壓氣噴霧裝置的結(jié)構(gòu)和原理

王開勝 曹軍 劉鑫

摘? 要：壓氣噴霧能有效的解決礦井噴霧水壓不足、霧化效果差、噴射距離短、降塵率低的問題，文章通過對壓氣噴霧裝置的結(jié)構(gòu)介紹和原理闡述，與傳統(tǒng)的噴霧方法進行對比，總結(jié)了壓氣噴霧的優(yōu)點，為礦井降塵提供了一種簡潔、易操作、用水量少和霧化效果好的方法。

關(guān)鍵詞：壓氣噴霧;水壓;霧化;降塵

中圖分類號：TD713? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）09-0100-02

Abstract： Pressurized air spray can effectively solve the problems of insufficient water pressure， poor atomization effect， short injection distance and low dust fall rate. this paper introduces the structure and principle of pressurized air spray device， and compares it with the traditional spray method. The advantages of pressurized gas spray are summarized， and a simple， easy to operate， less water consumption and good atomization effect method are provided for mine dust reduction.

Keywords： pressurized air spray; water pressure; atomization; dust reduction

礦井粉塵是危害礦工健康的主要方式之一，目前采用的礦井降塵方法有：噴霧降塵[1]、煤層提前注水降塵、除塵器降塵[2]、向水中添加潤濕劑降塵[3]、雨簾及除塵罩降塵[4]、泡沫降塵[5]、水幕降塵等[6]、超聲霧化降塵[7]。噴霧降塵簡潔、方便、經(jīng)濟而被廣泛采用。但通常的噴霧降塵對特殊區(qū)域降塵效果差，尤其是放炮工作面粉塵，起塵點距離噴嘴位置遠，通常的噴霧方法噴射距離短，霧化效果差，對小顆粒粉塵降塵率低，無法滿足煤礦安全規(guī)程中規(guī)定的空氣中粉塵濃度小于等于10mg/m3及粒徑小于5μm的呼吸性粉塵濃度小于等于3.5mg/m3的要求。壓氣噴霧是向壓力水中混入壓縮空氣的一種噴霧方法，和常規(guī)噴霧方法相比較，具有噴射距離遠、霧化效果好、耗水量低、水壓要求低、除塵率高、裝置體積小及便于安裝操作的優(yōu)點。

1 壓氣噴霧裝置結(jié)構(gòu)

調(diào)節(jié)式放炮遠程壓氣噴霧裝置由進水管、進氣管、分配器、單向閥和增壓腔組成。分配器的功能為將管路中的氣體分為兩路，平衡增壓腔內(nèi)的壓力，使兩個增壓腔內(nèi)的增壓效果基本一致。增壓腔由直徑38mm、壁厚4mm、長200mm的內(nèi)絲鋼管作風(fēng)水混合管腔，內(nèi)絲為矩形螺紋，螺距2mm，螺紋深3mm，內(nèi)螺紋每間距5mm螺紋高度降低0.2mm。管腔內(nèi)裝入外徑30mm的外絲螺紋，外絲為矩形螺紋，螺距2mm，螺紋深4mm，外螺紋與噴水口的距離可以調(diào)節(jié)（如圖1）。工作步驟為：壓力水進入噴霧管腔內(nèi)，壓力風(fēng)沿管腔內(nèi)的螺紋與壓力水混合，在風(fēng)壓的作用下，水的壓力及離散性被急速提高，形成分散式的氣霧噴出。該噴霧裝置的噴霧射程可達到12m，氣霧覆蓋寬度可到6m，能有效的對大斷面巷道進行氣霧覆蓋，且霧化效果良好，有效的彌補了原始噴霧壓力不足且不能覆蓋全斷面的問題，降塵率大幅提高。同時可以通過調(diào)節(jié)外螺紋與噴嘴口的距離來調(diào)整噴霧的最佳效果，既到達最遠噴射距離又能霧化效果好。

具體操作方法為：進風(fēng)口連接到進風(fēng)管路上，兩個進水口分別連接到進水管路上，調(diào)節(jié)增壓腔內(nèi)外螺紋與內(nèi)螺紋的間隙來調(diào)整噴霧的最佳效果即可，占用空間小，操作簡單。

2 壓氣噴霧原理

壓氣噴霧過程經(jīng)歷了兩個階段，第一個階段為水氣混合初始霧化階段，這個階段水在氣流的擾動下產(chǎn)生振動

波，隨著混合腔內(nèi)腔徑的增加，擾動繼續(xù)增大，振動的幅度不斷加強，致使水流破碎成連續(xù)或不連續(xù)的各種不規(guī)則形態(tài)，即水的各種形態(tài)與空氣交融存在，空氣在水中由于表面張力的作用以類似球形存在。向水中壓入的空氣量越多，氣泡越多，水被分開的體積越小（如圖2所示）。腔體容積經(jīng)過多次變化后，氣泡被擾流分割的更加細小、分布更加均勻。

第二階段為最終霧化階段，在這個階段氣流繼續(xù)使水破碎，這個階段水氣混合壓力突然釋放，擾動更加劇烈，第一階段被氣泡分割的水體被破碎形成更小的霧滴。水膜破碎的臨界波長？姿可由韋伯公式[1]推導(dǎo)出（如1式）：

3 壓氣噴霧的優(yōu)點

礦井巷道內(nèi)使用最方便的就是水，噴霧降塵被大量使用，通常存在霧化效果差，耗水量大，采用供水管路自然壓力噴霧，水壓達不到8Mpa，不能滿足AQ1020-2006《煤礦井下粉塵綜合防治技術(shù)規(guī)范》行業(yè)標準的要求等缺點。壓氣噴霧裝置解決了水霧化效果差，減少了用水量，避免了巷道內(nèi)積水，還能對噴霧斷面實現(xiàn)全覆蓋。

該裝置操作簡單、霧化效果好、節(jié)水，有很好的推廣價值。壓氣噴霧裝置的應(yīng)用有效降低了巷道粉塵密度，還對一些特殊區(qū)域有很好的降塵效果，比如爆破期間產(chǎn)生的高濃度粉塵，工作面采煤時產(chǎn)生的高濃度粉塵等。同時該噴霧裝置加工制作及安裝使用簡單、方便，噴霧射程遠、覆蓋面積廣，且氣霧效果好，降塵率大幅提高。該噴霧裝置有效的替代了掘進工作面爆破期間和采煤工作面必須使用增壓泵進行增壓的步驟，免去了購置昂貴的防爆型增壓泵費用，及現(xiàn)場使用過程中維護費用、設(shè)備管理容易出現(xiàn)失爆現(xiàn)象的問題。同時該噴霧裝置體積小，維修量小，便于攜帶、安裝與調(diào)試，能夠大大降低職工作業(yè)期間的勞動強度，提高工作效率。

4 結(jié)束語

壓氣噴霧裝置將壓力水和高壓氣體混合并由噴嘴噴出，設(shè)計新穎，極大的提高了霧化效果，提高了降塵率，裝置簡單，便于操作，改善了礦井環(huán)境，和采用高壓降塵裝置相比減少了投入，取得了良好的經(jīng)濟效益，為礦井降塵提供了一種簡潔、方便、經(jīng)濟、高效的降塵方法。

參考文獻：

[1]桂哲.煤礦井下高效噴霧降塵實驗研究[D].湖南科技大學(xué)，2017：9-10.

[2]馬龍.礦井主要除塵設(shè)備的改進與應(yīng)用[J].電機工程技術(shù)，2018，47（7）：218-220.

[3]康天慧.保濕抑塵劑在礦井巷道降塵中的應(yīng)用研究[J].能源技術(shù)與管理，2016，41（3）：93-96.

[4]宋振宇，郭金旺.淺析過濾式除塵雨簾及防塵罩技術(shù)在礦井防塵中的應(yīng)用[J].廣東科技，2014，12（24）：119-120.

[5]張磊.發(fā)泡器在礦井鉆孔除塵技術(shù)中的應(yīng)用研究[J].山東煤炭科技，2017，8：115-116，119.

[6]時均坡.礦井封閉式水幕除塵裝置的研究與應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2011，5：207.

[7]代君偉.鉆孔粉塵超聲霧化除塵技術(shù)及機理研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2008：17-20.