191．

［3］ 王一名．綜放工作面粉塵綜合治理技術(shù)研究與應(yīng)用［J］．技術(shù)與市場(chǎng)，2014(8):14－15．