煤礦噴霧降塵系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用研究

何林峰

（陜西華電榆橫煤電有限責任公司，陜西 榆林 719000）

隨著經(jīng)濟發(fā)展對生產(chǎn)效率的高要求，煤礦生產(chǎn)機械化程度越來越高，各種大型采煤設(shè)備投入使用。大型機械設(shè)備的使用導致煤塵濃度大幅上升，煤塵濃度過大不僅會給企業(yè)生產(chǎn)帶來較大的安全隱患，同時還會損害員工的身體健康[1]。為保證企業(yè)生產(chǎn)的安全、順利開展及員工的健康，加強對煤礦噴霧降塵系統(tǒng)的研究無疑具有重大意義。本文從噴霧降塵系統(tǒng)的工作原理出發(fā)，分析了煤礦煤塵的來源及其對生產(chǎn)設(shè)備、員工的危害，以此為基礎(chǔ)針對陜西華電榆橫煤電有限責任公司小紀汗煤礦的具體情況設(shè)計了噴霧降塵系統(tǒng)，最后對噴霧降塵系統(tǒng)的運行效果進行了評價并給出了相關(guān)建議。

1 噴霧降塵工作原理

噴霧降塵過程可以看作是一個液態(tài)霧粒與固態(tài)粉塵粒的凝結(jié)過程[2]。在噴霧除塵過程中，主要采用的是噴霧重力降塵技術(shù)，利用局部通風機產(chǎn)生高壓風壓，加裝錐筒增壓，采用霧化噴頭通過高壓將外接水源霧化成與粉塵大小相當?shù)念w粒，在風機作用下，將霧定向拋射到指定位置，在塵源處的上方或周邊進行噴霧覆蓋。粉塵顆粒與溶液顆粒接觸而變得濕潤，被濕潤的粉塵顆粒繼續(xù)吸附其他粉塵顆粒，逐漸凝結(jié)成顆粒團，在自身的重力作用下快速沉降到地面，從而達到除塵的目的。

2 煤礦粉塵來源及其危害

2.1 煤礦粉塵來源

煤礦粉塵濃度較高的作業(yè)場地主要集中在井上露天煤場及井下綜連采工作面兩個區(qū)域，這兩個區(qū)域是煤礦粉塵的主要發(fā)生區(qū)域，具有濃度高、對人體危害性大等特性。

2.1.1 井上露天煤場

井上露天煤場粉塵主要是堆煤區(qū)及運煤過程產(chǎn)生的粉塵。首先，堆煤區(qū)煤炭的堆放過程會產(chǎn)生煤粉塵；其次，煤的裝卸及搬運都會產(chǎn)生煤粉塵。煤粉塵的產(chǎn)生受周圍環(huán)境狀況、裝卸落差高度、風速及煤含水量等因素的影響。堆煤表面煤塵的排放受諸如風速、煤堆的幾何形狀、煤的密度、水分含量等多種因素的影響。在干燥天氣下，煤場范圍較大，暴露在空氣中的煤粉塵較大，遇到刮風天氣或者車輛在運行中容易引發(fā)較大的煤塵吹揚。為了減少對煤場周邊環(huán)境的污染及人員被動吸入煤粉塵，必須采用降塵措施。

2.1.2 井下綜連采工作面

綜連采工作面的煤塵主要來自于采煤工作面作業(yè)時產(chǎn)生的煤塵、掘進工作面作業(yè)時產(chǎn)生的粉塵以及巷道維修、煤炭裝卸等工作場所產(chǎn)生的粉塵。

2.1.2.1 采煤工作面的產(chǎn)塵

采煤工作面的主要產(chǎn)塵工序有采煤機落煤、裝煤、運煤、液壓支架移架、運輸轉(zhuǎn)載、人工摧煤、爆破及放煤口放煤等。這些工序作業(yè)過程中會產(chǎn)生大量粉塵[3]。

2.1.2.2 掘進工作面的產(chǎn)塵

掘進工作面的產(chǎn)塵工序主要有機械破巖（煤）、裝揣、爆破、煤矸石運輸轉(zhuǎn)載及錨噴等。

2.1.2.3 其他地點的產(chǎn)塵

巷道維修的錨噴現(xiàn)場、煤炭的裝卸點等也都會產(chǎn)生高濃度的礦塵，尤其是煤炭裝卸處的瞬時礦塵濃度，有時甚至達到煤塵爆炸濃度界限，十分危險，應(yīng)予以充分重視。

2.2 煤礦粉塵的危害

煤礦井上井下各工作面粉塵的產(chǎn)生降低了工作效率并對工人的身體健康造成威脅。井上露天煤場及井下綜連采工作面未采取措施時，無論是全塵濃度，還是呼吸性粉塵濃度均嚴重超標，帶來的嚴重后果是煤塵爆炸隱患增大和煤炭行業(yè)塵肺病人數(shù)增加。

2.2.1 煤塵過大帶來嚴重的安全生產(chǎn)隱患

煤塵不僅污染作業(yè)環(huán)境，還降低了生產(chǎn)場所的能見度。礦塵中的煤塵，有的還具有燃燒爆炸性，在一定的條件下可能發(fā)生爆炸。煤塵還會加速機械、電氣設(shè)備的損壞，縮短精密儀器、儀表的使用壽命。

2.2.2 煤塵會給人體帶來較大的傷害

煤礦的粉塵污染物一般濃度較大，其侵入人體主要有3條途徑：呼吸道吸入、消化道吞入、皮膚接觸，其中，呼吸道吸入對人體的危害最大，長期吸入較高濃度的粉塵可引起肺部彌漫性、進行性纖維化為主的全身疾病，比如塵肺病。煤礦工人長期工作在粉塵污染物的環(huán)境下，可引起上呼吸道炎癥、慢性支氣管炎、支氣管哮喘、冠心病、動脈硬化、高血壓等疾病，甚至癌癥。

長期工作在有煤塵的作業(yè)場所，多多少少會吸入些煤塵，為減小對作業(yè)人員的身體傷害，在井上露天煤場、井下綜連采工作面設(shè)置噴霧降塵裝置十分必要。

3 煤礦噴霧降塵系統(tǒng)設(shè)計

本文以陜西華電榆橫煤電有限責任公司小紀汗煤礦為例，針對該礦井上井下作業(yè)的具體情況設(shè)計了噴霧降塵系統(tǒng)。系統(tǒng)由風機、風筒、霧化噴水器3個部分組成。

3.1 噴霧降塵系統(tǒng)的風機設(shè)備

壓入式對旋流局部通風機具有結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲小、風壓高、風量大、效率高等特點，其結(jié)構(gòu)緊湊，方便運輸和安裝。對旋局部通風機與普通軸流通風機相比，在產(chǎn)生同樣風量和風壓條件下，使用對旋局部通風機可減少通風機數(shù)量或增加通風距離，亦可根據(jù)不同的通風要求采用分級使用，以節(jié)省能源。因此，本噴霧降塵系統(tǒng)的風機設(shè)備采用了“礦用隔爆型壓入式對旋流局部通風機”，其型號為FBDY-No6.0/2×18.5，功率為8.5 kW，防爆標志為Exd I，電壓為660/1440 V，頻率為50 Hz，轉(zhuǎn)速為2900 r/min，絕緣等級為I級，電流為20.8/12A，全壓為1500～4300 Pa，工作方式為SI，相數(shù)為3，風量為340～440 m3/min，質(zhì)量為530 kg。

3.2 噴霧降塵系統(tǒng)的風筒選擇

噴霧降塵系統(tǒng)采用噴霧重力降塵技術(shù)，利用局部通風機產(chǎn)生高壓風壓，還需在風機前加裝錐筒增壓。本系統(tǒng)中采用了柔性風筒，柔性風筒的好處在于可以同時做到噴霧降塵與通風，這樣該系統(tǒng)在井下作業(yè)時可以達到一機兩用的效果。

3.3 霧化噴頭及調(diào)節(jié)范圍

噴頭采用“4分全銅可調(diào)子彈頭霧化噴水器”，其水壓為0.5～3 kPa，根據(jù)水壓，最遠噴灑直徑距離為3～6 m，調(diào)成水柱狀，可以噴到9 m遠，或是9 m高。噴頭每小時噴水0.3～0.8 m3。噴頭霧化程度可以調(diào)整，只要旋轉(zhuǎn)霧化噴嘴，就能實現(xiàn)霧化濃度的調(diào)節(jié)，噴頭也可以調(diào)成水槍的一般噴射狀態(tài)。

4 應(yīng)用效果及建議

本文把噴霧降塵這一簡單易行的方法作為研究對象，針對陜西華電榆橫煤電有限責任公司小紀汗煤礦井上露天煤場、井下綜連采工作面煤塵過大的問題，運用了噴霧降塵系統(tǒng)進行綜合治理，取得較好的降塵效果，得出以下結(jié)論：①噴霧降塵的機理主要是水霧顆粒與粉塵顆粒的慣性碰撞、攔截和溶濕凝結(jié)，細微粉塵要細小、密集的水霧顆粒才能達到降塵目的，一定顆粒的粉塵顆粒對應(yīng)合適的水霧顆粒和水壓[4]。對于壓力型霧化噴嘴來說，要獲得細微的水霧顆粒，則需要較高的供水壓力。②噴嘴結(jié)構(gòu)對噴霧降塵有著重要的作用，合理的噴嘴結(jié)構(gòu)其霧化性能好，霧化水分分散均勻，能達到高效沉降粉塵的要求。噴嘴口徑增大，相同供水壓力下霧滴粒徑有所增大，噴嘴口徑在相同供水壓力下霧滴粒徑也會減小。煤礦井下降塵使用的壓力型霧化噴嘴口徑應(yīng)在1 mm以上，一般不宜超過1.5 mm。③影響水滴捕塵效果的主要因素是水滴粒度。水滴小，捕塵效果就好，但是水滴的粒度不能過小，30 μm的水滴在相對濕度為80%、溫度為200℃的空氣中僅能保持7.1 s；小于30 μm，譬如幾微米的水滴還未與粉塵碰撞便氣化了，基本上不起捕塵作用。

［1］ 李鋼.煤礦井下噴霧降塵機理的研究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（30）：102.

［2］ 張小濤，隋金君，曲寶，等.采掘工作面噴霧降塵技術(shù)研究及應(yīng)用［J］.煤礦機械，2013，34（08）：247-250.

［3］ 馬軍偉.煤礦綜掘工作面高效噴霧降塵系統(tǒng)的研究［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2017（11）：28-29.

［4］ 王鵬飛，劉榮華，湯夢，等.煤礦井下噴霧降塵影響因素的試驗研究［J］.安全與環(huán)境學報，2015，15（06）：62-67.