雙滾筒采煤機外噴霧系統(tǒng)優(yōu)化改進

馬曉南

（大同煤礦集團燕子山礦， 山西 大同 037001）

1 燕子山礦8210 工作面概況

大同煤礦集團燕子山礦8210 工作面設計走向長度為1 500 m，傾向長度為185 m，工作面回采煤層為4 號層，煤層平均厚度為7.44 m，工作面采用低位放頂煤回采工藝，主要采用SL300 型采煤機進行破煤及裝煤。由于8210 工作面回采煤層屬石炭系煤層，煤層穩(wěn)定性差，煤塵揮發(fā)性高，導致工作面在采煤過程中產(chǎn)生高濃度粉塵，對采煤機采用外噴霧降塵時不僅效果差，而且濕潤后的揚塵很容易造成噴頭堵塞，增加采煤機外噴霧系統(tǒng)故障率。對此，燕山礦通過技術(shù)研究，合理分析了綜采工作面粉塵主要來源，并根據(jù)實際情況對原噴霧系統(tǒng)進行優(yōu)化設計[1]。

2 工作面粉塵來源分析

綜采工作面采煤機在作業(yè)時產(chǎn)生煤塵的主要部位為滾筒，特別是滾筒與煤壁不接觸的部分。滾筒在旋轉(zhuǎn)時粉塵產(chǎn)生范圍從滾筒離開煤壁開始，沿著滾筒的旋轉(zhuǎn)軌跡，到滾筒與上煤壁接觸為止。滾筒粉塵飛揚范圍根據(jù)采煤機上、下滾筒位置的不同而不同，隨滾筒旋轉(zhuǎn)方向及工作面風流不同而變化，在進風與逆風條件下也不同。如果綜采工作面使用背旋滾筒式采煤機，則上滾筒的粉塵飛揚范圍會比下滾筒大，順風巷粉塵飛揚范圍比逆風大。在采煤機正常割煤時由于滾筒與煤壁的接觸面無空隙，粉塵飛揚范圍非常??；采煤機滾筒隨著自身旋轉(zhuǎn)，當滾筒離開煤壁暴露在風流后，工作面煤壁側(cè)風流場會受到影響產(chǎn)生渦流，再加上粉塵在滾筒慣性的作用下，更容易將粉塵拋灑在風流中，伴隨著進風飄到工作面各處。

3 采煤機傳統(tǒng)外噴霧系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國使用的滾筒采煤機噴霧裝置通常被安裝在采煤機背部、搖臂、截割電機固定框外側(cè)三個位置[2-3]。

3.1 在采煤機搖臂上安裝噴霧裝置

采煤機滾筒在空轉(zhuǎn)時能夠起到較好的噴霧效果，此時的水霧完全能夠?qū)L筒周圍全部覆蓋。但在采煤機正常工作時，由于搖臂的噴嘴很容易被煤泥堵塞導致水霧無法形成，不能有效將粉塵覆蓋，除塵效果較差。當工作面采煤機進行割頭、掃尾、挑頂時很容易將噴頭損壞，導致噴霧系統(tǒng)供水壓力下降，損壞的噴頭不能將粉塵全部覆蓋且不能對整個噴霧系統(tǒng)起到卸壓作用，導致噴霧系統(tǒng)不能起到較好的噴霧效果。這種安裝方式能夠隨著搖臂的上下移動而改變噴霧范圍，但噴嘴容易被損壞或被煤泥堵塞。

3.2 在采煤機背部安裝噴霧裝置

采煤機在工作時當搖臂與背部平行或略高于背部時，此時背部噴霧只能覆蓋到滾筒的一部分，搖臂最遠端及其他位置無法覆蓋。當搖臂低于背部時，背部噴霧范圍完全不能將滾筒塵源覆蓋。當采煤機沿順風方向前進時，此時下滾筒揚起的粉塵被霧流捕集，再加上上滾筒粉塵在進風處與上滾筒粉塵接觸較多，這樣除塵效果較好。當采煤機沿逆風方向前進時，此時下滾筒的粉塵完全拋灑在風流中，上滾筒粉塵能夠與霧流發(fā)生碰撞，起到一定的除塵效果，但效果相比順風較差。這種安裝方式的優(yōu)點是工作人員能夠采取一定的防碰撞、防掩埋方式對噴嘴進行保護，缺點是噴霧霧流只能在一水平面，不能隨著搖臂的變化改變方向。

3.3 在采煤機截割電機外側(cè)固定框安裝噴霧裝置

噴霧裝置安裝在此處能夠彌補其他兩種方式的不足，但仍存在以下問題：

1）如果噴霧裝置安裝位置偏上，此時的噴霧效果與安裝在采煤機背部相似，同樣存在對滾筒下半部無法降塵的問題。

2）如果噴霧裝置安裝位置靠近搖臂很容易被搖臂阻擋。此時噴霧裝置射出的霧流大部分會被搖臂阻擋，滾筒上部不能被霧流覆蓋。由于滾筒遠端噴嘴產(chǎn)生的霧流與控制搖臂平行，只有一部分能夠灑落在搖臂上，仍然不能對遠端滾筒起到很好的降塵效果。

3）與采煤機電機固定框上安裝的噴霧裝置一樣，其水霧的覆蓋范圍斷面為圓形，但采煤機粉塵斷面為橢圓形，這就造成噴霧裝置對遠點降塵時，近點的除塵效果差；對近點降塵時，遠點的除塵效果差。

4 采煤機傳統(tǒng)噴霧系統(tǒng)主要存在的問題

在采煤機在正常生產(chǎn)時，噴霧裝置的安裝位置、噴霧裝置的形狀、噴霧系統(tǒng)水壓及噴嘴的摻氣量這幾個因素對降塵效果影響最大。

1）采煤機噴霧系統(tǒng)水源來自于截割電機的冷卻水。由于受截割電機水套材料極限的影響，噴霧系統(tǒng)的供水壓力不得小于0.9 MPa，流量不得大于30 L/min。

2）安裝在噴霧架上端的噴嘴只能將部分水霧覆蓋到截割頭上，不能對塵源直接降塵。

3）噴霧裝置的固定框由于材料硬度低，再加上工作面的工作環(huán)境差，很容易被煤壁掉落的石塊砸傷。因此采煤機在入井前，工作人員通常會采用其他粗大的噴霧架。

4）由于噴霧裝置均采用卡套式連接，后期更換、維修難度大。噴霧裝置內(nèi)摻氣量不高，不能對塵源全覆蓋。

5 采煤機外噴霧系統(tǒng)優(yōu)化改進

1）在原來的基礎上將噴霧裝置的供水系統(tǒng)增設為兩路：一路采用低壓供水的方式冷卻截割電機，再將冷卻水供到噴霧架上端的三個噴頭，使上端噴頭的噴水量增大；另一路采用高壓供水的方式給采煤機兩側(cè)六個噴嘴供液，高壓供水主要利用地面水經(jīng)高壓泵加壓后提供，水壓能夠達到4 MPa，大大增加了霧流的覆蓋范圍，如圖1 所示[4-6]。

2）將原來的噴嘴更換為引射噴嘴，噴嘴的中心孔徑擴大為3 mm，這樣能夠增大霧流的流量。這種噴嘴的最大優(yōu)點是：噴嘴在噴出高速水流時能夠經(jīng)引風孔將周圍空氣引入噴嘴，引入的空氣對噴嘴內(nèi)的水起到較好的霧化效果，更能夠?qū)諝庵械姆蹓m進行捕捉。

圖1 優(yōu)化改進后噴霧嘴結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖

3）將噴霧架上端的三個噴嘴的角度提高7°，這樣可以使霧流不會被截割頭阻擋而直接作用于截割對象。

4）噴霧架在選擇材料時選用厚度較大的蓋板，并將噴霧架兩端改為圓弧過度，這樣能夠提高噴霧架的防護級別；同時將噴霧裝置的卡套式接頭更換為快速接頭，后期更換、維修難度小。

6 應用效果

從實際應用效果來看，優(yōu)化改進后大大降低了采煤機外噴霧系統(tǒng)的故障率，提高了工作面降塵效果，工作面粉塵質(zhì)量濃度由原來的104 mg/m3降低至34 mg/m3以下，取得了顯著應用成效。