綜采工作面高效除塵技術(shù)研究與實踐應(yīng)用

文/呂玉芝

粉塵是煤礦風(fēng)險管控和隱患治理的主要對象,粉塵不但能造成塵肺病的發(fā)生，還會造成重大災(zāi)難事故，特別是新時期隨著智慧礦山建設(shè)的深入發(fā)展，降低礦井粉塵濃度，提高礦井空氣環(huán)境質(zhì)量，既是職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)及環(huán)境保護(hù)的需要，也是礦井自動化、可視化的必然要求，是現(xiàn)代化礦井需要認(rèn)真研究解決的重要課題。山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)通過研究改進(jìn)綜采工作面高效噴霧除塵技術(shù)，大大降低了礦井采煤工作面的粉塵濃度，有效杜絕了職業(yè)病和煤塵事故的發(fā)生。

一、采煤工作面除塵技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)井工開采煤礦采煤工作面多數(shù)采用噴霧降塵，受到水質(zhì)與煤塵親和力的影響，煤塵得不到有效的濕潤，單純的用水噴霧不能起到較好的降塵效果，同時國內(nèi)采煤機內(nèi)噴系統(tǒng)性能較差，容易出現(xiàn)內(nèi)噴系統(tǒng)漏水，導(dǎo)致內(nèi)噴無法使用。造成這一問題的主要原因是旋轉(zhuǎn)水封工作不可靠，因搖臂結(jié)構(gòu)特點，供給滾筒的壓力水管道只能從行星減速器中心穿過，穿過潤滑油工作區(qū)，水管與滾筒同步旋轉(zhuǎn)，水管與旋轉(zhuǎn)水封結(jié)合面會出現(xiàn)滲漏，引起潤滑油乳化失效繼而造成設(shè)備受損，造成采煤機內(nèi)噴人為的棄用，致使工作面采煤機截割期間不能有效進(jìn)行捕塵降塵，工作面及其回風(fēng)巷中煤塵濃度達(dá)到每立方米幾百毫克，甚至上千毫克，嚴(yán)重威脅著礦工人身健康和礦井安全生產(chǎn)。

二、新型高效除塵技術(shù)研究設(shè)計與實施

山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)致力于智慧礦山建設(shè)配套技術(shù)的研究應(yīng)用，對影響噴霧效果的水質(zhì)與內(nèi)噴系統(tǒng)的兩個原因，積極采取措施。一是采取對水質(zhì)改性，采用高效降塵劑改變水分子與塵埃間的電荷作用和最大程度破壞水分子的表面張力，從而達(dá)到快速有效地吸附粉塵和降沉；二是采取對內(nèi)噴總成進(jìn)行改進(jìn)升級，保證內(nèi)噴系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，以此提高采煤工作面截割期間的除塵降塵效果。

1. 新型降塵劑及近距離高效降塵劑添加裝置

（1）新型降塵劑參數(shù)

新型降塵劑規(guī)格型號為CC100(潤濕型), 產(chǎn)品外觀為無色半透明、半粘稠液體，密度略大于1g/cm3，pH值為7～8，無可燃性，浸潤性（沉降法測定）13s沉降粉塵98%以上，可達(dá)表面張力最小值≤28mN/m，活性物含量≥40%，為純植物制劑，環(huán)保無毒，可完全降解，最佳添加比例為0.02%～0.1%，除塵效率≥75%，最高可達(dá)95%。

（2）近距離降塵劑添加裝置研制應(yīng)用

該裝置主要由兩部分組成。一是用于存儲降塵液的柔性囊體，設(shè)有加液口和出液口兩部分裝置；二是用于充水的外殼空腔，設(shè)有進(jìn)水口、出水口、泄壓口三部分裝置。該裝置并聯(lián)在采煤工作面供水管路上，使用時關(guān)閉空腔泄壓口，打開空腔進(jìn)水口，調(diào)節(jié)空腔出水口，加滿降塵劑的柔性囊體在空腔內(nèi)水壓的作用下，降塵液由出口被擠出進(jìn)入工作面水流中，從而達(dá)到采煤機供水水質(zhì)改性的目的，如圖1所示。

2. 新型高效內(nèi)噴霧總成設(shè)計

（1）內(nèi)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

圖1 工作面近距離降塵劑添加裝置

采煤機搖臂中內(nèi)噴霧系統(tǒng)密封組件主要由旋轉(zhuǎn)水封、水管、管軸座三部分構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)水封通常布置在搖臂后端蓋，內(nèi)置回轉(zhuǎn)密封單元，將壓力水與潤滑油隔離，是關(guān)鍵部件，也是容易漏水處；水管一端接旋轉(zhuǎn)水封，另一端接管軸座；管軸座通常布置在搖臂前端方頭上，從此引出三通接入滾筒，從滾筒上噴嘴霧化噴出。

目前國際、國內(nèi)采煤機生產(chǎn)廠家內(nèi)噴霧系統(tǒng)密封組件結(jié)構(gòu)類似，區(qū)別只是密封單元選型不同，共同特征為柔性密封單元(格萊圈、夾布橡膠等)相對水管回轉(zhuǎn)運動摩擦密封，水管摩擦段硬化處理（鍍硬鉻、陶瓷等），實踐證明，此類型結(jié)構(gòu)弊病較多，無法達(dá)到使用要求。

（2）新型高效內(nèi)噴總成結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)點

新型高效內(nèi)噴裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

工作中，11號件花鍵套隨主軸旋轉(zhuǎn)，5號件靜環(huán)1和7號件靜環(huán)2通過6號件滾針軸承來與11號件花鍵套做相對旋轉(zhuǎn)運動，外來高壓水通過7號件靜環(huán)2的入水口進(jìn)入，通過8號件耐磨環(huán)1和9號件耐磨環(huán)2共同與10號件耐磨墊相對運動形成端面密封面，使高壓水經(jīng)過11號件通道進(jìn)入花鍵套內(nèi)部接入主軸而出，耐磨端面密封的壓緊力通過1號件雙圓螺母壓緊2號件動環(huán)并聯(lián)動3號件推力軸承，使4號件碟簧產(chǎn)生對5號件靜環(huán)1的持續(xù)推力，達(dá)到端面密封的效果。

采煤機內(nèi)噴系統(tǒng)理論上旋轉(zhuǎn)水封、水管、管軸座三部件中心線重合，同軸相對旋轉(zhuǎn)。實際上，因搖臂各部件加工誤差、裝配誤差、軸承磨損等累積誤差，使旋轉(zhuǎn)水封除對管軸座有相對旋轉(zhuǎn)運動外，還有徑向跳動、軸向竄動、偏心擺動幾種運動形態(tài)。這就要求密封系統(tǒng)必須同時適應(yīng)這幾種運動，并且留有一定冗余。

新型密封系統(tǒng)采用新型結(jié)構(gòu)很好適應(yīng)了這幾種運動并存情形，并且冗余較大，徑向跳動可適應(yīng)3mm，軸向竄動可適應(yīng)5mm，偏心擺動量可適應(yīng)1°（注：1度=60分，1分=60秒，通常設(shè)計只考慮到秒級），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過搖臂報廢狀態(tài),這是新型密封系統(tǒng)的創(chuàng)新點之一。

圖2 新型高效端面密封內(nèi)噴霧裝置

同時，新型密封采用新材料、硬對硬新結(jié)構(gòu)，對銹蝕完全適應(yīng)，不會因雜質(zhì)損傷密封接觸面，并且耐酸耐堿；因材料、結(jié)構(gòu)不同，天然具有耐干磨特性，進(jìn)行破壞性試驗時提高4倍轉(zhuǎn)速連續(xù)運轉(zhuǎn)密封依然正常，但長期干磨對壽命略有影響；運行期間不需注油保養(yǎng)，只需初次安裝時注油，具有免維護(hù)優(yōu)點；在密封失效情況下壓力水通過安全閥噴射做出警示，不會進(jìn)入潤滑油，保證了機組正常運行。

三、應(yīng)用效果

綜采工作面高效噴霧除塵技術(shù)是通過對內(nèi)噴系統(tǒng)改造升級，解決了國內(nèi)采煤機內(nèi)噴水封易損壞的難題，形成高效的噴霧降塵系統(tǒng)。經(jīng)實驗測定，采用高效噴霧降塵系統(tǒng)后，抑塵效率比普通噴霧降塵明顯提高，全塵降塵率達(dá)到86.8%，呼塵降塵率達(dá)到82.9%,杜絕了職業(yè)病和煤塵事故的發(fā)生，為智慧礦井建設(shè)和自動化采煤技術(shù)打下了堅實的環(huán)境基礎(chǔ)，社會效益和安全效益非常顯著。

四、結(jié)論

綜合國內(nèi)目前礦井采掘機械除塵降塵技術(shù)現(xiàn)狀，研制新型高效內(nèi)噴除塵系統(tǒng)，很好地解決了水管與旋轉(zhuǎn)水封結(jié)合面出現(xiàn)滲漏問題，保證了采掘機械內(nèi)噴系統(tǒng)的正常使用，同時結(jié)合采煤工作面近距離輕型降塵劑添加裝置和高效環(huán)保新型降塵劑的應(yīng)用，有效提高了采煤工作面降塵效果，可在煤炭行業(yè)內(nèi)全面推廣應(yīng)用。